Recuperação de pirite e chumbo: uma visão geral

Adicionando ainda mais ao seu arsenal de usos, A pirite

é uma parte eficaz e essencial da produção e recuperação de chumbo. Apoiando-se em perfis de porosidade ou na química redox da pirita, as inclusões industriais de pirite em quantidades estequiométricas e subestequiométricas de pirite (tratada ou não tratada) fornecem propriedades abrangentes de remoção de chumbo da solução aquosa e são as únicas responsáveis por empurrar o equilíbrio para a direita na fundição de chumbo. Além disso, a pirita encontra usos em sua forma calcinada ou cindered para remoção de metais (incluindo chumbo) de solução aquosa, como em rejeitos de mineração.

Pirite no processo de fundição de chumbo

É sem dúvida que a fundição, por mais simples que possa parecer, é um processo complexo. Muitos componentes são adicionados à fundição juntamente com o minério e/ou metal reciclado. Abaixo é mostrada a equação química da conversão do óxido de chumbo (PbO, o minério primário) para o metal(1). Usando calor e uma combinação de aditivos redutores e oxidativos, o processo é eficaz e eficiente. As vias de redução e oxidação abaixo são cruciais e não funcionariam sem pirita. A pirita aqui atua como um redutor.

2 FeS 2 + 15 PbO → Fe2O 3 + 4 SO3 + 15 Pb ΔG = -23.804 kcal mol-1
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb ΔG = -9.548 kcal mol-1

Apesar das altas temperaturas em que essas reações são realizadas, elas são termodinamicamente favoráveis a 1.100 °C(2), como pode ser visto nos valores de energia livre de Gibbs (ΔG) citados acima. O empurrão de equilíbrio está muito em vigor aqui, com as espécies de ferro sendo produzidas tendo o efeito de empurrar o equilíbrio para a direita à medida que se dissolvem na escória. Este efeito é ainda modulado pelo dióxido de enxofre ser rápida e prontamente perdido para a atmosfera. Não é mostrado o carbonato de sódio que é adicionado para sequestrar o trióxido de enxofre e convertê-lo em sulfato de sódio e dióxido de carbono (SO 3 aNa 2, SO4 + CO2), que entra na escória e desaparece para a atmosfera, respectivamente(3). Teoricamente, o enxofre elementar poderia ser utilizado, mas é mais difícil de manusear do que a
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e tem um menor ponto de fusão e ebulição, tornando-o menos eficiente(4).

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Remoção de chumbo secundário

Devido à falta de necessidade de química redox para a remoção secundária de chumbo (ou seja, chumbo que foi derivado de fontes de sucata na maior parte), a pirita não tem aqui um papel a desempenhar a menos que seja derretido e adicionado a um processo convencional (primário) de isolamento de chumbo. O chumbo, como muitos outros metais, é infinitamente reciclável, proporcionando que as impurezas possam ser removidas.

metal casting process with red high temperature fire in metal part factory
Pure copper wire, stock market raw materials industry concept

Torrefação por cloração

A torrefação por cloração é um método para extrair metais de alto valor dos rejeitos. Ao torrar materiais de rejeitos (da mineração de chumbo, ouro e prata, por exemplo) e, em seguida, submeter esse material a uma atmosfera rica em cloro, metais de alto valor formam prontamente seus sais de cloreto in situ, que são facilmente separáveis e desclorados posteriormente. A pirita foi proposta como um material para aumentar a conversão da fonte de cloreto (cloreto de cálcio) em cloro elementar(5), de acordo com a seguinte fórmula:

CaCl2 + FeS 2 + O 2 → CaSO4 + Fe 2 O3 + Cl 2

O gás de cloro pode então reagir com qualquer metal presente (como chumbo, ouro, etc., que esteja em baixa concentração e amplamente disperso pelos rejeitos) para formar o cloreto desse metal:

M + Cl 2 → MCl2 (ou outros cloretos do metal, em que «M» é um metal)

O cloro acabaria por ser produzido por decomposição térmica simples do cloreto de cálcio, mas a pirita aumenta isso. O uso da pirita também tem aplicações mais amplas na limpeza de vários rejeitos metálicos, incluindo cianeto(6). No geral, a vantagem de poder usar pirite fácil de manusear e relativamente barata para melhorar o processo de cloreto de cálcio paga dividendos.

Pirite e ácidos

Como mencionado em outras discussões neste site, a pirita é amplamente tolerante a ácidos e bases. Isto significa que pode ser utilizado num espectro ainda mais vasto de aplicações. Um método para a extração da galena do minério de chumbo é oxidá-lo com pirite e ácido nítrico concentrado. Este método de "química húmida" leva o chumbo para a fase aquosa em comparação com a utilização de um forno e a fusão do minério. Por conseguinte, pode ter um menor consumo de energia. Ao aquecer o minério de galena com pirite e ácido nítrico, o sulfeto de chumbo escorre para a fase aquosa, eventualmente produzindo anglesite - PbSO4. Devido às temperaturas envolvidas, a oxidação é facilmente realizada pelo ácido, com uma pequena quantidade de plumbojarosita também sendo formada(7). Este método pode ser particularmente atraente se o chumbo for eventualmente necessário como um sulfeto/sulfato mais elevado, em oposição ao chumbo elementar ou fundido. Qualquer químico moderno preferiria usar uma rota mais direta se for o sulfeto / sulfato que é necessário - negando completamente a necessidade do alto-forno. O sulfato de chumbo (ii) tem usos promissores em armazenamento elétrico e baterias.

