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Virginia Sampaio Teixeira Ciminellihttp://lattes.cnpq.br/3590884268165249Daniel MajusteAna Cláudia Queiroz LadeiraLeandro Augusto Viana Teixeirahttp://lattes.cnpq.br/2362826914286436Vitor Loureiro Gontijo2020-09-04T17:21:52Z2020-09-04T17:21:52Z2020-05-26http://hdl.handle.net/1843/34105A sulfatação é uma técnica aplicada à extração de commodities minerais, como terras raras, níquel e titânio, como um estágio de preparação para a lixiviação. Óxidos e hidróxidos de ferro são constituintes minerais comumente presentes nesses minérios. Assim, a resposta dos compostos de ferro à sulfatação impactará diretamente no consumo de ácido bem como na complexidade e custos relativos às etapas subsequentes de purificação. Neste trabalho, foi investigada a sulfatação de amostras de hematita granular, especular e produzida por ustulação, magnetita e goethita em função do aumento da temperatura (80 – 240°C) e do tempo (5 – 30 min). Os estudos focalizaram, em especial, a influência da transformação de fases, das características físicas e da estrutura cristalina dos minerais na dissolução de ferro. Os resultados evidenciaram o comportamento bastante diferenciado das diferentes amostras. Em 80°C, a fração de ferro solubilizado variou de 2 a 70%, de acordo com a sequência: hematita especular < hematita do calcinado < hematita granular < magnetita << goethita. O aumento da temperatura de 80°C para 160°C resultou no aumento da sulfatação da magnetita (42,0 a 95,0%), da hematita do calcinado (16,0 a 55,5%) e da hematita especular (2,0 a 13,0%), com efeito pequeno ou negativo na sulfatação da goethita (70,0 a 76,0%) e da hematita granular (33,0 a 25,0%). Para todas as amostras a fração reagida cresceu rapidamente com o tempo de sulfatação (5 a 15 minutos), e se estabilizou em um platô, o que foi atribuído à formação da camada de sulfato férrico. A remoção dessa camada permitiu o prosseguimento da sulfatação, com a continuada dissolução de ferro em 22% para a hematita granular e em 11% para a hematita especular, nos estágios subsequentes. As transformações de fases da goethita e magnetita afetam as taxas de sulfatação. A redução da dissolução de ferro da goethita foi atribuída à formação de uma camada superficial de hematita, fase menos reativa à sulfatação. A magnetita, por outro lado, apresentou a maior fração reagida (~95%) na temperatura de 240°C. A formação de vacâncias, favorecida pela transformação de fase a maghemita, aliada à presença de íon ferroso na estrutura cristalina, foram fatores considerados determinantes no aumento da fração reagida da magnetita com a temperatura. A variação hematita especular apresentou frações reagidas inferiores a 13% em todas as condições, devido à predominância do plano (006), menos reativo em meio sulfúrico. Uma revisão detalhada e criteriosa dos dados termodinâmicos do software HSC também foi realizada, visando à seleção de dados para a análise termodinâmica do processo de lixiviação seletiva de lantânio e tório na presença de ferro, em meio contendo as espécies fosfato e sulfato. Ao todo, foram realizadas 1251 comparações dos dados termodinâmicos provenientes de 10 fontes primárias, resultando em um banco de dados revisado com 83 espécies. As inconsistências significativas encontradas foram atribuídas a problemas prováveis de digitação na transposição dos dados, conversão de unidades, bem como à combinação de dados de fontes diferentes. Os riscos de conclusões errôneas nas modelagens e simulações termodinâmicas, sem a prévia averiguação cuidadosa dos dados utilizados, foram ilustrados através de diagramas Eh-pH das espécies selecionadas.Sulfation is a technique applied to the extraction of mineral commodities, such as rare earth, nickel, and titanium, as a preparation stage for leaching. Iron oxides and hydroxides are mineral constituents commonly present in these ores. Thus, the response of iron compounds to sulfation will directly impact acid consumption as well as the complexity and costs related to subsequent purification steps. The sulfation of three hematites (granular, specular and produced by roasting), magnetite and goethite samples were investigated over the increase in