Resinas de troca iônica como técnica de purificação de solução para produção de eletrólito de alta pureza para Baterias de Fluxo Redox de Vanádio

 

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

 

 

 

Resumo

O vanádio é um metal estratégico que, em suas aplicações industriais, desempenha um papel crítico na produção de ligas metálicas. Um uso final para o vanádio que vem se destacando no setor energético é em Baterias de Fluxo Redox de Vanádio (BFRV). Essas utilizam os pares redox de vanádio V2+/V3+ e VO2+/VO2+ como espécies ativas de eletrólitos para armazenamento de energia. Um alto grau de pureza (99,8%) é requisitado para a matéria-prima, comumente o V2O5, onerando muito sua produção. Dessa forma, a utilização de resinas de troca iônica é estudada como técnica de purificação seletiva de um licor lixiviado de V2O5 visando obter um eletrólito de elevada pureza para BFRV. Parâmetros como pH, tempo de reação, concentração do metal e do ácido de suporte do eletrólito e temperatura são otimizados para o processo em batelada. A vazão de alimentação de solução também é avaliada para o processo contínuo em colunas. Com a adsorção seletiva do vanádio pelas resinas, obtém-se ao final, uma solução sulfúrica com as especificações de pureza requeridas para utilização como eletrólito positivo em um sistema de BFRV.

 

 

Abstract

Vanadium is a strategic metal in which industrial applications play critic role in the production of metal alloys. One of its final uses, recently highlighted in the energetic sector, is in vanadium redox flow battery (VRFB). The VRFBs use the vanadium redox pairs V2+/V3+ and VO2+/VO2+ as active electrolyte species for energy storage. A high degree of purity (99.8%) is required for the raw material, commonly V2O5, resulting in high costs on its production. Thus, the use of ion exchange resins is studied as a selective purification technique for a V2O5 leached liquor in order to obtain a high purity electrolyte for VRFBs. Parameters such as pH, reaction time, concentration of the metal and the electrolyte support acid and temperature are optimized for the batch process. The solution flow rate is also evaluated for the continuous column process. Selective adsorption of vanadium is performed by the resins, and a sulfuric solution is obtained at the end of the process, with the required purity specifications for use as a positive electrolyte in a BFRV system.

 

 

Fluxograma

 

 

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Financiamento

FAPESP Temático 2012/51871-9

Largo Resources Ltd.

CNPq, bolsa número 130978/2020-5

 

 

Publicações

Botelho Junior, A. B.; Espinosa, D. C. R. ; Dreisinger, David ; Tenório, J. A. S. Effect Of pH To Recover Cu(II), Ni(II) And Co(II) From Nickel Laterite Leach Using Chelating Resins. Tecnologia Em Metalurgia, Materiais E Mineração (Impresso), V. 16, P. 135-140, 2019.

Botelho Junior, A. B; Anes, I. A ; Tenório, J. A. S . Estudo Comparativo Entre As Técnicas De Precipitação Por Redução Química E Resinas Quelantes Para Recuperação De Cobre. Tecnologia Em Metalurgia, Materiais E Mineração (Impresso), V. 16, P. 263-267, 2019.

Botelho Junior, Amilton B.; Jiménez Correa, Mónica M. ; Espinosa, Denise C. R. ; Dreisinger, David ; Tenório, Jorge A. S. Recovery Of Cu(II) From Nickel Laterite Leach Using Prereduction And Chelating Resin Extraction: Batch And Continuous Experiments. Canadian Journal Of Chemical Engineering, V. 97, P. 924-929, 2019.

Botelho Junior, A. B.; Vicente, A. A.  Espinosa, D. C. R. ; Tenório, J. A. S. Recovery Of Metals By Ion Exchange Process Using Chelating Resin And Sodium Dithionite. Journal Of Materials Research And Technology-JMR&T, V. 8, P. 4464-4469, 2019.

Botelho Junior, A. B.; Espinosa, D.C.R.; Dreisinger, D.; Tenório, J.A.S. Recovery Of Nickel And Cobalt From Nickel Laterite Leach Solution Using Chelating Resins And Pre-Reducing Process. Canadian Journal Of Chemical Engineering, V. 97, P. 1181-1190, 2019.

Botelho Junior, A. B.; Tenório, J.A.S. Estudo Termodinâmico Da Recuperação De Cobre Utilizando Resina Quelante Para Diferentes Estados De Oxidação Do Ferro. Tecnologia Em Metalurgia, Materiais E Mineração, V. 16, P. 358-362, 2019.

Botelho Junior, A B; Vicente, A. A.; Espinosa, D. C. R.; Tenório J.A.S. Effect Of Iron Oxidation State For Copper Recovery From Nickel Laterite Leach Solution Using Chelating Resin. Separation Science And Technology, V. 55, P. 1-11, 2019.

Perez, I. D. ; Botelho Junior, A. B. ; Espinosa, D. C. R.. The Study Of Chelating Resin Dowex US 43605 For Copper Recovery From Nickel Laterite Leach Solution. Tecnologia Em Metalurgia, Materiais E Mineração, V. 16, P. 434-438, 2019.

Botelho Junior, A. B.; Jiménez Correa, M. M.; Espinosa, D. C. R.; Tenório, J. A. S. Influência Do Fe(III) No Lixiviado De Rejeito De Níquel No Processo De Troca-Iônica. Tecnologia Em Metalurgia, Materiais E Mineração, V. 15, P. 322-326, 2018.

Botelho Junior, Amilton Barbosa; Espinosa, Denise Crocce Romano; Dreisinger, D.; Tenório, J. A. S. Pre-Reducing Process Kinetics To Recover Metals From Nickel Leach Waste Using Chelating Resins. International Journal Of Chemical Engineering, V. 2018, P. 1-7, 2018.

Botelho Junior, A. B.; Dreisinger, D.; Espinosa, D. C. R. A Review Of Nickel, Copper, And Cobalt Recovery By Chelating Ion Exchange Resins From Mining Processes And Mining Tailings. Mining, Metallurgy & Exploration, V. 36, P. 199-213, 2018.

Perez, Isadora Dias; Correa, Mónica Maria Jiménez; Tenório, Jorge Alberto Soares; Espinosa, Denise Crocce Romano. Avaliação Da Influência Da Concentração Inicial De Cu2+, Fe3+ E Ni2+ Na Recuperação Dos Íons Metálicos Pela Resina Quelante Dowex XUS43605. Tecnologia Em Metalurgia, Materiais E Mineração, V. 16, P. X, 2019.

Amilton Barbosa Botelho Junior. RECUPERAÇÃO DE NÍQUEL E COBALTO A PARTIR DE LIXIVIADO DE NÍQUEL LATERÍTICO UTILIZANDO RESINAS QUELANTES E PROCESSO DE PRÉ-REDUÇÃO. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade de São Paulo, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. Orientador: Jorge Alberto Soares Tenório.

Mónica Maria Jiménez Correa. Separação de cobre, níquel e cobalto de um licor produzido na lixiviação de minério laterítico de níquel usando resinas quelantes. 2019. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade de São Paulo, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico. Orientadora: Denise Crocce Romano Espinosa.

Isadora Dias Perez. Recuperação de cobre de uma solução sintética baseada no licor de lixiviação atmosférica do minério limonítico de níquel por troca iônica utilizando a resina quelante Dowex XUS43605. 2018. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade de São Paulo, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. Orientador: Denise Crocce Romano Espinosa.

Espinosa, D. C. R.; Tenório, J.A.S. Treament of Chromium Plating Process Effluents with Ion Exchange Resins. Waste Management (Elmsford), v. 21, n.7, p. 637-642, 2001.