Title

OBTENÇÃO DE COBALTO METÁLICO POR PLASMA FRIO DE HIDROGÊNIO

REDUCTION OF COBALT OXIDE BY HYDROGEN COLD PLASMA

Authorship

Nakayama, Maria Cristina Yukiko; Menezes, Edemir Carlos Camargo de; Nascimento, Ramiro Conceição; Vieira, Estéfano Aparecido; Franco Júnior, Adonias Ribeiro

Nakayama, Maria Cristina Yukiko

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Menezes, Edemir Carlos Camargo de

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Nascimento, Ramiro Conceição

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Vieira, Estéfano Aparecido

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Franco Júnior, Adonias Ribeiro

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DOI

10.5151/1516-392X-27079

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Abstract

Este trabalho estuda a obtenção do cobalto metálico a partir da redução de pós de óxido de cobalto (Co3O4) usando como agentes redutores o plasma frio de hidrogênio e o gás de hidrogênio. A redução a plasma foi realizada sob tensão de 540 V e largura do pulso na faixa de 140-170ms, e da mesma forma que na redução a gás foram usadas as seguintes condições: fluxo de 300 cm3/min de hidrogênio, pressão de 530 Pa, temperaturas de 250º, 300ºC, 350ºC e 380ºC e tempos de 10 a 120 min. Os resultados mostraram que o processo de redução ocorre em duas etapas: Co3O4→CoO→Co. Na parte mais externa das partículas parcialmente reduzidas verificou-se a presença de altas concentrações de cobalto e no centro das mesmas, altas concentrações de oxigênio, o que indica que a redução se dá da superfície para o núcleo. Constatou-se que em 300oC após 120 min é possível obter frações de metal reduzido aproximadas de 0,93 quando é utilizado o plasma frio de hidrogênio, enquanto o gás permite obter frações de apenas 0,3. A energia de ativação para a redução por plasma de hidrogênio é de 35,38 kJ/mol, ao passo que a associada ao gás de hidrogênio é de 90,79 kJ/mol.

This work deals with studies on the obtaining of metallic cobalt from the cobalt oxide powders (Co3O4) using hydrogen gas and hydrogen plasma as reducing agents. Both reduction experiments were performed under the same reference conditions: hydrogen flow-rates of 300 cm3/min, pressure of 532 Pa, temperatures of 250°C, 300°C, 350oC and 380ºC and reduction times from 30 to 120 min. Particularly, the plasma reduction experiments were conducted with a BIAS voltage of 540 V and cycle duties at the range of 140 to 170 ms. It was verified that the powder particles are transformed into two steps: Co3O4 → CoO →Co. High cobalt concentrations were found in the outer regions of partially reduced particles, whereas high oxygen concentrations in the core, suggesting that the reduction process takes place from the surface particle. At higher temperatures, the reduction mechanism seems to be controlled by diffusion, while at lower temperatures chemical reactions were dominant. The apparent activation energy experimentally established for the reduction of Co3O4 particles was about 35.38 kJ/mol when using the hydrogen plasma, whilst a value of about 90.79 kJ/mol was found when using the hydrogen gas.

Keywords

Redução, Plasma frio e gás de hidrogênio, Óxido de cobalto, Energia de ativação

Reduction, Hydrogen, Cold plasma, Cobalt oxide, Activation energy