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Autores:
Angéli Viviani Colling
Rodrigo Almeida Silva
Jean Carlo S. dos S. Menezes
Ivo André H. Schneider
www.ufrgs.br/ppgem www.ufgrs.br www.ct.ufrgs.br/leamet
O objetivo geral deste trabalho foi o desenvolvimento de tecnologia para a
produção de um coagulante (sulfato férrico) para o tratamento de águas e
efluentes a partir da pirita presente em rejeitos da mineração de carvão e do lodo
resultante da neutralização da DAM.
Objetivos Específicos:
- Caracterizar os rejeitos de mineração de carvão brasileiros a serem lixiviados;
- Produzir soluções aquosas do coagulante de sulfato férrico a partir de rejeitos
da mineração de carvão e de um lodo proveniente da neutralização de DAM;
- Avaliar a qualidade química das soluções coagulantes produzidas.
Diante do crescente acúmulo de rejeitos de mineração de
carvão no Brasil, torna-se necessário o estudo de
alternativas de uso para este material rico em pirita.
A obtenção de coagulantes à base de ferro para ser usado
no tratamento de águas e efluentes, pode tornar-se em
uma solução para se evitar os problemas de geração de
drenagem ácida de mina(DAM) pela disposição
inadequada dos rejeitos piritosos da mineração de carvão
no meio ambiente.
Quantidade Acumulada (103 T/Ano) de Rejeitos de Mineração de Carvão no Brasil (1925-2007).
Fonte : SIECESC, 2009.
Rotas de Produção de Sulfato Férrico
Sulfato Férrico
REJEITO DE
CARVÃO
Água
+
BACTÉRIAS
ACIDOFÍLICAS
SULFATO
FÉRRICO +
SUCATA
METÁLICA + ÁCIDO
SULFÚRICO SULFATO
FÉRRICO
SULFATO
FÉRRICO
LODO
TRATAMENTO
ATIVO + ÁCIDO
SULFÚRICO
Coagulação
A coagulação é um processo onde as
partículas coloidais presentes em meio
aquoso são neutralizadas, facilitando a
sua remoção.
Os principais reagentes empregados
como coagulantes são o sulfato de
alumínio, o cloreto de alumínio, o
sulfato férrico e o cloreto férrico.
Coagulação
Atualmente, há uma tendência da
substituição dos sais de alumínio pelos sais
de ferro, pois a ingestão de níveis elevados
de alumínio está sendo relacionada com
algumas doenças neurológicas.
O cloreto férrico é um reagente altamente
corrosivo. Assim, o sulfato férrico aparece
como uma opção para ser empregado como
agente coagulante.
Caracterização dos Materiais
Foi realizada a análise mineralógica dos rejeitos por
difração de raios-x com o objetivo de determinar as fases
minerais predominantes nas amostras;
Análise Imediata e Elementar: foram analisados o
conteúdo de carbono fixo, matéria volátil, cinzas, enxofre
total, enxofre sulfático, enxofre pirítico, enxofre orgânico,
potencial de geração de acidez(AP), potencial de
neutralização(NP), teor de carbono, teor de hidrogênio e
teor de nitrogênio;
Caracterização do lodo de neutralização da DAM.
Coagulante a partir do lodo da DAM
Precipitação da DAM
Neutralização da DAM adicionando agente alcalinizante e
obtenção de um lodo por precipitação seletiva: pH 3,6 (lodo
férrico) e pH 5,1 (lodo férrico aluminoso).
Dissolução do lodo
com ácido sulfúrico
Evaporação da solução
Aplicação do coagulante
no tratamento de água
Concentrado de
Pirita
Biolixiviação da pirita para
produção de sulfato férrico
Purificação e
concentração através da
evaporação do sulfato
férrico até 12% p/v
Armazenamento do
coagulante
para estudos de
tratamento de água
Coagulante a partir da lixiviação
Inóculo de
Bactérias
Lixiviação em colunas
utilizando concentrado de
pirita.
Difusor
Coluna
Bomba
Recirculação
Lixiviado
concentrado
Rejeito Baixo Jacuí
Rejeito Camada
Barro Branco
Rejeito Camada
Bonito
Rejeito
Cambuí
Quartzo
(SiO2)
Quartzo
(SiO2)
Pirita
(FeS2)
Pirita
(FeS2)
Caolinita
(Al4(OH)8(Si4O10)
Pirita
(FeS2)
Quartzo
(SiO2)
Quartzo
(SiO2)
Pirita
(FeS2)
Caolinita
(Al4(OH)8(Si4O10)
Coquimbita
Fe2(SO4)3 · 9H2O
Magnetita
(Fe3O4)
Feldespato Alcalino
(KalSi13O8)
Mica
(KAl2(AlSi3O10)
Cristobalita
(SiO2)
Calcite
(CaCO3)
Gipsita
(AlOH3)
Magadiita
(NaSi7O13(OH)3·4(H2O))
Barita
(BaSO4)
Caolinita
(Al4(OH)8(Si4O10)
Gibbsita
(AlOH3)
Minerais Detectados por Difração de Raios-x nas Amostras de Rejeitos Analisadas.
