Obtenção de vanádio de alta pureza para aplicação em baterias de fluxo redox de vanádio. - Vinco, José Helber (2022)
O vanádio é um metal de importância estratégica que, dentre suas aplicações industriais, desempenha um papel crítico na produção de ligas metálicas de alta performance. Uma aplicação para o vanádio que vem se destacando no setor energético é na produção de eletrólitos para Baterias de Fluxo Redox de Vanádio (BFRV). Essas baterias empregam o vanádio em seus quatro estados de oxidação como espécies ativas dos seus eletrólitos para armazenarem energia de fontes renováveis de produção em ampla escala. Vanádio comumente V2O5 com um alto grau de pureza (99.8%) é requerido como matéria-prima. Nessa vertente, o objetivo deste trabalho foi empregar as resinas de troca iônica como técnica de purificação de uma solução ácida de vanádio contaminada com ferro, tendo em vista que as principais ocorrências naturais do vanádio são associadas a esse elemento. Foram avaliadas três resinas quelantes de troca iônica (Lewatit® MonoPlus TP 209 XL, Lewatit® TP 207, Dowex M4195) e uma resina de troca catiônica forte (Lewatit® MonoPlus S 200H). O estudo da adsorção se deu pela avaliação da influência de parâmetros nos ensaios em batelada e em colunas de leito fixo. O pH, a relação massa de resina/volume de solução, a temperatura e o tempo de contato foram investigados. Os resultados mostraram que o aumento do pH de 0,5 para 2,0 favoreceu a adsorção de ambos os metais pelas resinas testadas, mas que as quelantes foram mais seletivas para vanádio. A adsorção de vanádio foi melhor ajustada pela isoterma de Langmuir nas TP 209 XL, TP 207 e S 200 H e pela isoterma de Temkin para a M4195. Já o mecanismo de adsorção de ferro variou entre os modelos de Langmuir, Freundlich e Temkin. A adsorção de vanádio pelas resinas quelantes, assim como a de ferro por todas, é de natureza endotérmica (H0 > 0). Além disso, ambos os metais se adsorvem nas resinas de forma espontânea (G0 < 0). Em relação à cinética, o modelo de pseudo-segunda ordem foi o que melhor se ajustou à adsorção de ambos os metais pelas resinas, indicando que o processo é controlado por quimissorção. Com a variação da vazão de 2 para 3 volumes de leito/hora nos ensaios em coluna com as resinas quelantes, os resultados das curvas de ruptura foram similares. Na etapa de eluição, vanádio foi eficientemente recuperado empregando-se solução de H2SO4 (1 mol.L1). Utilizando um sistema de 5 colunas em série, foi possível recuperar ao final 94 e 98% de todo o vanádio, respectivamente, pelas resinas TP 209 XL e TP 207. A eluição obtida até a terceira coluna da resina TP 207, assim como da primeira coluna da resina TP 209 XL continha vanádio com pureza de 99.8%, chegando a 99.9% na primeira coluna com a resina TP 207. As soluções purificadas foram então submetidas à precipitação pela adição de (NH4)2SO4, gerando (NH4)2V6O16, que foi então calcinado à V2O5 (99.9% puro), sendo as fases confirmadas por DRX e TG-DTG.