Redução magnesiotérmica do óxido de titânio (TiO₂) com ativação por plasma de hidrogênio

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Pedrini, Leonilson Toffoli
Orientador(a): Franco Júnior, Adonias Ribeiro
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Engenharia metalúrgica
Engenharia de materiais
Dióxido de titânio
Titânio - Metalurgia
Hidrogênio
Plasma de alta temperatura
Link de acesso: https://repositorio.ifes.edu.br/handle/123456789/138
Resumo: RESUMO: No presente trabalho, é apresentado um novo método para obtenção do titânio a partir dos seus óxidos. Foi possível mostrar que existe uma nova rota para obtenção do titânio metálico não agressiva ao meio ambiente, bem diferente do processo convencional Kroll, que gera gases que provocam o efeito estufa, pois utiliza cloro para obtenção do tetracloreto de titânio (TiCl₄) em uma das etapas da redução. No processo proposto, o pó de dióxido de titânio (TiO₂) foi misturado com pó de magnésio metálico (Mg). Essas misturas foram depositadas em um cilindro de aço inoxidável acoplado ao cátodo de um reator de plasma para a obtenção do efeito cátodo oco. A reação da mistura do óxido metálico com o metal redutor foi obtida a partir do aquecimento da mistura. A conseqüência do aquecimento foi uma reação exotérmica. Os experimentos de redução a plasma do TiO₂ foram realizados em um reator a plasma pulsado, tensão entre eletrodos de 540V, sob atmosfera contendo 100% de hidrogênio, fluxo de 200 cm²/min, pressão de 0,35 torr, por tempos variáveis e nas temperaturas de 350ºC, 550ºC, e 750ºC. Esse processo foi denominado redução magnesiotérmica com ignição a plasma. As matérias primas e os produtos obtidos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura e Difração de Raios X, em que comprovou a possibilidade da obtenção de um produto na forma de pó, foi constatada a presença do titânio metálico, algumas vezes de dimensões nanométricas, diferentemente do processo convencional, em que o produto final é obtido na forma de lingote.
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Essas misturas foram depositadas em um cilindro de aço inoxidável acoplado ao cátodo de um reator de plasma para a obtenção do efeito cátodo oco. A reação da mistura do óxido metálico com o metal redutor foi obtida a partir do aquecimento da mistura. A conseqüência do aquecimento foi uma reação exotérmica. Os experimentos de redução a plasma do TiO₂ foram realizados em um reator a plasma pulsado, tensão entre eletrodos de 540V, sob atmosfera contendo 100% de hidrogênio, fluxo de 200 cm²/min, pressão de 0,35 torr, por tempos variáveis e nas temperaturas de 350ºC, 550ºC, e 750ºC. Esse processo foi denominado redução magnesiotérmica com ignição a plasma. As matérias primas e os produtos obtidos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura e Difração de Raios X, em que comprovou a possibilidade da obtenção de um produto na forma de pó, foi constatada a presença do titânio metálico, algumas vezes de dimensões nanométricas, diferentemente do processo convencional, em que o produto final é obtido na forma de lingote.ABSTRACT: In this work we present a new method for obtaining titanium from their oxides. It was possible to show that there is a new route to obtain the non-aggressive titanium metal to the environment quite different from the conventional Kroll process, which generates gases that cause global warming because it uses chlorine to obtain the tetrahydro titanium chloride (TiCl₄) in a reduction steps. In the proposed process, the titanium dioxide powder (TiO₂) was mixed with metallic magnesium powder (Mg). These mixtures were placed in a stainless steel cylinder which was coupled to the cathode of a plasma reactor to achieve the hollow cathode effect. The reaction mixture of the metal oxide with the reducing metal has been obtained from the heating of the mixture. The result of this heating was an exothermic reaction. The TiO₂ plasma reduction experiments were carried out in a reactor plasma pulsed voltage between 540V electrodes in an atmosphere containing 100% hydrogen flow of 200 cm² / min, pressure of 0.35 torr over varying times and in temperatures of 350ºC, 550ºC and 750ºC. This process has been termed magnesium-thermal reduction in plasma ignition. The raw materials and the products obtained were characterized by Scanning Electron Microscopy and X-Ray Diffraction, which proved the possibility of obtaining a product in powder form, it was found the presence of metallic titanium, sometimes nanometric dimensions, unlike the conventional process where the end product is obtained in the form of ingot.porEngenharia metalúrgicaEngenharia de materiaisDióxido de titânioTitânio - MetalurgiaHidrogênioPlasma de alta temperaturaRedução magnesiotérmica do óxido de titânio (TiO₂) com ativação por plasma de hidrogênioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional do IFESinstname:Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo (IFES)instacron:IFESCampus VitóriaPrograma de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica e de MateriaisORIGINALRedução_magnesiotérmica_óxido_titânio.pdfRedução_magnesiotérmica_óxido_titânio.pdfapplication/pdf5978272https://repositorio.ifes.edu.br/bitstreams/927e11e8-18c7-454e-9fa7-ff5424736b38/download82927ce43dccad0685a9794a9a1a393dMD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ifes.edu.br/bitstreams/61f78f1a-89e0-4984-9215-b747f8f6b80a/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52falseAnonymousREADTHUMBNAILRedução_magnesiotérmica_óxido_titânio.pdf.jpgRedução_magnesiotérmica_óxido_titânio.pdf.jpgimage/jpeg4852https://repositorio.ifes.edu.br/bitstreams/2fdf6cd1-80e5-48c1-853a-23a184f0be20/download3a8245a8d98b362528fe2cbc4909536fMD53falseAnonymousREADTEXTRedução_magnesiotérmica_óxido_titânio.pdf.txtRedução_magnesiotérmica_óxido_titânio.pdf.txtExtracted texttext/plain74061https://repositorio.ifes.edu.br/bitstreams/49deea96-7eac-464d-a905-818f4c12150f/download6e6ce5d695a66ca9f88096fdc2fe8fe5MD54falseAnonymousREAD123456789/1382023-12-06T13:40:37.096Zopen.accessoai:repositorio.ifes.edu.br:123456789/138https://repositorio.ifes.edu.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ifes.edu.br/server/oai/requestrepositorio@ifes.edu.bropendoar:2023-12-06T13:40:37Repositório Institucional do IFES - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo (IFES)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