Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6377.pdf: 3624064 bytes, checksum: 56ae61fcdd47f14e581796897d07e260 (MD5) Previous issue date: 2014-08-22 / Universidade Federal de Sao Carlos / Typical hydrometallurgical processes for metal production such as zinc, copper, nickel and cobalt, among others, are carried out in huge electrochemical tankhouses since only low current densities can be applied in order to obtain a good deposit quality. In this work, the development of a new equipment was proposed for metal electrowinning from the leached ore extract aiming to overcome the limitations reported. The two pieces of equipment proposed are called three-dimensional electrochemical reactors with pulsed-bed electrode (PBE) and spouted-bed electrode (SBE), which are composed of small particles that provide a great improvement in specific surface area, using only a small amount of reactor volume, allowing high current densities to be applied, consequently diminishing the need for huge electrowinning tankhouses. An analysis and comparison of these two electrodes were based on the dependent variables current efficiency (CE), energy consumption (EC) and space-time yield (Y), that are considered the most important variables affecting electrochemical processes and reactors. Designs of experiments (DoE) were carried out in order to determine the best conditions achievable and also to obtain a deep understanding of the influences of each variable on the electrowinning process. In order to do that, the current density (i), time of packed bed (tp), time of fluidized bed (tf), sulfuric acid concentration (Cs) and electrode thickness (e) were studied. It was verified that time of fluidized bed has a negative effect on the process and must be reduced to its minimal value, which is 2 s, that is enough to recirculate and mix the particles in order to prevent from electrode clogging and also short-circuit. During the packed bed, best electrodeposition rates are achieved and it must be increased to its maximum possible value. Current density also must be increased in order to prevent from anodic zones during the fluidization step. Once established that low CE values are due to existence of anodic zones, it was clear the need of reducing acid concentration to its minimum value (100 g L-1), since lower values would increase the cell potential (Ecell) and cause a dendritic growth that is the major cause of short-circuit. Finally, the best condition was obtained by the union of all this information, allied with the reduction of electrode thickness, in order to make the overpotential profile more even inside the electrode. Thus, the best condition for copper electrowinning using a PBE was 2600 A m-2 of i, 54 s of tp, 116 g L-1 of H2SO4 and 2.4 cm of electrode thickness, providing 100% of EC, 1.7 kWh kg-1of CE and 76 kg m-3h-1of Y. These values are considered much superiors to those found in the conventional copper electrowinning processes. From this experience, it was decided to study the copper electrowinning using a SBE which also have promising features in this field. In this way, the independent variables current density (i), supporting electrolyte concentration (Cs), pH, electrolyte temperature (T) and electrode thickness (e) were studied. It was verified that, in accordance with the results of PBE, the current density must be increased in order to prevent from anodic zones; more concentrated supporting electrolytes improve CE and also decrease Ecell; low pH values also decrease Ecell, although values lower than 1.0 depreciate CE; and the electrolyte temperature have more impact in the dissolution rate than in the electrodeposition rate. In this case, the electrode thickness doesn t improve much, thus the best condition obtained for copper electrowinning into the SBE was: 1.8 M Na2SO4; pH 1.0; T = 40 ºC and e = 2.1 cm, could achieve 97% EC, 2.7 kWh kg-1 CE and 109 kg m-3h-1 Y. With exception to the energy consumption, the SBE presented a better performance than the conventional reactors used in industry, even better than the PBE, once it worked at 100% CE in many conditions imposed. It also presented very much higher Y values than the PBE. Even though, taking into account the hydrometallurgical industry needs, the PBE presented results that would attend those needs, once cost is the major issue in most of industry. Moreover, a difference of only 100 mV in cell potential is responsible for a big reduction in energy consumption and, consequently, cost of production. / Os processos hidrometalúrgicos atuais para produção de metais tais como zinco, cobre, níquel e cobalto, entre outros, empregam grandes tanques de eletrodeposição que demandam uma grande área devido à baixa corrente elétrica que deve ser aplicada para a obtenção de um depósito de qualidade. Neste projeto de pesquisa propõe-se o desenvolvimento de um novo equipamento para a eletrorrecuperação de metais a partir do extrato lixiviado do minério visando superar as limitações apresentadas anteriormente. Os equipamentos propostos, denominados reatores eletroquímicos tridimensionais de eletrodo de leito pulsante (ELP) e de eletrodo de leito de jorro (ELJ), são compostos por pequenas partículas que proporcionam uma área superficial específica elevada em pequenos volumes de equipamento, permitindo-se assim que valores de corrente