Study of the use of deep eutectic solvents for the recovery of antimony by electrodeposition

Abstract

[ES] La Comisión Europea emite una lista anual de sustancias que se declaran como Materias Primas Críticas. Esta lista incluye metaloides, como el antimonio, que son de especial relevancia para la industria y están en riesgo de suministro. El antimonio, aunque está presente como impureza en los efluentes generados por la industria del cobre, encuentra una amplia aplicación en diversos campos. Sirve como un componente crucial en baterías de metal líquido y en la fabricación de semiconductores, como detectores infrarrojos y diodos. Además, se utiliza ampliamente como catalizador en la producción de tereftalato de polietileno (PET) y como retardante de llama en cables, textiles y plásticos. La recuperación de antimonio presente en residuos sólidos generalmente implica el uso de ácidos inorgánicos altamente concentrados para disolver el metal. La separación selectiva del antimonio del lixiviado o efluente resultante puede llevarse a cabo mediante electrodeposición. Este estudio se centra en la utilización de una alternativa ecológica a los disolventes clásicos para la disolución y recuperación de antimonio. El disolvente verde utilizado en esta investigación es el disolvente eutéctico profundo, oxalina, que se compone de cantidades equimolares de cloruro de colina y ácido oxálico. En esta Tesis de Máster, se estudió la disolución de antimonio en oxalina y su posterior recuperación mediante electrodeposición. Primero, se realizó la caracterización electroquímica de oxalina y oxalina con antimonio disuelto mediante voltamperometría cíclica. Esto fue seguido por la identificación de las condiciones operativas más adecuadas para la recuperación de antimonio a partir de voltamperogramas obtenidos mediante voltamperometría de barrido lineal. En la fase final, se llevaron a cabo experimentos de electrodeposición galvanostática y potenciostática utilizando las densidades de corriente y potenciales previamente determinados. La efectividad de la recuperación de antimonio se evaluó mediante espectroscopía de absorción atómica.

[EN] The European Commission issues an annual list of substances which are declared as Critical Raw Materials. This list includes metalloids, such as antimony, which are of special relevance for the industry and are at risk of supply. Antimony, while present as an impurity in effluents generated by the copper industry, finds extensive application in various domains. It serves as a crucial component in liquid metal batteries and in the manufacturing of semiconductors, such as infrared detectors and diodes. Furthermore, it is widely used as a catalyst in the production of polyethylene terephthalate (PET) and as a flame retardant in cables, textiles, and plastics. The recovery of antimony present in solid waste usually involves the use of highly concentrated inorganic acids to dissolve the metal. The selective separation of antimony from the resulting leachate or effluent can be conducted via electrodeposition. This study focuses on utilizing an environmentally friendly alternative to classical solvents for the dissolution and recovery of antimony. The green solvent used in this research is the deep eutectic solvent, oxaline, which is composed of equimolar quantities of choline chloride and oxalic acid. In this Master Thesis, the dissolution of antimony in oxaline and its subsequent recovery through electrodeposition were studied. First, the electrochemical characterization of oxaline and oxaline with dissolved antimony was conducted by means of cyclic voltammetry. This was followed by the identification of the most suitable operating conditions for antimony recovery from voltammograms obtained via linear sweep voltammetry. In the final phase, galvanostatic and potentiostatic electrodeposition experiments were conducted using the previously determined current densities and potentials. The effectiveness of antimony recovery was evaluated through elemental analysis, specifically atomic absorption spectroscopy.

[CA] La Comissió Europea emet una llista anual de substàncies que es declaren com a Matèries Primeres Crítiques. Aquesta llista inclou metalloide, com l’antimoni, que són de rellevància especial per a la indústria i estan en risc de subministrament. L’antimoni, encara que està present com a impuresa en els efluents generats per la indústria del coure, té una àmplia aplicació en diversos camps. Serveix com a component crucial en bateries de metall líquid i en la fabricació de semiconductors, com detectors infrarojos i díodes. A més, s’utilitza àmpliament com a catalitzador en la producció de tereftalat de polietilè (PET) i com a retardant de flama en cables, tèxtils i plàstics. La recuperació d’antimoni present en residus sòlids generalment implica l’ús d’àcids inorgànics altament concentrats per a dissoldre el metall. La separació selectiva de l’antimoni del lixiviat o efluent resultant es pot dur a terme mitjançant electrodeposició. Aquest estudi es centra en la utilització d’una alternativa ecològica als solvents clàssics per a la dissolució i recuperació d’antimoni. El solvent verd utilitzat en aquesta investigació és el solvent eutèctic profund, oxalina, que es compon de quantitats equimolars de clorur de colina i àcid oxàlic. En aquesta Tesi de Màster, s’ha estudiat la dissolució d’antimoni en oxalina i la seua posterior recuperació mitjançant electrodeposició. Primer, s’ha realitzat la caracterització electroquímica d’oxalina i oxalina amb antimoni dissolt mitjançant voltamperometria cíclica. A continuació, s'han identificat les condicions operatives més adequades per a la recuperació d’antimoni a partir de voltamperogrames obtinguts mitjançant voltamperometria d'escaneig lineal. En la fase final, es van dur a terme experiments d’electrodeposició galvanostàtica i potenciostàtica utilitzant les densitats de corrent i potencials prèviament determinats. L’efectivitat de la recuperació d’antimoni es va avaluar mitjançant anàlisis per espectroscopia d'absorció atòmica.