INTERPRETAÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DE EFLUENTES GERADOS EM SISTEMAS DO TIPO REJEITO-COBERTURA

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1 INTERPRETAÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DE EFLUENTES GERADOS EM SISTEMAS DO TIPO REJEITO-COBERTURA Vicente Paulo de Souza - CETEM Mario Valente Possa - CETEM Paulo Sérgio Moreira Soares - CETEM Anderson Borghetti Soares CETEM Márcia R. R. de Souza CCSA

2 Objetivo Analisar os parâmetros físico químicos de efluentes percolados em rejeito piritoso de carvão (potencialmente geradores de drenagem ácida de minas - DAM ) em uma unidade experimental piloto segundo duas configurações: (a) Rejeito sem cobertura ( in natura ) e, (b) Rejeito coberto com barreira capilar dupla (cobertura seca).

3 Drenagem Ácida de Mina (DAM) A é o resultado de um processo de oxidação de minerais sulfetados pela ação da água e o oxigênio, com a natural participação de bactérias (T. Ferrooxidans, entre outras) as quais aceleram o processo de oxidação. Ocorrem em depósitos de rejeito e estéreis. (Environmental Austrália,1997 ; Skousen J., 1995; Grout J., 2001) Principal mineral gerador de DAM: pirita Outros minerais geradores da DAM: pirrotita, calcosita, covelita, calcopirita, arsenopirita, dentre outros (Gray F., 1998; Souza V., 2001)

4 Visão Geral da DAM

5 Geração da DAM Os processos que influenciam na geração da DAM em pilhas de rejeito/ estéril, podem ser: Externos Planejamento e operação da mina Construção das pilhas de rejeito/ estéril Geologia, hidrologia e meteorologia local Internos Infiltração de fluxos dentro das pilhas Transporte de oxigênio e calor Processos geoquímicos locais Transporte e descarga dos contaminantes da pilha

6 Efeitos da DAM

7 Materiais e Métodos Unidade piloto, operada pelo CETEM, Mina Verdinho - CCSA desde outubro de 2007, possui 3 elementos principais: Aterro contendo as células experimentais; Laboratório para análises físico - químicas expeditas (ph, Eh e CE); Estação meteorológica (dados climáticos)

8 Materiais e Métodos Aterro contendo as células experimentais Rejeito grosso sem cobertura

9 Materiais e Métodos Rejeito coberto com barreira capilar dupla. Cinza: GC= 90% e ω Grav(campo) = 10% abaixo da ω ótima Argila: GC=100% e ω Grav(campo) = 1,7% abaixo da ω ótima

10 Materiais e Métodos Barreira Capilar Dupla

11 Materiais e Métodos L 3 L 1 L 4 L 2 Coleta de amostras no Poço de Coleta Amostras de efluentes coletados L 1 e L 4

12 Materiais e Métodos Rejeito Grosso Rejeito Misturado Argila Cinza Grossa Solo Elementos Teor (%) Teor (%) Teor (%) Teor (%) Teor (%) Ferro (Fe 2 O 3 ) Manganês (MnO 2 ) 8,25 8,69 3,95 6,48 4,83 0,03 0,03 0,02 0,05 0,03 Enxofre Total 6,02 6,44 0,07 0,15 0,03 Alumínio (Al 2 O 3 ) 18,48 19,73 5,25 23,13 11,15

13 Resultados Obtidos Oxidação Química de Sulfetos Vários fatores afetam na velocidade de oxidação química - área superficial - concentração de oxigênio - presença de íons ferro III - temperatura, entre outros Oxidação Biológica de Sulfetos A presença de microorganismos na oxidação de sulfetos está determinada por vários fatores como, fonte de energia, temperatura, ph, substrato, dentre outros. Os microorganismos mais comuns encontrados na DAM com relação ao substrato são: - Thiobacillus Ferrooxidans - Thiobacillus Thiooxidans - Leptospirillum Ferrooxidans (Gould W., 1998; Phillip E., 1998; Schipper A.,2000)

14 Resultados Obtidos Temperatura Célula 1: Temperaturas elevadas reação exotérmica associada a DAM Célula 4: Temperaturas estáveis acompanhando as do ambiente externo

15 Resultados Obtidos ph - Eh Célula 1: Valores de ph variando na faixa extremamente ácida (0,85-1,3) e Potencial Redox ( mV) situando-se na região de oxidação.