elevados possam ser aplicados, diminuindo assim a necessidade de grandes tanques de eletrorrecuperação. Os diferentes eletrodos foram analisados em função da eficiência de corrente (EC), consumo energético (CE) e rendimento espaço-tempo (Y) do processo de eletrodeposição. No reator com ELP foram realizados planejamentos estatísticos para se determinar a condição otimizada do processo além de se conhecer qual a influência de cada variável independente no processo. Para isto foram realizados experimentos variando-se a densidade de corrente elétrica (i), o tempo de leito fixo (tp), o tempo de leito fluidizado (tf), a concentração de eletrólito suporte (Cs) e a espessura do reator (e). Verificou-se que o tempo de leito fluidizado apresenta efeito negativo no processo, devendo ser reduzido ao mínimo valor possível, que seja suficiente para realizar sua função de movimentar e homogeneizar as partículas, evitando aglomeração e curto-circuito. Verificou-se que um valor de tf igual a 2 s é suficiente para isto, desde que o pulso seja realizado de forma a misturar as partículas, evitando um curto-circuito. Durante o estado de leito fixo, melhores taxas de eletrodeposição de metais foram obtidas e, por esta razão, a variável tp deve ser maximizada. A i também deve ser maximizada para reduzir, ou mesmo impedir, a existência de zonas anódicas durante a fluidização do leito. Uma vez estabelecido que os baixos valores de EC foram atribuídos à existência de zonas anódicas, ficou evidente a necessidade de se reduzir a concentração de ácido sulfúrico (eletrólito suporte) ao limite mínimo de 100 g L-1, sendo que valores menores causam um aumento demasiado do potencial de célula e como consequência um crescimento dendrítico do eletrodepósito de cobre sobre a partícula, provocando o curto-circuito do sistema devido ao contato de eletrodepósito com o contra-eletrodo. Por fim, a condição ótima foi encontrada através do uso de técnicas estatísticas. Uma condição necessária para se melhorar a performance do reator eletroquímico foi a diminuição da espessura do reator, de maneira a melhorar a distribuição do sobrepotencial no eletrodo, diminuindo zonas de dissolução anódica. A condição ótima obtida para a eletrorrecuperação de cobre em ELP foi de 2600 A m-2, tp = 54 s,116 g L-1 de H2SO4 e espessura de 2,4 cm, proporcionando 100% de EC, 1,7 kWh kg-1 de CE e 76 kg m-3h-1 de Y, valores superiores aos obtidos no processo convencional da indústria hidrometalúrgica. A partir da experiência adquirida com o ELP, decidiu-se estudar a utilização do ELJ, uma vez que este reator também apresentaria características hidrodinâmicas promissoras para a eletrorrecuperação de cobre. Desta forma, foram estudadas as variáveis independentes densidade de corrente elétrica (i), concentração de eletrólito suporte (Cs), pH, temperatura do eletrólito (T) e espessura do eletrodo (e) sobre a EC, CE e Y do processo. No caso do ELJ foi utilizado como eletrólito suporte o sulfato e sódio e estudou-se o efeito do pH sobre o processo. Verificou-se que, da mesma forma que o observado para o ELP, a densidade de corrente deve ser maximizada para se evitar zonas anódicas, soluções mais concentradas de ácido favorecem a EC e diminuem o potencial de célula, melhorando o CE, pHs menores também diminuem o potencial de célula, entretanto interferem de forma negativa na EC, sendo que pHs menores que 1,0 devem ser evitados; a temperatura do eletrólito atuou de forma negativa, interferindo mais na reação de dissolução do que na de eletrodeposição. No caso do ELJ, a espessura do eletrodo não apresentou grandes melhorias no processo. A condição ótima obtida foi: 1,8 mol L-1 de Na2SO4; pH 1,0; T = 40 ºC e e = 2,1 cm, que proporcionou 97% de EC, 2,7 kWh kg-1 de CE e 109 kg m-3h-1 de Y. Com exceção do consumo energético, o ELJ apresentou valores bastante superiores aos encontrados na indústria, inclusive superiores aos obtidos no ELP, uma vez que operou a 100% de EC para diversas condições e apresentou rendimento muito superior ao do ELP. Todavia, comparando-se com as necessidades da indústria hidrometalúrgica, o ELP apresentou resultados mais favoráveis do que o ELJ, uma vez que um dos interesses principais da indústria é reduzir o custo do processo, ou seja, a característica mais importante para a indústria hidrometalúrgica de uma forma geral é o consumo energético do processo, de modo que uma diferença de apenas 100 mV no potencial de célula representa uma redução de custos considerável.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4312.pdf: 2038006 bytes, checksum: 1e8916f69643928eba9d0184a5c25b1c (MD5) Previous issue date: 2012-03-22 / Financiadora de Estudos e Projetos / The presence of organic compounds in industrial effluents is a serious environmental issue as well as for the human health, since most of those compounds are extremely toxic. The treatment of those effluents is done many times using biological processes; however some classes of compounds, among the phenolic ones, are resistant to this kind of treatment and require the use of technologies known as Advanced Oxidation Processes, that are based on the chemical or photochemical generation of oxidant radicals. The electrochemical technology emerged as an environmentally compatible alternative with advantages such as the elimination of transport and storage of dangerous