Lixiviação de PCI

ETEC DR. DEMTRIO AZEVEDO JNIOR

ITAPEVA - SP

2014


ISABELA VITRIA FIGUEIRA DA COSTA

JULIA PEREIRA DINIZ

NATALIA RODRIGUES DA COSTA

RECUPERAO DE METAIS OBTIDOS NA

LIXIVIAO DE PCI

ITAPEVA SP

2014


JULIA PEREIRA DINIZ


RECUPERAO DE METAIS OBTIDOS NA

LIXIVIAO DE PCI

Trabalho de Concluso De Curso apresentado

ao Curso Tcnico em Qumica da Escola

Tcnica Estadual Dr. Demtrio Azevedo

Jnior de Itapeva, como parte dos requisitos

para obteno do diploma de Tcnico em

Qumica.

Orientador: Prof. Paulo Rossi Bilesky

ITAPEVA SP

2014



JULIA PEREIRA DINIZ


ESTE TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO FOI JULGADO ADEQUADO

PARA A OBTENO DO TTULO DE

TCNICO EM QUMICA

Prof. ROBERTO CARLOS DE OLIVEIRA

Coordenador

BANCA EXAMINADORA:

Prof. PAULO ROSSI BILESKY

Orientador/ETEC-ITAPEVA

Prof. FRANCISCO DE ALMEIDA FILHO

ETEC-ITAPEVA

Prof. ROBERTO CARLOS DE OLIVEIRA

ETEC-ITAPEVA

Novembro de 2014

AGRADECIMENTOS

Agradecemos primeiramente a Deus por nos ter dado foras durante esta caminhada,

s nossas famlias pelo amor, carinho e incentivo incondicional,

esta instituio de ensino, bem como seu corpo docente, somos gratas por todo o

conhecimento a ns transferido, pela tica, respeito e suporte.

COSTA, I. V. F.; DINIZ, J. P.; COSTA, N. R. Recuperao de metais obtidos na lixiviao

de PCI. 2014. 37 f. Trabalho de Concluso de Curso (Tcnico em Qumica) ETEC Dr.

Demtrio Azevedo Jnior, Itapeva SP, 2014.

RESUMO

A lixiviao de PCIs acarreta a gerao de um resduo que no possui, a princpio, uma

destinao correta. Este material uma soluo de cloreto frrico saturada de ons de cobre,

que se descartada incorretamente pode ser prejudicial ao meio ambiente e vida humana.

Desta forma este trabalho prope o isolamento do cobre e do ferro em forma de xidos (sendo

que a partir destes possvel produzir pigmentos e ligas metlicas) e sua quantificao, como

uma proposta de interveno afim de transformar o rejeito em um produto til com a menor

quantidade de resduo possvel. A metodologia empregada consiste basicamente na separao

por decantao dos metais presentes, formao do xido de cobre, calcinao dos xidos

obtidos e quantificao atravs de titulao com EDTA, alm de pigmentao de uma tinta

base de gua com os xidos. A partir do desenvolvimento destes processos, separaram-se os

xidos de cobre e ferro, determinou-se sua constituio e realizaram-se tentativas de aplicao

dos xidos mencionados como pigmento. Ao trmino de todos os processos obtiveram-se os

metais em forma de xidos, o que possibilita uma gama de finalidades soluo inicial, desde

pigmentos at sua possvel fundio, e ainda observou-se que ambos os xidos tm um grau

significativo de pureza, sendo o de cobre 60,8% e o de ferro, 96,65%.

PALAVRAS-CHAVE: xido de cobre, xido de ferro, PCI, pigmentos, resduo.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Fluxograma Hidrometalrgico............................................................................... 15

Figura 2 Diagrama de Pourbaix............................................................................................ 16

Figura 3 Diagrama Pourbaix do Sistema cobre-gua a 25C................................................ 17

Figura 4 Fluxograma de um processo de formao de pigmentos por precipitao............. 21

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Produtos base de xido de ferro.......................................................................... 21

Tabela 2 Composio do xido de cobre.............................................................................. 27

Tabela 3 Composio do xido de ferro............................................................................... 28

LISTA DE SMBOLOS

Cu Cobre

Cu0 cobre metlico

Cu+2 ction cprico

CuO xido de cobre

E Potencial

EDTA cido etilenodiamino tetra-actico

Fe3+ ction frrico

FeCl3 cloreto frrico

Fe2O3 xido de ferro

HCl cido clordrico

NaOH hidrxido de sdio

PCI placa de circuito impresso

pH potencial hidrogeninico

SUMRIO

1 INTRODUO ............................................................................................................... 9

1.1 OBJETIVOS .................................................................................................................... 10

2 REVISO BIBLIOGRFICA ..................................................................................... 11

2.1 PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO ........................................................................... 11

2.2 COBRE ............................................................................................................................ 11

2.3 PROCESSOS DE RECUPERAO DE COBRE ......................................................... 12

2.3.1 Processos Mecnicos ................................................................................................... 12

2.3.2 Biotecnologia ............................................................................................................... 13

2.3.3 Pirometalurgia ............................................................................................................ 13

2.3.4 Eletrometalurgia ......................................................................................................... 14

2.3.5 Hidrometalurgia ......................................................................................................... 14

2.3.5.1 Fluxograma Hidrometalrgico .................................................................................. 15

2.3.5.2 Preparao ................................................................................................................. 16

2.3.5.3 Lixiviao .................................................................................................................. 16

