ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina

Transcrição

1 ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina TRATAMENTO DE SOLUÇÕES CONTENDO OURO-CIANETO PELA TÉCNICA DE ELETRODIÁLISE. Vanessa Friedl Ackermann Thiago Krauspenhar Christa Korzenowski Marco Antônio Siqueira Rodrigues Andréa Moura Bernardes Jane Zoppas Ferreira PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

2 TRATAMENTO DE SOLUÇÕES CONTENDO OURO- CIANETO PELA TÉCNICA DE ELETRODIÁLISE Vanessa Friedl Ackermann 2, Thiago Krauspenhar 3, Christa Korzenowski 4, Marco Antônio Siqueira Rodrigues 5, Andréa Moura Bernardes 6, JaneZoppas Ferreira 7. RESUMO Indústrias que trabalham com processos de tratamento de superfícies metálicas geram impacto ambiental caracterizado pelo excessivo consumo de água e energia. Emissões atmosféricas são geradas por perdas por evaporação em banhos aquecidos; operações de descarte de banhos e processos de lavagem de peças geram efluentes; resíduos sólidos são oriundos dos processos de tratamento de efluentes convencionais (lodo galvânico). Os métodos convencionais para o tratamento de efluentes que contêm cianetos e ouro, além destes aspectos, são ineficientes, devido à alta estabilidade dos complexos formados entre o metal e o cianeto. Dentro deste contexto surge a eletrodiálise como uma alternativa eficiente, caracterizando-se pela utilização de membranas permesseletivas para separar íons de uma solução aquosa. A força motriz do processo é a aplicação de um campo elétrico. Neste trabalho, utilizou-se uma célula de sete compartimentos com membranas aniônicas AMT e catiônicas CMT, intercaladamente. As densidades de corrente aplicadas foram de 0,2 e 0,1 A/cm 2 e as concentrações das soluções investigadas foram de 76, 140 e 300 ppm de ouro, simulando águas de lavagem do processo de douração de peças. Os resultados obtidos comprovaram que a eletrodiálise é uma técnica eficaz, pois ocorreu a extração de até 97,6% do ouro, para a maior densidade de corrente aplicada. Neste processo não há geração de lodo galvânico (tecnologia limpa), principal passivo ambiental dos processos de tratamento de superfície. Palavras-chave: ambiental, efluentes, eletrodiálise. 2 Aluna de mestrado do PPGEM - UFRGS 3 Bolsista de Iniciação Científica- DEMAT - UFRGS 4 Aluna de Doutorado do PPGEM -UFRGS 5 Prof. Dr. da FEEVALE 6 Profa. Dra. Do PPGEM - UFRGS 7 Profa. Dra. Do PPGEM - UFRGS 3586