chemical products, decrease of workforce and easiness to control the process. On this dissertation were systematically studied the variables of process and project of an electrochemical system using a boron-doped diamond anode for the oxidation of phenolic compounds aiming at current efficiency increase and, therefore, the decrease of energy consumption in the process. In a first phase it was studied the oxidation of the phenol using a reactor either with and without membrane, on the presence or absence of chloride. After that it was studied the influence of the kind of supporting electrolyte and its concentration on the process of oxidation of phenol, the interaction of the process and project variables analyzed, the effect of the flow rate, current density and concentration of chloride on the degradation of phenol and finally, the electrochemical degradation of a real effluent coming from a petroleum refinery. The results show that the use of a membrane had no significant influence on the kinetics of oxidation when compared with the reactor without membrane, mainly when the chloride ions were present on the solution, and that with the use of the membrane the highest cell potentials were achieved. In face of this, it was opted by the utilization of a reactor with one compartment. Overall, it was observed that the utilization of different supporting electrolytes did not interfere on a significant way on the process; however when supporting electrolytes of sulfuric acid, sodium sulfate or calcium carbonate were used there was an improvement of the process in terms of current efficiency and energy consumption. Still, generally, the presence of chloride ions leads to an increase on the kinetics of removal of chemical oxygen demand (COD) e total phenolic compounds (TPC). With respect to the interaction of process and project variables, it was verified that for both currents used, in most cases, the kinetics of degradation is weakly influenced by the distance between the electrodes. The increase on the current density leads to a faster speed on the degradation process, however there is a potential cell increase. The increase on flow rate provides, besides a faster kinetics, an improvement on current efficiency, due to enhancement of mass transport. As for the degradation of the real effluent, it was found that the use of lower current densities is essential to accomplish lower cell potentials to enable the utilization of the electrooxidation process in terms of global energetic consumption. / A presença de compostos orgânicos em efluentes industriais se constitui em um sério problema ambiental e de saúde humana, uma vez que estes compostos em sua maioria são extremamente tóxicos. O tratamento destes efluentes é feito muitas vezes utilizando processos biológicos; entretanto, algumas classes de compostos, entre eles os fenólicos, são bastante refratárias a este tipo de tratamento e requerem a utilização de tecnologias conhecidas como Processos Oxidativos Avançados, que se baseiam na geração química ou fotoquímica de radicais oxidantes. A tecnologia eletroquímica surgiu como uma alternativa ambientalmente compatível e com vantagens tais como eliminação de transporte e estocagem de produtos químicos perigosos, diminuição da mão de obra e facilidade de controle do processo. Nesta dissertação estudou-se sistematicamente as variáveis de processo e de projeto de um sistema eletroquímico empregando um anodo de diamante dopado com boro para oxidação de compostos fenólicos visando o aumento da eficiência de corrente e, consequentemente, a diminuição do consumo energético do processo. Numa primeira etapa estudou-se a oxidação do fenol utilizando reator com e sem membrana, na presença e ausência de cloreto. Em seguida foi estudada a influência do tipo e da concentração do eletrólito suporte sobre o processo de oxidação do fenol, analisou-se a interação de variáveis de processo e de projeto, o efeito da velocidade de escoamento, densidade de corrente e concentração de cloreto sobre a degradação de fenol e por fim a degradação eletroquímica de um efluente real proveniente de uma refinaria de petróleo. Os resultados mostraram que o uso de membrana não teve influência significativa na cinética de oxidação em comparação com o reator sem membrana, principalmente quando íons cloreto estavam presentes na solução, e que com o uso de membrana obteve-se os maiores potencias de célula. Diante do que foi colocado, optou-se pela utilização de reator de um compartimento. De maneira geral, observou-se que a utilização de diferentes eletrólitos suporte não interferiu de forma significativa no processo; no entanto, quando se utiliza eletrólitos suporte de ácido sulfúrico, sulfato de sódio ou carbonato de cálcio ocorre uma melhoria do processo em termos de eficiência de corrente e consumo energético. Por outro lado, de maneira geral, a presença de íons cloreto leva a uma melhoria na cinética de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e compostos fenólicos totais (CFT). Com relação à interação de variáveis de processo e de projeto, verificou-se que para ambas as correntes utilizadas, na maioria dos casos, a cinética de degradação é pouco influenciada pela distância entre os eletrodos. O aumento da densidade de corrente leva a uma maior rapidez no processo de degradação, no entanto há o aumento do potencial de célula. O aumento da velocidade de 5 escoamento proporciona, além de uma cinética mais rápida, uma melhoria da eficiência de corrente, devido à melhoria do transporte de massa. Quanto à degradação do efluente real, verificou-se que a utilização de densidades de corrente menores é fundamental para se obter menores potenciais de célula que poderiam viabilizar a utilização do processo de eletroxidação em termos de consumo energético global.