2.3.5.4 Tratamento da Soluo e Recuperao do Metal ...................................................... 18

2.4 PROBLEMAS OCASIONADOS PELO DESCARTE INADEQUADO ....................... 18

2.5 COLORANTES ............................................................................................................... 19

2.5.1 Obteno de pigmentos por precipitao ................................................................. 21

2.5.2 xidos de ferro ........................................................................................................... 21

2.5.3 xidos de cobre ........................................................................................................... 22

3 METODOLOGIA .......................................................................................................... 23

3.1 MATERIAIS E REAGENTES ........................................................................................ 23

3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .......................................................................... 23

3.2.1 Separao dos metais em soluo .............................................................................. 24

3.2.2 Formao do xido de cobre ...................................................................................... 24

3.2.3 Filtrao e Secagem dos xidos ................................................................................. 24

3.2.4 Calcinao dos xidos ................................................................................................. 24

3.2.5 Abertura e preparao das amostras........................................................................ 24

3.2.6 Quantificao dos xidos obtidos .............................................................................. 25

3.2.7 Aplicao do pigmento ............................................................................................... 25

4 RESULTADOS E DISCUSSES ................................................................................ 26

4.1 TRATAMENTO INICIAL .............................................................................................. 26

4.2 ANLISE DE XIDO DE COBRE ............................................................................... 27

4.3 ANLISE DE XIDO DE FERRO ................................................................................ 28

4.4 PUREZA DOS PRODUTOS .......................................................................................... 28

4.5 APLICAO DOS XIDOS ......................................................................................... 29

5 CONCLUSO ................................................................................................................ 30

6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................ 31

9

1 INTRODUO

No mbito da fabricao de placas e circuitos eltricos utiliza-se como principal matria

prima o Cobre, por sua alta condutividade. Entretanto a oxidao deste metal acarreta

problemas para a passagem da corrente eltrica, de modo que este se torna um circuito

obsoleto (PETTER et al, 2012).

Com o objetivo de remover a camada de Cobre oxidada, realiza-se o processo de

lixiviao sobre o circuito, solubilizando ento os componentes metlicos (PETTER et al,

2012). Para tal utiliza-se uma soluo corrosiva, como neste caso, Cloreto Frrico (FeCl3).

Essa soluo muito usada como agente lixiviante de materiais com cobre por ser fonte de

ons Fe3+, que so um bom agente oxidante (CARNEIRO; LEO, 2005).

Porm aps diversas utilizaes da soluo, ela se torna inutilizvel para este fim devido

ao acmulo de ons de cobre, gerando ento um resduo sem destinao adequada, posto que

segundo Andreazza et al. (2010) ainda que essencial, o cobre um metal que gera impactos

prejudiciais vida e ao ambiente, se em altas concentraes.

Assim, no que diz respeito a essa problemtica, os danos causados pelo cobre podem

atingir seres humanos causando, de acordo com a ATSDR (2004, p.32), danos ao fgado e aos

rins, anemia, imunotoxicidade e desenvolvimento da toxicidade. No contexto das plantas

igualmente h impactos gerados devido a altas concentraes deste metal pesado. exemplo

da reduo do desenvolvimento de plantas de aveia com a adio de doses crescentes de cobre

(Cu) (SANTOS et al, 2004 apud ANDREAZZA et al, 2013).

Sendo que ambos os exemplos supracitados, humanos e plantas, podem obter contato

com o Cobre por meio do solo, ingesto de gua, comida, ou qualquer outra substncia que o

contenha (ATSDR, 2004 p.6) em altas concentraes em geral consequentes da ao

antrpica no meio.

Existem processos utilizados para obteno de cobre que podem ser usados para

reciclagem do mesmo, desta forma evitando que ele chegue ao meio ambiente. Segundo Veit

(2005 p.9), os principais so a pirometalurgia, eletrometalurgia e hidrometalurgia, e um

mtodo alternativo a biotecnologia.

Dando destaque ao processo hidrometalrgico, este composto de duas partes: a

primeira o ataque cido ou alcalino para dissoluo do material, sendo seguido pela segunda

parte que a separao por meio de procedimentos como precipitao, filtrao ou troca

inica (VEIT, 2005 p.10). A lixiviao pode ser considerada a primeira parte da reciclagem

10

por hidrometalurgia, e a partir desse processo oxidativo em materiais de metal comum a

obteno de xidos metlicos em soluo.

xidos e outros compostos provenientes de metais de transio, como cobre e ferro, so

coloridos (ESPSITO, 2011) e por isso muito utilizados como pigmento (principalmente os

de ferro, por originarem diversas coloraes, do amarelo ao marrom) devido seu baixo custo

e grande capacidade de colorao (BONDIOLI; MANFREDINI; OLIVEIRA, 1998, p. 13).

1.1 OBJETIVOS

Visando gesto dos resduos gerados a partir de uma soluo de cloreto frrico

saturada com ons de cobre, que pode ser prejudicial ao meio ambiente se descartada de forma

incorreta, este trabalho teve por objetivo realizar:

- Isolamento do cobre e do ferro na forma de xidos (por meio de hidrometalurgia),

quantificao e tratamento destes metais, presentes na soluo;

- Produo de corantes utilizando as tonalidades provenientes dos xidos de ferro e

cobre formados.

E assim transformar a soluo problema em produtos teis com o mnimo de resduos

possveis.

