RELATÓRIO DESCRITIVO DE PATENTE DE INVENÇÃO
"PROCESSO PARA RECUPERAR MOLIBDENIO DE CATALISADORESEXAURIDOS"
O presente pedido de patente de invençãodo título em epígrafe e objeto de descrição e reivindicação nesta cártula tratade uma solução inventiva no campo de aplicação ditado pelos setores de quí-mica e metalurgia, sendo um processo aplicado à extração de molibdênio, es-pecificamente quantidade de molibdênio contida em resíduos, em particular emresíduos formados em catalisadores exauridos contendo um ou mais óxidos demolibdênio associados com alumina e outros óxidos metálicos.
O inédito processo de recuperação de molib-dênio ora reivindicado permite que seja efetiva a recuperação tanto de molib-dênio como de vanádio dos catalisadores exauridos, onde este se destaca porser um processo ecologicamente correto, haja vista que ao final do mesmo sefaz obter um resíduo (contendo níquel e cobalto) já sob uma forma adequadapara que se efetue posteriormente a recuperação do níquel e do cobalto nelescontidos. Neste contexto se torna viável o tratamento da solução residual, quepode ser visar seu efetivo descarte como a recuperação dos nitratos de sódio eamônio, podendo ainda ser utilizada como fertilizante.
Antes de se dar inicio ao tratamento químico,é uma pratica disseminada submeter esses catalisadores esgotados a umacalcinação oxidante, em temperaturas geralmente inferiores a 600°C de modoa eliminar sob a forma de compostos voláteis os hidrocarbonetos, o carbono eparte do enxofre com os quais eles estão impregnados. Após essa calcinação omolibdênio presente no catalisador fica sob a forma de óxidos ou sulfetos. Omolibdênio pode então ser separado e recuperado como um produto utilizávelpor vários métodos.
Assim é conclusivo que o processo de recu-peração de molibdênio em catalisadores exauridos é provido de requisito denovidade com atividade inventiva, pois atende a uma necessidade contempo-rânea e mandatária de ser uma solução provida de vantagens de cunho ecoló-gico e econômico, onde seja obtida a recuperação integral dos componentesmetálicos contidos no resíduo, ficando evidente que não decorre de maneiraóbvia de nenhum processo de separação de metais conhecido no estado datécnica, sendo provido ainda de aplicabilidade industrial, atendendo aos requi-sitos de patenteabilidade, notadamente como patente de invenção, conformedisposto no artigo 89 da Lei 9.279.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA: a fim de pro-piciar veracidade ao contexto explicitado no quadro introdutório será apresen-tada uma breve explanação sobre os antecedentes da invenção, citando o es-tado da técnica em processo de recuperação de metais em catalizadores esgo-tados, onde será possível a um técnico que milita na área química reconhecerseus aspectos limitantes, para em momento posterior discorrer sobre as vanta-gens agregadas com a introdução do inédito processo de recuperação de mo-libdênio ora reivindicado.
Antecedentes da invenção: os vários méto-dos conhecidos para a recuperação dos metais contidos nos catalisadores es-gotados podem ser agrupados em duas principais categorias, sendo a primeiraos métodos que objetivam a recuperação de molibdênio e vanádio, deixando oníquel e o cobalto no resíduo e a segunda categoria os métodos que buscamrecuperar não somente o molibdênio e o vanádio, mas também o níquel e ocobalto.
1. Dos métodos que objetivam a recuperaçãode molibdênio e vanádio, deixando o níquel e o cobalto no resíduo: comoexemplo dessa primeira categoria, é reconhecida a patente americanaUS4087510 que propõe um tratamento consistindo da adição de soda causticaou carbonato de sódio aos catalisadores exauridos e calcina essa mistura emaltas temperaturas para converter o molibdênio e vanádio em sais solúveis comágua, Iixiviando o calcinado com água, separando do resíduo e separando va-nádio e molibdênio dessa solução. Esse processo compreende a calcinaçãodos catalisadores em altas temperaturas e tende a promover a formação deuma estrutura complexa do níquel e cobalto com a alumina do suporte e pro-move a transformação da gama alumina para a alfa alumina (corundum), que éextremamente estável e resistente a bases e ácidos.
A análise crítica deste método de recuperaçãoleva ao entendimento primário de que em razão dos mecanismos revelados,esses processos são adequados na recuperação do molibdênio e vanádio, mastorna impraticável a recuperação posterior do níquel e cobalto, ou seja, o resí-duo é composto de material metálico, não representando uma solução ecologi-camente correta.