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Foi projetado e construído um reator eletroquímico de bancada com a finalidade de simular a purificação de efluente industrial contendo íon metálico. As condições levadas em conta no projeto e nos testes de avaliação do reator eram baseadas em dados operacionais reais da indústria. Assim, tratou-se soluções contendo 15.900 ppm de Cu2+ (0,25 M), uma concentração típica de efluentes de cobre, procurando-se chegar o mais perto possível do valor permitido pela CETESB, ou seja 1 ppm (15,7 µM). Foram empregados como eletrodos quatro placas de grafite comercial de 600 X 150 X 10 mm, uma bomba centrífuga de vazão igual a 0,3 L.s-1 para circulação do eletrólito, e fontes de corrente com saída de 0 a 20 A totais. Como foi constatado que os grafites encontráveis no mercado nacional apresentam comportamento bem diverso, realizou-se um estudo do desempenho de materiais de procedência diferentes, em escala de laboratório. Os eletrodos de grafite foram dispostos, guardando entre si um espaçamento de 5 mm, sobre placas de vidro, ligados, eletricamente, no sistema bipolar. Todas as paredes do reator foram feitas de vidro para que se pudesse observar o seu interior durante e após a operação. De cada vez foram tratados 10 litros de solução contendo o íon metálico, e acidulado na base de 10% em H2S04 (v/v), sendo que o eletrólito era reciclado na célula durante um tempo da ordem de 20 horas. Numa comparação das concentrações calculadas, para diversos tempos, e os dados experimentais reais revela certa discrepância. Tal discrepância parece aceitável nesse tipo de operação. Assim, as concentrações de cobre observadas são, quase sempre, superiores às calculadas. Entretanto, os dois valores convergem à medida que decorre o tempo de eletrólise. Por exemplo, após 15 horas de eletrólise, com uma corrente de operação igual a 20 A, deveria reduzir a concentração de 15.900 ppm para 7,2 ppm, quando o valor observado experimentalmente foi de 9 ppm. Obteve-se, assim, uma conversão de 99%, que como revelaram os estudos, parece ser o valor máximo atingível com o reator construido. Embora essa conversão seja considerada excelente, não parece viável atingir os valores da CETESB apenas numa única operação de eletrólise, e no futuro operações complementares deverão ser procuradas. O cobre recuperado apresenta um custo alto comparativamente com o preço de mercado, permanecendo, como principal vantagem do processo, o benefício ecológico. / An electrochemical reactor, with the aim of recovering metallic ions from waste water, was designed, built and evaluated in laboratory scale. The working conditions concerning to the ion concentrations were based in real operational data. Thus, solutions containing 15,900 ppm Cu2+ ions (0.25 M) were electrolysed with the purpose of obtain a final concentration as near as possible to the limiting value which is allowed by CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental), i.e., 1 ppm (15.7 µM). Four commercial graphite plates (600 X 150 X 10 mm), of different origins,were employed as electrodes. A centrifugal pump with capacity equal to 0.3 L.s-1 was used to circulate the electrolyte through the reactor. The electric current was supplied by sources with a maximum output of 20 A. The performance of the different graphite, which are available at the Brazilian market was studied further by means of potentiodynamic experiments, using electrodes with areas of few square millimeters. The reactor was built with glass to make possible visual observations of the inside. Two adjacent electrodes were separated by 5 mm. At each experiment 10 liters of solution containing the metallic ion and 10% H2S04 (v/v) were electrolysed for about 20 hours. The calculated values and the experimental ones, for different electrolysis times, show some deviation. This deviation, however, seems to be reasonable in that kind of experiments. Calculated and experimental values converge to the same limit with time. For example, after 15 hours electrolysis with an operating current of 20 A, the initial concentration, 15,900 ppm, is reduced to 9 ppm, when the calculated value is 7,2 ppm. Thus, a 99% conversion is attained. This is apparently, the limiting value which is attainable with the reactor. Although, this conversion value may be considered very good, it does not seems possible to obtain the limiting value, imposed by CETESS, with a one-step electrochemical operation. The cost of the recovered copper is high compared with the market price. Therefore, the main benefice of process is the ecological one.