11

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO

As Placas de Circuito Impresso (PCI) compe uma enorme gama de eletroeletrnicos,

como: televises, celulares, DVDs, aparelhos de som, etc. Esse material engloba em sua

diversificada composio: 30% polmeros (polister, policarbonatos e poliolefinas), 30% de

xidos refratrios (slica, alumina, xidos de terras raras, etc.), 40% metais de base (cobre,

estanho, ferro, nquel, chumbo, alumnio e zinco), e ainda uma quantia de metais preciosos

(prata, ouro e paldio) (VEIT, 2005 p.9).

Inserido na lmina da PCI est o cobre, representando uma fina camada que a envolve;

na qual os circuitos integrados so unidos lmina por soldagem, de forma que atravs de

caminhos condutores as conexes ocorram do lado da lmina que possui cobre (JNIOR et al,

2013).

2.2 COBRE

Historicamente, o cobre considerado precioso desde antes de Cristo, pois seu

tratamento metalrgico proporcionava uma produo elevada. Entretanto com o passar do

tempo esse metal sofreu intensa desvalorizao, voltando apenas a ser valorizado pelas

indstrias de telefonia e eletricidade no princpio do sculo XX (GONALVES; CUNHA,

2012 p.12).

Este um metal marrom-avermelhado (NPI AUSTRALIAN GOVERNMENT, 2013)

que se encontra abundantemente na natureza em rochas, gua, sedimentos, solo, plantas e

animais e de forma pouco concentrada no ar, totalizando aproximadamente 50 partes de cobre

por milho de partes de solo (ppm) (ATSDR, 2004 p.1).

classificado como um metal pesado, possui densidade de 8,94 g/cm, ponto de fuso a

1083C, de ebulio a 2595C, e seus istopos mais estveis tm massa 63g e 65g, j os

istopos radioativos possuem massas que variam de 58g a 68g, outra caracterstica que ele

no possui formas alotrpicas (GONALVES; CUNHA, 2012, p.14).

O cobre um excelente condutor de calor e eletricidade, perdendo apenas para a prata,

alm de ser dctil (facilita a formao de fios) e malevel. Isso o que o torna um dos metais

12

mais utilizados em composies eltricas, de forma que segundo Moraes (2011, p.13) este

metal compe cerca de 2/3 dos componentes eletrnicos.

2.3 PROCESSOS DE RECUPERAO DE COBRE

A presena de metais preciosos bem como de metais de base, e sua considervel poro

em PCIs, torna o tratamento residual destas, interessante economicamente devido ao valor

agregado a tais metais, de acordo com Jnior et al. (2013).

Juntamente com o interesse econmico, h o interesse ambiental na reciclagem de

PCIs, pois certas substncias causam danos sade. Como o caso do mercrio que prejudica

o crebro, ou ainda o chumbo que afeta o sistema nervoso central, perifrico, endcrino e

circulatrio (VEIT, 2005). Vale ressaltar que ambos os elementos citados acima so proibidos

em equipamentos eletrnicos na Europa desde 1 de julho de 2006 (RoHS, 2014).

Assim, devido a fatores econmicos e ambientais supracitados, as PCIs passam por

procedimentos mecnicos, qumico e trmicos, que visam tornar os metais de base e metais

preciosos presentes novamente em matria prima (KASPER et al, 2011 apud PETTER et al,

2012).

Algumas formas de recuperar metais dessas placas so atravs de processos mecnicos,

biotecnolgicos, pirometalrgicos, eletrometalrgicos ou hidrometalrgicos.

2.3.1 Processos Mecnicos

O processo mecnico basicamente a separao de componentes do material a ser

tratado. Fazem parte a moagem do material (JNIOR et al, 2013), seguida da separao por

diferena de densidade, peso, granulometria, propriedades magnticas e propriedades

eltricas. Ele geralmente utilizado como parte primria no tratamento de resduos, sendo

seguido por um processo metalrgico (VEIT, 2005 p.14).

Uma de suas vantagens que esse tratamento o que gera menos resduos

contaminantes, sendo assim o menos agressivo sade e ao meio ambiente. Em contrapartida,

algumas de suas desvantagens o fato de o processo exigir um elevado consumo energtico e

13

na moagem pode-se perder componentes de alto valor agregado, como metais nobres

(JNIOR et al, 2013).

2.3.2 Biotecnologia

Esse processo utilizado mais especificamente para recuperar ouro e digerir os outros

metais presentes em sucatas eletrnicas. o tratamento do material com uma cultura de

bactria ou fungo que cresce e mobiliza boa parte de certo metal (VEIT, 2005 p.12)

Ele simples, fcil de operar e barato, e essas so as vantagens da biotecnologia. As

desvantagens so a necessidade dos metais estarem expostos superficialmente e os longos

perodos de ataque, que limitam o processo (RIBEIRO, 2013 p.18).

2.3.3 Pirometalurgia

Pirometalurgia o processo de recuperao atravs de reaes a alta temperatura, sem a

participao de substncias aquosas (BAS et al, 1982 p.7). Nele esto inclusos

procedimentos de incinerao, sinterizao, fuso, pirlise, entre outros (VEIT, 2005 p.10).

Convencionalmente o processamento realizado atravs da concentrao de metais em

uma fase chamada fase metlica e a formao de uma fase escria para a rejeio dos

materiais estranhos em sua maioria (HOFFMANN, 1992 apud RIBEIRO, 2013 p.16).

A maneira mais comum de retirarem-se materiais orgnicos como polmeros dos

concentrados de metais atravs da incinerao: primeiro a sucata triturada e depois

queimada em um forno para que se destruam os materiais polimricos, resultando em um

resduo metlico. Isso pode gerar ligas impuras, e para purificao destas pode ser realizado

refino eletrometalrgico ou pirometalrgico (VEIT, 2005 p.10).

