RETENÇÃO DE CROMO(III) NA VERMICULITA

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1 RETENÇÃO DE CROMO(III) NA VERMICULITA D. P. Rodrigues*, J. V. Silva* J. F. Silva*, M. A. Silva* *DQ/CCT/UEPB - Campina Grande PB maris@uepb.rpp.br Universidade Estadual da Paraíba RESUMO O mineral Vermiculita é um silicato hidratado de magnésio, alumínio e ferro, de estrutura cristalina micácea, lamelar e clivagem basal, que contém cátions trocáveis em posições interlamelares. Umas das propriedades mais importantes da argila Vermiculita é a possibilidade de trocar estes cátions por outros presentes em solução aquosa. Esta propriedade pode ser utilizada para remover metais pesados de efluentes de curtume, particularmente o cromo, uma vez que as indústrias de curtimento de peles, geram grandes quantidades de resíduos crômicos. Esse metal, quando liberado em águas residuais em concentrações superiores aos níveis permitido pela legislação, é uma das causas de poluição mais preocupantes, pois seu efeito sobre a vida pode ser sério no que se refere a plantas e animais ou a saúde humana afetada pela cadeia alimentar. Neste trabalho, procurou-se verificar a eficiência da Vermiculita natural na remoção de Cr +3 de efluentes sintéticos. Utilizou-se nesta pesquisa amostras de argila Vermiculita provenientes de Santa Luzia-PB. As amostras foram caracterizadas por Difração de raios-x, Análise Química, Microscopia Eletrônica de Varredura. A Vermiculita natural foi submetida a trocas com solução de CrCl 3 em varias concentrações. Os resultados obtidos indicam que a maior eficiência de troca de cromo trivalente pelos cátions da Vermiculita natural ocorre para concentrações de cromo baixas. Palavras-Chaves: Vermiculita, troca iônica, efluente. ABSTRACT The mineral Vermiculite is a mixture silicate of magnesium, aluminum and iron, of structure crystalline micaceous, lamellar and basal cleavage, that contains exchangeable cathion in positions interlamellar. Some of the most important properties of the clay Vermiculite is the possibility to exchange these cathion for other presents in aqueous solution. This property can be used to remove heavy metals, particularly the chromium, once the tanning industry, generate great amounts of residues this element. That metal, when liberated in residual waters in superior concentrations at the levels allowed by the legislation, it is one of the more preoccupying pollution causes, because your effect about the life can be serious in what refers to plants and you encourage or the affected human health for the alimentary chain. In this work, it tried to verify the efficiency of natural Vermiculite in the removal of Cr+3 of synthetic effluent. It was used in this research clay samples coming Vermiculite of Santa Luzia-PB. The materials were characterized by elemental analysis, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Natural Vermiculite was submitted to exchange with solution of CrCl3 in vary concentrations. The present investigation shows that the largest efficiency of change of trivalent chrome for the cathion of natural Vermiculite for concentrations of chromium low. INTRODUÇÃO A água, o ar e o solo podem absorver resíduos de atividades humanas até certo limite, sem serem afetados. Os problemas de poluição surgem quando a produção de resíduos pelo sistema econômico ultrapassa a capacidade de reciclagem ou diluição natural (1). O tratamento dos efluentes industriais é uma maneira de combater a poluição e para tanto, a legislação ambiental estipula concentrações máximas de cada agente poluidor a fim de que não haja prejuízo aos ecossistemas envolvidos. Os sistemas aquáticos são ecossistemas de grande importância ecológica e econômica. No Brasil, um número elevado desses ecossistemas vêm sendo degradados pelos despejos de uma grande carga de resíduos de efluentes industriais e domésticos. O controle da emissão de resíduos através de normas, definidas em Leis e Decretos, resulta da preocupação mundial com efeitos nocivos do uso indiscriminado de produtos químicos tóxicos e 437

