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Título: Recuperação de zinco e manganês de pilhas domésticas esgotadas por hidrometalurgia
Autor: Guerra, Raquel Alexandra Neves Galvão
Orientador: Paiva, Ana Paula
Margarido, Fernanda
Palavras-chave: Química
Teses de mestrado
Issue Date: 2008
Resumo: A acumulação contínua de resíduos perigosos, onde se incluem as pilhas domésticas esgotadas, constitui um problema muito importante do ponto de vista ambiental. O processamento destes resíduos corresponde a uma tarefa de grande dificuldade técnica e económica, devido à complexidade dos materiais envolvidos. No âmbito da química verde, a investigação de um processo de tratamento adequado para pilhas domésticas esgotadas é fundamental na melhoria da qualidade do meio Ambiente, pois promove a desactivação e valorização de um resíduo mediante a reciclagem de metais de valor /tóxicos nele contidos. O processo hidrometalúrgico proposto e desenvolvido neste trabalho consistiu num conjunto integrado de operações unitárias de processamento físico e químico (lixiviação ácida), com vista à recuperação dos metais de valor Zinco e Manganês. Uma vez que não se conhecia no País qualquer estudo de caracterização dos tipos de pilhas domésticas esgotadas e face ao vazio proveniente quer dos produtores/importadores, quer de fontes bibliográfico/científicas, realizou-se uma tipificação completa deste tipo de resíduos produzidos pelo Município de Lisboa. As operações de processamento físico efectuadas consistiram essencialmente no desmantelamento, fragmentação, crivagem e separação magnética, de forma a separara sucata (essencialmente aço) do material dos eléctrodos (essencialmente constituída por óxidos de zinco e manganês, para além da grafite). Uma vez processado, todo o material foi caracterizado através de técnicas de análise química qualitativa (Fluorescência de Raios-X, Dispersiva de Energias) e quantitativa (Espectrometria de Absorção Atómica), análise morfológica e estrutural (Microscopia Electrónica de Varrimento e Difracção de Raios-X). Dos resultados obtidos concluiu-se que 57% do material das pilhas domésticas corresponde ao cátodo, 16% ao ânodo, 25,5% é material ferroso (invólucro, bornes e conector de aço nas pilhas alcalinas) e grafite (presente no material de eléctrodo e no conector das pilhas salinas), e 1,5% é plástico. A operação de processamento químico foi a lixiviação, efectuada com uma solução de ácido sulfúrico (H2SO4). Para avaliar as recuperações de zinco e manganês, variando a concentração do agente lixiviante, a relação líquido/sólido (L/S) e a presença/ausência de um agente redutor (Fe0, Zn0, sucata das pilhas e H2O2), estudou-se como variável dependente o rendimento de lixiviação. Utilizou-se a metodologia dos planos factoriais com análise da variância para optimizar estatisticamente esta operação unitária. Pelos resultados obtidos registaram-se rendimentos máximos de lixiviação de Zn e Mn apenas na presença de espécies de ferro (Fe0 e sucata de pilhas), chegando a atingir os 100% e 90%, respectivamente. Dos ensaios realizados quantificou-se a relevância estatística dos efeitos que cada variável independente possuía sobre os rendimentos de Zn e Mn, verificando-se que a variável que apresentou maior efeito foi o agente redutor, seguido da relação L/S igual a 20L/kg e por último a concentração de reagente ácido.
The continuous accumulation of dangerous wastes, including spent domestic batteries, is a very important problem from the environmental point of view. The treatment of these wastes is a very difficult task in which concerns technical and economical aspects, due to the complexity of the material involved. According to the green chemistry scope, the research of an adequate process for the treatment of spent domestic batteries is crucial for improving the quality of the Environment, since it promotes the elimination or the valorisation of the contained toxic/valuable metals of the waste Hydrometallurgical process proposed and developed in this work consists in an integrated set of physical and chemical unitary operations, aiming at to recover the metals with economical value Zinc and Manganese. Since in Portugal any study concerning the characterization of the type of used domestic batteries was known, and due to the lack of information from producers / importers, and also from bibliographic/scientific sources, a complete definition of this type of waste produced in the city of Lisboa was accomplished. The physical operations performed were mainly dismantling, fragmentation, screening, and magnetic separation in order to separate the scrap (mainly steel) from the electrode materials (mainly zinc and manganese oxides, in addition to graphite). After processing, all the material was characterized using the following techniques: qualitative chemical analysis (Energy Dispersive X-Ray Fluorescence), quantitative chemical analysis (Atomic Absorption Spectroscopy) and morphological and structural analysis (Scanning Electronic Microscopy and X-Ray Diffraction). From the results obtained it was concluded that 57% of domestic batteries is composed by cathodic material, 16% is anodic material, 25,5% is ferrous material (casing, posts and steel connector in alkaline batteries) and graphite (in the electrode material, and in the connector of salt batteries), and 1,5% is plastic material. The chemical processing consisted on a leaching operation, carried out with a solution of sulphuric acid (H2SO4). The variables, concentration of leaching agent, liquid/solid (L/S) ratio and the effect of a reducing agent (Fe0, Zn0, batteries scrap and H2O2), were studied in order to assess the recovery of zinc and manganese. This unit operation was optimized according to the factorial design and analysis of variance. Results obtained showed that the maximum value of Zn and Mn leaching yield were due to the presence of some iron species (Fe0 e batteries scrap), reaching up to 100% and 90%, respectively. The statistic significance of the effects that each independent variable has on the Zn and Mn yield was quantified. The most relevant effects are the reducing agent, followed by the L/S ratio (20L/kg) and finally the acid concentration.
Descrição: Tese de mestrado em Química Verde, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2008
URI: http://catalogo.ul.pt/F/?func=item-global&doc_library=ULB01&type=03&doc_number=000561771
http://hdl.handle.net/10451/1256
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