Esse mtodo pode causar alguns problemas por envolver processamento trmico, sendo

eles principalmente: recuperao muito baixa ou quase impossvel de alguns metais (como

chumbo, alumnio, estanho e zinco, por exemplo), a perda de metais pela volatilizao de seus

cloretos e tambm por motivo da presena de vidros e componentes cermicos na sucata, que

aumentam a quantidade de escria no forno (VEIT, 2005 p.10) e a emisso de compostos

txicos pela queima de polmeros clorados e outros materiais isolantes (JNIOR et al, 2013).

14

A recuperao por pirometalurgia tem poucas etapas, aceita qualquer tipo de sucata

eletrnica e no necessita de pr-tratamento, alm de que outros materiais como irdio que

fica depositado em cadinhos ou tambm berlio em algumas sucatas podem ser tratados

desta maneira. Essas so algumas das vantagens desse processamento (VEIT, 2005 p.10).

2.3.4 Eletrometalurgia

A eletrometalurgia utiliza de processos eletroqumicos e geralmente seguidos de um

passo pirometalrgico para recuperao dos metais em sucatas eletrnicas.

O processamento eletroqumico a utilizao de eletrodeposio nos mais variados

tipos de resduos com objetivo de recuperar metais neles presentes. feito em eletrlitos

aquosos ou sais fundidos, e geralmente usado como passos de refinamento para recuperao

de metais puros (VEIT, 2005 p.12).

Esse mtodo possui uma limitao, que o fato de que a sucata a ser recuperada deve

ser pr-classificada. Em contrapartida, suas maiores vantagens so as seguintes:

Possui poucas etapas;

O eletrlito pode ser reciclado;

Dos metais preciosos presentes na sucata 95 a 97% so encontrados no concentrado

obtido com a eletrlise. A quantidade encontrada depois de fundio, utilizando

eletrlise apenas como refinao, muito baixa;

Pode ser utilizado em todos os tipos de sucata que contenham uma camada de metais

preciosos sobre um substrato de metal base;

Os metais preciosos podem ser dissolvidos seletivamente ou simultaneamente, de

acordo com a necessidade, e o substrato permanece inalterado (HOFFMAN, 1992

apud RIBEIRO, 2013 p.18).

2.3.5 Hidrometalurgia

O processo est baseado em ataques cidos ou bsicos que visam dissoluo do

material slido, e posteriormente passam por etapas de separao como destilao, filtrao,

15

precipitao, dentre outros, que tem por objetivo a obteno dos metais de interesse

(RIBEIRO, 2013 p.16).

Comumente este processo utilizado para produo de alumina, nquel, titnio, terras-

raras, e tambm cobre.

A Hidrometalurgia possui diferenciais em relaes aos outros processos de recuperao,

como: baixo custo, menos danos atmosfera terrestre e isolamento menos complexo de seus

componentes principais (RIBEIRO, 2013 p.16).

Outra importante questo a respeito deste mtodo o fato de que enquanto na

Pirometalurgia as principais reaes ocorrem em altas temperaturas, sem a participao de

solues aquosas, na Hidrometalurgia as reaes mais relevantes se processam em

temperaturas baixas (eventualmente mdias), com o auxlio de presses maiores em meio

principalmente aquoso (BAS et al, 1982 p.7).

Ainda que possa ser considerada vantajosa em relao s outras tcnicas, a

hidrometalurgia conta com algumas desvantagens como: formao de resduos slidos,

necessidade de utilizao de processos mecnicos para diminuio do volume, no aceitao

de materiais mais complexos, formao de resduos txicos e/ou corrosivos (VEIT, 2005

p.12).

2.3.5.1 Fluxograma Hidrometalrgico

O processo Hidrometalrgico pode ser resumido na figura 1:

Figura 1 Fluxograma Hidrometalrgico.

Fonte: (FERNANDES; et al, 2007 p.157). Adaptado.

16

2.3.5.2 Preparao

A primeira etapa desta recuperao, chamada Preparao, gira em torno do estudo

qumico da substncia a ser tratada, com o objetivo de ajustar propriedades fsico-qumicas se

necessrio. seguida pela etapa denominada Lixiviao.

2.3.5.3 Lixiviao

De acordo com Ribeiro (2013 p.17) dentre os processos existentes na hidrometalurgia,

h a lixiviao.

A lixiviao considerada uma dissoluo seletiva que parte do princpio de que no h

materiais completamente insolveis, de forma que a dissoluo acarretar na permanncia dos

compostos insolveis e a retirada dos solveis (ANDRADE, 2002 p.64).

Esta separao possvel atravs do contato do slido, minrio ou concentrado

(lixiviado), com uma fase aquosa, chamada de lixiviante.

Os lixiviantes mais comuns para a recuperao de metais so: haletos, tiouria, cianetos

e tiossulfatos (KOLODZIEJ e ADAMSKI, 1984 apud RIBEIRO, 2013 p.17), entretanto de

forma geral, so utilizadas solues salinas, alcalinas e cidas.

Contudo, a escolha da soluo lixiviante implica na necessidade da anlise de diagramas

E/pH (potencial/ph), feitos com base em estudos de sistemas metal e gua a uma certa

temperatura, com o objetivo de haver um melhor entendimento dos critrios termodinmicos

que compreendem a dissoluo de metais. Assim, estes diagramas apontam pontos de

estabilidade das fases solveis e condensadas, abaixo segue um modelo deste diagrama,

denominado Diagrama de Pourbaix:

17

Figura 2 Diagrama de Pourbaix.