2 de seu descarte para o meio ambiente. De acordo com a organização Mundial de Saúde os metais que mais preocupam são o alumínio, cromo, cobre, cádmio, mercúrio e o chumbo (2). A legislação estabelece que os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos de água desde que obedeçam, entre outras condições, descargas com quantidades máximas de 0,5 mg/g de cromo hexavalente e 2,0mg/g de cromo trivalente (3). As indústrias de curtume de peles, entre outras, geram grandes quantidades de resíduos crômicos. Uma forma de tratamento de efluentes de curtume, contendo cromo é a precipitação desse elemento com uma base, o que resulta no hidróxido de cromo, que pode ser facilmente separado do sobrenadante e reutilizado no processo depois de redissolvido ( 4). Os métodos tradicionais de baixo custo, como o da precipitação química, não são eficientes para remover concentrações residuais de metais. Problemas técnicos, custos de operação ou dos materiais utilizados inviabilizam economicamente outras alternativas. Devido a isto se torna de fundamental importância pesquisar tratamentos alternativos que possam resultar em baixo custo e boa eficiência (5). Uma maneira alternativa de minimizar a poluição e consequentemente o impacto destes elementos no meio ambiente, se encontra na utilização de argilas e zeólitas naturais em processos de troca iônica (6). Estes minerais são de baixo custo, e o processo de remoção desses metais são relativamente simples, o que torna este método alternativo bastante viável. Tanto a zeólita quanto à argila possuem estrutura aniônica a qual é neutralizada por cátions de compensação (Ca +2, Mg +2, e K + ). Estes cátions são cátions trocáveis, surgindo então uma das principais propriedades encontradas nestes materiais, que é a capacidade de troca de cátions (8). Apesar da alta relevância da troca iônica nas aplicações tecnológicas, os estudos que visam observar os fenômenos de troca de cátions na argila Vermiculita ainda são restritos, necessitando, portanto, buscar maior aprofundamento. O presente trabalho objetiva verificar a eficiência da argila Vermiculita na remoção de cromo trivalente de efluente sintético. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Caracterização da Vermiculita As amostras de Vermiculita utilizadas neste trabalho, são provenientes da UNIÃO BRASILEIRA DE MINERAÇÃO UBM, localizada na BR 230, Km 287, Santa Luzia-PB. As amostras do mineral foram peneiradas a seco em peneira ABNT nº 35 (0,5mm) para serem caracterizadas pelas técnicas descritas a seguir. Difração de raios-x As amostras foram analisadas em um equipamento Rigaku MiniFlex difratômetro com radiação CuKα (1.54), 30 kv e 20 ma, 2 Θ de 50 a 3º, e uma velocidade de 2 Min -1. A identificação da argila foi realizada mediante comparação com o perfil de difração encontrado na literatura (6). Análise Química As análises químicas foram realizadas pelo Laboratório de Análises Minerais (LAM) da Universidade Federal de Campina Grande PB. Foram realizadas as seguintes determinações: perda ao rubro, RI, SiO 2, Fe 2 O 3, Al 2 O 3, CaO, MgO, Na 2 O e K 2 O. O método utilizado para estas determinações foi o clássico. Microscopia Eletrônica de Varredura Este ensaio foi realizado no Departamento de Materiais da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Para preparar a amostra para ser analisada no microscópio, uma dispersão de aproximadamente 30 mg do sólido em 5 ml de acetona foi agitada manualmente por 1 min e em seguida 1 a 2 gotas dessa dispersão foi depositada sobre um porta-amostras de alumínio. Após a evaporação da acetona, o porta-amostras foi recoberto com uma camada de ouro para que as amostras apresentassem condutividade elétrica. A análise foi realizada em um microscópio eletrônico de varredura Zeiss modelo DSM960, com tensão de 30kV. Troca iônica 438

3 A troca dos cátions da Vermiculita natural pelo cromo trivalente foi obtida da seguinte maneira: foram preparadas soluções de cromo em diferentes concentrações e em seguida foram feitas as medidas do ph. A razão argila/solução foi de 1/40, ou seja, 1g de argila para 40 ml de solução aquosa de CrCl 3 6H 2 O. Em seguida foram feitas as medidas do ph das diferentes misturas solução-argila. Estas misturas, argila+solução foram colocadas em bandeja agitadora com rotação de 180 rpm, em temperatura ambiente, por um período de 08 dias. No final deste período, mediu-se novamente o ph das diferentes misturas. Foi feita a separação da argila da solução através de uma filtração simples. Os filtrados obtidos foram analisados em um espectrofotômetro de absorção atômica e as concentrações de cromo determinadas. RESULTADOS E DISCUSSÕES Difração de raios-x A Figura I apresenta o difratograma de raios-x da argila Vermiculita natural. Os picos demonstram que é um material altamente cristalino, uma vez que os picos se mostram muito bem definidos. Este padrão de difração é compatível com a literatura (6) INTENSIDADE RELATIVA Θ Figura I Difratograma de raios X da Vermiculita Análise Química A tabela 1 apresenta algumas propriedades da vermiculita como: composição química, teor de umidade e massa específica aparente. Para a massa específica aparente (0,9710 g.cm -3 ), este valor encontra-se dentro da faixa especificada na literatura, que se encontra entre 0,8 1,44 g.cm -3 (7). Tabela I Algumas propriedades da vermiculita natural Composição Química Perda ao fogo RI SiO 2 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O massa específica aparente (g/cm 3 ) teor de umidade (%) 7,16 5,80 48,86 4,99 18,44 1,68 17,3 1,01 1,71 0,9710 6,2 Microscopia Eletrônica de Varredura As micrografias da Vermiculita estão apresentadas na figura II. O hábito cristalino se mostra na forma de grandes plaquetas. Nota-se também que alguns cristais se apresentam como um conjunto de plaquetas que tem a forma de 439

