O Efeito da concentração do ácido sulfúrico na sÍntese de MnO₂ a partir de um minério de Ferro-Manganês

Garcia, J. S. (IC), Gorgulho, H. F.(PQ)

Fundação de Ensino Superior de São João del Rei, Departamento de Ciências Naturais, São João del Rei, MG.

PALAVRAS-CHAVE: óxido de manganês, baterias, nsutita

Introdução e Objetivos

O óxido de manganês é um dos principais componentes usados na fabricação de baterias primárias e secundárias. A cada ano cresce o interesse no uso deste material como catodo em baterias recarregáveis, objetivando-se a produção de dispositivos mais baratos e de maior densidade de energia [1]. O MnO₂ utilizado em pilhas é proveniente do minério de manganês que pode ser usado diretamente ou como matéria prima na síntese do óxido puro dependendo de sua qualidade. A obtenção do MnO₂ pode ser feita por via química ou eletroquímica. O minério de manganês natural (NMD) presente no Quadrilátero Ferrífero de Minas Gerais, é caracterizado por um alto teor de ferro, sendo por este motivo, utilizado exclusivamente na industria siderúrgica. Este trabalho visa estudar a síntese do MnO₂ a partir de um minério de ferro-manganês (15% Fe e 35% Mn) e sua caracterização eletroquímica.

Metodologias

O principal método usado na produção do óxido, por via química, é o da obtenção de Mn₂O₃ a partir de NMD, seguido pela reação em meio ácido, de acordo com as reações [2,3]:

Mn₂O₃ + 6H⁺ ® 2Mn⁺³ + 3H₂O (1)

2Mn⁺³ + 2H₂O ® MnO₂ + Mn⁺² + 4H⁺ (2)

As equações (1) e (2) são uma forma simplificada de mostrar o processo. O procedimento utilizado neste projeto foi o tratamento térmico da amostra de NMD por 6h a 650 °C, seguido de sua desproporção em H₂SO₄. O ácido foi utilizado em três diferentes concentrações: 5 mol/L, 2,5mol/L e 1mol/L. O precipitado marrom foi lavado e seco a 80 °C por 3h, obtendo-se as amostras A, B e C respectivamente. O sobrenadante foi analisado quanto ao teor de ferro. A metodologia de análise foi a redução do ferro para Fe⁺² e subsequente titulação com dicromato de potássio. O sólido foi caracterizado por difração de raios-X e análise de área superficial (BET). Seu comportamento eletroquímico foi estudado por voltametria cíclica com relação à redução em meio alcalino, KOH 1mol/L, e comparado a um padrão de óxido de manganês comercial obtido por via química (SEDEMA). O eletrodo foi preparado a partir da mistura do sólido com negro de acetileno 10% e teflon 10%.

Resultados e Discussão

Os resultados mostraram que para as maiores concentrações de ácido há uma maior retenção do ferro no sobrenadante, isto é, para 5mol/L de H₂SO₄ obteve-se retenção de 20% do ferro da amostra inicial, 15,5% para 2,5mol/L e 1% para 1mol/L. As análises de raios-X mostraram que, de uma forma geral, a cristalinidade diminui da amostra A para a C. O resultado da análise da área superficial (S) foi: S_A=42,91 m²/g, S_B=47,20 m²/g e S_c=28,36 m²/g, mostrando um importante aumento da área se comparado com a da amostra original S_NMD= 20 m²/g e a do padrão de 40m²/g. O comportamento dos eletrodos obtidos a partir destas amostras mostrou que o potencial inicial de redução (V) diminui da amostra A para a C: V_A=0,10V, V_B= 0,04V e V_C= -0,10V. Para a amostra C o voltamograma de redução apresentou-se pouco definido, enquanto para A e B dois picos de redução foram observados em aproximadamente -0,10V e -0,32V, figuras1-a 1-b.

Voltamogramas obtidos para os eletrodos prepados com a amostra A (figura 1-a) e com a amostra B (figura 1-b) com velocidade de varredura de 25mV/s. Faixa de potencial 0,10V até -0,45V. Redução em eletrólito de KOH 1 mol/L.

Conclusões

Através da variação da concentração do ácido sulfúrico na síntese do MnO₂ foi possível obter amostras com diferentes comportamentos eletroquímicos, áreas superficiais e cristalografias. Foi também observado que a concentração do ácido pode ser usada para a separação do ferro do minério.

Referências Bibliográficas

1. Farrington, M.D., Rechargeable alkaline manganese dioxide cell, Journal of Power Sources, v. 65, p 87-92, 1997.

2. Brenet, J. Methodes chimiques de prépraration des bioxydes de manganeses à haut reactivité eletrochimique et haut pouvoir oxydant. Journal of Power Sources, v.39, p.349-368, 1992

3. Bodoardo, S.; Brenet, J. Spinelli, P. Eletrochemical comportamento of MnO₂ electrodes in sulfuric acid soluctions. Electrochimica Acta, v.39, 13, p. 1995.

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