Eletrorrecuperação do Ouro - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
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Maraca1 de Março de 2013

Eletrorrecuperação do Ouro - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

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Apostilas sobre a eletrorrecuperação do ouro, princípios da eletrorrecuperação, principais reações eletroquímicas, parâmetros.
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Eletrorrecuperação do Ouro

Eletrorrecuperação do Ouro

A eletrorrecuperação do ouro é um processo conhecido desde o final do século XIX, entretanto devido ao uso incorreto de células para tratamento de soluções diluídas e aos bons resultados obtidos com o processo Merrill-Crowe1, a utilização do processo eletrolítico para a recuperação do ouro presente em soluções provenientes de lixiviação foi retardada.

No início da década de 50 uma célula eletrolítica adequada ao tratamento de soluções diluídas foi desenvolvida, e com o surgimento da tecnologia de tratamento dos licores oriundos da lixiviação por adsorção/desorção em carvão ativado, o processo de eletrorrecuperação finalmente se difundiu, e hoje é amplamente utilizado, devido à sua maior seletividade, que facilita os processos seguintes de refino, e também devido ao fato de não haver necessidade do uso de reagentes químicos.

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Figura 1 Célula de Zadra para recuperação do ouro.

A célula eletrolítica foi desenvolvida por Zadra, nessa célula um tubo de aço inoxidável no qual a lã de aço era enrolado fazia as vezes de catodo, e era envolvido por um cilindro plástico, com o intuito de evitar curtos-circuitos com o anodo. Por sua vez, o anodo era constituído de uma malha de aço inoxidável que envolvia o catodo e o cilindro plástico.

Apesar de ter obtido sucesso quando desenvolvida, a célula de Zadra apresenta algumas falhas, como, por exemplo, o fluxo do eletrólito através do catodo poroso não era uniforme, resultando em uma deposição desigual e em desperdício da área catódica, além disso, o espaçamento entre o catodo e o anodo era exagerado, resultando em alta tensão e consequentemente alto consumo de energia, e ainda, o volume da célula não era totalmente utilizados.

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Figura 2 Célula de Zadra para eletrorrecuperação de ouro, modificada para favorecer o transporte de massa.

Assim sendo, vários projetos de aperfeiçoamento da célula para eletrorrecuperação do ouro foram desenvolvidos, e hoje as células são fabricadas de acordo com as necessidades de cada usina.

A figura abaixo mostra o fluxograma simplificado do processo de extração do ouro.

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Figura 3Fluxograma simplificado para a produção do ouro.

Princípios da Eletrorrecuperação

Para que uma reação eletroquímica ocorra, em meio aquoso e em uma célula eletrolítica, a diferença de potencial aplicada entre o anodo e o catodo deve ser maior que o valor do potencial reversível das reações anódicas e catódicas. O valor dessa diferença (h), denominado sobrepotencial é pela equação:

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Onde E é o valor do potencial do eletrodo e ER é o valor do potencial reversível, e são dados pela equação de Nernst:

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Na redução eletrolítica de íons metálicos (Mn+) e tensão da célula é:

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Onde ER,a , e ER,c representam os potenciais reversíveis das reações anódicas e catódicas, ha e hc representam os respectivos sobrepotenciais e e IR é o produto da corrente I que passa pela resistência R do eletrólito, ou seja, a queda ohmica. A equação de Butler-Volmer descreve a velocidade da transferência de elétrons, em função da densidade de corrente i e do sobrepotencial:

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Onde a é o coeficiente de transferência e i0 a densidade de corrente de troca, ambos parâmetros cinéticos da reação eletroquímica.

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Figura 4 (a) Curvas de polarização esquemáticas mostrando os componentes de potencial numa célula eletrolítica. (b) Ilustração esquemática da queda de potencial numa célula eletrolítica.

Quanto maior é o valor do sobrepotencial, maior será a velocidade da reação, até que as espécies a serem reduzidas sejam esgotadas. Dessa forma a reação passa a ser controlada pela difusão dessas espécies através da camada limite.

