Caracterização eletroquímica do aço lixiviado

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16691 (2022) Citar este artigo

650 Acessos

Detalhes das métricas

Neste trabalho, foram estudadas as propriedades eletroquímicas da lama lixiviada, magnetita e ferrita de zinco. O ácido acético foi usado como reagente de lixiviação porque, nos últimos anos, houve um aumento do interesse em usar materiais contendo zinco como fotocatalisadores, com o ácido acético encontrando aplicação em sua preparação. Várias abordagens metodológicas foram usadas, mas os melhores resultados foram alcançados com uma combinação de 1–3 h de lixiviação em 0,01 M de ácido acético com uma relação sólido/líquido de 500. Nesse arranjo, a zincita foi quase completamente removida do lodo, enquanto o zinco ferrita e magnetita permaneceram no resíduo sólido. Análises ex situ dos principais produtos de lixiviação foram realizadas por difração de raios X, espectroscopia de infravermelho e termogravimetria. O comportamento eletroquímico de resíduos sólidos e sistemas modelo, micromagnetita e ferrita de zinco, foi estudado em meio alcalino por meio de eletrodos de pasta de carbono modificada, voltametria cíclica e cronocoulometria, com uma janela de potencial adequada variando de 0 a 1,5 V. Em resumo , foi encontrada uma dependência linear da altura do pico anódico e catódico na raiz quadrada da taxa de varredura. A posição dos picos anódicos e catódicos mudou ligeiramente com a taxa de varredura, apenas em taxas baixas, até 25 mV/s, os picos individuais coincidiram. A resposta eletroquímica sugeriu um processo quase reversível.

É amplamente reconhecido que os resíduos da siderurgia são classificados como perigosos, pois contêm metais pesados. Um deles é o zinco, que está contido na forma de zincita altamente solúvel ZnO ou na forma de ferrita de zinco pouco solúvel ZnFe2O4. O zinco e seus compostos são recuperados desses resíduos por lixiviação ácida ou alcalina em altas ou baixas pressões. Sob pressão atmosférica, a zincita pode ser quase seletivamente separada por lixiviação em NaOH, NH4Cl ou (NH4)2CO3, com a ferrita de zinco permanecendo no resíduo1,2,3. Durante a lixiviação ácida, a ferrita de zinco também se dissolve, mas o ferro entra na solução4,5,6. Isso foi superado por Siedlecka7 e Maia8 que usaram álcool etílico após lixiviação ácida para precipitar compostos de sulfato de ferro. Além disso, os compostos de cálcio são convertidos em gesso insolúvel e a separação magnética produz magnetita e hematita.

O zinco pode ser obtido a partir da ferrita de zinco por lixiviação ácida sob pressão elevada9 ou usando processos pirometalúrgicos, como o processo de forno Waelz e sua modificação e o processo RecoDust baseado na redução de pó de forno de oxigênio básico contendo metais pesados ​​por H2 e CO, como descritos em 10 e 11, respectivamente. Pickles12 investigou a redução seletiva pelo ferro, relatando uma faixa de temperatura e pressão ótima para recuperação de zinco e chumbo. A combinação de redução, torrefação, lixiviação ácida e separação magnética foi proposta em13. A torrefação de resíduos de lixiviação de zinco por sulfato de amônio foi descrita em 14, onde o processo de três etapas introduzido forneceu um resíduo altamente puro adequado para reciclagem na fabricação de ferro. Kashyap e Taylor15 usaram gás H2 para reduzir parcialmente a ferrita de zinco. Também vale a pena notar que o zinco pode ser seletivamente separado da franklinita por um processo termo-hidrometalúrgico combinado usando NaOH16,17,18.

Os resíduos da siderurgia e seus produtos de lixiviação são de grande importância prática. A lama de siderurgia pode ser utilizada como matéria-prima para a produção de cerâmica19 ou para remover metais pesados ​​de efluentes, conforme demonstrado em20,21. Após a adição de cal, briquetes podem ser feitos a partir do lodo e usados ​​no conversor22. Roslan et al.23 investigaram a possibilidade de melhorar as propriedades do cimento pozolânico derivado de subprodutos de indústrias siderúrgicas. A ferrita de zinco é amplamente estudada como componente de um nanocompósito híbrido que exibe superparamagnetismo e como catalisador de várias reações químicas. A aplicação fotocatalítica de materiais contendo zinco é discutida em vários trabalhos24,25,26,27,28,29,30,31,32. Especialmente o nanohíbrido de óxido de ZnO-grafeno exibiu excelentes propriedades fotocatalíticas durante a fotodegradação do cristal violeta. O estudo eletroquímico do sensor à base de ferrita de zinco foi realizado em 33,34,35,36. O comportamento supercapacitivo de materiais ferríticos foi investigado em37. As nanopartículas retiveram mais de 87% da capacitância inicial após 1000 ciclos de carga/descarga. Os nanocompósitos de grafeno à base de ferrita de zinco foram testados como promissores eletrocatalisadores por Nivetha e Grace38. Nanocompósitos de MnFe2O4/grafeno e ZnFe2O4/grafeno mostraram ser eletrocatalisadores eficientes para a geração de hidrogênio via mecanismo de redução de hidrogênio.