Study of the recuperation of contained metals in the residue nickeliferous of the process Caron.

O resíduo niquelífero, objeto deste estudo, foi gerado pelo processo de extração piro-hidrometalúrgico, constituindo um problema para sua destinação. Este trabalho pretende contribuir com os conhecimentos sobre o processo de recuperação de metais de interesse por redução carbotérmica na forma de pelotas auto-redutoras. O estudo envolveu a caracterização das matérias-primas, mostrando que 75 a 80% de níquel encontra-se na forma de silicatos de magnésio e de ferro, e que a concentração física do resíduo não é possível. O trabalho apresenta os fundamentos da redução carbotérmica e uma revisão dos processos de extração de níquel, com ênfase nos resíduos gerados e sua utilização. Foram fabricados quatro tipos de pelotas auto-redutoras contendo resíduo niquelífero, empregando-se coque de petróleo como seu redutor. As variáveis estudadas foram o tempo e a temperatura de redução, a quantidade de redutor e a adição de cal. As pelotas foram ensaiadas em um equipamento termogravimétrico para a determinação da perda de peso e parâmetros cinéticos, as temperaturas entre 1273 K e 1573 K. As amostras ensaiadas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura, análise de porosidade e análise de imagens. Os resultados mostram que a redução das pelotas auto-redutoras com 8% ou 12% de coque, abaixo de 1473 K, não sofre influência quanto à quantidade de redutor. Nas temperaturas superiores a 1473 K observou-se uma maior redução na pelota com 12% de coque, sob as mesmas condições experimentais. As análises de imagens e as medidas de porosidade indicaram que para os dois tipos de pelota, com 8% ou 12% de coque, a porosidade diminui com o aumento do tempo de redução para uma mesma temperatura. Para um mesmo tempo de redução, com o aumento da temperatura, a diminuição da porosidade é maior.Independentemente do tipo de pelota, da temperatura e do tempo, observou-se que o composto silicatado com alto conteúdo de magnésio dificulta a redução de metais presentes nela. Os resultados obtidos mostram que, nas condições estudadas, não é possível a redução total dos elementos ferro, níquel e cobalto que, permanecem parcialmente na fase não metálica. A fração de reação máxima atingida a 1573 K, durante 45 minutos, pela pelota com 12% de coque, foi de aproximadamente 73%.The nickeliferous residue, object of this work, was produced by a piro-hydrometallurgical extraction process, constituting a problem for its destination. Such work aims at extending the knowledge of recovery processes of desired metal values by carbothermal reduction in the form of self-reduction pellets. The present study involved the description of raw materials, demonstrating that 75% to 80% of nickel is found in the form of magnesium and iron silicates, besides showing that it is not possible to obtain any physical concentration of such residue. This work introduces the basics of carbothermal reduction and a review of nickel extraction processes, highlighting the residues generated and their use. Four different types of self-reduction pellets were produced, containing nickeliferous residue and employing petroleum coke as its reductant. The variables of this study were time and temperature of reduction, the quantity of reductant and the amount of lime added. The pellets were employed in an experiment using a thermogravimetric instrument for determining the weight loss and kinetics parameters at temperatures between 1273 K and 1573 K. Samples were examined through scanning electronic microscopy, porosity and image analyses. Results show that the reduction of 8% and 12% self-reduction pellets, below 1473 K, is not influenced by the quantity of reductant. A stronger reduction has been observed in 12% of coke at temperatures above 1473 K, under similar experimental conditions. Image analyses and measures of porosity indicated that for both pellets, 8% and 12%, porosity reduced after an increase in reduction\'s time at the same temperature. The decrease in porosity is higher as temperature rises at a similar reduction time.Irrespective of the time, temperature and the pellet\'s nature, it has been noted that the silicate compound with high magnesium content makes it difficult for metals presented in the pellet to suffer reduction. Results demonstrate that under our experimental conditions iron, nickel and cobalt cannot be totally reduced, remaining partly in their non-metallic stage. The fraction of maximum reaction reached by 12% of coke pellet, at 1573 K, during 45 minutes, was of approximately 73%