Principais reações eletroquímicas

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As reações fundamentais são as reações anódica e catódica. Na eletrorrecuperação do ouro a principal reação anódica é o desprendimento de oxigênio por descarga do íon hidroxila, que em meio alcalino é representada por:

4 OH- = O2 + 2H2O + 4e- E0 = 0,401V

Já em soluções acidas, quando a concentração de OH- é muito baixa, o desprendimento de oxigênio é por descarga de moléculas de água, e é representado por:

2H2O = O2 + 4H+ + 4e- E0= 1,229V

Em soluções neutras, a geração de oxigênio se dá tanto pela descarga de íons hidroxila quanto por descarga de moléculas de água.

A reação de oxidação do íon cianeto também pode ocorrer em menor escala:

CN- + 2OH- = CNO- + H2O + 2e- E0= -0,96V

Durante a eletrorrecuperação do ouro, utilizando-se soluções cianídricas em meio alcalino, as seguintes reações catódicas podem acontecer:

Au(CN)-2 + e- = Au + 2 CN- E0= -0,595V

O2 + 2H2O + 4e- = 4 OH- E0= 0,401V

O2 + H2O +2e- = OH- + HO-2 E0= -0,065V

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2H2O + 2e- = H2 + 2OH- E0= -0,828V

O complexo Au(CN)-2 é reduzido a ouro metálico. As reações de redução do oxigênio competem com a deposição de ouro, consumido a maior parte da corrente elétrica no catodo. A reação de desprendimento de hidrogênio ocorre juntamente com a deposição do ouro sob condições de controle por transporte de massa, a despeito de seu potencial padrão muito negativo.

A redução eletrolítica do complexo Au(CN)-2 provavelmente ocorre em duas etapas, sendo que somente a segunda etapa, que é a etapa lenta do processo, é uma reação eletroquímica:

Au(CN)-2 = Au(CN)ads + CN-

Au(CN)ads + e- = Au + CN-

Para sobrepotenciais catódicos muito elevados tem-se a impressão de que apenas a segunda etapa ocorre. Os diferentes mecanismos de deposição, sob diferentes condições de eletrolise afetam as características físicas do ouro depositado.

Para sobrepotenciais catódicos baixos um produto denso aderente ao catodo é formado, enquanto que em sobrepotenciais elevados é formado um produto poroso e pouco aderente. Cada um desses produtos é desejado em determinadas circunstâncias.

Para os valores comumente utilizados de potenciais na eletrorrecuperação do ouro, outros metais complexados pelo cianeto e possivelmente presentes no eletrólito podem ser reduzidos preferencialmente ao complexo de ouro, no catodo. Os potenciais de eletrodo padrão íons complexos do cianeto com metais como a prata, mercúrio, chumbo e cobre apresentam potenciais maiores do que o do ouro, e sendo assim, esses metais devem se depositar no catodo contaminando o depósito de ouro. Durante o refino, ocorre a recuperação da prata depositada, que é um sub-produto de interesse econômico. O mercúrio pode prejudicar a eletrorrecuperação do ouro se estiver presente acima de determinada concentração, e além de depositar preferencialmente ao ouro, também interfere na qualidade física do deposito, e por

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isso deve ser retirado antes da eletrorrecuperação. O chumbo se presente em concentrações de até 1ppm favorece a eletrodeposição do ouro, porém se em altas concentrações sua deposição passa a ser mais favorável que a do ouro, comprometendo o depósito. O cobre, assim como o chumbo, em baixas concentrações favorece a redução do ouro e da prata, entretanto, mesmo em baixas concentrações o cobre co-deposita cm o ouro, contaminando o depósito e prejudicando a etapa de refino seguinte.

Já metais como o níquel, ferro e zinco têm potenciais de eletrodo padrão menores do que o do ouro, e por isso só se depositam juntamente com o ouro nos casos em que apresentam concentração muito alta na solução.

A tabela abaixo mostra os valores do potencial de eletrodo padrão de algumas espécies de interesse.

Tabela 1Potenciais de eletrodo padrão de algumas espécies de interesse na eletrorrecuperação do ouro a partir de soluções cianídricas.

