Estudo multivariado da lixiviação ácida de ítrio presente em placas de circuito impresso.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gomes, Rodrigo Ferreira
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFOP
Texto Completo: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/13363
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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spelling Gomes, Rodrigo FerreiraLeão, Versiane AlbisRodrigues, Isabel Cristina BragaSicupira, Dalila ChavesLeão, Versiane Albis2021-07-09T17:29:41Z2021-07-09T17:29:41Z2021GOMES, Rodrigo Ferreira. Estudo multivariado da lixiviação ácida de ítrio presente em placas de circuito impresso. 2021. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2021.http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/13363Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.A crescente demanda por metais, aliada à escassez de recursos minerais obtidos de fontes primárias, bem como as dificuldades inerentes do descarte adequado de resíduos metálicos tornam essencial o desenvolvimento de estratégias de reciclagem baseadas nos princípios da Economia Circular (EC), pelos quais os recursos deixam de ser apenas extraídos, processados, utilizados e descartados e passam a ser reaproveitados em um novo ciclo econômico. Nesse sentido, a reciclagem de Placas de Circuito Impresso (PCI) é de grande interesse cientifico e econômico devido à presença de elementos de alto valor, tais como os metais nobres e os Elementos Terras Raras (ETR). Diante disso, a presente dissertação investigou a lixiviação de ítrio presente em PCI, pelos os ácidos clorídrico, sulfúrico e nítrico. Para isso, a amostra inicial, proveniente da coleta de 100 unidades de PCI, previamente cominuídas, foi homogeneizada e quarteada, até que fossem obtidas frações adequadas à realização dos ensaios de caracterização física e química e também de lixiviação. A classificação granulométrica, por peneiramento a úmido, revelou que aproximadamente 90% das partículas apresentaram tamanho inferior a 1mm. Por intermédio da técnica de MEV-EDS, foi possível identificar partículas de cobre puro, ligas estanho-chumbo, fibras de vidro e retardadores de chama nas amostras de PCI. A análise por difratometria de raios-X confirmou a presença de cobre metálico e evidenciou a existência de grandes quantidades de materiais amorfos. No que se refere à caracterização química por ICP-OES, foram determinados os elementos: Cu (26,49%), Ca (5,04%), Al (1,85%), Pb (1,63%), S (0,43%), Fe (0,14%), Ni (0,12%), Mg (0,11%), bem como outros elementos químicos em teores inferiores a 0,1%. Adicionalmente, foram determinados os teores dos metais nobres Ag (604,45ppm) e Au (241,06ppm), além dos ETR Nd (22,25ppm), La (9,85ppm), Y (9,78ppm), Ce (6,84ppm), Dy (5,50ppm) e Ho (5,12ppm). Com o intuito de otimizar as condições de lixiviação do ítrio, foram empregados planejamentos experimentais multivariados, em duas etapas. Os resultados obtidos na etapa de triagem mostraram que a lixiviação com ácido sulfúrico não resultou em extração de ítrio satisfatória, sendo o maior valor igual a 36,43%. Para os ácidos nítrico e clorídrico, foram obtidos rendimentos de lixiviação superiores a 60% e as variáveis (i) tempo, (ii) densidade de polpa e (iii) concentração de ácido se mostraram significativas nos níveis estudados. No entanto, o ácido clorídrico foi considerado o melhor agente lixiviante, uma vez que o alto potencial de oxidação do ácido nítrico favorece a lixiviação de outros metais presentes em elevados teores na amostra de PCI. As condições ótimas para a lixiviação de ítrio presente nas PCI, empregando ácido clorídrico como agente lixiviante, foram determinadas na etapa de metodologia de superfície de resposta, por meio de um Planejamento Composto Central (CCD) esférico, sendo elas: (i) tempo de 300 minutos, (ii) densidade de polpa de 120g.L-1 e (iii) concentração de ácido de 1,5mol.L-1 , que resultaram na extração de 98,92% de ítrio, associada a dissoluções insignificantes de cobre (0,028%), ouro (0,62%) e prata (2,33%).To address the growing demand for metals along with the depletion of primary mineral resources and also the challenges related to the safe disposal of residues, the development of recycling strategies based on Circular Economy (CE) principles is essential. In this sense, the recycling of printed circuit boards (PCB) is receiving increasing attention due to its content of noble and important metals, such as the rare earth elements (REE). This dissertation aimed at studying yttrium leaching from PCB, selecting the best leaching agent from hydrochloric, sulphuric and nitric acids. Initially, a batch of 100 computer boards, were subjected to manual dismantling and grinding, prior to being homogenized and quartered. These samples were forwarded to the physical and chemical characterization step, followed by leaching. Particle size analysis, using the wet sieving technique, revealed that approximately 90% of the particles had size smaller than 1mm. Through the SEM-EDS technique, the presence of pure copper particles, tin-lead alloys, glass fibres and flame retardants were identified in the ground material. Furthermore, the X-ray diffraction analysis confirmed the presence of metallic copper and evidenced the presence of large amounts of amorphous materials in the PCB. With regard to chemical analysis carried out in an ICP-OES, the following metal composition was determined: Cu (26.49%), Ca (5.04%), Al (1.85%), Pb (1.63%), S (0.43%), Fe (0.14%), Ni (0.12%), Mg (0.11%) In addition, the noble metals and ETR contents were: Ag (604.45ppm), Au (241.06ppm), Nd (22.25ppm), La (9.85ppm), Y (9.78ppm), Ce (6.84 ppm), Dy (5.50 ppm) and Ho (5.12 ppm). Finally, the best leaching agent was selected and the leaching conditions optimized through the Response Surface Methodology (RSM), employing a spherical Central Composite Design (CCD). The results obtained in the screening step showed 36.43% as the maximum yttrium extraction by sulphuric acid, whereas over 60% extractions were achieved with either nitric or hydrochloric acids. The parameters time, pulp density and acid concentration were significant in the levels studied. Hydrochloric acid was the best leaching agent and the optimal leaching conditions were: (i) time of 300 minutes, (ii) pulp density of 120g.L-1 and (iii) acid concentration of 1.5mol.L-1 , which resulted in 98.92% yttrium extraction, associated to insignificant copper (0.028%), gold (0.62%) and silver (2.33%) dissolutions.http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 26/06/2021 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 o uso para fins comerciais nem a adaptação.info:eu-repo/semantics/openAccessElementos terras rarasMetais de terras raras - ítrioResíduos industriais - lixiviaçãoPlacas de circuito impressoPlanejamento experimental - análise multivariadaEstudo multivariado da lixiviação ácida de ítrio presente em placas de circuito impresso.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFOPinstname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)instacron:UFOPORIGINALDISSERTAÇÃO_EstudoMultivariadoLixiviação.pdfDISSERTAÇÃO_EstudoMultivariadoLixiviação.pdfapplication/pdf2583906http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/13363/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O_EstudoMultivariadoLixivia%c3%a7%c3%a3o.pdf35050e2e75f02e31a37d6b582792d57cMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/13363/2/license_rdf9868ccc48a14c8d591352b6eaf7f6239MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/13363/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53123456789/133632021-07-09 13:29:46.572oai:localhost:123456789/13363Tk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufop.br/oai/requestrepositorio@ufop.edu.bropendoar:32332021-07-09T17:29:46Repositório Institucional da UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)false
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