Fonte: (MORAES, 2011 p.22).

Desta forma, a partir da observao do Diagrama, tendo como regio de interesse a rea

denomina Dissoluo de Metais (princpio da lixiviao), tem-se que nesta fase o metal est

em forma inica estvel.

Afunilando ainda ao estudo ao cobre, segundo a Figura 3, que apresenta o Diagrama de

Pourbaix para o sistema cobre-gua a 25C, este demonstra as reas na quais o cobre est em

forma inica ou solvel.

Figura 3 Diagrama Pourbaix do Sistema cobre-gua a 25C.

Fonte: (MORAES, 2011 p.24).

18

Ento, de acordo com Moraes (2011, p.23) o uso de um agente oxidante vem a facilitar

a dissoluo de metais, posto que este agente provoque um aumento no potencial positivo

(oxidao), o que culmina na reao abaixo, que mostra a transformao de cobre metlico

(Cu0) em on de cobre solvel (Cu+2):

Cu0(s) Cu+2(aq) + 2e-

Uma das solues utilizadas como lixiviante, com base nesta anlise, a soluo salina

de cloreto frrico (FeCl3) que de grande utilidade em processos hidrometalrgicos, uma vez

que fonte de ons Fe3+, que por sua vez um bom e adequado agente oxidante

(CARNEIRO; LEO, 2005). No caso da utilizao desta substncia h solubilizao do cobre

e formao do composto insolvel de Fe2O3 a pH na faixa de 3,0 a 3,8 e potencial superior a

0,4V (MORAES, 2011 p.26).

Esse processo de lixiviao de cobre tem grande importncia na limpeza de PCIs, posto

que conforme esse constituinte sofre processo de oxidao, mediante ao contato com oxignio

presente no ar, h a formao de uma camada que interfere em sua condutividade eltrica.

Ento comum a remoo da camada oxidada por meio de lixiviao, para que a PCI possa

voltar a sua plena utilizao.

2.3.5.4 Tratamento da Soluo e Recuperao do Metal

Por fim, a partir do momento em que se obtm uma soluo dissolvida necessrio o

uso de tcnicas como precipitao seletiva (metal obtido na forma de hidrxido metlico ou

sal) (FERNANDES et al, 2007 p.158), troca inica ou extrao lquido-lquido, a fim de obter

sua concentrao e purificao visando recuperao do metal desejado (BAS et al, 1982

p.20).

2.4 PROBLEMAS OCASIONADOS PELO DESCARTE INADEQUADO

Como a todos os seres vivos, no ser humano, o cobre imperativo, uma vez que est

ligado a formao de hemoglobina e processo metablico dos carboidratos, por meio de sua

coparticipao em metaloenzimas, e ainda atua como recurso antioxidante celular (ATSRD,

2004 apud ANDREAZZA, et al 2013).

19

Contudo, esse metal, ainda que fundamental vida torna-se prejudicial quando em altas

concentraes, txico nessa condio e acarreta danos naturais devido suas propriedades

bioacumulativas (ANTONIOLLI, 2007).

O contato com tal metal efetuado em atividades corriqueiras como, por exemplo, obter

contato com o solo, comer, beber gua, e at respirar.

No solo, de acordo com Sodr (2000, p.324), o cobre como metal pesado altera

influncias mtuas nos vegetais, pois ocasiona a deficincia de alguns nutrientes essenciais e

ainda gera efeitos txicos ao tecido vegetal e aos micro-organismos (bactrias e fungos)

(LEYVAL, 1997). Esses efeitos tornam-se ainda maiores em solos tropicais, haja vista sua

maior adsoro de metais pela presena de oxo-hidrxidos.

O teor do solo possui papel fundamental para a cadeia alimentar, uma vez que est

intimamente ligado ao transporte de substncias vida terrestre, causando alteraes

metablicas aos seres vivos concernentes sua composio.

A problemtica relacionada cadeia alimentar exemplificada em situaes como a

contaminao do prprio solo, apontado acima, que pode gerar uma contaminao da gua,

pois os componentes txicos que atingem o lenol fretico, como o cobre, trazem impactos

ecolgicos negativos para os usurios desta gua (RIBEIRO, 2013 p.4).

No que diz respeito vida humana, a alta concentrao similarmente prejudicial, pois

causa uma srie de sintomas que rompem a homeostase corprea, mesmo que as

metaloenzimas, que so a resposta do intestino e do estmago para obter o equilbrio na

concentrao de cobre, busquem agir.

A alta concentrao de Cobre (Cu) provoca enfermidades em alguns rgos e sistemas,

observadas por meio de teste com animais (ATSDR, 2004):

Sistema Gastrointestinal: causa nuseas, desequilbrio intestinal, vmitos e dor

abdominal.

Fgado: causa necroses, inflamaes e fibroses.

Rins: danos aos tbulos convolutos proximais.

2.5 COLORANTES

A utilizao de cores pela humanidade data de 20 mil anos atrs, com o uso das

primeiras substncias como: o Negro-de-Fumo, o Azul-Egpcio, fuligem de ocre,

20

posteriormente o Murex (provindo de um molusco marinho), dentre outros (CASQUEIRA;

SANTOS, 2008).

Assim sendo, segundo a definio apresentada por Saron e Felisberti (2005) os

colorantes so de maneira geral, substncias adicionadas com a finalidade de atribuir cor.

