Produção de sulfato básico de cromo utilizando como matéria prima resíduos da indústria metalúrgica

  • Número do pedido da patente:
  • PI 1107227-0 A2
  • Data do depósito:
  • 03/01/2011
  • Data da publicação:
  • 01/09/2015
Inventores:
  • Classificação:
  • C21C 5/00
    Manufatura de a?o ao carbono, p. ex. a?o doce, a?o m?dio carbono ou a?o fundido;
    ;
    C22B 34/32
    Obten??o de metais refrat?rios; / Obten??o do cromo, do molibd?nio ou do tungst?nio; / Obten??o do cromo;
    ;
    C22B 34/30
    Obten??o de metais refrat?rios; / Obten??o do cromo, do molibd?nio ou do tungst?nio;
    ;

PRODUÇÃO DE SULFATO BÁSICO DE CROMO UTILIZANDO COMO MATÉRIA PRIMA RESÍDUOS DA INDÚSTRIA METALÚRGICA. A presente invenção tem como aspecto inovador a produção de Sulfato Básico de Cromo tendo como matéria prima resíduos da indústria metalúrgica a base de cromo trivalente e hexavalente, bem como o emprego de novos reagentes para sua produção como: biftalato de potássio, sacarose e ácido sulfúrico. A indústria metalúrgica é um dos setores que gera enormes quantidades de resíduo sendo que grande parte desses rejeitos é á base de cromo, tornando assim um dos ramos produtivos com maior potencial poluidor, pois é comprovada a periculosidade de resíduos contendo cromo. O cromo é um metal usado como elemento de liga na metalurgia. Seu emprego garante elevada resistência à corrosão, formando uma fina camada de áxidos na superfície do metal, camada passiva, que protege contra ação do ambiente. Na produção de aços especiais, o cromo é adicionado ao aço sob forma de uma liga com ferro, a liga ferro-cromo, O aço inoxidável é constituído por uma liga contendo principalmente, ferro, cromo e níquel. O sulfato de cromo obtido na presente invenção apresenta boa capacidade de curtimento de pele produzindo um material com aparência de cromo ligado às fibras.

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Documento

“PRODUÇÃO DE SULFATO BÁSICO DE CROMO UTILIZANDO COMO MATÉRIA PRIMA RESÍDUOS DA INDÚSTRIA METALÚRGICA”

A presente invenção tem como aspecto inovador a produção de sulfato básico de cromo tendo como matéria prima resíduos da indústria metalúrgica a base de cromo trivalente e hexavalente, bem como o emprego de novos reagentes para sua produção como: biftalato de potássio, sacarose e ácido sulfúrico.

Com a crescente preocupação ambiental da sociedade, normas e legislações ambientais cada vez mais restritivas têm sido adotadas a fim de minimizar o impacto ambiental das atividades produtivas. A indústria metalúrgica é um dos setores que gera enormes quantidades de resíduo sendo que grande parte desses rejeitos é à base de cromo, tornando assim um dos ramos produtivos com maior potencial poluidor, pois é comprovada a periculosidade de resíduos contendo cromo.

O cromo é um metal usado como elemento de liga na metalurgia. Seu emprego garante elevada resistência à corrosão, formando uma fina camada de óxidos na superfície do metal, camada passiva, que protege contra ação do ambiente. Na produção de aços especiais, o cromo é adicionado ao aço sob forma de uma liga com ferro, a liga ferro-cromo. O aço inoxidável é constituído por uma liga contendo principalmente, ferro, cromo e níquel.

A produção brasileira de aço inoxidável vem crescendo muito nos últimos anos, saltando de 170 mil toneladas em 1997 para mais de 340 mil toneladas em 2002, indicando que a produção nacional de aço inoxidável dobrou nesse período. Ao mesmo tempo, cresceu muito a quantidade gerada de resíduos com alto teor de cromo e ferro. Verificou-se que os resíduos gerados em aciarias produtoras de aço inoxidável brasileiras contêm cerca de 50% de ferro já o teor de cromo está em torno de 7 a 16%, dependendo do resíduo.

Resíduos com alto teor de cromo são gerados em diferentes etapas do processo de fabricação de aço inoxidável e em diferentes conversores, como o

Forno Elétrico a Arco (FEA), o MRPL (Metal Refining Process with Lance), o AOD (Argon Oxygen Decarburization) e o VOD (Vaccum Oxygen Decarburization).

