dc.creator | Lütke, Sabrina Frantz | |
dc.date.accessioned | 2023-05-04T13:50:47Z | |
dc.date.available | 2023-05-04T13:50:47Z | |
dc.date.issued | 2023-02-28 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/28959 | |
dc.description.abstract | Rare earth elements (REE) are a group of elements with very similar physical and chemical
properties. They include the 15 elements of the lanthanide series (La–Lu), Y, and Sc. The
need for these elements in different sectors of modern technology and the dependence on
China has encouraged the search for secondary resources to obtain them. In this context,
phosphogypsum, a waste generated in large amounts in phosphoric acid production, can be
considered a promising alternative for obtaining REE. Therefore, this work aimed to evaluate
the possibility of using phosphogypsum waste to obtain REE through conventional acid
leaching and the process intensification through ultrasound-assisted leaching. Initially, the
phosphogypsum waste was characterized regarding the chemical and nanomineralogical
composition. The presence of several toxic elements in ultrafine particles and nanominerals
was revealed, demonstrating the dangerous potential of this waste. In addition, REE at a
concentration of about 5000 mg kg–1 was found, suggesting the high potential of
phosphogypsum as a secondary source of these elements. From this, the recovery of REE was
initially studied by conventional acid leaching. A leaching efficiency of 90% was achieved
using a sulfuric acid concentration of 2.9 mol L−1
, solid/liquid ratio of 1.7/20 g mL−1
, and
temperature of 55 °C. Under these conditions, the kinetic study showed that the equilibrium of
the conventional leaching was reached in about 20 minutes. In sequence, the ultrasoundassisted leaching was investigated using an ultrasonic probe system. The optimization showed
that a leaching efficiency of 84% was achieved using a sulfuric acid concentration of 0.6 mol
L
−1
, amplitude of 77%, and pulse of 93.6%, keeping set the solid/liquid ratio of 1.7/20 g mL−1
and temperature of about 40 °C. Under these same conditions, the leaching efficiency at silent
condition was only 68%. The kinetic study demonstrated that the equilibrium of the
ultrasound-assisted leaching was reached in about 20 minutes, while for the leaching at silent
condition, the equilibrium was not verified within 60 minutes. These results demonstrated that
the ultrasound could contribute to the REE leaching from phosphogypsum, leading to an
increase of about 20% in the leaching efficiency and a considerable reduction in the time
required to reach the equilibrium. According to the characterization results, the ultrasound
effects on the REE leaching were mainly due to a large reduction in the particle size of the
phosphogypsum. In summary, ultrasound was an effective method for the REE leaching from
phosphogypsum, allowing obtaining a leaching efficiency comparable to that obtained in the
conventional leaching, but using a sulfuric acid concentration about 5 times lower, thus
representing a great advantage from the environmental point of view. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Caracterização nanomineralógica | por |
dc.subject | Cinética de lixiviação | por |
dc.subject | Elementos terras raras | por |
dc.subject | Lixiviação ultrassônica | por |
dc.subject | Recursos secundários | por |
dc.subject | Valorização de resíduos | por |
dc.subject | Nanomineralogical characterization | eng |
dc.subject | Leaching kinetics | eng |
dc.subject | Rare earth elements | eng |
dc.subject | Ultrasonic leaching | eng |
dc.subject | Secondary resources | eng |
dc.subject | Waste valorization | eng |
dc.title | Lixiviação convencional e lixiviação assistida por ultrassom de elementos terras raras a partir de fosfogesso | por |
dc.title.alternative | Conventional leaching and ultrasound-assisted leaching of rare earth elements from phosphogypsum | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | Os elementos terras raras (REE, do inglês rare earth elements) formam um grupo de
elementos com propriedades físicas e químicas muito semelhantes e compreende os 15
elementos da série dos lantanídeos (La–Lu), além do Y e do Sc. A criticidade desses
elementos para diversos setores da tecnologia moderna e a dependência em relação à China
tem incentivado a busca por fontes secundárias para obtenção dos mesmos. Nesse contexto, o
fosfogesso, um resíduo gerado em grande quantidade na produção de ácido fosfórico, pode ser
considerado uma alternativa promissora para a obtenção de REE. Portanto, o objetivo deste
trabalho foi avaliar a possibilidade de utilizar resíduo de fosfogesso para obtenção de REE
através de lixiviação ácida convencional, bem como avaliar a intensificação do processo
através de lixiviação assistida por ultrassom. Inicialmente, o resíduo de fosfogesso foi
caracterização quanto à composição química e nanomineralógica. Foi revelada a presença de
diversos elementos tóxicos em partículas ultrafinas e nanominerais, demonstrando o potencial
perigoso desse resíduo. Além disso, REE na concentração de cerca de 5000 mg kg–1
foram
encontrados, sugerindo o grande potencial do fosfogesso como fonte secundária desses
elementos. A partir disso, a recuperação de REE foi estudada inicialmente por lixiviação ácida
convencional. Foi possível atingir uma eficiência de lixiviação de 90% usando uma
concentração de ácido sulfúrico de 2,9 mol L−1
, razão sólido/líquido de 1,7/20 g mL−1
e
temperatura de 55 °C. Nestas condições, o estudo cinético mostrou que o equilíbrio da
lixiviação convencional foi atingido em cerca de 20 minutos. Em seguida, foi avaliada a
lixiviação assistida por ultrassom usando um sistema de sonda ultrassônica. A otimização
mostrou que foi possível atingir uma eficiência de lixiviação de 84% usando uma
concentração de ácido sulfúrico de 0,6 mol L−1
, amplitude de 77% e pulso de 93,6%,
mantendo fixa a razão sólido/líquido de 1,7/20 g mL−1
e uma temperatura de cerca de 40 °C.
Nessas mesmas condições, a eficiência de lixiviação em condição de silêncio foi de apenas
68%. O estudo cinético demonstrou que o equilíbrio da lixiviação assistida por ultrassom foi
atingido em cerca de 20 minutos, enquanto que para a lixiviação em condição de silêncio, o
equilíbrio não foi verificado dentro de 60 minutos. Esses resultados demonstraram que o
ultrassom foi capaz de contribuir para a lixiviação de REE a partir de fosfogesso, levando a
um aumento de cerca de 20% na eficiência de lixiviação, bem como à uma redução
considerável no tempo necessário para atingir o equilíbrio. De acordo com os resultados de
caracterização, os efeitos do ultrassom na lixiviação de REE deveram-se principalmente a
uma grande redução no tamanho das partículas de fosfogesso. Em resumo, o ultrassom foi um
método eficaz para a lixiviação de REE a partir de fosfogesso, permitindo a obtenção de uma
eficiência de lixiviação comparável com aquela obtida na lixiviação convencional, porém com
o uso de uma concentração de ácido sulfúrico cerca de 5 vezes inferior, representando,
portanto, uma grande vantagem de ponto de vista ambiental. | por |
dc.contributor.advisor1 | Dotto, Guilherme Luiz | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5412544199323879 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Duarte, Fábio Andrei | |
dc.contributor.referee1 | Franco, Dison Stracke Pfingsten | |
dc.contributor.referee2 | Pinto, Luiz Antonio de Almeida | |
dc.contributor.referee3 | Cadaval Junior, Tito Roberto Sant’Anna | |
dc.contributor.referee4 | Rosa, Marcelo Barcellos da | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/4571463090045480 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Química | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Ciências Naturais e Exatas | por |