3 1. INTRODUÇÃO Com o crescente aumento da população mundial e a escassez cada vez maior dos recursos naturais, a contaminação das águas por substâncias tóxicas como metais pesados e cianeto representa um problema ambiental no mundo inteiro. Por esta razão, a descarga de efluentes industriais contendo estas substâncias aos sistemas de água é controlada para reduzir os impactos ambientais, exigindo-se das fontes poluidoras o tratamento dos efluentes antes de seu descarte no meio ambiente. O lançamento de efluentes contendo cianeto é estritamente controlado pela toxicidade deste íon. Segundo a Norma Técnica N 01/89 da Secretaria de Saúde e do Meio Ambiente do Estado do Rio Grande do Sul, efluentes líquidos de fontes poluidoras somente poderão ser lançadas nos corpos d água, direta ou indiretamente, se estiverem abaixo do limite de 0,2 mg.l -1 de cianeto [1]. O instrumento normativo mais atual no Estado do Rio Grande do Sul é a Lei 11520/2002 que institui o Código Estadual do Meio Ambiente,[2] que considera que a água é um recurso natural e deve ter seu uso racional e sustentável. O mesmo código trata dos resíduos sólidos dizendo que cabe ao gerador a responsabilidade pelos resíduos produzidos desde sua coleta até a disposição final. Uma das maiores fontes de cianeto, que contribui grandemente para um aumento na carga de poluição dos sistemas de água e conseqüentemente eleva os riscos ambientais, é a indústria de galvanoplastia, que utiliza processos de eletrodeposição de metais sobre superfícies metálicas a partir de banhos alcalinos à base de cianeto. Os principais problemas ambientais gerados por esse processo são os descartes de banhos de deposição esgotados, as águas de lavagem geradas no processo de limpeza das peças metálicas após o banho de deposição, bem como a geração de lodo galvânico proveniente do tratamento físico-químico dos efluentes [3]. Além do íon cianeto como contaminante de alta toxicidade, há ainda os metais pesados presentes no efluente. Esses metais produzem uma carga poluidora no efluente, não devendo ser descartados sem prévio tratamento. No caso do uso de metal precioso como o ouro, o processo de tratamento convencional resulta também na perda de uma matéria-prima de alto valor agregado, gerando custo adicional para a empresa. As concentrações de metais e cianeto presentes nos efluentes gerados no processo de galvanoplastia em grande maioria estão acima do permitido pela legislação, que é bem restritiva por causa da toxicidade do cianeto e dos metais. Neste caso, é necessário realizar um tratamento para posterior descarte do efluente. O método convencional de tratamento, processo físico-químico, é ineficiente para tratamento de complexos com alta estabilidade, como caso do complexo ourocianeto[4]. O tratamento do cianeto pode ainda resultar em problemas ambientais adicionais, devido à produção de intermediários altamente tóxicos. Além disso, este processo de tratamento gera ainda um lodo de hidróxidos metálicos, que é classificado como resíduo perigoso pela norma brasileira de classificação de resíduos NBR10004 [5], e sua disposição adequada constitui um sério problema ambiental e econômico para as indústrias envolvidas, gerando um passivo ambiental. Outro inconveniente do processo de tratamento é o uso excessivo de produtos químicos, o que produz um grande volume de resíduo para disposição e não possibilita a recuperação dos produtos químicos e da água utilizados no processo industrial [6]. 3587

4 O desenvolvimento de tecnologias mais avançadas para o tratamento de efluentes tem crescido nos últimos anos e novas técnicas têm sido sugeridas como possibilidades promissoras, tanto a nível de eficiência na remoção dos poluentes como a nível de recuperação das substâncias presentes nos efluentes. Entre novas tecnologias podemos citar o surgimento dos métodos de separação por membrana, onde estão incluídos processos como eletrodiálise, osmose reversa, ultrafiltração, etc. Entre estas técnicas, a eletrodiálise é um processo de tratamento que se fundamenta na utilização de membranas íon seletivas, as quais são permeáveis a determinados íons e pouco permeáveis a outros. As membranas utilizadas na eletrodiálise são capazes de distinguir cátions ou ânions presentes em uma solução aquosa. A eletrodiálise tem a vantagem de não necessitar qualquer etapa de regeneração, as quais geralmente produzem resíduos líquidos. Esta técnica transforma uma solução concentrada em eletrólitos em duas outras soluções, uma mais concentrada e uma mais diluída que a original, apresenta grande aplicação no que diz respeito ao tratamento dos efluentes das indústrias com produção galvânica, pois torna possível o reuso da solução mais diluída como água de lavagem e da solução mais concentrada como reposição no banho de deposição. Na eletrodiálise, os íons são transportados de uma solução para outra através de membranas íon seletivas por influência de um campo elétrico[7,8,9] Neste processo de tratamento, as membranas íon-seletivas são dispostas alternadamente em uma montagem tipo filtro-prensa, de maneira a formar canais entre as membranas por onde circula a solução a ser tratada [10,11]. Quando um campo elétrico é aplicado entre os eletrodos, o ânodo fica com carga positiva e o cátodo fica com carga negativa. O campo elétrico aplicado origina a migração dos íons positivos (cátions) para o cátodo e dos íons negativos (ânions) para o ânodo. Durante o processo de migração, os ânions passam pela membrana aniônica mas são barrados pela membrana catiônica. Um comportamento semelhante porém inverso acontece com os cátions. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Os ensaios foram realizados numa célula de eletrodiálise de sete compartimentos, contendo: ânodo (uma lâmina de Pb); cátodo (uma lâmina de Ti/Pb); três membranas catiônicas (CMT) e três membranas aniônicas (AMT). As membranas foram empregadas intercaladamente, todas com área efetiva de 64 cm 2. Nos compartimentos catódico, anódico e concentrado foram colocados 350 ml de KOH 0,1M e o compartimento diluído foi preenchido com a solução problema a ser tratada, também no volume de 350 ml. A circulação das soluções nos compartimentos foi continuamente realizada por bombeamento. Neste trabalho determinou-se a influência dos parâmetros: concentração de cianeto, densidade de corrente e tempo de ensaio, sobre a extração percentual de ouro, a partir de soluções sintéticas que simulavam prováveis concentrações de águas de lavagem. As correntes aplicadas sobre os eletrodos foram de 1,28A e de 0,64A para as densidades de corrente de respectivamente de 0,20A/cm 2 e de 0,10 A/cm 2 e o tempo de ensaio foi determinado pelo comportamento da condutividade apresentado pela solução problema. As análises das amostras de ouro foram realizadas por espectroscopia de absorção atômica. 3588

