Extração de cobalto e Manganês na secção de purificação de uma fábrica de PTA

• Autor(a) principal: Dinis, João Pedro Dias
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/155742
• topic: Cobalto; Manganês; PTA; Recuperação de Metais; Tratamento de resíduos industriais; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Química

O processo de produção de PTA (ácido tereftálico purificado) usa como catalisador compostos de cobalto e manganês, na oxidação do p-xileno. Este trabalho teve como objetivo principal a recuperação destes metais, através da instalação de um sistema de remoção a instalar na secção de tratamento de Licor mãe, da unidade de purificação da fábrica. Foram avaliados 3 processos alternativos para a recuperação do Co e Mn, tendo-se optado pelo processo Paques, que consiste numa primeira etapa de precipitação destes metais, pelo aumento do pH do Licor mãe da unidade através da adição de uma solução de soda cáustica, e uma segunda etapa de recuperação do bolo de metais por filtração, usando um filtro de prensa. Na sequência do mesmo estudo, verificou-se que havia uma acumulação considerável de ácidos orgânicos (ácido p-toluico e PTA) nas paredes dos tubos do permutador de caixa e tubos da mesma unidade, com significativas perdas processuais e elevados custos de manutenção para a fábrica. Em consequência, foi estudada a viabilidade da substituição desse permutador de calor por um novo sistema de cristalização dos ácidos orgânicos. Definiram-se para isso 2 cenários de estudo. O Cenário I consistiu em adicionar a unidade de extração do Co e Mn ao sistema de tratamento de licor mãe atualmente existente e o Cenário II foi composto pela mesma unidade de remoção dos metais juntamente com a secção de cristalização dos ácidos orgânicos, em substituição do permutador existente. Através de simulações realizadas no software Aspen Plus V11, para as temperaturas 40 °C, 50 °C e 60 °C e de ensaios laboratoriais complementares concluiu-se que a temperatura da operação que melhor otimizava o sistema foi 40 °C. Seguidamente efetuou-se um ensaio laboratorial à amostra de licor mãe, a fim de definir a zona de pH [9, 10 e 11] que permitia obter uma melhor relação entre a quantidade de precipitado de Co e Mn e o gasto de soda cáustica (NaOH), utilizado para promover a precipitação dos metais. O valor de pH que melhor otimizava as variáveis em estudo foi pH 10. Procedeu-se igualmente a um estudo de acidificação do caudal clarificado a fim de evitar que o pH seja crítico para as reações biológicas, que se sucedem na secção de tratamento anaeróbio. A estabilização do pH da amostra de filtrado obtida na etapa anterior para 6,7, foi realizada através da adição de uma solução de HCL 33% (w/w). Os resultados apontam para um gasto de 22,2 ton/ano de HCL 33%, com um custo associado de 2,9 mil €/ano. Elaborou-se um estudo de viabilidade económica que teve como principal finalidade definir qual dos cenários em estudo apresentava um melhor retorno (payback). Essa análise teve como base as estimativas de custo dos equipamentos, custos operacionais e preço de venda do bolo de Co/Mn para cada um dos cenários em estudo. Na sequência dessa análise, concluiu-se que o Cenário II é se apresenta como um melhor investimento para a empresa, tendo sido calculado um payback médio entre 6 a 8 anos e uma redução de lamas tóxicas (diminuição em 90% da concentração dos metais pesados).