Search

Catalisadores heterogêneos são comumente formados por metais ou óxidos metálicos associados a componentes estruturais. Em alguns casos, todo o catalisador pode ser estruturado do mesmo material, é o caso dos catalisadores nanoestruturados de óxido de cobalto. O cobalto é um metal crítico que apresenta risco de fornecimento primário e, portanto, o estudo de fontes de obtenção secundária e sua reciclagem são interessantes. Catalisadores exauridos de óxidos de cobalto apresentam em sua composição, além dos óxidos de cobalto, material residual do processo que catalisou, como óleos orgânicos ou fuligem. Sendo assim, esse trabalho se propôs a estudar um processo de reciclagem deste resíduo para a obtenção de cobalto metálico. Para tanto, foi feita a caracterização do resíduo e o estudo de rotas de redução para o cobalto, contemplando o estudo da cinética dessas reações. O catalisador é formado pela mistura de óxidos de cobalto (II) e misto (CoO.Co3O4) que correspondem a 98,9% da sua massa, o restante é umidade e matéria orgânica que correspondem a 0,4% e 0,7%, respectivamente. O processo de redução acontece em duas etapas, na primeira o cobalto (III), presente no óxido misto, reduz a cobalto (II) e na segunda o cobalto (II) reduz a cobalto metálico. Outros fenômenos térmicos que afetam a velocidade da redução são: a sinterização do catalisador que ocorre a partir de 700°C e a decomposição do óxido misto a óxido (II) que ocorre a partir de 900 °C. O primeiro redutor utilizado foi uma mistura de hidrogênio (5%) e argônio (95%), que foi estudado na faixa de 300 até 700°C e vazões de 2,5 até 13,5 mL/min, tendo seu melhor resultado a 500°C e 13,5 mL/min, com tempo para redução completa de 30 min. O segundo redutor foi uma mistura de monóxido de carbono (10%) e dióxido de carbono (90%), numa faixa de temperatura de 550 até 900°C e vazões de 5 até 15 mL/min. Para avaliação das reduções com monóxido de carbono, os ensaios foram divididos em dois grupos 550-650°C e 700-900°C devido à sinterização. O estudo cinético, através do método do tempo reduzido, foi feito para cada uma das reações. Tendo como mecanismo de controle para ambas, difusão na camada sólido-gás. Não foi possível realizar o estudo cinético no grupo de 700-900°C com monóxido de carbono, uma vez que a decomposição do óxido tem uma cinética totalmente diferente das reduções. Todo o material oriundo da redução foi analisado por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X, não mostrando sinais de óxidos ou carbono precipitado, sendo, portanto, cobalto metálico. Heterogeneous catalysts are commonly formed by metals or metallic oxides associated with structural components. In some cases, the entire catalyst can be structured from the same material, as is the case with nanostructured cobalt oxide catalysts. Cobalt is a critical metal that poses a risk of primary supply and, therefore, the study of secondary sources and its recycling are interesting. Exhausted cobalt oxide catalysts present in their composition, in addition to cobalt oxides, residual material from the catalyzed process, such as organic oils or soot. Thus, this work proposed to study a recycling process for this waste to obtain metallic cobalt. Therefore, the characterization of the residue and the study of reduction routes for cobalt were carried out, contemplating the study of the kinetics of these reactions. The catalyst is formed by a mixture of cobalt (II) and mixed oxides (CoO.Co3O4) which correspond to 98.9% of its mass, the rest is moisture and organic matter which correspond to 0.4% and 0.7%, respectively. The reduction process takes place in two stages, in the first, cobalt (III), present in the mixed oxide, reduces to cobalt (II), and in the second, cobalt (II) reduces to metallic cobalt. Other thermal phenomena that affect the speed of reduction are: catalyst sintering that occurs from 700°C onwards and the decomposition of mixed oxide to oxide (II) that occurs from 900°C onwards. The first reducer used was a mixture of hydrogen (5%) and argon (95%), which was studied in the range of 300 to 700°C and flow rates from 2.5 to 13.5 mL/min, with its best result being 500°C and 13.5 mL/min, with time to complete reduction of 30 min. The second reducer was a mixture of carbon monoxide (10%) and carbon dioxide (90%), in a temperature range from 550 to 900°C, and flow rates from 5 to 15 mL/min. To evaluate carbon monoxide reductions, the tests were divided into two groups 550-650°C and 700-900°C due to sintering. The kinetic study, through the reduced time method, was carried out for each one of the reactions. Having as a control mechanism for both, diffusion in the solid-gas layer. It was not possible to carry out the kinetic study in the 700-900°C group with carbon monoxide, as the oxide decomposition has different kinetics from the reductions. All material from the reduction was analyzed by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, showing no signs of oxides or precipitated carbon, being, therefore, metallic cobalt.