* De cima para baixo minerais de maior para os de menor concentração na amostra.
Resultados Difração de Raios-x
Parâmetros
Rejeito
Baixo Jacuí
- RS
Rejeito da
Camada Barro
Branco - SC
Rejeito da
Camada Bonito-
SC
Cambuí
PR
Carbono Fixo 77,03 7,15 14,38 87,29
Matéria volátil 18,48 12,42 26,93 24,65
Cinzas 41,85 80,43 59,96 37,86
Enxofre total 15,74 9,74 33,36 40,50
Enxofre pirítico 12,72 9,62 33,25 34,91
Enxofre sulfático 1,34 0,12 0,11 2,49
Enxofre orgânico 1,68 ND ND 3,10
Teor Pirita 23,82 18,04 62,20 65,37
AP 491,90 304,38 1042,50 1265,60
NP -148,26 -125,60 -167,70 -220,71
NNP -640,16 -429,98 -1210,20 -1486,31
Carbono 15,30% 6,51% 10,30% 6,05%
Hidrogênio 1,90% 1,01% 0,95% 0,77%
Nitrogênio 0,29% 0,11% 0,15% 0,11%
Resultados Análise Imediata e Elementar do Rejeitos e Concentrados de Pirita.
Determinações Amostra
Original
Amostra Após
Lixiviação
Alumínio - % (m/m)
Arsênio – (mg/Kg)
7,80
ND
0,60
ND
Cálcio - % (m/m)
Chumbo(mg/Kg)
0,27
ND
0,07
ND
Cobre – (mg/Kg) 36,00 11,00
Ferro - % (m/m) 9,90 1,90
Magnésio - % (m/m) 0,14 ND
Manganês – (mg/Kg)
Mercúrio-(mg/Kg)
119,00
ND
11,50
ND
Silício - % (m/m) 19,00 24,00
Titânio - % (m/m) 0,48 ND
Zinco – (mg/Kg) 62,00 28,00
Resultado das Análise de Metais Pelo Método EPA 3052 no Rejeito Piritoso.
Caracterização Química dos Coagulantes Produzidos em Comparação Com
um Coagulante Comercial.
Parâmetros Unidade Coagulante
Lixiviação
Coagulante
Lodo
Coagulante
Comercial
Alumínio mg/L 2069 1300,0 4419,2
Arsênio
Cádmio
mg/L
mg/L
<0,03
<0,05
<0,03
<0,005
<0,03
<0,005
Chumbo mg/L <0,02 <0,02 15,2
Cobre
Cromo
mg/L
mg/L
<0,004
<0,004
<0,004
<0,004
11,5
0,21
Ferro mg/L 122200 124000 115000
Manganês mg/L 259 19,0 1585,0
Mercúrio mg/L <0,01 <0,01 <0,01
Zinco mg/L 10,0 4,6 22,4
pH
Densidade
-
g/mL
1,0
1,480
1,4
1,515
1,8
1,406
-Sulfato férrico: consumo médio anual: 57.780 ton.
-Utilização: tratamento de água potável;
-Especificação: na dosagem necessária ao processo de
tratamento local, as substâncias que possam causar efeitos
tóxicos à saúde não devem extrapolar 1/10 (um décimo) dos
limites permitidos na legislação vigente para água potável.
Apresentação: solução líquida:
Elemento ativo: Fe+3 (Fe2O3): ≥ 17,0%;
Ferro II (Fe+2): ≤ 0,2 mg/kg;
Material insolúvel: ≤ 0,1%;
Acidez livre (H2SO4): ≤ 0,5%;
pH da solução: ≤ 2,0.
Parâmetro Água bruta
Guaíba
Tratado com
sulfato férrico
produzido por
lixiviação
Tratado com
sulfato
férrico
comercial
Parâmetros
para água
tratada no
Brasil
(Portaria 518)
pH 6,8 7,0 7,0 -
Turbidez (NTU) 81 0,4 0,5 5
Cor (Hazen) 40 2,0 2,0 15
Dureza, (mg.L-1) 54 32 26 500
Fe, (mg.L-1) 2,3 ND ND 0,3
Al, (mg.L-1) 2,4 ND ND 0,2
Mn, (mg.L-1) ND ND ND 0,1
Zn, (mg.L-1) 0,15 ND ND 5
Cu, (mg.L-1) ND ND ND 2
Cr, (mg.L-1) ND ND ND 0,05
Cd, (mg.L-1) ND ND ND 0,005
Pb, (mg.L-1) ND ND ND 0,01
As, (µg.L-1) <1,5 <1,5 <1,5 <1,5
Sulfato, (mg.L-1) 7,8 223 82,9 250
Conclusão
Através da precipitação seletiva de ferro e
da lixiviação de concentrados de pirita é
possível produzir o coagulante férrico,
Fe2(SO4)3.
Em ambos os casos foi produzido o
coagulante com 12% de ferro, condição
necessária para uso como coagulante na
SABESP.
A aplicação dos reagentes no tratamento
de águas e efluentes foi eficaz na etapa de
coagulação.