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1933.pdf: 2530807 bytes, checksum: a273b4240f1667021c251657e0a7623d (MD5) Previous issue date: 2007-07-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, the removal of Pb(II) ions from simulated wastewaters, using a flow-through cell under galvanostatic condition was studied. With help of factorial design and response surface methodology, the variables current, electrolyte flow rate and the specific surface area of the three-dimensional cathode used (stainless-steel wool AISI 304) were simultaneously investigated in order to optimize the electrochemical system. Firstly, the specific surface area of the stainless-steel wool used as three-dimensional cathode was estimated. Then, factorial designs were employed on the study of the removal of Pb(II) ions for different values of cathodic current, electrolyte flow rate and mass of the stainless-steel wool (consequently, distinct specific surface areas). Finally, the response surface methodology for optimization of the removal process and the analysis of variance (ANOVA) for evaluation of the quality of the developed fitting models were employed. Higher values of removal efficiency (RE) were obtained for the highest values of cathodic current; RE values above 90% were obtained after 30 min electrolysis. Higher values of current efficiency (CE) (22%) were obtained for intermediate values of current (~ 0.24 A). For values of current in the range of 0.24 to 0.31 A, the CE values were lower, due to occurrence of simultaneous reactions such as reduction of oxygen, water and nitrate. Low CE values were also obtained for current values in the range of 014 A to 0.24 A as not all surface area of the steel wool was operating under mass transport control. The response surfaces developed for RE and CE values as a function of the current and flow rate revealed that the region close to 0.25 A and 250 L h-1 was the best for the removal of Pb(II) ions. In these conditions, the RE and CE values were 93 % and 22 %, respectively. Although the concentration of Pb(II) decreased from 54 mg L-1 to 0.39 mg L-1 after 90 min electrolysis, almost 99 % of removal of Pb(II) ions was achieved after only 40 min electrolysis. A mass-transfer coefficient (km) of 1.8 x 10-5 m s-1 was obtained for the electrochemical reactor. / Neste trabalho, foi estudado a remoção de íons Pb(II) de efluentes aquosos simulados, utilizando um reator eletroquímico flow-through operando em modo galvanostático. Com auxílio de planejamentos fatoriais e da metodologia de superfície de resposta (MSR), as variáveis corrente, fluxo de eletrólito e área superficial especifica do catodo tridimensional utilizado (esponja de aço inoxidável AISI 304) foram investigadas, simultaneamente, a fim de otimizar o sistema eletroquímico. Inicialmente, foi estimada a área superficial específica da esponja de aço inoxidável utilizada como catodo tridimensional. Em seguida, foram empregados planejamentos fatoriais no estudo da remoção de íons Pb(II) para diferentes valores de corrente catódica, fluxo de eletrólito e massa da esponja de aço (consequentemente, distintas áreas superficiais). Por último, foram empregadas a MSR para otimização do processo de remoção e a análise de variância (ANOVA) para avaliação da qualidade do ajuste dos modelos desenvolvidos. Maiores valores de eficiência de remoção (ER) foram obtidos para os maiores valores de corrente catódica; valores de ER acima de 90 % foram obtidos em 30 minutos de eletrólise. Maiores valores de eficiência de corrente (EC) (22 %) foram obtidos para valores intermediários de corrente (~ 0,24 A). Para valores de corrente na faixa de 0,24 A a 0,31 A, os valores de EC foram menores, devido à ocorrência de reações simultâneas tais como redução de oxigênio, água e nitrato. Baixos valores de EC também foram obtidos no intervalo de valores de corrente catódica de 014 A a 0,24 A, pois nem toda área superficial da esponja de aço estava operando sob controle de transporte de massa. As superfícies de resposta desenvolvidas para valores de ER e EC em função da corrente e fluxo de eletrólito revelaram que a região próxima de 0,25 A e 250 L h-1 foi a melhor para a remoção de íons Pb(II). Nestas condições, os valores de ER e EC foram 93 % e 22 %, respectivamente. Embora a concentração de íons Pb(II) diminuiu de 54 mg L-1 para 0,36 mg L-1 depois de 90 min de eletrólise, quase 99 % de remoção de íons Pb(II) foi alcançado após somente 40 min de eletrólise. Um coeficiente de transporte de massa (km) de 18,0 x 10-6 m s-1 foi obtido para o reator eletroquímico.

Foi projetado e construído um reator eletroquímico de bancada com a finalidade de simular a purificação de efluente industrial contendo íon metálico. As condições levadas em conta no projeto e nos testes de avaliação do reator eram baseadas em dados operacionais reais da indústria. Assim, tratou-se soluções contendo 15.900 ppm de Cu2+ (0,25 M), uma concentração típica de efluentes de cobre, procurando-se chegar o mais perto possível do valor permitido pela CETESB, ou seja 1 ppm (15,7 µM). Foram empregados como eletrodos quatro placas de grafite comercial de 600 X 150 X 10 mm, uma bomba centrífuga de vazão igual a 0,3 L.s-1 para circulação do eletrólito, e fontes de corrente com saída de 0 a 20 A totais. Como foi constatado que os grafites encontráveis no mercado nacional apresentam comportamento bem diverso, realizou-se um estudo do desempenho de materiais de procedência diferentes, em escala de laboratório. Os eletrodos de grafite foram dispostos, guardando entre si um espaçamento de 5 mm, sobre placas de vidro, ligados, eletricamente, no