Uma nova rota metalúrgica para a recuperação de Sn a partir de escórias complexas contendo alto teor de ZrO2.
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| Data de Publicação: | 2023 |
| Tipo de documento: | Tese |
| Idioma: | por |
| Título da fonte: | Repositório Institucional da UFOP |
| Texto Completo: | http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/16959 |
Resumo: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. |
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Uma nova rota metalúrgica para a recuperação de Sn a partir de escórias complexas contendo alto teor de ZrO2.Escória - metalurgia - estanhoLiga ferro-estanho - FeSnEstanho - recuperaçãoEscória - metalurgia - óxido de zircônioPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.Estoques de escórias complexas de estanho (Sn), contendo altos níveis de ZrO2, foram reportados na literatura e verificou-se que o método de reprocessamento atualmente aplicado, com uso de calcário como fluidificante, não possibilita obter baixos níveis de SnO2 na saída do processo. Diante disso, esta tese objetivou desenvolver uma nova rota metalúrgica que possibilite rendimento otimizado para o reprocessamento dessa fonte secundária de Sn. Para isso, um concentrado do material foi caracterizado e um teste de refusão foi realizado a 1773K, o que revelou a presença de uma fase metálica e outra oxidada no concentrado. A primeira fase é rica em Fe e Sn, e está oclusa na segunda, que possui componentes como SiO2, CaO, ZrO2, Nb2O5 e Al2O3. Testes efetuados a 1773-1573K em forno de resistência de carbono utilizaram de calcário como fluidificante e confirmaram que parte do Sn é arrastado pela escória, o que é potencializado por processamentos abaixo de 1673K. Em seguida, estudos termodinâmicos indicaram que a fase oxidada teria alta temperatura de fusão. Testes realizados em um forno à arco elétrico (EAF) também confirmaram as inferências anteriores: por exemplo, verificou-se que parte do vazamento do fluxo metal/escória ocorre em temperaturas no qual a escória final não estaria fluida, contribuindo para o arraste de partículas metálicas. Portanto, explica-se a origem da presença de fase metálica nas escórias com alto teor de ZrO2 pela sua alta temperatura de fusão e condições verificadas de processamento. A adição de fluidificantes para processamento do concentrado também foi avaliada nos estudos termodinâmicos e verificou-se potencial de otimização com uso de CaO e FeO. Essas adições diminuiriam a viscosidade e facilitariam a obtenção de fase fluida, com consequente melhoria das condições de coalescência e precipitação da fase metálica. Com base nesse estudo, conduziu-se novos experimentos em forno de resistência de carbono entre 1473-1773 K, objetivando o desenvolvimento de duas estratégias de otimização. A primeira visou otimizar processamento em temperaturas mais baixas de trabalho (1473-1573K). Para isso realizou-se fluidificação da fase oxidada com adições controladas de CaO e FeO. O uso conjunto desses fluidificantes permitiu rendimentos de Sn variando entre 70,8-80,0% de Sn obtido na forma de um botão metálico de FeSn. Entretanto, por meio de separação magnética das escórias finais, aumentou-se o rendimento para 88,8-94,4%, faixa que é compatível com rendimentos obtidos entre 1773-1673K. Então, essa estratégia representa uma melhoria de processo devido ao menor gasto energético e menor taxa de volatilização de Sn. A segunda estratégia objetivou otimizar processamento em temperaturas mais altas de trabalho (testes realizados a 1773K) com uso de CaO e FeO, assim como carbono. Essa última adição promoveria maior geração de fase metálica devido à redução do FeO, acarretando aumento da coalescência e redução do tempo de precipitação da fase metálica. Porém, o carbono em excesso acabou por inibir o contato entre as partículas e formou uma fase mista metal/escória, o que limitou o rendimento a 85,1-92,2%.Stocks of complex tin (Sn) slags, containing high levels of ZrO2, have been reported in the literature. It is believed that the currently employed reprocessing method, which utilizes limestone as a fluidizer, fails to achieve low levels of SnO2 in the output of the process. Therefore, the objective of this thesis is to develop a new metallurgical route that optimizes the yield for reprocessing this secondary source of Sn. To accomplish this, a concentrate originated from these slags was characterized, and a remelting test was conducted at 1773K, revealing the presence of a metallic phase and an oxidized phase in the concentrate. The first phase is rich in Fe and Sn and is occluded within the second phase, which consists of components such as SiO2, CaO, ZrO2, Nb2O5, and Al2O3. Tests carried out in a carbon resistance furnace within the temperature range of 1773-1573K, using limestone as a fluidizing agent, confirmed that a portion of the Sn is dragged by the slag, which is more pronounced at temperatures below 1673K. Thermodynamic studies indicate that the oxidized phase has a high melting temperature and experiments performed in an electric arc furnace (EAF) also confirmed these previous inferences. For instance, it was inferred that at least part of the tapping of the metal/slag occurs at temperatures in which the final slag lacks fluidity, facilitating the dragging of metallic particles. Thus, the presence of the metallic phase in the ZrO2-rich slag can be explained by its high melting temperature and specific processing conditions. The addition of fluidizers for processing the concentrate was also evaluated through thermodynamic studies, with a focus on optimizing the use of CaO and FeO. These additions were found to reduce viscosity and promote the formation of a fluid phase, leading to improved conditions for the coalescence and precipitation of the metallic phase. Based on these findings, new experiments were conducted in a carbon resistance furnace at temperatures ranging from 1473K to 1773K, aiming to develop two optimization strategies. The first strategy aimed to enhance processing conditions at lower temperatures (1473-1573K). In this approach, the oxidized phase was fluidized through controlled additions of CaO and FeO. The combined use of these fluidizers resulted in Sn yields ranging from 70,8% to 80,0%, considering the formation of a metallic FeSn button. However, through magnetic separation of the final slags, the yield was increased to a range of 88,8% to 94,4%, which is comparable to the yields obtained between 1773K and 1673K. Therefore, this strategy represents a improvement due to reduced energy consumption and a lower rate of Sn volatilization. The second strategy aimed to optimize processing at higher temperatures (specifically at 1773K), using CaO, FeO, as well as carbon. The inclusion of carbon promoted a greater generation of the metallic phase by the reduction of FeO, resulting in increased coalescence and a reduced precipitation time for the metallic phase. However, the excessive carbon content hindered particle contact, leading to the formation of a mixed metal/slag phase, thereby limiting the yield to a range of 85,1% to 92,2%.Silva, Carlos Antônio daSilva, Carlos Antônio daOliveira, José Roberto deLemos, Leandro RochaPeixoto, Johne Jesus MolGameiro, Danton HelenoClemente, Daniel Mapa2023-07-14T19:21:26Z2023-07-14T19:21:26Z2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCLEMENTE, Daniel Mapa. Uma nova rota metalúrgica para a recuperação de Sn a partir de escórias complexas contendo alto teor de ZrO2. 2023. 188 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2023.http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/16959http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/us/Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 19/06/2023 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite a adaptação.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFOPinstname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)instacron:UFOP2023-07-14T19:21:36Zoai:repositorio.ufop.br:123456789/16959Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufop.br/oai/requestrepositorio@ufop.edu.bropendoar:32332023-07-14T19:21:36Repositório Institucional da UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)false |
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