Desenvolvimento de ferritas funcionais e aproveitamento do rejeito do espodumênio para a reciclagem do lítio através da nanohidrometalurgia magnética
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-30042025-173823/ |
Resumo: | O lítio é um material de grande interesse comercial e estratégico, sendo utilizado em diversas tecnologias, como medicamentos, lubrificantes de alta temperatura, cerâmicas, pesquisa nuclear na obtenção de 3H, metalurgia e especialmente em baterias recarregáveis. É um elemento leve e altamente reativo, encontrado predominantemente em minerais e salmouras, cada qual com seus processos específicos de obtenção. No Brasil, o processo de obtenção de lítio é por meio da mineração do β-espodumênio, um aluminossilicato de lítio com teor de 3.73 % do metal. O mineral é convertido na forma mais porosa de β-espodumênio por calcinação em 1050 °C, e submetido à lixiviação com ácido sulfúrico para extrair o lítio. Nesse processo são geradas toneladas de resíduos minerais, cujo aproveitamento está sendo objeto desta Tese. Esse resíduo de β-espodumênio mantém, após a retirada do lítio, sua estrutura original praticamente intacta, semelhante à zeólita, com canais bem definidos, permitindo a reutilização do material na recaptura do metal, em processos de separação ou reciclagem. Para essa finalidade, foram desenvolvidas ferritas de óxidos mistos de fórmula MFe2O4 capazes de interagir eletrostaticamente com o resíduo de β-espodumênio, e serem aplicadas na extração e reciclagem do lítio, por meio da nanohidrometalurgia magnética. No caso da ferrita de manganês, também foi feito um estudo comparativo com o minério de Jacobsita (MnFe2O4) extraído das minas de Urandi (Bahia). Todos os materiais estudados foram caracterizados por métodos espectroscópicos e por meio da difração de raios-X, com o emprego do método de Rietveld. Foram realizados estudos de associação das nanopartículas magnéticas com β-espodumênio, e da captura de íons de lítio. Foi possível também desenvolver um novo método para quantificação de lítio, que pode ser realizado com espectrofotômetro ou por um simples aplicativo de celular. |
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Desenvolvimento de ferritas funcionais e aproveitamento do rejeito do espodumênio para a reciclagem do lítio através da nanohidrometalurgia magnéticaDevelopment of functional ferrites for application in nanohydrometallurgy for purification of spodumene residue and its use in lithium captureEspodumênioLithiumLitioMagnetic nanohydrometallurgyNanohidrometalurgia magnéticaNanopartículas superparamagnéticasRietveldRietveldSpodumeneSuperparamagnetic nanoparticlesO lítio é um material de grande interesse comercial e estratégico, sendo utilizado em diversas tecnologias, como medicamentos, lubrificantes de alta temperatura, cerâmicas, pesquisa nuclear na obtenção de 3H, metalurgia e especialmente em baterias recarregáveis. É um elemento leve e altamente reativo, encontrado predominantemente em minerais e salmouras, cada qual com seus processos específicos de obtenção. No Brasil, o processo de obtenção de lítio é por meio da mineração do β-espodumênio, um aluminossilicato de lítio com teor de 3.73 % do metal. O mineral é convertido na forma mais porosa de β-espodumênio por calcinação em 1050 °C, e submetido à lixiviação com ácido sulfúrico para extrair o lítio. Nesse processo são geradas toneladas de resíduos minerais, cujo aproveitamento está sendo objeto desta Tese. Esse resíduo de β-espodumênio mantém, após a retirada do lítio, sua estrutura original praticamente intacta, semelhante à zeólita, com canais bem definidos, permitindo a reutilização do material na recaptura do metal, em processos de separação ou reciclagem. Para essa finalidade, foram desenvolvidas ferritas de óxidos mistos de fórmula MFe2O4 capazes de interagir eletrostaticamente com o resíduo de β-espodumênio, e serem aplicadas na extração e reciclagem do lítio, por meio da nanohidrometalurgia magnética. No caso da ferrita de manganês, também foi feito um estudo comparativo com o minério de Jacobsita (MnFe2O4) extraído das minas de Urandi (Bahia). Todos os materiais estudados foram caracterizados por métodos espectroscópicos e por meio da difração de raios-X, com o emprego do método de Rietveld. Foram realizados estudos de associação das nanopartículas magnéticas com β-espodumênio, e da captura de íons de lítio. Foi possível também desenvolver um novo método para quantificação de lítio, que pode ser realizado com espectrofotômetro ou por um simples aplicativo de celular.Lithium is a metal of great strategic and commercial interest, being used in several fields, like medicine, high-temperature lubricants, ceramics, nuclear research for 3H generation, metallurgy, and especially in rechargeable batteries. It is a light and extremely reactive element, majorly found in minerals and brines, each with its specific extraction process. In Brazil, the method for obtaining lithium is by mineral extraction from spodumene, a lithium aluminosilicate with approximately 3.7% of the metal. After the extraction process, it is generated tons of mineral residue that does not have any use; however, this residue maintains its structure intact, similar to the structure of a zeolite with well-defined channels. This fact allows the development of strategies to use this material for lithium recycling, and at the same time adds financial value to it. This thesis focuses on developing ferrites with mixed metals with the chemical formula MFe2O4 and employing nanohydrometallurgy, as the magnetic separation method. In the case of the manganese-ferrite, a comparison has also been performed with the mineral Jacobsite, from Urandi mines in Bahia (Brazil). The interaction of the spodumene residue with magnetic nanoparticles allowed the purification of the contaminants introduced in the lithium extraction process and its exposal to the environment in the discard piles. The purified material exhibits well-defined channels with a size that allows the selective adsorption of lithium in solution. To better understand this process, several adsorption tests were done to evaluate its mechanism and make it viable for a large-scale application in lithium recovery, by increasing its efficiency. It was also possible to develop a lithium quantification method that is simple and cheap, where it employs a formation of a complex with lithium iron periodate, its posterior dissolution, and the iron in solution quantified with 1,10-phenanthroline(since it has a proportion of 1:1 iron/lithium) by a colorimetric method using a spectrophotometer or a simple smartphone application.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPToma, Henrique EisiQuartarolli, Lucas Fonseca2024-09-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-30042025-173823/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2025-05-20T09:13:01Zoai:teses.usp.br:tde-30042025-173823Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-05-20T09:13:01Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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