4 folhas, assemelhando-se a um livro. A figura D mostra em detalhe uma parte do cristal ampliado, onde se vê claramente que a morfologia das partículas é semelhante a folhas empilhadas (como um livro). A) Ampliação = 2000X B) Ampliação= 1000X C) Ampliação = 2000X D) Ampliação = 2000X Figura II Micrografias da argila Vermiculita Troca Iônica A troca iônica com cromo foi acompanhada através de medidas de ph da solução deste elemento antes e após a adição da vermiculita. Foram feitas medidas de ph logo após a adição da argila e medidas de acompanhamento com o tempo de agitação. A figura III, mostra este efeito com a curva de ph em função da concentração de Cr +3, onde podemos observar que a solução de CrCl 3 apresenta ph em torno de 3,2 para a concentração inicial de cromo, e tem um discreto decaimento à medida que a concentração do cromo aumenta. O sal de cromo é derivado da reação de um ácido forte com uma base fraca, e uma vez hidrolisado libera para a solução íons H +. Logo, a medida que se aumenta a concentração deste elemento, maior será a concentração de H + na solução, em conseqüência o ph diminui. Ainda pode-se verificar que a curva de ph após 8 dias apresenta um aumento de ph para baixas concentrações de cromo. Provavelmente, a substituição dos cátions trocáveis na argila está sendo por prótons. 440

5 5,5 5,0 4,5 ph antes da adição da Vermiculita ph após a adição da Vermiculita ph após 8 dias 4,0 ph 3,5 3,0 2,5 2,0 0,015 0,030 0,045 0,060 0,075 0,090 0,105 Concentracao de Cr+3 Figura III Curvas de ph em Função da Concentração (eq/l)de Cromo. A Figura IV mostra eficiência da vermiculita em trocar cátions em função da concentração de cromo trivalente. Observa-se nesta figura patamares de eficiência de troca. Para concentrações até aproximadamente 450 ppm o primeiro patamar é observado, acima deste valor e até 650 ppm ocorre um grande decaimento de aproximadamente 70 para 35%, caindo discretamente para concentrações acima desse valor. Nota-se que para concentrações de cromo muito elevada, praticamente não ocorre troca de cátions da argila pelo cromo trivalente. Este fato foi também observado na literatura (8). 80 Vermuculita Natural Eficiência (%) Concentração de Cr +3 (ppm) Figura IV Eficiência de Troca de Cromo Trivalente em Vermiculita Natural CONCLUSÕES 441

6 A Vermiculita apresentou uma alta eficiência no processo de troca iônica nas condições experimentais utilizadas neste trabalho. A retenção de cromo trivalente pela vermiculita é maior ( 70%) para baixas concentrações deste elemento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Von Sperling, M., Introdução a Qualidades das Águas e ao Tratamento de Esgotos. 2ª edição. Belo Horizonte-MG. UFMG, Braile, P. M. & Cavalcanti, W.A, Manual de Tratamento de Águas Residuárias, , Azambuja, H.C, Tratamento de Efluente e Preservando a Natureza, SENAI/CETIQTRJ, Claas, I.C. & Maia, W.D, Manual Básico de Resíduos Industriais de Couro, , Jost, P. T, Tratamento de Efluentes de Curtume, Porto Alegre, Sousa Santos, P. & Navajas, P. R, Estudos sobre a piroexpansão da vermiculita brasileira, cerâmica, 143 (1981) , São Paulo. 7. Sousa Santos, P. Ciência e Tecnologia de Argilas,v.1. Edgard Blucher, São Paulo, Barros, M.D.S, Remoção de Cr +3 de Efluentes Industriais por Ação de Clinoptilolita de Ocorrência Natural, Dissertação de Mestrado- Maringá- PR,