A partir disto, os colorantes se dividem em duas modalidades: corantes e pigmentos

(SARON; FELISBERTI, 2005). Sendo que so distintos devido ao fato de os corantes serem

solveis no meio, penetrando no material a ser tingido, de forma a interagirem efetivamente,

como no caso dos txteis; j os pigmentos possuem tamanho maior de partcula (pequenos

corpsculos) e so insolveis no meio em esto inseridos, no reagindo quimicamente ou

fisicamente.

No mbito deste ltimo, embora existam diversas maneiras de classific-lo (composio

qumica, colorao, utilizaes, preparao, dentre outros), as principais subdivises so

pigmentos orgnicos e inorgnicos.

Os pigmentos orgnicos possuem um alto poder de colorao, bem como a existncia de

um grande leque de tonalidades muito brilhantes. Em contrapartida, os pigmentos inorgnicos

detm uma maior estabilidade qumica e trmica, e tambm uma menor toxidade ao ser

humano (BONDIOLI; MANFREDINI; OLIVEIRA, 1998 p. 13).

Focando, portanto, nos pigmentos inorgnicos, estes possuem estruturas cristalinas,

formadas por uma rede hospedeira na qual h um componente cromforo, que comumente

est representado por um ction de um metal de transio, alm dos demais componentes que

reafirmam as caractersticas pigmentares (CASQUEIRA; SANTOS, 2008, p.12).

Dentro dos pigmentos inorgnicos, h ainda os naturais e os sintticos. Os pigmentos

inorgnicos sintticos, ou seja, que so produzidos mediante processos qumicos, possibilita a

obteno de coloraes que no so adquiridas naturalmente. Esta classe de pigmentos pode

ainda possuir caractersticas pticas, como cor e opacidade.

Igualmente, h os pigmentos inorgnicos naturais que so assim chamados por serem

encontrados na natureza como xidos simples. Em destaque h o xido de Ferro

(CASQUEIRA; SANTOS, 2008 p.12) por ser o mais utilizado, e isso se deve a este xido

possibilitar a obteno de vrias cores que vo do amarelo ao marrom (BONDIOLI;

MANFREDINI; OLIVEIRA, 1998 p.13).

Assim, os xidos simples so amplamente empregados na indstria, uma vez que

possuem baixo custo e so satisfatrios em sua colorao, apesar de a repetitividade das cores

no ser to facilmente alcanada.

21

2.5.1 Obteno de pigmentos por precipitao

Um dos procedimentos para conseguir xidos simples para pigmentos a precipitao

qumica em soluo homognea, que resulta em produtos com caractersticas ideais e por isso

uma tcnica muito comum (ALMEIDA et al, 2007 p.58). Outro fator para sua ampla

utilizao o de algumas de suas etapas serem facilmente executveis em laboratrio, bem

como requerer equipamento simples.

Contudo, com esse mtodo h primeiramente a formao de hidrxidos que para

chegarem aos produtos desejados, xidos, precisam passar por calcinao a uma temperatura

relativamente alta, o que consiste em uma inconvenincia do processo (CASQUEIRA;

SANTOS, 2008 p.31).

O fluxograma geral do processo de formao de pigmentos por precipitao ilustrado

na figura 4.

Figura 4 Fluxograma de um processo de formao de pigmentos por precipitao.

Fonte: (CASQUEIRA; SANTOS, 2008 p.31).

2.5.2 xidos de ferro

So xidos naturais encontrados em vrios minerais. Apresentam uma grande variedade

de cores, como amarelo, vermelho, marrom e preto, e tambm diferentes tonalidades

dependendo do tipo de mineral e do tratamento a que ele submetido (CASQUEIRA;

SANTOS, 2008 p.19).

Os pigmentos de xidos de ferro possuem vasto campo de aplicao, em pinturas, assim como

papis, plsticos, vidros, cermica, etc. Na tabela 1 abaixo esto listados os produtos mais

comuns a base desse xido.

22

Tabela 1 Produtos base de xido de ferro.

Componente Frmula Cor *

Hidrxido de ferro - FeOOH Amarelo

xido de ferro III - Fe2O3 Vermelho

xido de ferro II e III Fe3O4 Preto

xido de ferro Misturas Marrom

*Podem apresentar variaes de cor

Fonte: (CASQUEIRA; SANTOS, 2008 p.19). Adaptado.

2.5.3 xidos de cobre

A indstria cermica vem ganhando cada vez mais espao no mercado mundial,

principalmente no que diz respeito artigos decorativos, por isso a necessidade de novos

pigmentos e novas cores tem crescido muito (ALMEIDA et al, 2007 p.57).

Entre as cores mais desejadas est o verde, que obtido a partir de xidos de cobre puro

na maior parte das vezes (ALMEIDA et al, 2007 p.57). Sua utilizao principalmente em

cermicos, como citado anteriormente.

23

3 METODOLOGIA

3.1 MATERIAIS E REAGENTES

- Balana analtica;

- Bales volumtricos de 500 ml;

- Bastes de vidro;

- Bqueres;

- Bureta de 25 ml;

- Cadinhos;

- Capela;

- Dessecador;

- Erlenmeyers;

- Estufa;

- Forno mufla;

- Frascos mbares;

- Funis;

- Papis-filtro;

- Pera;

- pHmetro;

- Pipetas de Pasteur;

- Pipetas volumtricas;

- Plataforma de aquecimento;

- Provetas;

- Vidros de relgio;

- cido clordrico concentrado;

- cido sulfossaliclico;

- gua destilada;

- EDTA 0,02 mol/L;

- Hidrxido de sdio em escamas;

- Murexida;

- Resduo de cloreto frrico e cobre;

- Soluo de hidrxido de sdio 12,5%;

- Tinta branca base de gua.