2. Dos processos de recuperação total dosmetais presentes no resíduo: na busca de recuperação de todos os metais con-tidos no resíduo, os processos são agrupados em algumas classes, sendo umadelas de lixiviação básica inicial a temperaturas baixas em pressões ambienteou acima dela em autoclaves, onde se recupera molibdênio e vanádio, seguidade lixiviação ácida para recuperar níquel e cobalto. Outra classe efetua a aber-tura direta com solução ácida e uma terceira classe usa um ataque por ácidoclorídrico ou cloro gasoso em altas temperaturas.
A análise crítica destes processos permite oentendimento de que existem inúmeros inconvenientes, desde a baixa recupe-ração, interferência do alumínio nos processos posteriores de separação e puri-ficação e de custos.
PROPOSTA DA INVENÇÃO: diante do ex-posto nos fundamentos da técnica o requerente idealizou um novo processode recuperação de molibdênio de catalisadores exauridos, deixando entretantoo resíduo contendo níquel e cobalto numa forma adequada para ser tratadoposteriormente para a recuperação de níquel e de cobalto.
Propriedades dos catalizadores exauridos: pa-ra a aplicação do processo de recuperação de molibdênio ora reivindicado sefaz mandatário que os catalisadores sejam compostos por um metal ativo, co-mo molibdênio, níquel e cobalto utilizando como suporte gama alumina ou alu-mina contendo um pequeno teor de sílica. Esse tipo de catalisadores são usa-dos particularmente como catalisadores de dessulfurização (HDS) e ou hidro-tratamento (HDT) nas operações de refino de petróleo. Os compostos de mo-libdênio são geralmente óxidos como MoO3, os quais são obtidos por dissocia-ção de sais como o molibdato de amônio. Outros compostos metálicos, em par-ticular óxido de cobalto e/ou oxido de níquel estão presentes nos catalisadorescomo constituintes ativos dos mesmos. Os catalisadores contem impurezasque se fixam nos mesmos durante seu tempo de uso. Esse é o caso de com-postos orgânicos principalmente aqueles que contem enxofre.
Desse modo, para se atingir os objetivos aci-ma mencionados a presente invenção é traduzida na forma de um processopara recuperação do molibdênio e do vanádio, composto das seguintes etapas:
1. Calcinação oxidante dos catalisadoresexauridos;
2. Moagem dos catalisadores calcinados;
3. Lixiviação dos catalisadores moídos;
4. Filtragem;
5. Lavagem da torta de filtragem;
6. Evaporação da solução de molibdato desódio;
7. Purificação da solução de molibdênio;
8. Filtragem sólido - liquido do precipitado devanádio e de fósforo;
9. Precipitação do molibdênio;
10. Filtragem o sólido - liquido;
11. Solubilização da torta F3 para a produçãode molibdato de sódio;
12. Evaporação da solução de molibdato desódio, e
13. Tratamento do filtrado F3.
A solução residual do processo ou seja, a so-lução do filtrado F3 é tratada para descarte ou recuperação dos nitratos de só-dio e amônio ou ainda para utilização como fertilizante, contendo menos queIOOppm de molibdênio.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS: a complemen-tar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das carac-terísticas do processo de recuperação de molibdênio reivindicado no pedido deinvenção, acompanha esta, em anexo, um fluxograma de processo, onde demaneira exemplificada, embora não limitativa, se representou uma forma derealização do processo ora reivindicado, onde:A figura 1 é uma representação em formade fluxograma de processo de tratamento de catalisadores com recuperaçãode molibdênio.
A figura 2 é uma continuação da represen-tação em forma de fluxograma de processo de tratamento de catalisadorescom recuperação de molibdênio, revelada na figura 1.
DESCRIÇÃO DETALHADA: a seguinte des-crição detalhada deve ser lida e interpretada com referência ao fluxograma deprocesso de tratamento de catalisadores com recuperação de molibdênio apre-sentado, representando uma forma de realização, não sendo intencionados alimitar o escopo do invento, este sim limitado apenas ao explicitado no quadroreivindicatório.
Condição geral dos catalisadores exauridos: oprocesso de recuperação de molibdênio a partir de catalisadores exauridos éaplicado em catalisadores caracterizados por conter alumínio, molibdênio,vanádio, enxofre e ao menos um metal do grupo constituído de níquel e cobaltocom uma solução de hidróxido de sódio em temperaturas de 60 0C a 100 0C, ecom uma quantidade em excesso da estequiometricamente necessária paraobter o molibdênio na forma de molibdato de sódio e o enxofre na forma desulfato de sódio e vanádio na forma de vanadato de sódio.
