HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Troca iônica
• A melhoria das propriedades das resinas
orgânicas incentivou a aplicação para o processo
de troca iônica devido a sua estabilidade e elevada
capacidade.
• As primeiras tentativas para aplicação da troca
iônica para recuperação de metais estavam
relacionadas com a recuperação de cobre e cromo
contido em efluentes industriais e de prata de filmes
fotográficos.
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Troca iônica
• O urânio foi o primeiro metal a ser recuperado em
grande escala a partir de soluções lixiviadas,
empregando resinas de troca iônica.
• A grande quantidade de estudos científicos
realizados nesse campo abriu as portas para o
largo emprego da resina de troca iônica para
recuperação de outros metais a partir de soluções
lixiviadas.
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Troca iônica
• O processo de troca iônica é utilizado
especialmente no tratamento de soluções muito
diluídas com concentração do íon metálico na
ordem de 10mg/L ou menor.
• Esse processo não é eficaz em soluções com
concentração do íon metálico superior a 1%.
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Troca iônica
• Princípios gerais
• Um trocador iônico é uma estrutura ou matriz
que carreia uma carga elétrica positiva ou
negativa, que é neutralizada por íons de sinais
opostos denominados contra-íons.
• Os íons de mesmo sinal da matriz são
chamados de co-íons.
• Os contra-íons são livres para se
movimentarem dentro da estrutura. Já os íons
fixos, lógico, não se movimentam.
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Troca iônica
• Princípios gerais
• Quando a matriz está carregada positivamente,
o trocador é chamado de aniônico, então os
ânions são trocados com os contra-íons.
• Similarmente, um trocador catiônico é capaz de
trocar cátions com os contra-íons.
• As reações de troca iônica são:
Aniônica: R+X- + A- → R+A- + XCatiônica: R-Y+ + B+ → R-B+ + Y+
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• Princípios gerais
• Se os íons trocados possuem valências
diferentes, os balanços de massa e de carga
devem ser preservados.
• Exemplo: Se A2- é trocado por X- e B2+ por Y+,
as equações podem ser descritas assim:
2X-(r) + A2-(aq) → A2-(r) + 2X-(aq)
2Y+ (r) + B2+ (aq) → B2+ (r) + 2Y+ (aq)
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Troca iônica
• Princípios gerais
• Os trocadores iônicos podem ser comparados a
uma esponja com os contra-íons flutuando nos
seus poros.
• Quando a esponja é imersa em uma solução,
os contra-íons podem deixar os poros e ir para a
solução.
• A fim de preservar a neutralidade elétrica da
esponja, um número estequiométrico de outros
íons da solução entra nos poros.
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• Princípios gerais
• Os eletrólitos dissolvidos podem ser
completamente removidos da solução aquosa
pela troca de todos os cátions por H+ e todos os
ânions por OH-.
• Isto pode ser obtido em colunas de 2 estágios:
uma catiônica e outra aniônica ou uma coluna
simples contendo uma mistura de partículas
trocadoras, catiônica e aniônica.
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Troca iônica
• Métodos e equipamentos
• O processo de troca iônica pode ser realizado
em colunas em regime de batelada, semicontínuo num sistema de resina em polpa ou
continuamente em sistema elaborado de
colunas.
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• Colunas
• Uma vez que a troca iônica é uma operação de
equilíbrio, o grau de separação das duas
espécies, que pode ser alcançado em uma
simples operação de batelada, está limitado pelo
valor do coeficiente de distribuição.
• Repetidas operações em batelada são tediosas
e consomem espaços consideráveis.
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• Colunas
• Dessa forma, as operações são conduzidas em
colunas que podem ser consideradas como um
grande número de processos em batelada com
equilíbrio entre a solução e a resina.
• Operações eficientes em coluna dependem de:
• fluxo de solução
• tamanho da partícula da resina
• dimensão da coluna
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• Colunas
• As colunas mais utilizadas possuem:
• diâmetro = 2m
• altura = 4m
• A resina deve ter partículas do mesmo tamanho
para que se previna a formação de caminhos
preferenciais no leito. Também deixa-se espaço
no topo do leito para prevenir a expansão da
resina durante o processo de troca.
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• Resina em polpa
• Este processo é aplicado quando, para alguns
minérios, as suspensões lixiviadas são viscosas
e de difícil filtração e a produção de licores
lixiviados clarificados é cara e demorada.
• É um processo semi-contínuo chamado de
método de resina em polpa (RIP – “resin in
polp”).
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• Resina em polpa
• Neste método, suspensões lixiviadas de difícil
filtração são alimentadas em tanques contendo
cestas de aço inoxidável com telas de aberturas
de 0,6mm contendo pedaços grosseiros de
resina (0,84 a 2,00mm).
• Tais suspensões são movidas continuamente
para cima e para baixo por um mecanismo
alternativo.
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• Resina em polpa
• Dessa forma, o leito da resina é expandido
quando movimentado para cima através da polpa
e comprimido quando movimentado para baixo.
• Os tamanhos das cestas variam de 40 x 40 x
40 cm a 180 x 180 x 180 cm do topo à base do
aparato.
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• Sistema contínuo
• Este opera em contra-corrente e pode ser
utilizado tanto para suspensões quanto para
soluções clarificadas.
• É composto de 3 torres:
• coluna de adsorção
• câmara de medição
• coluna de eluição
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• Sistema contínuo
• A coluna de adsorção é composta de um
número de câmaras separadas por placas de
orifício em cada estágio que contem um volume
específico de resina.
• A solução lixiviada entra pelo fundo da coluna e
flui em sentido ascendente através da resina e
sai pelo topo.
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• Sistema contínuo
• A resina no interior da câmara é fluidizada pelo
fluxo ascendente da solução, porém o fluxo é
regulado para não carrear a resina para a
câmara localizada acima.
• Do mesmo modo, a velocidade descendente
não deve permitir que a resina seja conduzida
para a câmara inferior.
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Troca iônica
• Tipos de trocadores iônicos
• Há 4 tipos de trocadores iônicos:
• catiônicos fracamente ácidos contendo
-COOH
• catiônicos fortemente
grupos -SO3H
ácidos
contendo
• aniônicos fracamente básicos contendo
grupos amino
• aniônicos fortemente básicos
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• Tipos de trocadores iônicos
• A força da base na resina pode ser aumentada
pelo uso de aminas substituídas.
• Uma resina importante e usada amplamente
em metalurgia extrativa é a Amberlite IRA 400.
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• Resinas específicas
• Atualmente tem sido preparadas resinas que
apresentam afinidade específica a um certo íon
metálico.
• Exemplo: resina baseada em nitrato e
poliestireno reduzido tem estrutura similar à
dicrilamina, que possui enorme afinidade ao íon
potássio, podendo ser aplicada na recuperação
de potássio da água do mar.