3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Para o tratamento do resduo gerado a partir da lixiviao de placas de circuito

impresso, composto por cloreto frrico e ons de cobre, realizaram-se os seguintes

procedimentos:

24

3.2.1 Separao dos metais em soluo

Deixou-se em repouso o recipiente contendo o resduo, at a decantao da parte frrica.

Desta forma, com a soluo bifsica, retirou-se a fase lquida (cobre) guardando-a em frasco

mbar e em outro recipiente reservou-se a fase restante (ferro).

3.2.2 Formao do xido de cobre

Pipetaram-se 250 ml da soluo com ons cobre e transferiu-se para um bquer.

Pesaram-se aproximadamente 55g de NaOH em balana analtica. Adicionou-se ao bquer e

misturou-se. Mediu-se o pH para garantir que estivesse prximo de 9.

3.2.3 Filtrao e Secagem dos xidos

Filtrou-se a soluo obtida no processo 2. Colocaram-se os papis-filtro contendo xido

de cobre e o recipiente contendo xido de ferro na estufa para a retirada da umidade.

3.2.4 Calcinao dos xidos

Retiraram-se os xidos da estufa e ento se colocaram o xido de ferro em um cadinho

de porcelana e o xido de cobre em outro. Levaram-se os cadinhos em forno mufla

aproximadamente 600C por algumas horas. Retiraram-se os cadinhos do forno e colocaram-

se em um dessecador at o total resfriamento da porcelana e ento se armazenaram os xidos

na estufa para evitar a absoro de umidade.

3.2.5 Abertura e preparao das amostras

Pesou-se 1g de xido de cobre e depositou-se em um bquer. Na capela, adicionaram-se

12 ml de cido clordrico e 24 ml de gua destilada ao bquer e colocou-se este sobre uma

plataforma de aquecimento. Mexeu-se at a completa dissoluo do slido.

25

Ento se pesou 1g de xido de ferro e depositou-se em um bquer. Tambm na capela,

adicionaram-se 24 ml de cido clordrico e 24 ml de gua destilada ao bquer e colocou-se

este sobre a plataforma de aquecimento. Mexeu-se at a completa dissoluo do slido.

Colocou-se cada amostra obtida no processo 5 em um balo volumtrico de 500 ml,

avolumaram-se e homogeneizaram-se as solues. Guardaram-se as solues em vidros

mbares.

3.2.6 Quantificao dos xidos obtidos

Pipetaram-se 100 ml da soluo de xido de cobre 2g/L e colocou-se em um bquer.

Com uma soluo de hidrxido de sdio acertou-se at pH 8. Completou-se uma bureta de 25

ml com EDTA 0,02 mol/L previamente padronizado. Pipetaram-se 25 ml da soluo

preparada anteriormente e colocou-se em um erlenmeyer, adicionou-se uma pitada de

murexida e titulou-se com EDTA at a viragem do indicador. Repetiu-se o procedimento mais

duas vezes.

Pipetaram-se 50 ml da soluo de xido de ferro 2g/L e depositou-se em um bquer.

Acertou-se o pH at 1,0 com uso de uma soluo de NaOH. Pipetaram-se trs amostras de 10

ml da soluo preparada, colocaram-se em erlenmeyers e adicionaram-se duas gotas do

indicador cido sulfossaliclico em cada um. Completou-se uma bureta de 25 ml com EDTA

0,02 mol/L e titularam-se as trs amostras at a viragem.

3.2.7 Aplicao do pigmento

Adicionaram-se pitadas de xido de cobre a uma tinta branca base de gua e misturou-

se. Adicionaram-se algumas gotas de cido clordrico concentrado e misturou-se novamente.

Realizou-se o mesmo procedimento utilizando xido de ferro.

26

4 RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 TRATAMENTO INICIAL

Ao se iniciar o tratamento, a primeira determinao foi do pH do resduo para ter

conhecimento de que cuidados deveriam ser tomados ao manuse-lo. O pH se encontrava

muito cido, medindo aproximadamente 0,2, devido ao carter cido e corrosivo da soluo

inicial (cloreto frrico) utilizada no processo de lixiviao da placa de cobre, processo que

resultou no rejeito tratado neste trabalho.

Em primeiro momento o resduo era composto por uma soluo verde contendo um

precipitado amarelo, por isso foi necessrio o processo de decantao, para que o material se

dividisse em duas fases assim possibilitando uma separao grosseira dos metais existentes. O

corpo de fundo (poro slida) era constitudo principalmente de xido de ferro III (composto

insolvel) o que possvel perceber pela colorao amarelada, enquanto na parte lquida,

novamente pela cor, se observou a grande presena de ons de cobre em soluo, j que Cu+2

aquoso verde.

Aps a separao das duas fases descritas, a parte slida foi colocada na estufa para que

perdesse umidade, afinal j se encontrava na forma ambicionada, xido de ferro.

Na soluo contendo cobre iniciou-se a adio gradativa de hidrxido de sdio: esses

reagentes resultam em uma soluo com um precipitado marrom escuro, xido de cobre. Para

garantir que todo o cobre estivesse na forma de xido, o pH da soluo deveria estar bem

prximo de 9 (pois esse um xido bsico). Depois de vrias tentativas pode ser determinada

uma quantidade de NaOH necessria para atingir o potencial bsico desejado, sendo ela de

aproximadamente 11g para cada 50 ml de soluo.