Tendo em vista esses fatores, torna-se evidente a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias visando o tratamento e a reutilização desses resíduos a base de cromo. A presente invenção trata do desenvolvimento de uma rota inovadora para produção de sulfato básico de cromo para sua utilização como agente curtente na indústria do couro.

O Brasil consumiu em 2004 cerca de 51.500 toneladas de sulfato básico de cromo para curtimento. O sulfato básico de cromo é conhecido comercialmente como sulfato de hidróxido de cromo, sulfato monobásico de cromo ou, também, como sal de cromo.

Na indústria o sulfato básico de cromo é obtido através do cromato de sódio que é outro composto químico importante, que pode ser utilizado em processos industriais e também como matéria prima dando origem a diversos compostos de cromo.

O processo comercial (clássico) segundo Launder, L.W.; Hartford, W.H U.S Patent N° 3,095,266, 1963 e Hultman S.J.; Rich, G.L.; Dailey, D.:B.; Tunison, D.E. US Patent N° 3,336,102, 1967, utilizado para a produção do cromato de sódio (VI) é o da fusão mineral da cromita via carbonato de sódio em condições oxidativas e a temperaturas de 1100-1150°C, sendo que o Brasil importa o produto e também a maioria dos compostos obtidos a partir dele.

Outras patentes tais como a PI0702117-8 A2 “Processo para separação do cromo” e a PI8300450 “Processo para extração de cromo e proteínas de resíduos de curtimento" descrevem processos para recuperação do cromo proveniente de sobras de pele bovina curtida, diferentemente da nossa invenção.

A literatura científica apresenta vários trabalhos visando à produção de sulfato básico de cromo, porém todos os métodos disponíveis exigem tratamentos drásticos, processos químicos ou termoquímicos, tornando na maioria das vezes o processo oneroso.

Segundo K. Yildlz & i.A.Çengil, Investigation of efficient conditions for chromate production from chromite concentrate by alkali fusion, Scandinavian Journal of Metallurgy, Volume 33, 02 December 2004, Pages 251-256, uma outra forma de produção de cromato de sódio, usando a cromita e a utilização 5 como agente fundente o hidróxido de sódio (agente fundente) a 500°C.

Estudos de Pereira, S.V. Obtenção de cromato de sódio a partir das cinzas de incineração de resíduos de couro do setor calçadista visando à produção de sulfato básico de cromo. 2006. 136p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto l() Alegre e de Dettmer et ai, (2010) Production of basic chromium sulfate by using recovered chromium from ashes of thermally treated leather •Journal of Hazardous Materials, Volume 176, Issues 1-3, 15 Apríl 2010, Pages 710-714 mostraram a possibilidade de produzir sulfato básico de cromo utilizando resíduos cinza de couro wet blue.

15    Processo descrito nesta invenção apresenta duas importantes

diferenças com relação aos inventos existentes: (i) A matéria prima a ser utilizada proveniente da indústria metalúrgica a base de resíduos de cromo (ii) bem como a utilização de novos reagentes para a produção do sulfato básico de cromo como: Biftalato de potássio, sacarose, hidróxido de sódio, hidróxido 20 de cálcio e ácido sulfúrico assim como a utilização de parâmetros físicos químicos menos drásticos.

A presente invenção é descrita nas etapas abaixo:

25    Etapa 1 - Remoção de Ferro presente no resíduo

Estabeleceu-se previamente por estequiometria um valor de 21,43 g de hidróxido de sódio (NaOH) em 1000 ml_ do resíduo para total precipitação do ferro na forma de hidróxido de ferro (Fe(OH)3). Ressalta-se que esses resíduos contêm, aproximadamente, 1% de ferro em sua composição. Essa 30 solução foi então filtrada para a remoção do precipitado Fe(OH)3.

Posteriormente, realizou-se a redução do cromo VI presente no sobrenadante utilizando como agentes redutores Bissulfito de Sódio e sacarose em meio ácido (pH = 3) nas temperaturas entre 25 e 100°C. A figura 1 mostra a foto do processo de redução do Cr+6 para Cr+3 uma das evidências do processo de redução e a mudança na coloração de laranja para verde claro, também foi realizado teste com peróxido de hidrogênio 30% para verificar a eficiência do processo de conversão de Cr+6 para Cr+3 uma vez que o peróxido de hidrogênio na presença de cromo VI forma um composto denominado de peroxidicromatos de coloração azul, o teste comprovou a eficiência do processo de redução mostrando que não há cromo VI presente na solução.

