ESTUDO DOS PROCESSOS DE REDUÇÃO DE ÓXIDOS DE FERRO. EFEITO DO VANÁDIO

Ivan de Lima Júnior (PG), Jaime Soares Boaventura (PQ) e

Maria do Carmo Rangel (PQ)

Grupo de Estudos em Cinética e Catálise, Universidade Federal da Bahia

Palavras-chave: redução de óxidos de ferro, vanádio, reação de HTS

O interesse pelo estudo das propriedades dos óxidos de ferro está relacionado à sua importância nas mais diversas aplicações, tais como tratamento de água e efluentes, prevenção nos processos de corrosão, resinas de troca iônica e tratamento e conservação de solos¹. Esses compostos também são importantes como catalisadores, sendo empregados comercialmente em uma grande variedade de reações, podendo-se citar a desidrogenação do etilbenzeno a estireno e amoxidação do propeno a acrilonitrila, a síntese de amônia, a conversão de monóxido a dióxido de carbono a altas temperaturas, a reação de Fischer-Tropsch e a desidrogenação oxidativa do etilbenzeno². A maioria dessas aplicações relaciona-se à facilidade do ferro em variar o seu estado de oxidação e, dessa forma, a redução dos seus óxidos torna-se um importante campo de estudo.

Uma das técnicas mais convenientes para o estudo dos processos de redução de metais é a redução termoprogramada (TPR)³. Entretanto, devido à influência das propriedades texturais dos sólidos sobre o perfil das curvas, a atribuição dos picos torna-se muitas vezes complicada, exigindo um estudo mais detalhado. Neste trabalho, foram estudados os processos de redução de óxidos de ferro puro e contendo vanádio, usando TPR como técnica básica.

As amostras foram preparadas por precipitação dos sais precursores à temperatura ambiente, seguida de lavagem com solução 5% de acetato de amônio, e secagem, obtendo-se hidroxoacetatos de ferro III (HAF) contendo ou não vanádio. A calcinação a 400^oC, sob fluxo de nitrogênio, produziu óxidos de ferro, na forma de magnetita pura (Amostra M) e contendo vanádio nas razões molares Fe/V= 10 e 30 Amostras V1 e V3)⁴. Os sólidos foram submetidos à redução termogramada, estabelecendo-se, a partir dos termogramas, as temperaturas das principais etapas de redução. Foram,então, conduzidos experimentos isotérmicos, nessas temperaturas, reproduzindo-se as condições usadas no TPR, ou seja, os materiais foram aquecidos sob fluxo de uma mistura 5% H₂/N₂ a uma velocidade de aquecimento de 10 graus/min. As amostras foram caracterizadas por análise química (Fe (III), Fe(II)), difração de raios-X e medidas de área superficial e de porosidade.

A Figura 1 mostra os termogramas obtidos. As curvas mostraram um pico na faixa de 400-550^oC, e um pico largo na faixa de 600-800^oC. A partir desses resultados, foram selecionadas as temperaturas de 400, 500, 550 e 1000^oC para os experimentos isotérmicos. Os difratogramas de raios X das amostras mostraram a formação da magnetita (Fe₃O₄), nos sólidos aquecidos a 400^oC, não sendo detectada nenhuma outra fase. Os valores das distâncias interplanares não foram alterados pela presença do vanádio, sugerindo que esse metal não penetrou na rede cristalina da magnetita. Observou-se que a cristalinidade diminuiu com a

Figura 1. Perfis de TPR das amostras obtidas.

presença e o aumento do teor de vanádio. No caso dos materiais aquecidos a 500 e 550^oC, detectou-se a presença de magnetita e wustita (FeO), podendo-se atribuir os picos, que ocorrem na faixa de 400-600^oC, à formação de wustita. Nos difratogramas das amostras aquecidas a 1000^oC, notou-se a presença de ferro metálico e, dessa forma, o pico que aparece a altas temperaturas pode ser atribuído à formação de ferro metálico. Comparando-se os termogramas obtidos, nota-se que, nas amostras estudadas, a formação de ferro metálico ocorre via a formação de wustita. É conhecido⁵ que a sua produção pode envolver, ou não, a produção da wustita, em função do método de preparação e do gás de redução. Pode-se notar ainda, pelos termogramas, que o vanádio provoca o deslocamento dos picos para temperaturas mais elevadas, indicando que esse metal dificulta os processos de redução. As áreas superficiais diminuíram com o aumento da temperatura e aumentaram pela presença do vanádio, notando que este efeito se intensificou com a concentração do dopante.

A partir desses resultados, pode-se concluir que o aquecimento de amostras de magnetita (obtida por decomposição térmica de HAF), sob fluxo de uma mistura redutora, produz ferro metálico a temperaturas superiores a 600^oC , via a formação de wustita. A presença do vanádio dificulta o processo, mas não altera a natureza das fases formadas. (PADCT/CNPQ, FINEP)

¹ Kavanagh, B. V, et al. Journal of Colloid Interface Science, 6, 54 (1977).

²Kung, H. H., Kung, M. C., Advances in Catalysis, 13, 159 (1985).

³ R.J.Farrauto;C.J.Bartolomew.Catalytic Processes. Blackie Academic& Professional. London. 1997.

⁴ I.L.Júnior, M. C. Rangel, Livro de Resumos da 22^a Reunião da Sociedade Brasileira de Química.1999.

⁵ M.V.Twigg, ; L.Lloyd.; D.E. Ridler. Catalyst Hanbook. Manson Publishing Ltda. London. p. 283 (1996).