Electronic and structural study of [Fe(H2O)(OH3)] and O2 adsorption in (001) and (112) chalcopyrite surface

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  • Presentation type: Apresentação de Pôster / Poster Communications
  • Track: Solids and Surfaces
  • Keywords: Chalcopyrite; DFT; adsorption; Leaching;
  • 1 Departamento de Química / Instituto de Ciências Exatas / Universidade Federal de Minas Gerais

Electronic and structural study of [Fe(H2O)(OH3)] and O2 adsorption in (001) and (112) chalcopyrite surface

Selma Fabiana Bazan

Departamento de Química / Instituto de Ciências Exatas / Universidade Federal de Minas Gerais

Abstract

The process of leaching chalcopyrite for copper extraction does not have a known mechanism.

DFT in solid state allows studying the reactivity of chalcopyrite with Fe3+ and O2.

The adsorption of the Fe3+ complex on the chalcopyrite surface is thermodynamically favorable.

The adsorption of Fe3+ and O2 on the chalcopyrite surface will be studied and compared.

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Selma Fabiana Bazan

Olá Márcio, agradeço por ter assistido meu trabalho e pelo interesse. Há sim trabalhos experimentais referentes a análise estrutural da adsorção de O2, mas não há experimentos com a espécie de Fe3+ hidratada. A nossa ideia é poder comparar as duas adsorções para melhor entender o mecanismo dessa etapa da lixiviação.

Author

Selma Fabiana Bazan

Olá Matheus, obrigada pelo prestígio com o nosso trabalho. Utilizamos o GGA+U pois os átomos de ferro da superfície são de camada aberta (5 elétrons), assim não utilizar o U poderia trazer erros na descrição eletrônica e estrutural.

Para definirmos os valores nós fizemos um scan, variando o U de 0 a 8 eV, e analisamos o band gap por um gráfico de densidade de estados (DOS), o valor que mais se aproximou do band gap experimental nós utilizamos. Há uma forma de definir o valor o U de forma autoconsistente, sem necessitar do valor experimental, porém para o objetivo do nosso trabalho determiná-lo dessa forma é suficiente, e o valor que encontramos é bem próximo de valores de U de outros trabalhos teóricos com o mesmo sistema, mas em outro software.

Sobre a estrutura de bandas, é provável que não faremos, pois o nosso objetivo é explorar a parte do mecanismo, de forma que outros cálculos, como por exemplo de estado de transição e frequência (phonons) são mais relevantes. Mas seria possível fazer a estrutura de bandas se necessário.

Sobre sua última pergunta, não sei se entendi bem, se puder por favor me explicar, o que você quer dizer com ligações pendentes?

Matheus J. S. Matos

Oi Selma, obrigado pelos esclarecimento. Sobre as ligações pendentes. É mais sobre se na construção da superfícies da calcopirita vocês fizeram a reconstrução para evitar as dangling bonds (todos os átomos com a mesma coordenação do bulk) ou há átomos que possuem menos ligações que no bulk.  

Author

Selma Fabiana Bazan

Olá Matheus, ah sim agora compreendi. Quando fazemos a construção da superfície, os átomos da superfícies possuem menos ligações do que no bulk. Assim, nós fazemos um cálculo de relaxação da estrutura (otimização) e essa superfície se reconstrói. Por exemplo, nas figuras que eu mostro no vídeo, há ligação S-S (dissulfetos), mas elas não existem no bulk. Ainda assim, mesmo com a reconstrução alguns átomos de enxofre na superfície (112) não formam dissulfetos, ficando com as ligações pendentes, que você mencionou, mas que é natural da estrutura.

Author

Selma Fabiana Bazan

Oi Chuman! Obrigada por ter assistido meu trabalho. Sim é possível avaliar a cinética e pretendemos fazer isso. Há trabalhos na literatura que já fizeram essa análise para o O2, mas não há cálculos cinéticos para a adsorção da espécie de Fe3+ hidratado, e portanto também não há comparação entre elas, esse é o nosso objetivo, poder entender por qual caminho é preferencial que a lixiviação ocorra.

Author

Selma Fabiana Bazan

Aliás, melhor dizendo, preferencial pela parte termodinâmica, e mais rápido pela parte cinética.

Author

Selma Fabiana Bazan

Olá Renan, obrigada por ter prestigiado nosso trabalho! Nós não incluímos o efeito da dispersão, mas o Quantum Espresso (software que utilizamos) permite essa inclusão se considerarmos necessário, esse é um teste que não fizemos para saber se haverá diferença significativa nos resultados, agradeço sua sugestão.

Sobre o efeito da superposição das bases, nós utilizamos ondas planas como funções de base, e diferente das bases localizadas, elas não possuem esse tipo de erro, pois as ondas planas são distribuídas por toda caixa de simulação, inclusive no vácuo. Assim, não é possível acontecer a superposição de bases. Que interessante que você trabalha com óxidos de Nb, nosso grupo (GPQIT) tem alguns trabalhos voltados para catalisadores de Nb também. Agradeço pela sua pergunta e estamos à disposição para discutir ideias com vocês também.