PRODUÇÃO DE COAGULANTE FÉRRICO A PARTIR DE REJEITOS DA MINERAÇÃO DE CARVÃO. 21/08 24/08 de 2011.

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1 PRODUÇÃO DE COAGULANTE FÉRRICO A PARTIR DE REJEITOS DA MINERAÇÃO DE CARVÃO 21/08 24/08 de 2011.

2 Autores: Angéli Viviani Colling Rodrigo Almeida Silva Jean Carlo S. dos S. Menezes Ivo André H. Schneider

3 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.

4 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.

5 Quantidade Acumulada (10 3 T/Ano) de Rejeitos de Mineração de Carvão no Brasil ( ). Fonte : SIECESC, 2009.

6 Sulfato Férrico Rotas de Produção de Sulfato Férrico SUCATA METÁLICA + ÁCIDO SULFÚRICO REJEITO DE CARVÃO + Água + BACTÉRIAS ACIDOFÍLICAS LODO TRATAMENTO ATIVO + ÁCIDO SULFÚRICO SULFATO FÉRRICO SULFATO FÉRRICO SULFATO FÉRRICO

7 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.

8 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.

9 Experimental

10 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.

11 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

12 Processo

13 Coagulante a partir da lixiviação 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

14 Inóculo de Bactérias Difusor Coluna Lixiviação em colunas utilizando concentrado de pirita. Bomba Recirculação Lixiviado concentrado

15 Resultados

16 Resultados Difração de Raios-x Minerais Detectados por Difração de Raios-x nas Amostras de Rejeitos Analisadas. Rejeito Baixo Jacuí Quartzo (SiO 2 ) Rejeito Camada Barro Branco Quartzo (SiO 2 ) Rejeito Camada Bonito Pirita (FeS2) Rejeito Cambuí Pirita (FeS2) Caolinita (Al 4 (OH) 8 (Si 4 O 10 ) Pirita (FeS2) Quartzo (SiO 2 ) Quartzo (SiO 2 ) Pirita (FeS2) Caolinita (Al 4 (OH) 8 (Si 4 O 10 ) Coquimbita Fe 2 (SO 4 ) 3 9H 2 O Magnetita (Fe 3 O 4 ) Feldespato Alcalino (KalSi 13 O 8 ) Mica (KAl 2 (AlSi 3 O 10 ) Cristobalita (SiO 2 ) Calcite (CaCO 3 ) Gipsita (AlOH 3 ) Magadiita (NaSi 7 O 13 (OH) 3 4(H 2 O)) Barita (BaSO 4 ) Caolinita (Al 4 (OH) 8 (Si 4 O 10 ) Gibbsita (AlOH 3 ) * De cima para baixo minerais de maior para os de menor concentração na amostra.

17 Resultados Análise Imediata e Elementar do Rejeitos e Concentrados de Pirita. 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, , ,60 NP -148,26-125,60-167,70-220,71 NNP -640,16-429, , ,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%

18 Resultado das Análise de Metais Pelo Método EPA 3052 no Rejeito Piritoso. 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

19 Caracterização Química dos Coagulantes Produzidos em Comparação Com um Coagulante Comercial. Parâmetros Unidade Coagulante Lixiviação Coagulante Lodo Coagulante Comercial Alumínio mg/l ,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 Manganês mg/l ,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

20 -Sulfato férrico: consumo médio anual: 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 (Fe 2 O 3 ): 17,0%; Ferro II (Fe +2 ): 0,2 mg/kg; Material insolúvel: 0,1%; Acidez livre (H 2 SO 4 ): 0,5%; ph da solução: 2,0.

21 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 ) 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, ,9 250

22 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.

23 Propostas de Trabalhos Futuros

24 Proposta de planta piloto Fonte: Firpo et al., 2011.

25 Processo em Escala Piloto

26 Agradecimentos