Já o processo para recuperação do molibdê-nio e do vanádio propriamente dito foi idealizado e consolidado pelas seguintesetapas:
- Calcinação (1): traduzida na forma de calci-nação oxidante dos catalisadores exauridos em temperaturas inferiores a600°C para eliminar em forma de compostos voláteis os hidrocarbonetos, ocarbono e parte do enxofre com os quais eles vêm impregnados;
- Moagem (2): traduzida na moagemdos catalisadores calcinados, que é realizada em moinhos de bolas ou de ro-Ios a seco de modo a se ter um produto com granulometria 90% inferior a100malhas. A análise média desse produto, dada como exemplo não limitante,é de:
Molibdênio 8%a12%<table>table see original document page 7</column></row><table>
- Lixiviação dos catalisadores moídos (3): on-de o catalisador moído é levado a uma solução de soda caustica com teores de-4% a 10% em peso, sendo mais característico os valores de 5% a 7% e comuma concentração de sólidos de 10% a 40% sendo o valor mais característicode 25% a 35%.
Neste caso em uma forma de realização o ca-talisador moído é levado a uma solução de hidróxido de sódio, com cerca de-6% em peso e um teor de sólidos em torno de 30%. O pH é mantido durante alixiviação entre 10 e 12. A temperatura de reação é de 90°C e o tempo médiode 3 horas. O molibdênio é convertido em molibdato de sódio, o vanádio é con-vertido em vanadato de sódio, o fósforo é convertido em fosfato de sódio e oenxofre é obtido como sulfato;
- Filtragem (4): nesta etapa a polpa Iixiviadaé submetida a uma separação sólido-liquido, podendo ser efetuada por filtroprensa ou centrifuga, obtendo-se uma parte sólida, ou torta, pobre em molib-dênio e uma parte líquida, ou solução, rica em molibdênio .
- Lavagem da torta de filtragem (5): essa ope-ração é efetuada por repolpagem e a torta lavada resultante passa por umanova filtragem (5a), como nova separação sólido - liquido, preferencialmenteem duas etapas em contra-corrente, gerando um liquido de lavagem, ou águade lavagem (5b), que volta para a etapa de lixiviação e uma torta lavada (F1)(5c) disponível para os tratamentos posteriores de recuperação de níquel e co-balto nela contidos.
- Evaporação da solução de molibdato de só-dio (6): onde a solução de molibdato de sódio, contendo cerca de 2% a 3% demolibdênio é submetida a uma operação de concentração em decorrência doque, esse teor é elevado para 6% a 8% com a evaporação da água;
- Purificação da solução de molibdênio (7): asolução concentrada de molibdênio, a qual normalmente contem uma quanti-dade de molibdênio maior do que cinco mois de molibdênio por um mol de va-nádio contendo também fósforo, onde para separar este vanádio e fósforo porprecipitação é realizada uma única operação de adição de nitrato de magnésioe nitrato de amônio Essa precipitação é efetuada conjuntamente em razão dadificuldade de separação do precipitado de fósforo quando essa operação eefetuada sozinha. Quando se efetua junto à precipitação do vanádio, esse pre-cipitado arrasta o precipitado de fósforo. Num reator agitado é carregada a so-lução evaporada numa temperatura inferior a 30°C idealmente a cerca de 20°C.
Nesse reator são adicionados sais de amônio e magnésio (podendo ser cloreto,nitrato ou sulfato, preferivelmente nitrato de amônio e nitrato de magnésio).Acerta-se o pH da solução entre 9 e 11 com a adição de excesso de sal deamônio sob a forma de nitrato, cloreto ou sulfato, sendo preferível a forma nitra-to, juntamente com um sal de magnésio, podendo este ser um cloreto, nitratoou sulfato, sendo preferível o nitrato, sempre em quantidade suficiente paraprecipitar a totalidade do fósforo e do vanádio respectivamente, como sais sóli-dos de fosfato de amônio e magnésio e de vanadato de amônio, de tal modoque a concentração de qualquer sal de amônio residual, presente após a preci-pitação seja insuficiente para causar a precipitação do molibdênio dessa solu-ção e separando a fase líquida resultante contendo molibdênio, da fase sólidacontendo vanádio e fósforo.
-Filtragem (8): finalmente efetua-se a etapade separação sólido-liquido como por exemplo filtragem em filtro prensa. O va-nádio é separado do precipitado de vanádio e fósforo por dissolução a quente acerca de 90°C ou mais onde o vanádio se solubiliza e o fósforo permanece co-mo uma fase sólida separando a seguir a fase líquida contendo vanádio dafase sólida contendo o fósforo. Em uma forma de realização as quantidadesadicionadas como exemplo são: 8000L de solução F1, 800Kg de nitrato de a-mônio, 100Kg de nitrato de magnésio. Lava-se o precipitado no filtro prensa. Atorta F2 (8a) contendo vanádio e fósforo é armazenada para recuperação pos-terior de vanádio e a solução F2 (8b) contendo molibdênio é enviada para aoperação seguinte de precipitação do molibdênio.