sistema bipolar. Todas as paredes do reator foram feitas de vidro para que se pudesse observar o seu interior durante e após a operação. De cada vez foram tratados 10 litros de solução contendo o íon metálico, e acidulado na base de 10% em H2S04 (v/v), sendo que o eletrólito era reciclado na célula durante um tempo da ordem de 20 horas. Numa comparação das concentrações calculadas, para diversos tempos, e os dados experimentais reais revela certa discrepância. Tal discrepância parece aceitável nesse tipo de operação. Assim, as concentrações de cobre observadas são, quase sempre, superiores às calculadas. Entretanto, os dois valores convergem à medida que decorre o tempo de eletrólise. Por exemplo, após 15 horas de eletrólise, com uma corrente de operação igual a 20 A, deveria reduzir a concentração de 15.900 ppm para 7,2 ppm, quando o valor observado experimentalmente foi de 9 ppm. Obteve-se, assim, uma conversão de 99%, que como revelaram os estudos, parece ser o valor máximo atingível com o reator construido. Embora essa conversão seja considerada excelente, não parece viável atingir os valores da CETESB apenas numa única operação de eletrólise, e no futuro operações complementares deverão ser procuradas. O cobre recuperado apresenta um custo alto comparativamente com o preço de mercado, permanecendo, como principal vantagem do processo, o benefício ecológico. / An electrochemical reactor, with the aim of recovering metallic ions from waste water, was designed, built and evaluated in laboratory scale. The working conditions concerning to the ion concentrations were based in real operational data. Thus, solutions containing 15,900 ppm Cu2+ ions (0.25 M) were electrolysed with the purpose of obtain a final concentration as near as possible to the limiting value which is allowed by CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental), i.e., 1 ppm (15.7 µM). Four commercial graphite plates (600 X 150 X 10 mm), of different origins,were employed as electrodes. A centrifugal pump with capacity equal to 0.3 L.s-1 was used to circulate the electrolyte through the reactor. The electric current was supplied by sources with a maximum output of 20 A. The performance of the different graphite, which are available at the Brazilian market was studied further by means of potentiodynamic experiments, using electrodes with areas of few square millimeters. The reactor was built with glass to make possible visual observations of the inside. Two adjacent electrodes were separated by 5 mm. At each experiment 10 liters of solution containing the metallic ion and 10% H2S04 (v/v) were electrolysed for about 20 hours. The calculated values and the experimental ones, for different electrolysis times, show some deviation. This deviation, however, seems to be reasonable in that kind of experiments. Calculated and experimental values converge to the same limit with time. For example, after 15 hours electrolysis with an operating current of 20 A, the initial concentration, 15,900 ppm, is reduced to 9 ppm, when the calculated value is 7,2 ppm. Thus, a 99% conversion is attained. This is apparently, the limiting value which is attainable with the reactor. Although, this conversion value may be considered very good, it does not seems possible to obtain the limiting value, imposed by CETESS, with a one-step electrochemical operation. The cost of the recovered copper is high compared with the market price. Therefore, the main benefice of process is the ecological one.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-20T13:34:38Z No. of bitstreams: 1 THALYS DE FREITAS FERNANDES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2378013 bytes, checksum: 834c6cbe7aab87e47cc89c33dfbb9e17 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-20T13:34:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 THALYS DE FREITAS FERNANDES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 2378013 bytes, checksum: 834c6cbe7aab87e47cc89c33dfbb9e17 (MD5) Previous issue date: 2016-04-20 / A usina de produção de biodiesel se destaca não só pela síntese de um produto totalmente renovável, o biodiesel, mas, pelo grande volume de água que é utilizado no processo de purificação, que resulta na produção de grandes volumes de efluentes contaminados. Algumas alternativas para o tratamento desse efluente têm sido estudadas e aplicadas, a exemplo do processo eletroquímico denominado eletrofloculação. Porém, os trabalhos mencionados na literatura, até então, tem sido realizados em reatores batelada, o que pode ser desvantajoso em decorrência do grande volume de efluente gerado nesse processo. Dessa forma esse trabalho tem como objetivo estudar um reator eletroquímico de fluxo contínuo para eletrofloculação do efluente da purificação do biodiesel. Desenvolveu-se um reator com um volume total de 1,0340 L, onde foram inseridos quatro eletrodos de alumínio com dimensões (10 x 6,40 x 0,10 cm), interligados a uma fonte CC e, instalou-se o reator a uma planta de tratamento, em escala de bancada. Para a operação do sistema foi sintetizado um efluente artificial com uma concentração padrão de 7,380 g.L-1, contendo todos os contaminantes existentes no efluente real da purificação do biodiesel. Para este estudo foi elaborado um planejamento experimental com o propósito de se avaliar a influência do pH inicial, o tempo