temperature (80 - 240 °C) and time (5 - 30 min). This study focused, in particular, on the influence of phase transformation, physical characteristics, and the crystalline structure of minerals on the response of iron dissolution. The samples showed different behavior. At 80°C, the fraction of solubilized iron varied from 2 to 70%, according to the sequence: specular hematite < calcine hematite < granular hematite < magnetite << goethite. The increase in temperature from 80°C to 160°C resulted in increased sulfation of magnetite (42.0 to 95.0%), calcine hematite (16.0 to 55.5%) and specular hematite (2.0 to 13.0%), with little or negative effect on the sulfation of goethite (70.0 to 76.0%) and granular hematite (33.0 to 25.0%). For all samples, the reacted fraction increased rapidly with the sulfation time (5 to 15 minutes) and stabilized on a plateau, which was attributed to the formation of the ferric sulfate layer. The removal of this layer allowed for the sulfation to proceed and increase in iron dissolution in 22% for rhe granular hematite and in 11% for the specular hematite in the subsequent stages. The phase transformations of goethite and magnetite affected sulfation rates. The reduction of iron dissolution from goethite was attributed to the formation of a superficial layer of hematite, a less reactive phase over sulfation. Magnetite, on the other hand, showed the highest reacted fraction (~95%) at 240°C. The formation of vacancies, favored by phase transformation to maghemite, combined with the presence of ferrous ion in the crystalline structure, were considered key factors in the increase of reacted fraction over temperature. The specular hematite showed reacted fractions below 13% in all experimental conditions, due the predominance of the less reactive (006) plane in a sulfuric medium. A detailed and thorough review of the thermodynamic data of the HSC software was also undertaken, to select data for the selective leaching process analysis of lanthanum and thorium in the presence of iron, in a medium containing phosphate and sulfate species. Overall, 1251 comparisons of thermodynamic data from 10 primary sources were evaluated, resulting in a revised database with 83 species. The significant inconsistencies found were attributed to probable typing problems when transposing the data, unit conversion, as well as the combination of data from different sources. The risks of erroneous conclusions in modeling and thermodynamic simulations, without previous careful investigation of the data used, were illustrated through Eh-pH diagrams of the selected species.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de MinasUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICAEngenharia metalúrgicaMetalurgia extrativaSulfataçãoSulfato de ferroCinética de sulfataçãoDissolução de oxi-hidróxido de ferroOrientação preferencialSulfato de ferroSulfatação em baixa temperaturaDiferenças nas respostas à sulfatação de óxidos e hidróxido de ferro (III) visando à extração seletiva de minérios estratégicos ricos em ferroinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALDiferenças nas Respostas à Sulfatação de Óxidos e Hidróxido de Ferro (III) Visando à Extração Seletiva de Metais Estratégicos em Minérios Ricos em Ferro.pdfDiferenças nas Respostas à Sulfatação de Óxidos e Hidróxido de Ferro (III) Visando à Extração Seletiva de Metais Estratégicos em Minérios Ricos em Ferro.pdfapplication/pdf112481081https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/34105/1/Diferen%c3%a7as%20nas%20Respostas%20%c3%a0%20Sulfata%c3%a7%c3%a3o%20de%20%c3%93xidos%20e%20Hidr%c3%b3xido%20de%20Ferro%20%28III%29%20Visando%20%c3%a0%20Extra%c3%a7%c3%a3o%20Seletiva%20de%20Metais%20Estrat%c3%a9gicos%20em%20Min%c3%a9rios%20Ricos%20em%20Ferro.pdf23412671e6a0f0c3c2c771d7df88c3bfMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82119https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/34105/2/license.txt34badce4be7e31e3adb4575ae96af679MD521843/341052020-09-04 14:21:52.543oai:repositorio.ufmg.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2020-09-04T17:21:52Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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