Extração de ítrio de solo arenoso via mineração assistida por campo elétrico

Abstract

Resumo: O ítrio é um elemento do grupo dos terras raras que possui muitas aplicações, das quais se destacam: em phosphors de lâmpadas fluorescentes, como material constituinte de painéis de tela plana e como lasers. Contudo, é um elemento considerado crítico, pois apresenta risco ao suprimento à demanda consumidora. Assim, de acordo com este cenário e devido ao elevado impacto ambiental do processo de mineração convencional de ítrio, tem-se a preocupação com a obtenção deste elemento de forma econômica viável e ambientalmente menos impactante. Com isso, a presente dissertação comtempla a metodologia para extração do íon ítrio via da mineração assistida por campo elétrico. Esta que emprega ácido orgânico fraco como eletrólito, além de apresentar baixo custo energético. Assim, foram realizadas eletrominerações em solo sintético com o propósito de validar a metodologia em solo real. Para isso, foi realizado um planejamento experimental fatorial do tipo 2k, em que as "k" variáveis avaliadas são a concentração de eletrólito e a intensidade de campo elétrico. Para ampliar a área de verificação da influência dessas variáveis, foi aplicada a técnica de operação evolutiva (EVOP). Assim, a partir dos resultados dos fluxos migracionais experimentais, foi obtida uma superfície de resposta contendo a tendência do aumento do fluxo migracional. Na qual, foi observado que o aumento do campo elétrico favorece o fluxo migracional. Por outro lado, o aumento da concentração de eletrólito desfavoreceu o fluxo. Em todas as eletromineração foram observados a mobilização do íon de ítrio, porém a terceira mineração em solo sintético apresentou significativa mudança no perfil de concentração, a qual apresentou melhor desempenho em relação ao fluxo migracional. Com o intuito de avaliar o custo energético das minerações, foi monitorada a corrente elétrica das minerações, a qual variou de 0,02 mA cm-2 a 0,16 mA cm-2, resultando em um custo de médio de 1,6 ± 1,1 R$ t-1 de solo. A metodologia proposta foi validada em solo real, em que a eletromineração foi conduzida durante 240 h e obteve um custo energético de 1,76 R$ t-1 de solo. Palavras chaves: Mineração assistida por campo elétrico. Ítrio. Fluxo migracional. Superfície de resposta. Custo energético.

Abstract: Yttrium is an element of the rare earth group that has many applications, such as phosphors of fluorescent lamps, as a constituent material of flat panel panels and as lasers. However, due to the risk of supply to consumer demand, it is considered a critical element. Thus, in light of this view and associated to the high environmental impact due to the conventional yttrium mining process, we have the concern to obtain this element in a viable and environmentally less impacting economic way. Therefore, this dissertation contemplates the methodology for extraction of the yttrium by electric field mining assisted. This technique contemplates the use of weak organic acid like electrolyte and presents low energetic cost. Moreover, electrominings (EM's) were performed in synthetic soil with the purpose of validating the methodology in real soil. For that end, a factorial design of experimental, type 2k, was carried out, in which the "k" variables evaluated were the electrolyte concentration and the electric field strength. In order to expand the area of verification of the influence of these variables, the evolutionary operation technique (EVOP) was applied. Hence, from the results of the experimental migration flows, a response surface with the trend of increasing migration flow was obtained. Thus, it was observed that the increase of the electric field benefits the migrational flow. On the other hand, the increase of electrolyte concentration has not favored the flow. In all EM's, the yttrium ion mobilization was observed, but the third mining in synthetic soil showed a significant change in the concentration profile, which showed better performance in relation to the migrational flow. In order to evaluate the experimental energy cost, the electric current of the mining was monitored, which ranged from 0.02 mA cm-2 to 0.16 mA cm-2, resulting in a mean cost of 1.6 ± 1.1 R $ t-1 of soil. Furthermore, the proposed methodology was validated in real soil, this EM was performed during 240 h and obtained an energy cost of 1.76 R $ t-1 of soil. Keywords: Electro field mining assisted. Yttrium. Migrational flow. Response surface. Energy cost.