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Parâmetros

Durante a eletrorrecuperação do ouro os principais parâmetros que influenciam na eficiência do processo são:

1. Tensão aplicada na célula: Em linhas gerais, a tensão aplicada na célula deve ser suficiente para suprir a queda ôhmica (IR) no eletrólito, e fornecer energia para as reações catódicas e anódicas. Para que a eletrorrecuperação seja eficiente do ouro a tensão aplicada depende do projeto da célula, da temperatura de operação e do eletrólito.

2. Concentração de ouro: Quanto maior a concentração de ouro na solução maior é a corrente limite, e menor será a fração da corrente da célula usada em reações paralelas ao

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catodo, logo maior será a eficiência da corrente para a deposição de ouro, portanto, quanto maior a concentração de ouro na solução maior é a eficiência da deposição de ouro.

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Figura 5Efeito da concentração do ouro nas curvas de polarização.

3. Temperatura: O aumento da temperatura leva ao aumento do coeficiente de difusão do complexo Au(CN)-2, que por sua vez aumenta a velocidade da reação de redução do ouro. O aumento da temperatura também leva ao aumento da condutividade na solução e à uma diminuição na solubilidade do oxigênio dissolvido, o aumento da condutividade faz com que a distribuição do potencial seja mais homogênea no catodo poroso, aumentando sua eficiência, já a diminuição da solubilidade do oxigênio aumenta a eficiência da corrente pois reduz a quantidade de oxigênio disponível para ser reduzido no catodo. Ou seja, o aumento da temperatura gera aumento na eficiência do processo. Porém, esse aumento na eficiência é muito pequeno se comparado com o efeito causado pela variação da concentração de ouro na solução e a hidrodinâmica do eletrólito, por exemplo. As células industriais trabalham, geralmente, entre 70 e 90ºC.

4. Área catódica: A área catódica por unidade de volume de célula para a eletrorrecuperação do ouro deve ser grande para que a velocidade de remoção do ouro da solução seja alta, ou seja, para que tenha aumento da corrente elétrica ideal para a célula. Tendo em vista que os eletrólitos utilizados são relativamente diluídos tendo, em média, concentrações de ouro abaixo de 500ppm, o que leva à uma baixa densidade de corrente limite para redução do ouro. A área catódica está relacionada á densidade de compactação do catodo, que, em geral, está entre 5 e 15 g/L.

5. Hidrodinâmica do eletrólito: É o grau de agitação do eletrólito. Influencia no transporte de massa das espécies dissolvidas na solução, e, portanto, na deposição do ouro. Nas células em que os eletrodos são estáticos e que não há agitação mecânica, as condições hidrodinâmicas são determinadas pela estrutura dos eletrodos, configuração da célula, vazão de alimentação de solução e taxa de recirculação do eletrólito.

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6. Concentração de cianeto livre: O aumento da concentração de cianeto livre na solução desloca a reação da eletrodeposição do ouro (Au(CN)-2 + e- = Au + 2CN-) para potenciais mais catódicos. Sendo assim, o sistema precisa de uma tensão mais elevada para que possa operar na corrente limite.

7. Condutividade do eletrólito: Quanto maior a condutividade do eletrólito, menor será a queda ôhmica e mais homogênea será a distribuição no potencial do catodo poroso, e conseqüentemente, maior será a eficiência de corrente, menor será o consumo de energia e a recuperação do ouro em soluções diluídas (com até 10ppm de ouro) será mais eficiente.

8. pH: É importante tanto por ter efeito na condutividade do eletrólito, quanto na estabilidade química dos eletrodos, em especial, nos anodos de aço inoxidável, já que soluções com pH abaixo de 12,5, aproximadamente, favorecem a corrosão dos anodos, levando à um aumento da concentração de ferro e cromo na solução, e estas espécies em quantidades elevadas prejudicam a eletrorrecuperação do ouro, já que podem ser reduzidas no catodo.

9. Concentração de outros íons: Íons sulfeto podem estar presente em baixas concentrações nos eletrólitos utilizados na eletrorrecuperação do ouro. Esses íons podem ser oxidados a polissulfetos no anodo, sendo mais tarde transportados para o catodo, onde reagem com o ouro depositado, formando complexos estáveis, causando a redissolução do metal. Além dos íons sulfetos a prata, mercúrio, chumbo, cobre e níquel também interferem na eficiência da recuperação do ouro, como já tratado anteriormente.

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