5 O banho de ouro usado foi uma solução sintética de ouro em meio básico preparada no laboratório e utilizou-se as seguintes concentrações: 76, 140 e 300 ppm de ouro, variando-se a concentração de cianeto livre, com o objetivo de estudar a influência da concentração deste íon sobre a extração percentual de ouro. Foram coletadas amostras no compartimento diluído em intervalos de 5 min, procedendo-se assim até o término do ensaio. O transporte de íons através das membranas foi expresso em termos de extração percentual, definido como: Extração % = C f C o x 100, onde C o C f e C o são as concentrações de ouro no final e no começo do experimento, respectivamente. A Figura 1 mostra a célula de célula de sete compartimentos utilizada nos experimentos. Figura 1 Representação de uma célula de eletrodiálise de sete compartimentos. 3. RESULTADOS A partir dos ensaios realizados, observa-se, para as três concentrações de ouro inicial estudadas, a influência da concentração de cianeto livre inicial no que diz respeito à extração percentual de ouro, à densidade de corrente aplicada e ao tempo de ensaio. Estes resultados encontram-se representados na Tabela

6 Tabela 1 Extração Percentual de Ouro para a densidade de corrente de 0,20 A/cm 2 em função do tempo de ensaio para as soluções de 76, 140 e 300 ppm de Au inicial, variando a concentração de CN livre inicial. Concentração Au Concentração CN Tempo de Extração % de Au inicial(ppm) inicial (ppm) ensaio (min) (%) , , , ,03 Pode-se notar pelos resultados que a extração percentual é influenciada pela condutividade da solução, pois esta revelou-se um fator limitante do tempo de ensaio. Em ensaios com soluções de baixa condutividade ocorria um aumento do potencial do sistema que impedia a continuação do ensaio. Ainda assim, quanto maior a concentração de CN livre inicial presente, maior o tempo de ensaio, devido a maior condutividade da solução. Entretanto, pode-se observar que esta maior condutividade da solução não possui relação com o aumento da extração percentual de ouro. A concentração inicial de ouro presente na solução problema também é outro fator determinante no tempo de ensaio. Através dos resultados obtidos observa-se que há uma relação ideal entre as concentrações iniciais de ouro e cianeto livre, em que é possível obter-se uma elevada extração percentual de ouro em um curto período de tempo. Isso está relacionado a competição no transporte de íons cianeto e complexos de ouro e cianeto pela membrana aniônica. Os resultados obtidos comprovaram que a eletrodiálise é uma técnica eficaz, pois ocorreu a extração de até 97,6% do ouro, situação ótima obtida para a concentração de 76 ppm de ouro e 525 ppm de cianeto livre inicial, aplicando-se uma densidade de corrente de 0,20A/cm 2, o que justifica satisfatoriamente o emprego desta técnica até mesmo em águas de lavagem muito diluídas no metal precioso. 5. CONCLUSÕES Com base nos resultados obtidos pode-se supor que a solução tratada poderia ser reaproveitada como água do processo, o que possibilitaria o desenvolvimento de um circuito fechado, eliminando desta forma a constante captação de água e custos com a grande quantidade de efluente gerado. O ouro pode ser recuperado e então realimentado nos banhos. Neste processo não há 3590