Posterior reao, para adquirir somente o precipitado formado, a soluo foi filtrada e

desta forma se obteve xido de cobre II (posto que a forma mais oxidada a mais estvel no

cobre). Bem como o xido de ferro, os papis-filtro provenientes da filtrao foram deixados

na estufa at perderem o mximo de umidade possvel.

Com os xidos j secos, pode ser realizado o prximo passo, a calcinao. Esta teve por

objetivo a padronizao do xido, bem como a eliminao de toda a matria orgnica que

pudesse existir nestes, posto que quando expostas altas temperaturas essas substncias

volatilizam, assegurando a pureza dos compostos metlicos.

27

Para conhecer mais precisamente a composio dos xidos que foram isolados, se

quantificaram os metais ferro e cobre em cada um deles. A fim de realizar titulao com

EDTA, fez-se necessrio a abertura das amostras, j que estes dois xidos so insolveis em

gua.

A massa de 1g de xido de cobre solubilizou com a adio de 12 ml de cido clordrico

concentrado e 24 ml de gua destilada; a mesma massa de xido de ferro precisou de 24 ml de

HCl com 24 ml de gua destilada para solubilizar. Sendo que ambas as amostras demandaram

aquecimento para dissolverem, percebe-se que o xido de ferro o menos solvel dos dois.

Com as amostras dissolvidas prepararam-se solues diludas de concentrao 2g/L, e

s ento foram realizadas as quantificaes atravs de volumetria utilizando EDTA

previamente preparado e padronizado, com concentrao real de 0,0207 mol/L.

4.2 ANLISE DE XIDO DE COBRE

Para determinar a quantidade real de CuO no xido de cobre que foi isolado, o pH ideal

foi 8,0 e o indicador utilizado, a murexida. O resultado mdio das trs titulaes foi de 18,47

ml de EDTA para 25 ml de amostra, e como a estequiometria entre EDTA e qualquer metal

de um para um, os clculos realizados foram relativamente simples (de concentrao,

molaridade, massa molecular, etc) e resultaram nos valores representados na tabela a seguir:

Tabela 2 Composio do xido de cobre.

Pureza (%) Metais presentes* (%)

Cobre Ferro

60,8 48,56 39,2

* Os metais no produto esto presentes na forma de ons.

Determina-se desta forma que a pureza do xido de cobre II de 60,8% e que os outros

39,2% da amostra so compostos por ons de ferro, podendo tambm haver contaminantes

provenientes do processo de lixiviao das placas de circuito (procedimento que gerou o

resduo trabalhado).

28

4.3 ANLISE DE XIDO DE FERRO

Em seguida, para a determinao da quantidade real de Fe2O3 no composto de xido de

ferro obtido, atingiu-se pH 1 e o indicador usado foi cido sulfossaliclico. A mdia dos

valores encontrados na volumetria foi de 11,67 ml de EDTA para cada 10 ml de amostra.

Seguindo clculos semelhantes aos citados no item 4.1 foi obtida a tabela 3, anloga

tabela 2:

Tabela 3 Composio do xido de ferro.

Pureza (%) Metais presentes* (%)

Cobre Ferro

96,65 3,35 67,65

* Os metais no produto esto presentes na forma de ons.

Neste caso se encontra um xido de ferro com altssima pureza, sendo ela 96,65%. A

mnima parte restante, de 3,35%, formada por ons cobre, entre outros metais e compostos

contaminantes (incorporados ao resduo original pela lixiviao).

4.4 PUREZA DOS PRODUTOS

A partir da soluo problema h o isolamento dos xidos de cobre e ferro, que so

obtidos com grau de pureza de mais de 95% no xido de ferro III e aproximadamente 61% no

xido de cobre II. Supe-se que essa diferena se deve ao fato de que um dos xidos (frrico)

obtido atravs da frao slida e o outro (cprico) demanda adio de um reagente soluo

para ser formado.

Posto que o processo de lixiviao age solubilizando certos componentes das PCIs,

mais difcil encontrar ons contaminantes (cobre e outros) insolveis e misturados ao xido

frrico, garantindo uma mnima poro de impurezas. J em soluo so facilmente

encontrados compostos dissolvidos (principalmente ferro proveniente da soluo lixiviante), e

com a adio de hidrxido de sdio o nmero de ons diferentes de cobre aumenta, levando

formao de um xido menos puro.

29

4.5 APLICAO DOS XIDOS

Finalmente foi testada a aplicao dos xidos de ferro e cobre em tinta base de gua.

Vrias quantidades de xido foram misturadas ela, e mesmo com adio de cido clordrico

concentrado no foi possvel colorir a tinta. Isso se deve ao fato de que ambos os xidos so

insolveis em gua e consequentemente na tinta utilizada.

Com base em estudos se entende que no se pode completar a aplicao dos xidos

como pigmento porque para transform-los em produtos finais so necessrios ainda outros

procedimentos, industriais, com a utilizao de equipamentos prprios e condies ideais e

controladas de pH, temperatura e presso.

30

5 CONCLUSO

Frente aos procedimentos desempenhados neste trabalho foi possvel concluir que o

resduo inicial, cloreto frrico saturado com ons de cobre, pode ter uma destinao desde que

seja tratado corretamente, sendo este tratamento realizado atravs de procedimentos

relativamente simples e com reagentes de baixo custo.

Por fim, alm de evitar que uma substncia prejudicial chegasse ao meio ambiente,

foram formadas matrias primas para processos industriais capazes de gerar produtos com

utilizaes que vo desde a pigmentao at a produo de ligas metlicas (atravs de

fundio).

31

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Lixiviação de PCI