Estudo termodinâmico da redução gás-sólido de óxidos de nióbio

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Rocha, Bárbara da Silva
• Orientador(a): Souza, Carlson Pereira de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Equilíbrio químico; Termodinâmica; Nióbio; Metano; Monóxido de carbono
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/50832

O Brasil é o maior detentor mundial de reservas de nióbio, cujas excelentes propriedades físicas e mecânicas são atraentes para a indústria. Sua obtenção se dá por métodos de redução carbotérmicas e metalotérmicas. O presente trabalho objetivou estudar a termodinâmica da redução de óxidos de nióbio por redutores gasosos, como o metano e o monóxido de carbono. Para isso, as constantes de equilíbrio das reações independentes que representam cada sistema foram calculadas e escolheram-se as temperaturas em que as reações são mais favoráveis. A composição de equilíbrio foi determinada pelo método da minimização direta da energia de Gibbs em planilhas do Microsoft Excel, utilizando o suplemento Solver. Partindo-se primeiramente do NbO como reagente sólido, investigou-se a redução variando a composição da atmosfera (gás puro e 67,5%, 12,5% e 2,5% de uma mistura redutor/H2) e o número de mols inicial do óxido (0,5, 1, 1,2 e 2 mols). As condições ótimas, então, foram aplicadas ao Nb2O5 e NbO2. Os resultados mostraram que CO não é um redutor viável para os óxidos de nióbio. A reação entre NbO e CH4 tende a formar o carbeto, mas a composições mais baixas de metano e temperaturas mais altas foi possível formar o nióbio metálico. A conversão completa de NbO em Nb foi alcançada em 2150 K nas condições de 2,5% de CH4/H2 e uma quantidade inicial de 1,2 mols de NbO. Nessas mesmas condições de composição da fase gasosa/número de mols do sólido foi possível reduzir completamente NbO2 a NbO em 2100 K. Nb2O5 é reduzido a NbO2 sob quaisquer condições, mesmo a temperaturas tão baixas quanto 1100 K, mas a presença de H2 ajuda a evitar a decomposição do metano. Deste modo, pode-se concluir que, do ponto de vista termodinâmico, o metano é um promissor agente redutor para os óxidos de nióbio.