Recuperação de neodímio a partir de ímãs de neodímio-ferro-boro por meio de processos mecânicos e hidrometalúrgicos

Abstract

O elemento químico neodímio (Nd) atualmente está em evidência pois é parte fundamental em aplicações produzidas por empresas ligadas a tecnologias limpas e de ponta. Porém, é classificado como crítico pelo departamento de energia dos EUA em função do monopólio chinês atuante em sua exploração e comercialização. Devido à crescente demanda frente à restrita disponibilidade, a recuperação deste metal está em ascensão. Uma das aplicações do neodímio é o ímã permanente de neodímio-ferro-boro, utilizado em hard disk drives (HDs) de computadores. Desta forma, este estudo visou caracterizar os ímãs provenientes de HDs de computadores e estabelecer uma rota de recuperação do neodímio por meio de processos mecânicos e hidrometalúrgicos. Por meio da pesagem dos HDs e seus ímãs obteve-se massa média de 3,04 g e 7,91 g para laptop e desktop, respectivamente, representando menos de 3% da massa total do HD. A desmagnetização foi atingida por meio de aquecimento até a temperatura de Curie, em torno de 312 °C, e a cominuição realizada em moinho de facas, onde foram obtidas três granulometrias classificadas em frações A, B e C. Qualitativamente as amostras, foram analisados por meio de difração de raios-X (DRX), onde a fase tetragonal Nd2Fe14B foi o constituinte dominante, e por meio de análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Semi-quantitativamente os ímãs, seus revestimentos e o precipitado final foram avaliados por meio de espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX). A composição média de 21,5% de neodímio e 65,1% de ferro em massa, além de outros elementos químicos, obtida por meio de espectrometria de emissão óptica com plasma (ICP-OES), mostrou teor de neodímio superior aos minérios explorados, tornando este resíduo interessante em relação à recuperação deste metal. O procedimento hidrometalúrgico adotado envolveu a lixiviação das amostras em ácido sulfúrico 2M e a variação de três parâmetros: razão sólido/líquido, temperatura e tempo, em dois níveis. Posteriormente foi realizada a precipitação seletiva por meio de NaOH, formando o duplo sal NaNd(SO4)2.nH2O. Os resultados mostraram que a lixiviação de neodímio atingiu eficiência média acima de 94%, porém todos os experimentos apresentaram material não lixiviado, majoritariamente composto por níquel e cobre.

The chemical element neodymium (Nd) currently is in evidence as it is a fundamental part in applications manufactured by clean and advanced technology companies. However, it is classified as critical by the United States Department of Energy due to Chinese monopoly in its exploration and commercialization. Due to increasing demand in contrast with scarce supply, the recovery of neodymium is growing. One of the applications of this metal is the neodymium-iron-boron permanent magnet, used in hard disk drives (HDDs) of computers. Therefore, this study aimed magnets characterizing from HDDs of computers and then establishing a recovery route for neodymium by mechanical and hydrometallurgical processes. By weighing the HDDs and their magnets it was obtained the average weight of 3.04 g and 7.91 g for laptop and desktop, respectively, representing less than 3% of the HDDs total mass. Demagnetizing was achieved by heating up to Curie temperature of around 312 °C, and the comminution in knives mill resulted in three granulometries classified into fractions A, B and C. Qualitatively, magnets were analyzed by X-ray diffraction (XRD), where the tetragonal phase Nd2Fe14B was the dominant constituent of the sample, and through analysis in a scanning electron microscope (SEM). Semi-quantitatively, the magnets, its covers, and the final precipitate were evaluated by X-ray fluorescence spectrometry (XRF). The average composition of neodymium and iron showed 21.5% and 65.1% by weight, respectively, among other chemical elements. This results were obtained by optical emission spectrometry (ICP-OES), representing a higher neodymium content compared to the ores content, which makes this waste interesting from a neodymium recovery point of view. The procedure adopted involved hydrometallurgical leaching of the samples in 2M sulfuric acid varying three parameters: liquid/solid ratio, temperature and time, each one on two levels. Subsequently, the selective precipitation by NaOH was performed to form the double salt NaNd(SO4)2.nH2O. The results showed that neodymium leaching efficiency reached above 94%, but the experiments showed as well some material left, mainly composed of nickel and copper.