Lead ingots, with copper removed, refined using iron pyrite.

Pirita tratada: Outras aplicações

Enquanto muitas das aplicações predominantes para a pirita usá-lo em sua forma crua e não tratada, existem muitos outros onde um processo simples, como a calcinação, pode abrir mais portas. O ponto de fusão da pirita de 1.177 °C significa que as temperaturas de calcinação devem ser bem inferiores a este. A formação de cinza de pirite - efetivamente um processo de torrefação seguido de dessulfuração - também tem uma gama modesta de usos.

Pirite calcinada

Tal como acontece com outros materiais submetidos a calcinação, a pirite tratada termicamente tornar-se-á mais porosa e policristalina - conferindo-lhe propriedades especialmente adequadas para a recuperação de contaminantes ou metais. A pirite calcinada demonstrou ser eficaz na remoção de mercúrio(8) e cobre(9) dos rejeitos e drenagem de minas. Na agricultura, a pirita, na sua forma calcinada, pode remover concentrações moderadamente elevadas de iões amónio, fosfato e nitrito das águas paradas e de escoamento, impedindo a sua saída para os cursos de água e protegendo contra a eutrofização(10).

Voltando ao chumbo, e recuperando-o da solução aquosa, somos apresentados a uma história semelhante: a pirite calcinada porosa é eficaz na remoção do chumbo. Um estudo analisou como a pirite calcinada poderia ser suportada em colunas de leito fixo e ter soluções aquosas de caráter metálico simples e misto passadas sobre elas. Além de ser capaz de remover o cobre, a pirita foi capaz de remover 73,7 mg g-1 de chumbo (mg de chumbo por grama de pirita descalcinada) de uma única solução metálica, representando um circa. 15% de eficiência.. Quando aplicado a uma solução multimetal contendo cádmio e zinco, além do cobre e chumbo, a eficiência para remoção isolada de chumbo caiu para 2,5%(11). Os autores descrevem o mecanismo de operação como o de precipitação e dissolução através da formação de covellite e galena in situ, como descrito anteriormente.

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Cinder Pirite

Tem havido interesse na conversão de óxidos metálicos para os seus sulfuretos equivalentes, que podem ter aplicações no campo de armazenamento de energia. A vulcanização é um processo mais comummente associado à produção de borracha - e refere-se corretamente ao tratamento da borracha natural com enxofre para dureza -, mas os investigadores demonstraram que o óxido de chumbo pode ser vulcanizado (ou seja, tratado com enxofre para conversão no sulfureto) utilizando pirite. Quando aquecidos a 900 °C, o óxido e a pirite convertem-se ao sulfureto em níveis de conversão quase completos, proporcionando PbS em forma de cristal altamente pura(11).

Resumo

  • A recuperação de chumbo é um processo industrial essencial - garantir a prevenção de perdas nos cursos de água e no ambiente em geral é crucial
  • Como parte da produção de fundição de chumbo, é adicionada pirite para garantir que o óxido de chumbo é reduzido a chumbo metálico
  • A pirita é capaz de melhorar a torrefação por cloração, um processo para remover metais e metais preciosos em pequenas quantidades dos rejeitos, por exemplo, da produção de chumbo
  • Com ácidos, a pirite oferece uma abordagem de "química úmida" para a extração de chumbo, evitando a necessidade de fundição
  • Nas operações de limpeza industrial e de tratamento de resíduos mineiros, a pirite calcinada pode servir de «esponja» para remover o chumbo das águas de escoamento; A pirite cindered atua de forma semelhante para remover o chumbo da solução aquosa
  • O cinder de pirite é uma forma de pirite que é eficaz na remoção de metais - incluindo chumbo - da solução, eficaz para uma variedade de metais em valores de pH acima de 6
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Referências

1 Z. Szczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55
2 H. Wang e D. Atirador, O Ambiente Ambiente. A tecnologia., 2000, 21.561

3 E. R. Cole e A. Y. Lee, Hydrometallurgy, 1984, 12, 49

4 C. Zschiesche et al., Challenges and Opportunities of a Lead Smelting Process for Complex Feed Mixture, in: B. Davis et al.

5 X. Guo et al., Sep. Purificação. A tecnologia., 2020 250 , 117168

6 W. Wang et al., J. Cleaner Prod., 2021, 302, 126846

7 R. G. Zárate e G. T. Lapidus, Hydrometallurgy, 2012, pp. 115, 57

8 P. Liu et al., Minerais, 2019, 9, 74

9 T. Chen et al., O mineiro. Água Env., 2019 36, 397

10 J. Guo et al., O Env. A Res., 2021, 194, 110708

11 Y. Yang et al., O Ind. Eng. A quimioterapia. A Res., 2014, 53, 18180

12 A. Jokilaakso et al., Metais, 2019, 9, 911
13 D. Chen et al., O mineiro. Procedimentos. Extrato. Metalúrgica., 2012, 127, 79

14 T. J. Chan et al., Ferragem e Siderurgia, 2013 40, 430

15 D. Bendz et al., O Appl. Geoquimia., 2017, 85, 106