As reações de precipitação são:<formula>formula see original document page 9</formula>
Essa filtragem pode ser efetuada de qualquermeio conhecido pelos especialistas, como filtração ou centrifugação.
- Precipitação do molibdênio (9): a partir dasolução F2 (8b) é efetuada a precipitação do molibdênio. Essa solução contémessencialmente molibdênio na forma de molibdato de sódio e contem amôniode sais de amônio adicionados na etapa anterior, caso seja adicionado em ex-cesso. A primeira etapa dessa precipitação é acidificar a solução para um pHde O a 1 podemos usar qualquer ácido mineral, preferencialmente o nítrico, su-bir em seguida o pH para 2-3 com hidróxido de amônio e aquecer a 70°C, pre-cipitando o tetra ou octa molibdato de amônio, (NH4)2Mo4Oi3 e (NH4)4Mo8026respectivamente.
As quantidades adicionadas são: 8000L de fil-trado F2, 1100L de ácido nítrico (baixar o pH para 0-1), 200L de hidróxido deamônio (subir o pH para 2-3)
As reações de precipitação são:
<formula>formula see original document page 9</formula>
Para manter a concentração de amônio nasolução rica em molibdênio não mais que quatro mois de amônio por mol demolibdênio, onde em complemento é adicionado sais de magnésio na purifica-ção na relação de 1,8 moles de magnésio para cada 10 moles de fósforo, po-dendo ainda ser adicionado sais de magnésio na proporção molar de 1 para 2em relação ao fósforo.
- Filtração (10): onde se provede à separaçãosólido-liquido, onde o molibdênio precipitado é separado por qualquer meiocomo filtração ou centrifugação. Obtêm-se dessa separação a torta F3 (10a),notadamente uma torta de tetramolibdato de amônio e uma solução de filtradoF3 (10b);
- Solubilização da torta F3 para a produção demolibdato de sódio (11): essa solubilização é realizada em reator agitado comaquecimento. Nesse reator é adicionada água, torta F3 (10a) e hidróxido desódio. O pH deve atingir 11-12 e a temperatura de reação é de 60°C a 70°C, euma densidade 35 - 40°Baumé
As quantidades de reagentes envolvidas nes-sa solubilização, dado como exemplo não limitante, são: 6000L de água, 1200Lde solução a 50% de soda caustica, 4300 kg de torta;
- Evaporação da solução de molibdato de só-dio (12): a solução de molibdato é evaporada nos cristalizadores e em seguidacentrifugada. A água mãe (12a) retorna aos cristalizadores e o molibdato desódio (12b) é levado a uma sub-etapa de secagem (12c), sendo seco em for-no rotativo e finalmente embalado (12d) para venda.
Alternativamente a evaporação é realizadacom a secagem dos cristais de molibdato de sódio em equipamento secadorrotativo e mistura dos cristais grossos com os cristais finos coletados no ciclonee embalar esse molibdato como produto para a comercialização; e
- Tratamento do filtrado F3 (13): onde o filtrado F3 (10b) é levado a uma etapa de neutralização (13), onde é neutralizadocom soda caustica e cloreto de cálcio, ate pH 9, mantido em agitação por trêshoras, até que o residual de molibdênio da solução seja inferior a 100ppm,sendo que o precipitado formado é separado por uma etapa de filtragem (14)resultando na solução F4 (14b), que é descartada ou usada para recuperar osnitratos dissolvidos para uso em fertilizantes e na torta (14b) que é armazenadapara tratamento posterior, constituindo a torta F4 (14a).
A forma de realização descrita neste tópico dedetalhamento do processo de inventivo de recuperação de molibdênio a partirde catalisadores exauridos é fornecida apenas a título de exemplo. Alterações,modificações e variações podem ser realizadas para outras quaisquer formasde realização particulares por aqueles com habilidade na arte sem, no entantodivergir do objetivo revelado no pedido de patente, o qual é exclusivamentedefinido pelas reivindicações anexas.
Verifica-se pelo que foi descrito e ilustradoque o "processo de recuperação de molibdênio reivindicado se enquadra àsnormas que regem a patente de invenção à luz da Lei de Propriedade Industri-al, merecendo pelo que foi exposto e conseqüência, o respectivo privilégio.