Recuperação de metais pesados (Pb, Cu e Ni) de efluentes industriais utilizando reator eletroquímico de leito particulado

Abstract

Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar o funcionamento de um reator eletroquímico utilizando eletrodo de leito particulado na deposição, em separado, dos íons chumbo, cobre e níquel de soluções diluídas, alterando parâmetros de processo como concentração do íon metálico, densidade de corrente e expansão do leito, com o intuito de avaliar o desempenho do reator em relação à eficiência do sistema e ao consumo energético. Análises voltamétricas também foram realizadas a fim de se obter informações sobre as reações de deposição que ocorrem no interior do reator. Com objetivo de avaliar as variáveis estudadas de uma forma econômica, ou seja, com o menor número de experimentos possíveis, sem perder a confiança nos resultados, foi adotada a metodologia experimental de Taguchi, a qual utiliza os fatoriais fracionados e arranjos ortogonais para determinar o quão significativa é a influência de cada variável sobre a resposta e predizer a combinação ótima das variáveis. Esta combinação garante obter o melhor resultado, isto é, a maior eficiência de corrente e o menor consumo energético. As maiores eficiências de corrente encontradas foram de 76,3, 98,3 e 30,3 % para os íons chumbo, cobre e níquel, respectivamente. Também foi estudada uma solução contendo uma mistura de íons cobre e níquel, onde foi possível observar uma diminuição da eficiência de corrente quando comparada com os valores obtidos na recuperação isolada destes íons. Neste trabalho também procurou-se entender o mecanismo de reação de deposição dos íons metálicos utilizando o modelo proposto, correlações da literatura e coeficiente angular obtido dos dados experimentais. O modelo proposto prevê que a reação está limitada por transporte de massa. Porém, com os dados experimentais obtidos concluiu-se que, além do transporte de massa, existem outros fatores que também influenciam a reação, provavelmente o transporte de carga.

Abstract: The aim of this work is to study an electrochemical reactor by using metallic particles as cathode for lead, copper and nickel ions recovery from acidified aqueous solutions for different process parameters as metallic ion concentration, current density and bed expansion. The objective is the evaluation of reactor performance related to system efficiency and energy consumption. Voltammetries were accomplished with the working solutions in order to obtain informations about the metallic deposition reaction that takes place inside the reactor. Taguchi Method was the selected statistical technique once it allows the main effects to be estimated with a minimum number of runs in the experiment. Moreover, it makes use of fractional factorial and orthogonal arrays to identify the factors having greater influence and the optimum setting for each factor. The highest current efficiency obteined in this work was 76,3%, 98,3% and 30,3% for lead, copper and nickel, respectively. A solution with both copper and nickel was also studied and it was possible to see that the current efficiency decreases when compared to the individual recovery of these ions. In order to understand the deposition reaction mechanism, the available model (process controlled by the mass transport), the literature correlations and the slope obtained from the experimental results were used. It was concluded that the model is unable to foresee completely the behavior of the electrochemical reactor studied here and there are other factors that must be considered.