espacial e a diferença de potencial, sobre as variáveis que caracterizam a água tratada, o consumo da massa de eletrodo e o consumo energético do reator. Uma matriz com onze experimentos foi executada e coletada amostras de água no intervalo de 5,0 min, durante 40 min de experimento, para caracterização. Os resultados foram inicialmente avaliados quanto à dinâmica comportamental, sendo observado que as melhores taxas de remoção de turbidez, O&G e DQO, foram 94,21 %, 89,3 % e 51,2 %, respectivamente. Do tratamento estatístico, observouse que o pH inicial foi o fator mais atuante nas variáveis respostas e a análise de otimização mostrou que a máxima eficiência do reator é obtida quando o opera com um pH inicial 8,0, um tempo espacial de 29,43 minutos e uma diferença de potencial de 6,0 Volts, resultando num consumo energético de 4,8 kWh.m-3, que equivale a R$ 1,94 por m³ de efluente tratado. Diante dos resultados obtidos constatou-se que a aplicação do reator é viável para o tratamento do efluente da purificação do biodiesel, quanto à eficiência de remoção de contaminantes, ao consumo energético e ao volume de efluente tratado. / The biodiesel production plant stands out not only for the synthesis of a fully renewable product, the biodiesel itself, but the large amount of water used its the purification process, which results in production of large volumes of contaminated waste. Some alternatives for the treatment of such waste have been studied and applied, such as the electrochemical process called electroflocculation. However, the work reported in the literature so far has been carried out in batch reactors, which may be disadvantageous due to the large volume of wastewater produced in the process. Thus, the current analysis aims to study a continuous flow electrochemical reactor for electroflocculation of the waste from the biodiesel purification process. Then, it was developed a reactor with a total volume of 1.0340 L, in which four aluminum electrodes with dimensions of (10 x 6.40 x 0.10 cm) were inserted and connected to a CC power supply, and the reactor was settled in a treatment plant in bench scale. For operating the system, an artificial effluent with a standard concentration of 7,380 g.L-1, containing all the contaminants present in the actual effluent from biodiesel purification was synthesized. For this study it was developed an experimental design in order to assess the influence of the initial pH, space time and the potential difference over the variables that characterize the treated water, the consumption of the electrode mass and energy consumption of the reactor. An array of eleven experiments was performed and collected water samples in the range of 5.0 min for 40 min for characterization. The results were initially assessed for dynamic behavioral and it was observed that the best turbidity removal rates, COD and O&G were 94.21 %, 89.3 % and 51.2 %, respectively. From the statistical results, it was observed that the initial pH was the most active factor in the varying responses and the optimization analysis showed that the maximum reactor efficiency is achieved when operating with an initial pH of 8.0, a space time of 29.43 minutes and a potential difference of 6.0 Volts, resulting in an energy consumption of 4.8 kWh.m-3, which equals R$ 1.94 per cubic meter of treated effluent. Based on the results it was found that the application of the reactor is feasible to treat the waste from the biodiesel purification, regarding to the contaminant removal efficiency, energy consumption and the volume of treated effluent.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-28T16:30:59Z No. of bitstreams: 1 ILZA MARIA DO NASCIMENTO BRASILEIRO - TESE PPGEP 2006..pdf: 2336923 bytes, checksum: 7428c7728ba45c4c9d6d5bc534fc602b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-28T16:30:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ILZA MARIA DO NASCIMENTO BRASILEIRO - TESE PPGEP 2006..pdf: 2336923 bytes, checksum: 7428c7728ba45c4c9d6d5bc534fc602b (MD5) Previous issue date: 2006-07-07 / A presença de água associada ao petróleo provoca uma série de problemas nas etapas de produção, transporte e refino. Na produção e transporte os maiores inconvenientes está ligada à necessidade de superdimensionamento das instalações de coleta, armazenamento e transferência, incluindo bombas, linhas de tubulações, tanques, etc, além do maior consumo de energia e segurança operacional. Em virtude de sua composição (material em suspensão, microrganismos, sais e gases dissolvidos) a água de produção pode sofrer variações de temperatura e pressão, provocar problemas de corrosão e/ou incrustação, causando danos às tubulações, equipamentos e acessórios (válvulas, instrumentos, etc.), podendo redundar em acidentes humanos e/ou ambientais. No processo de extração e refinação do petróleo, por exemplo, o efluente gerado apresenta concentrações elevadas de sulfetos, N-amoniacal, fenóis, óleos e graxas. Todos estes são compostos altamente nocivos ao meio ambiente e necessitam de tratamento antes do descarte para se enquadrarem às normas ambientais e com isso não causar danos ao meio ambiente. Os processos eletroquímicos possuem um grande potencial no tratamento de efluentes devido ao reduzido tempo de tratamento, pequena área de instalação quando comparada aos processos convencionais, além