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1 COMUNICAÇÃO TÉCNICA Nº Evolução de gases do anodo na obtenção eletroquímico de didímio Andre Luiz Nunis da Silva Palestra apresentada no ENCONTRO DO INSTITUTO NACIONAL DE PROCESSAMENTO E APLICAÇÕES DE IMÃS DE TERRAS RARAS PARA A INDÚSTRIA DE ALTA TECNOLOGIA, 3., 2018, São Paulo. 23 slides A série Comunicação Técnica compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 Cidade Universitária ou Caixa Postal 0141 CEP São Paulo SP Brasil CEP Tel /4000 Fax

2 Evolução de gases do anodo na obtenção eletroquímica de didímio III Encontro INCT Terras Raras (11/12/2018) Andre Nunis

3 Produção de ímãs permanentes

4 Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais - CTMM Laboratório de Corrosão e Proteção CTMM Laboratório de Processos Metalúrgicos Laboratório Químico (LQ-LPM/CTMM)

5 Voltametria Cíclica Eletrólise Definição rotas Projeto de reatores Construção de reatores (incluindo fornos e automação) Metalotermia Instalação e Start up Testes preliminares

6 Voltametria Cíclica Eletrólise

7 Voltametria Entender o mecanismo de eletrodeposição dos íons Nd 3+ e Pr 3+/4+ (redução em uma etapa de 3 elétrons ou em mais de uma etapa) Determinação do coeficiente de difusão da espécie eletroativa

8 Eletrólise Redução do cátion pela passagem de uma corrente elétrica em meio de sais de fluoretos Em condições especiais Vogel et al, 2017 C + 4F CF 4

9 Dois estudos sobre evolução dos gases Estudo de retenção de perfluorcarbonos por adsorção em leito de óxido de didímio Mônica Yamazaki (Orientação: Prof. Dr. Augusto Neiva ) - USP Estudo e modelamento dos mecanismos do efeito anódico na redução eletroquímica de óxidos de terras raras Andre Nunis (IPT) (Orientação: Prof. Dr. Roberto Guardani)

10 Proposta de projeto Estudo de retenção de perfluorcarbonos por adsorção em leito de óxido de didímio. + Construir um sistema de bancada para avaliar: Fenômenos Adsorção Eficiência das TRO para adsorção Mestranda: Mônica Yamazaki

11 PROPOSTA DE PROJETO INICIAL Estudo de retenção de perfluorcarbonos por adsorção em leito de óxido de didímio Experimentos com Espectrômetro de massa:

12 PROPOSTA GERAL A. Abatimento do CF4 por decomposição catalítica: CF4 + 2H20 CO2 + 4HF B. Adsorção do HF em leito de óxido Dry Scrubbers

13 PROPOSTA GERAL Simplificando: A B

14 Emissões na produção primária de Al Abatimento Para abatimento dos PFCs, a indústria do alumínio adota o sistema de Dry Scrubbing para adsorção em alumina. A alumína retorna para a célula eletroquímica Eficiência reportada de 99 % (gases que passam pelo equipamento) Figura de Lamb et al, 1982

15 B) ADSORÇÃO DO HF - Dry Scrubbing Temperatura, umidade, misturas de SO2 e Na, Alumina etc Sistema contínuo e escala industrial Adsorção física e química (irreversível) C.N. Cochran et al (1970), W.D. Lamb et al (1978), M. Bavarez e R. de Marco (1980): Gases da Redução - Capacidade de adsorção DC: 0,030 0,053 wt% por m²/g Haverkamp et al (1992): Misturas de HF/H2O - Processo de adsorção (interações superfície) - Capacidade: 10 45wt%F por XPS

16 B) ADSORÇÃO DO HF ph ph ph Argônio HF Nas condições de uso atual: Calcula-se o arraste de 0,05 g de HF em 15 minutos - Estudada alteração de alguns parâmetros para otimização do arraste de HF

17 B) ADSORÇÃO DO HF Realizar um comparativo entre Al2O3 e Nd2O3 Caracterização óxido ph ph ph Argônio HF

18 Proposta de projeto Explorar as condições limite que levam ao efeito anódico Quais fenômenos ocorrem durante o efeito anódico? - Molhabilidade - Fluidodinâmica das bolhas - Transferência de massa Thonstad et al (2001) Vogt (1999) Modelo matemático de predição de densidade de corrente crítica Proposta de doutorado: André Nunis

19 Liu et al., 2014 IPT (2017) Efeito anódico Completo P C 2.5 wt% Nd 2 O 3 Efeito anódico Parcial C P 1.4 wt% Nd 2 O 3 (not added) Vogel et al., 2017

20 Descrição do modelo J = I A Θ = A b A Θ = n bπr(t) 2 A

21 Descrição do modelo Explorar as condições limite que levam ao efeito anódico U anodo = f(θ) Cooksey (2008) Balanço de massa Vg A = υ gas υ TR ηj F ZRT P f g 1 f I Θ = n bπr(t) 2 A V g = n bv b t rb Θ = 3t rb 4R(t) υ gas υ TR ηj F ZRT P f g 1 f I

22 Descrição do modelo Como calcular as bolhas? Balanço populacional coalescência n i t + x X n i + r R n i = h Coord. Internas Coord. externas Taxa de crescimento e nucleação ocorrem por transferência de massa do soluto no contato eletrólito-anodo Sh = 2 + 0,6Re 1/2 Sc 1/3 3 R B = 3 2 R d γsenα Δρg Anodo Bolsões de gás (R d ) nos defeitos da superfície Nucleação tipo 4 de acordo com Jones et al. (1999)

23 Alta concentração de óxido Baixa concentração de óxido Perto do efeito anódico

24 Seu desafio é nosso. André Nunis Laboratório de Processos Metalúrgicos