A melhoria das propriedades das resinas orgânicas incentivou a aplicação para o processo de troca iônica devido a sua estabilidade e elevada capacidade. As primeiras tentativas para aplicação da troca iônica para recuperação de metais estavam relacionadas com a recuperação de cobre e cromo contido em efluentes industriais e de prata de filmes fotográficos.
O urânio foi o primeiro metal a ser recuperado em grande escala a partir de soluções lixiviadas, empregando resinas de troca iônica. A grande quantidade de estudos científicos realizados nesse campo abriu as portas para o largo emprego da resina de troca iônica para recuperação de outros metais a partir de soluções lixiviadas.
O processo de troca iônica é utilizado especialmente no tratamento de soluções muito diluídas com concentração do íon metálico na ordem de 10mg/L ou menor. Esse processo não é eficaz em soluções com concentração do íon metálico superior a 1%.
Os contra-íons são livres para se movimentarem dentro da estrutura. Já os íons fixos, lógico, não se movimentam. Troca iônica Princípios gerais Um trocador iônico é uma estrutura ou matriz que carreia uma carga elétrica positiva ou negativa, que é neutralizada por íons de sinais opostos denominados contra-íons. Os íons de mesmo sinal da matriz são chamados de co-íons.
Princípios gerais Quando a matriz está carregada positivamente, o trocador é chamado de aniônico, então os ânions são trocados com os contra-íons. Similarmente, um trocador catiônico é capaz de trocar cátions com os contra-íons. As reações de troca iônica são: Aniônica: R + X - + A - R + A - + X - Catiônica: R - Y + + B + R - B + + Y +
Princípios gerais Se os íons trocados possuem valências diferentes, os balanços de massa e de carga devem ser preservados. Exemplo: Se A 2- é trocado por X - e B 2+ por Y +, as equações podem ser descritas assim: 2X - (r) + A2- (aq) A2- (r) + 2X- (aq) 2Y + (r) + B2+ (aq) B2+ (r) + 2Y+ (aq)
A fim de preservar a neutralidade elétrica da esponja, um número estequiométrico de outros íons da solução entra nos poros. Troca iônica Princípios gerais Os trocadores iônicos podem ser comparados a uma esponja com os contra-íons flutuando nos seus poros. Quando a esponja é imersa em uma solução, os contra-íons podem deixar os poros e ir para a solução.
Princípios gerais Os eletrólitos dissolvidos podem ser completamente removidos da solução aquosa pela troca de todos os cátions por H + e todos os ânions por OH -. Isto pode ser obtido em colunas de 2 estágios: uma catiônica e outra aniônica ou uma coluna simples contendo uma mistura de partículas trocadoras, catiônica e aniônica.
Métodos e equipamentos O processo de troca iônica pode ser realizado em colunas em regime de batelada, semicontínuo num sistema de resina em polpa ou continuamente em sistema elaborado de colunas.
Colunas Uma vez que a troca iônica é uma operação de equilíbrio, o grau de separação das duas espécies, que pode ser alcançado em uma simples operação de batelada, está limitado pelo valor do coeficiente de distribuição. Repetidas operações em batelada são tediosas e consomem espaços consideráveis.
dimensão da coluna Troca iônica Colunas Dessa forma, as operações são conduzidas em colunas que podem ser consideradas como um grande número de processos em batelada com equilíbrio entre a solução e a resina. Operações eficientes em coluna dependem de: fluxo de solução tamanho da partícula da resina
Colunas As colunas mais utilizadas possuem: diâmetro = 2m altura = 4m A resina deve ter partículas do mesmo tamanho para que se previna a formação de caminhos preferenciais no leito. Também deixa-se espaço no topo do leito para prevenir a expansão da resina durante o processo de troca.
Resina em polpa Este processo é aplicado quando, para alguns minérios, as suspensões lixiviadas são viscosas e de difícil filtração e a produção de licores lixiviados clarificados é cara e demorada. É um processo semi-contínuo chamado de método de resina em polpa (RIP resin in polp ).
Resina em polpa Neste método, suspensões lixiviadas de difícil filtração são alimentadas em tanques contendo cestas de aço inoxidável com telas de aberturas de 0,6mm contendo pedaços grosseiros de resina (0,84 a 2,00mm). Tais suspensões são movidas continuamente para cima e para baixo por um mecanismo alternativo.
Resina em polpa Dessa forma, o leito da resina é expandido quando movimentado para cima através da polpa e comprimido quando movimentado para baixo. Os tamanhos das cestas variam de 40 x 40 x 40 cm a 180 x 180 x 180 cm do topo à base do aparato.
Sistema contínuo Este opera em contra-corrente e pode ser utilizado tanto para suspensões quanto para soluções clarificadas. É composto de 3 torres: coluna de adsorção câmara de medição coluna de eluição
Sistema contínuo A coluna de adsorção é composta de um número de câmaras separadas por placas de orifício em cada estágio que contem um volume específico de resina. A solução lixiviada entra pelo fundo da coluna e flui em sentido ascendente através da resina e sai pelo topo.
Sistema contínuo A resina no interior da câmara é fluidizada pelo fluxo ascendente da solução, porém o fluxo é regulado para não carrear a resina para a câmara localizada acima. Do mesmo modo, a velocidade descendente não deve permitir que a resina seja conduzida para a câmara inferior.
aniônicos fortemente básicos Troca iônica Tipos de trocadores iônicos Há 4 tipos de trocadores iônicos: catiônicos fracamente ácidos contendo -COOH catiônicos fortemente ácidos contendo grupos -SO 3 H aniônicos fracamente básicos contendo grupos amino
Tipos de trocadores iônicos A força da base na resina pode ser aumentada pelo uso de aminas substituídas. Uma resina importante e usada amplamente em metalurgia extrativa é a Amberlite IRA 400.
Resinas específicas Atualmente tem sido preparadas resinas que apresentam afinidade específica a um certo íon metálico. Exemplo: resina baseada em nitrato e poliestireno reduzido tem estrutura similar à dicrilamina, que possui enorme afinidade ao íon potássio, podendo ser aplicada na recuperação de potássio da água do mar.