16 Resultados Obtidos ph - Eh Célula 4: Valores de ph variando na faixa praticamente neutra (6,0-7,0) e Potencial Redox ( mV). Uma das conseqüências do emprego da barreira capilar dupla no abatimento da DAM.

17 Resultados Obtidos Reações Típicas Verificadas na Formação da DAM 2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O 2Fe SO H +...(1) Bactérias 4Fe 2+ + O 2 + 4H + 4Fe H 2 O...(2) 4Fe H 2 O + 4H + 4Fe(OH) H +...(3) FeS Fe H 2 O 15Fe SO H +...(4) Reações que provavelmente ocorrem na Célula 1: ph (0,85-1,30) Potencial Redox ( mV) e temperatura elevada, condições altamente favoráveis para a acelerada oxidação da pirita devido a presença de bactérias.

18 Resultados Obtidos Condutividade Célula 1: Condutividade elétrica forte: alta concentração de espécies químicas dissolvidas. Célula 4: Condutividade elétrica fraca: baixa concentração de espécies químicas dissolvidas

19 Resultados Obtidos Volume percolado acumulado (lisímetro) % Redução do volume percolado na célula 4, o que corrobora o excelente desempenho da cobertura seca, cujas finalidades são reduzir a um mínimo o volume a ser tratado, bem como inibir a formação de ácido, refletindo PRINCIPALMENTE na redução dos custos.

20 Considerações Finais - O presente trabalho faz parte de um estudo mais amplo de modelos experimentais que vem sendo desenvolvido na unidade piloto pioneira no Brasil, cuja operação teve início em outubro de 2007 na Carbonífera Criciúma S.A., e ainda encontra-se em operação. - Os parâmetros físico químicos, temperatura e volumes de efluentes percolados apresentados, referem-se somente ao ano de 2009 bem como a duas das quatro condições que vem sendo estudadas: Rejeito in natura sem cobertura (célula 1), Rejeito coberto com barreira capilar dupla (célula 4).

21 - Os resultados obtidos revelaram uma excelente redução dos efeitos associados à drenagem ácida com a aplicação da cobertura do tipo barreira capilar dupla (célula 4).. Considerações Finais - Os parâmetros físico - químicos refletiram a melhor qualidade do efluente percolado da célula 4 (ph= 6-7; Eh= mV; CE < 5mS/cm), comparados aos da célula 1 (0,85-1,3 faixa extremamente ácida) e Potencial Redox ( mV), significando enorme redução de custo com tratamento com cal (se houver necessidade desse tipo de tratamento). - A célula 4 reduziu o volume percolado em 90% em relação à célula 1, o que também acarreta em uma enorme redução de custo posteriores de tratamento de efluentes.

22 Considerações Finais - Os parâmetros físico-químicos servem como indicativo da ocorrência da DAM e somente estes não caracterizam este mecanismo. Dados adicionais estão sendo obtidos (geoquímica e balanço hídrico) e serão publicadas posteriormente. - A caracterização completa do mecanismo da DAM vem sendo feita por meio da análise das espécies químicas presentes nas águas percoladas (ferro, sulfato, metais pesados etc) que estão sendo monitoradas durante o período de operação da unidade piloto. - Para uma melhor compreensão dos fenômenos que vêm ocorrendo, será estudado o acoplamento do modelo de fluxo com o modelo geoquímico.

23 Agradecimentos Os autores agradecem - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq - Rede de Pesquisa Desenvolvimento Tecnológico e Inovação do Carvão Mineral - Rede Carvão