Recuperação de níquel de catalisador desativado do processo de hidrogenação via eletrolixiviação

Abstract

Resumo: Os catalisadores provenientes do processo de hidrogenação de óleos e gorduras são frequentemente desativados após uso prolongado, contendo contaminantes como ácidos graxos livres e metais utilizados. Esses resíduos industriais podem representar sérios problemas ambientais se não forem adequadamente tratados. Além disso, ao serem descartados, esses materiais muitas vezes carregam consigo espécies de valor econômico, como o níquel. Com o objetivo de tratar esses resíduos e recuperar o níquel dos catalisadores desativados, a técnica de eletrolixiviação surge como uma opção viável. Esta técnica visa extrair as espécies na forma iônica, aplicando um gradiente de potencial elétrico entre eletrodos inseridos na massa. Sob a influência desse campo elétrico, os cátions migram em direção ao cátodo, enquanto os ânions se deslocam para o ânodo. Avaliando o efeito do campo elétrico e da temperatura na recuperação do níquel a partir de catalisadores desativados do processo de hidrogenação de óleos e gorduras, utilizando a técnica de eletrolixiviação. Foram realizados testes preliminares para determinar a concentração de ácido sulfúrico no eletrólito e a temperatura de calcinação das amostras (400 °C e 500 °C). Em seguida, foram realizados dois planejamentos experimentais fatoriais 2k para avaliar os efeitos das variáveis campo elétrico e temperatura na eficiência de eletrolixiviação. Durante o desenvolvimento do estudo, foram empregadas técnicas analíticas para caracterização e quantificação do níquel. Os resultados indicaram que, para ambos os planejamentos, a melhor condição foi utilizando ácido sulfúrico a 1 mol L-1 como eletrólito, campo elétrico de 1,0 V cm-1 e temperatura de 45 °C, durante 48 horas de tratamento. As eficiências de extração foram de 41,1% e 43,5% para os ensaios com catalisadores calcinados a 400 °C e 500 °C, respectivamente, apenas para eletrolixiviação. Os consumos energéticos foram de 24,9 W h e 14,2 W h para os mesmos, respectivamente. Esses resultados indicam que o efeito sinérgico entre temperatura e campo elétrico favoreceu a remoção do níquel dos catalisadores, permitindo a extração de espécies utilizando uma técnica menos poluente do que o processo de lixiviação convencional.

Abstract: Catalysts derived from the hydrogenation process of oils and fats are often deactivated after prolonged use, containing contaminants such as free fatty acids and utilized metals. These industrial residues can pose serious environmental problems if not adequately treated. Additionally, when disposed of, these materials often carry with them species of economic value, such as nickel. With the aim of treating these residues and recovering nickel from deactivated catalysts, the electroleaching technique emerges as a viable option. This technique aims to extract species in ionic form by applying an electric potential gradient between electrodes inserted into the mass. Under the influence of this electric field, cations migrate towards the cathode, while anions move towards the anode. Evaluating the effect of the electric field and temperature on nickel recovery from deactivated catalysts of the hydrogenation process of oils and fats using the electroleaching technique. Preliminary tests were conducted to determine the concentration of sulfuric acid in the electrolyte and the calcination temperature of the samples (400°C and 500°C). Then, two 2k factorial experimental designs were carried out to evaluate the effects of the electric field and temperature variables on the efficiency of electroleaching. Analytical techniques were employed during the study for nickel characterization and quantification. The results indicated that, for both designs, the best condition was using 1 mol L-1 sulfuric acid as the electrolyte, an electric field of 1.0 V cm-1, and a temperature of 45°C for 48 hours of treatment. The extraction efficiencies were 41.1% and 43.5% for the assays with catalysts calcined at 400°C and 500°C, respectively, only for electroleaching. The energy consumptions were 24.9 Wh and 14.2 Wh for the same, respectively. These results indicate that the synergistic effect between temperature and electric field favored the removal of nickel from the catalysts, allowing the extraction of species using a less polluting technique than conventional leaching processes.