Etapa 2 - Processo de produção do sulfato básico de cromo

Para preparação do sulfato básico de cromo utilizou-se 200 ml_ de ácido sulfúrico (H2SO4) em 1000 mL da solução do resíduo de cromatizante. O teor de Cr203 presente no material após a adição de H2SO4 foi determinado de acordo com a norma ABNT NBR 13.341, sendo que 0 mesmo apresentava um teor de Cr2C>3 em torno de 12%. A concentração de cromo foi determinada de acordo com a norma ASTM D 2807-93 (1998) estando em torno de 100000 mgL'1. Também foi realizada a análise da basicidade de Schorlemmer de acordo com ASTM 3897-93 no material (35%) uma vez que esse procedimento indica 0 poder curtente do mesmo.

A figura 2 mostra o couro obtido pelo curtimento de pele empregando 0 sulfato de cromo descrito na presente invenção.

A presente invenção tem como 0 intuito o desenvolvimento de uma rota inovadora para produção de sulfato básico de cromo a partir de resíduos gerados pela indústria metalúrgica utilizando parâmetros físicos químicos menos drásticos. Diferentemente das metodologias disponíveis que envolvem processos químicos ou termoquímicos mais drásticos e consequentemente mais onerosos. Isto traz grandes vantagens técnicas e econômicas, em relação à tecnologia disponível no mercado.

REIVINDICAÇÕES

1-    “PRODUÇÃO DE SULFATO BÁSICO DE CROMO UTILIZANDO COMO MATÉRIA PRIMA RESÍDUOS DA INDÚSTRIA METALÚRGICA”,

5 caracterizado pelo processo de produção de sulfato básico de cromo a partir de resíduos da indústria de cromagem a base de cromo trivalente e

hexavalente.

2-    “PRODUÇÃO DE SULFATO BÁSICO DE CROMO UTILIZANDO 10 COMO MATÉRIA PRIMA RESÍDUOS DA INDÚSTRIA METALÚRGICA”, de

acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo processo de produção de sulfato básico de cromo, utilizando, soluções alcalinas (NaOH e Ca(OH)3) nas concentrações de 1 a 5 mol L'1, para precipitação total do ferro presente no resíduo 15

3-    “PRODUÇÃO DE SULFATO BÁSICO DE CROMO UTILIZANDO COMO MATÉRIA PRIMA RESÍDUOS DA INDÚSTRIA METALÚRGICA”, de acordo com as reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo processo de produção de sulfato básico de cromo, utilizando bissulfito de potássio e de sódio e

20 sacarose para redução do cromo IV para cromo III presente no resíduo.

4- “PRODUÇÃO DE SULFATO BÁSICO DE CROMO UTILIZANDO COMO MATÉRIA PRIMA RESÍDUOS DA INDÚSTRIA METALÚRGICA” de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo processo de produção 25 de sulfato básico de cromo, utilizando a temperatura entre 25 e 100°C para a total redução do cromo presente nos resíduos.

FIGURAS



FIGURA 2


RESUMO

“PRODUÇÃO DE SULFATO BÁSICO DE CROMO UTILIZANDO COMO MATÉRIA PRIMA RESÍDUOS DA INDÚSTRIA METALÚRGICA”

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A presente invenção tem como aspecto inovador a produção de Sulfato Básico de Cromo tendo como matéria prima resíduos da indústria metalúrgica a base de cromo trivalente e hexavalente, bem como o emprego de novos reagentes para sua produção como: biftalato de potássio, sacarose e ácido 10 sulfúrico. A indústria metalúrgica é um dos setores que gera enormes quantidades de resíduo sendo que grande parte desses rejeitos é à base de cromo, tornando assim um dos ramos produtivos com maior potencial poluidor, pois é comprovada a periculosidade de resíduos contendo cromo. O cromo é um metal usado como elemento de liga na metalurgia. Seu emprego garante elevada resistência à corrosão, formando uma fina camada de óxidos na superfície do metal, camada passiva, que protege contra ação do ambiente. Na produção de aços especiais, o cromo é adicionado ao aço sob forma de uma liga com ferro, a liga ferro-cromo. O aço inoxidável é constituído por uma liga contendo principalmente, ferro, cromo e níquel. O sulfato de cromo obtido na 20 presente invenção apresenta boa capacidade de curtimento de pele produzindo um material com aparência de cromo ligado às fibras.