7 geração de lodo galvânico, principal passivo ambiental dos processos de tratamento de superfície. 6. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Capes e ao CNPQ pelo suporte financeiro. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] RIO GRANDE DO SUL. Norma Técnica SSMA n 01/89, de 16 de março de Diário Oficial do Estado, Rio Grande do Sul, 29 mar Referente a critérios para emissão de efluentes líquidos. [2] Governo do Estado do Rio Grande do Sul e Secretaria do Meio Ambiente, Código do Meio Ambiente. Porto Alegre. RS p [3] BERNARDES, A.M. et al. Manual de Orientações Básicas para Minimização de Efluentes e Resíduos na Indústria Galvânica. SENAI. Porto Alegre, Brasil, [4] MARSDEN, J.; HOUSE, I. The Chemistry of Gold Extraction. Ellis Horwood Limited. England, 1992 [5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Classificação de Resíduos Sólidos: NBR Brasil, [6] ARRUDA, M.E.; BERNARDES, A.M.; FERREIRA, J.Z.; Study for the recycling of cyanide containing wastewater by electrodialysis. Acta Metallurgica Slovaca, v.4, p , Special Issue 4/2001. [7] JAMALUDDIN, A.K.M. et al., Salt extraction from hydrogen-sulfide scrubber solution using electrodialysis. AIChE Journal, v.41, n.5, p , May [8] ROWE, D. R., ABDEL-MAGID, I. M., Handbook of Wastewater Reclamation and Reuse, CRC Press,Inc.,550p, p ,1995. [9] SOLT, G.S. Electrodialysis. In: KUHN, A.T. (Ed.) Industrial electrochemical processes. Amsterdam: Elsevier, Cap.12, p , [10] RAUTENBACH, R.; ALBRECHT, R. Membrane processes. John Wiley & Sons. Cap.11: Electrodialysis, p , [11] GERING, K.L.; SCAMEHORN, J.F. Use of Electrodialysis to Remove Heavy Metals from Water. Separation Science and Technology, v.23, n.14&15, p ,

8 ABSTRACT Metallic surfaces treatment processes generate environmental impact, characterized by the excessive water and energy consume. Atmospherically emissions are produced by losses of evaporation at warmed baths. The discharging of baths and reuse waters generate effluents. Solid wastes are derived of conventional treatment effluents (galvanic sludge). Conventional treatment methods of effluents containing cyanides and gold are inefficient, due to the high stability of the formed complexes between metals and cyanide. Electrodyalisis arises as an efficient alternative, by using permeseletives membranes for separate ions of a solution. The main force is the application of an electric field. In this paper, a seven compartments cell was used with AMT anionic membranes and CMV cationics membranes. Current density applied were 0,2 and 0,1A/cm 2 and solution concentration investigated were 76, 140 and 300 ppm of gold, simulating a rinse water of the process. The results obtained confirmed that electrodyalisis is an efficient technique, since there was an extraction of 97,6% of gold, with the higher current density. At this process, there is no generation of galvanic sludge generation (clean technology), main ambiental passive of superficial treatment processes. Key-words enviromental, wastewaters, electrodialysis 3592