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Novas fontes de energia são necessárias para um futuro sustentável. A conversão da energia solar em energia elétrica pelo uso de células fotovoltaicas a base de silício representa uma fonte de energia sustentável prometedora. Para uma maior competitividade desta energia com as fontes de energia já existentes, é necessário maior desenvolvimento tecnológico para garantir a viabilidade técnica e econômica. A obtenção de células fotovoltaicas a partir do refino pirometalúrgico é visto como processo promissor, sendo a etapa de remoção de boro uma das mais complicadas de ser atingida, devido às propriedades físico-químicas do boro no silício. O tratamento de remoção de boro do silício por escória mostra-se uma metodologia interessante, de modo que este trabalho tem como objetivo estudar os efeitos das variáveis: tempo, temperatura, basicidade, relação silício/escória e fluxante na remoção de boro do silício, tendo sido proposto duas abordagens que foram denominadas como ensaios preliminares e ensaios definitivos. Nos ensaios preliminares foram usadas escórias a base de matéria prima comercial (BaO-SiO2, BaO-SiO2-CaF2, Na2O-SiO2, Na2O-SiO2-CaF2, BaO-SiO2-Na2CO3) e silício grau metalúrgico. Nos ensaios definitivos foram elaboradas escórias com matéria-prima de grau químico (BaO-SiO2-CaF2, BaO-SiO2-Na2CO3) e silício grau eletrônico dopado com boro. Os experimentos de remoção de boro por escória foram realizados no forno de indução em escala laboratorial, em cadinhos de grafite sob atmosfera de argônio. Na avaliação de remoção de boro foram usadas as técnicas analíticas de ICP-OES na analise dos teores de boro no silício, FRX na analise de composição da escória após ensaio e microscopia ótica para quantificar o silício presente na escória após ensaio. Dos resultados dos ensaios preliminares pode-se concluir que a remoção de boro por escórias contendo sódio ou bário é possível em condiçõesfora do equilíbrio em até aproximadamente 30 minutos após dissolução total da escória. Constatou-se que a remoção de boro é maior a 1650 oC. Concluiu-se que a maior remoção de boro acontece com escórias contendo bário e fluorita, com basicidade 6, e ainda escórias contendo sódio, sem fluorita, também com basicidade 6. Dos resultados dos ensaios definitivos com o sistema BaO-SiO2-CaF2 e BaO-SiO2-Na2CO3 conclui-se que ambos sistemas são promissores na remoção de boro do silício em condições de não equilíbrio.New energy sources are needed for a sustainable future. The conversion of solar energy into electricity by using silicon-based photovoltaic cells represents a promising source of sustainable energy. Improving the competitiveness of this energy with existing energy sources requires more technological development to ensure its technical and economic feasibility. Photovoltaic cells obtained from the pyrometallurgical refining process are viewed as promising, but boron removal is one of the most challenging steps due to the physicochemical properties of boron in silicon. The removal of boron from silicon by slag has shown to be an interesting methodology, therefore this work aims to study the effects of the variables: time, temperature, basicity, silicon/slag ratio and flux in the removal of boron from silicon. Two approaches have been proposed, which were referred to as preliminary assays and final assays. In the preliminary assays, commercial raw material-based slag (BaO-SiO2, BaO-SiO2-CaF2, Na2O-SiO2, Na2O-SiO2-CaF2, BaO-SiO2-Na2CO3) and metallurgical grade silicon were used, and in the final assays, slag with chemical grade raw material (BaO-SiO2-CaF2, BaO-SiO2-Na2CO3) and boron-doped electronic grade silicon. Boron removal by slag experiments were performed in an induction furnace at laboratory scale, in graphite crucibles under argon atmosphere. In boron removal assessment, ICP OES analytical techniques were used for the analysis of the levels of boron in silicon; XRF analysis was used to determine the composition of the slag after assays, and optical microscopy was used to quantify the silicon present in the slag after testing. From the results of the preliminary experiments it can be concluded that the removal of boron by slag containing sodium or barium is possible under unbalanced condition up to 30 minutes after the completedissolution of the slag. It was found that the removal of boron is higher at 1650 ° C and that the largest amount of boron removal occurs with slag containing barium and fluorite, with basicity 6, and also with slag containing sodium but no fluorite and basicity 6, as well. From the results of the final assays with BaO-SiO2-CaF2-SiO2-BaO and Na2CO3 system, it was concluded that both systems are promising for the removal of boron from silicon in unbalanced conditions

High sensitivity boron quantification in bulk silicon using the 11B(p,α0)8Be nuclear reaction.

There is a great need to quantify sub-ppm levels of boron in bulk silicon. There are several methods to analyze B in Si: Nuclear Reaction Analysis using the 11B(p, αₒ)8 Be reaction exhibits a quantification limit of some hundreds ppm of B in Si. Heavy Ion Elastic Recoil Detection Analysis offers a detection limit of 5 to 10 at. ppm. Secondary Ion Mass Spectrometry is the method of choice of the semiconductor industry for the analysis of B in Si. This work verifies the use of NRA to quantify B in Si, and the corresponding detection limits. Proton beam with 1.6 up to 2.6 MeV was used to obtain the cross-section of the 11B(p, αₒ)8 Be nuclear reaction at 170° scattering angle. The results show good agreement with literature indicating that the quantification of boron in silicon can be achieved at 100ppm level (high sensitivity) at LAMFI-IFUSP with about 16% uncertainty. Increasing the detection solid angle and the collected beam charge, can reduce the detection limit to less than 100 ppm meeting present technological needs.CNPqCAPE