da possibilidade de serem associadas a outros processos no pré ou pós-tratamento de efluentes e não exigem, de maneira geral, insumos químicos. O principal objetivo de este trabalho é à aplicação da tecnologia eletroquímica na oxidação de poluentes advindos do processo de produção/refino da indústria de petróleo, para este propósito foi estudado e desenvolvido um reator que possa funcionar com eficiência no processo de eletroxidação. Além disto, o trabalho aborda o estudo da incrustação nos eletrodos, a mesma que causa diminuição considerável no rendimento do processo. O reator utilizado em este estudo foi um reator eletro número total de experimentos e consequentemente diminuir os custos operacionais do estudo em questão. Foram analisados os seguintes parâmetros dependentes: salinidade (mg/L), potencial elétrico (V), vazão volumétrica (l/h) e intervalo de eletrólise (h). Como indicadores da eficiência do tratamento eletroquímico foram analisados os seguintes parâmetros independentes: percentual de remoção de sulfeto, N-amoniacal, fenol e índice de incrustação relativo. Após a análise de todos os resultados feitos com o efluente sintético, puderam-se estabelecer as condições limites para os parâmetros (dependentes) a serem estudados no processamento com o efluente real do Pólo Industrial de Guamaré/RN e que apresentaram os melhores resultados. As melhores condições operacionais para as variáveis de entrada foram: vazão volumétrica de 380 l/h, potencial elétrico de 4 V e intervalo de eletrolise de 0,29 horas. O percentual de remoção de sulfeto foi avaliado na forma de perfil de concentração, e conforme o esperado, a remoção foi em torno de 100 %. A remoção do fenol foi em torno de 100 %, para o tempo total de eletrólise, que foi de 2 horas. Com a finalidade de avaliarmos o nível de incrustação nos eletrodos que também foi um dos objetivos de nossa pesquisa, foram realizadas análises físico-quimicas de alcalinidade e dureza em CaCO3, índice de incrustação por cronoamperometria e microscopia eletrônica de varredura dos eletrodos. / The presence of water associated to the oil provokes a series of problems in the production, transport and refining stages. In the transport and production stages the greatest inconvenient are the necessity of supersizing the collection of installations, storage and oil/water transfer. Here are included pumps, tubings, tanks, etc., beyond the biggest energy consumption and operational security. In virtue of its composition (suspended material, microorganism, salts and dissolved gases). The water production may suffer temperature and pressure variation, to provoke corrosion and/or incrustation problems, causing damages to the tubings, equipment and accessories (valves, instruments, etc.) being able to result in human and/or environmental damages. In the extraction and refinement of oil process, for example, the generated effluent presents high concentration of sulphide, N-ammoniacal, phenols, oil and greases. All these compounds are highly harmful to the environment and need treatment before the discharging in order to fit itself to environmental norms and did not cause damages to the environment. The electrochemical processes possess a great potential in effluents treatment due to the reduced time of treatment, small area of installation when compared to the conventional processes beyond the possibility to be associates to other processes such as before and posttreatment effluent, and they do not demand, in general way chemical reagents. The main objective of the present work is the application of the electrochemical technology in the oxidation of pollutants coming from the production/refining process of oil industry, for this purpose, was studied and developed an electrochemical reactor that can operate with efficiency in the electro-oxidation process. Moreover, the work approaches the study of the incrustation in the electrodes, which the same which causes the greatest decreasing in the electro-oxidation process efficiency. The reactor used in this study was following dependent parameters had been analyzed: salinity (mg/L), electric potential (V), volumetric flow rate (l/h) and electrolysis time (h). As efficiency indicators the following independent parameters had been analyzed: sulphide removal, N-ammoniacal and phenol percentage and relative index of incrustation. After analysis of all results mode with the synthetic effluent had been able to be established the conditions limits for the parameters (dependents) to be studied in the processing with the real effluent of the Industrial GuamaréPolo/RN and that they had presented the best results. The best operational conditions for the entrance variables had been: volumetric flow rate of 380 l/h, electric potential of 4 V and electrolysis time of 0,29 h. The sulphide removal percentage was evaluated in the form of concentration profile, and according to the expectation the removal was around 100 %. The phenol removal was around 100%, for the total electrolysis time that was of 2 hours. With this purpose of evaluating the incrustation level in the electrodes that also was one of the aims of our research, was carried out physical-chemistry analysis of alkalinity and hardness in CaCO3, incrustation index for chronoamperometric technique and scanning electronic microscopy of the electrodes.