PRODUÇÃO DE ÓXIDOS DE FERRO (GOETITA, HEMATITA E MAGNETITA) POR PRECIPITAÇÃO SELETIVA DA DRENAGEM ÁCIDA DE MINAS DA MINERAÇÃO DE CARVÃO Rodrigo de Almeida Silva, Carmen Dias Castro, Carlos O. Petter, Ivo André H. Schneider UFRGS, PPGE3M, Laboratório de Tecnologia Mineral e Estudos Ambientais (LTM), Laboratório de Estudos Ambientais para Metalurgia (LEAmet) e Laboratório de Processamento Mineral (LAPROM) Av. Bento Gonçalves, 9500. Bairro Agronomia. - Prédio 75 - Porto Alegre - RS 91501-970 Brasil E-mail: almeida.silva@ufrgs.br, carmendc14@hotmail.com, cpetter@ufrgs.br, ivo.andre@ufrgs.br, RESUMO A drenagem ácida de minas (DAM) é um importante problema ambiental na mineração de carvão. O tratamento convencional da DAM envolve a adição de reagentes alcalinos para aumentar o ph e precipitar os metais dissolvidos como hidróxidos. Embora o tratamento ativo seja eficiente, apresenta as desvantagens de um alto custo operacional e problemas relacionados com disposição final do lodo gerado. Uma possível maneira de minimizar esses problemas é pelo tratamento da DAM para recuperar os elementos metálicos na forma de produtos, com algum valor agregado. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar o processo de precipitação seletiva para recuperar o ferro e reutilizá-lo na obtenção de pigmentos. A DAM foi coletada em canal próximo a um depósito de rejeitos de carvão no Estado de Santa Catarina e caracterizada com relação ao ph, vazão, sólidos totais, acidez, sulfatos e metais (Fe, Al, Mn, Zn e Ca). O ferro foi recuperado da DAM por precipitação seletiva em ph 3,6 ± 0,1. O precipitado obtido foi purificado e utilizado para a produção dos pigmentos amarelo (goetita), vermelho (hematita) e preto (magnetita). Os pigmentos produzidos foram caracterizados em função de suas propriedades granulométricas, mineralógicas e químicas, e os materiais obtidos foram caracterizados por técnicas colorimétricas. Estudos preliminares indicam que há grande potencial para a aplicação dos pigmentos na fabricação de tintas e concreto colorido. Pode-se concluir que, pelo processo de precipitação seletiva, é possível reduzir em mais de 80% o volume de lodo produzido nas atuais estações de tratamento de efluentes. O processo reduz o desperdício de materiais, minimiza o impacto ambiental e pode se tornar uma fonte alternativa de recursos dentro da cadeia de produção de carvão mineral no Brasil. Área meio ambiente, carvão mineral, tratamento de efluentes, pigmentos. 1. INTRODUÇÃO A Drenagem Ácida de Minas (DAM) é resultado da oxidação natural dos sulfetos metálicos quando em contato com água e oxigênio. A DAM é uma solução de elevada acidez e com altos teores de sulfatos e ferro. A elevada acidez ocasiona a dissolução de uma série de outros elementos químicos presentes na matéria mineral, tais como alumínio, manganês e zinco, podendo também apresentar traços de cobre, níquel, cromo, cádmio, chumbo e outros metais, agravando ainda mais o problema ambiental (Kontopoulos, 1998). A DAM atinge altamente a região carbonífera de Santa Catarina. Uma das principais soluções encontradas foi o tratamento físico-químico dos efluentes (Silveira et al, 2009). O tratamento da DAM consiste basicamente na neutralização da acidez, conduzindo à formação de óxidos/hidróxidos metálicos insolúveis, que são removidos da solução por sistemas de separação sólido-líquido como flotação por ar dissolvido ou sedimentação. Porém, o processo gera uma grande quantidade de lodo, onde predominam o ferro e o alumínio e, em menor teor, o manganês e o zinco. O material é considerado um resíduo e apresenta custos de desidratação e disposição final (Menezes et al, 2009). 1
Estudos recentes têm demonstrado que é possível obter materiais com úteis a partir da precipitação seletiva da DAM. Entre esses materiais podem-se citar coagulantes (Finch et al, 1992; Menezes, 2009; Menezes et al, 2009; Menezes et al, 2010), óxidos de ferro e pigmentos (Wei et al., 2005; Wei et al., 2007, Marcello et al., 2008; Madeira, 2010, Silva, 2010) e sulfato de cálcio (Madeira, 2010). Entre essas possibilidades, os pigmentos são os que potencialmente apresentam maior valor agregado. Assim, o objetivo do presente trabalho é apresentar resultados de estudos de precipitação seletiva para a recuperação do ferro presente na DAM visando à obtenção de pigmentos. Os pigmentos produzidos foram a goetita (amarelo), hematita (vermelho) e magnetita (preto). 2. REAÇÕES 2.1. Precipitação seletiva do Ferro A primeira etapa consiste na precipitação do ferro em ph 3,6 ± 0,1 e lavagem do lodo com água, operações necessária para a obtenção de um lodo de hidróxidos de ferro com um bom nível de pureza (Reação 1): Fe 3+ (aq) + 3OH - (aq) Fe(OH) 3(s) (01) 2.2. Produção da Goetita A síntese da goetita a partir do Fe 3+ envolve a preparação uma solução férrica formada por um complexo denominado ferro-hexa-aquo íon (Reação 02) e de um precipitado fresco de ferri-hidrita (Fe 5 HO 8. 4H 2 O) (Reação 03) pela adição de hidróxido de potássio em ph próximo a 12,0 (Schwertmann e Cornell, 1991 ; Cornell e Schwertmann, 1996; Schwertmann et al, 2004). Fe(OH) 3(s) + 3HNO 3(aq) ([Fe(OH) 6 ] 3+ )...(02) ([Fe(OH) 6 ] 3+ ) n + KOH (aq) (Fe 5 HO 8. 4H 2 O) n (s)...(03) Sob essas condições, o precipitado formado inicialmente se dissolve, liberando uma espécie iônica de ferro trivalente (Fe(OH) 4 ), que irá se reagrupar em núcleos cristalinos, dando início ao processo de crescimento da goetita (FeOOH) (Reações 04 e 05): 2.3. Produção da Hematita (Fe 5 HO 8.4H 2 O) n(s) [Fe(OH) 4 - ] (aq)...(04) [Fe(OH) 4 ] (aquoso) FeOOH (s)...(05) A goetita pode ser convertida em hematita (Fe 2 O 3 ) por desidroxilação térmica ou hidrotérmica. O método mais conveniente é através da desidroxilação térmica (Reação 6), devido as condições reacionais e estabilidade final do produto formado (Schwertmann e Cornel, 1991). 2
2FeOOH (s) Fe 2 O 3(s) + H 2 O (g)...(06) O produto formado é majoritariamente a hematita (Fe 2 O 3 ), entretanto podem ocorrer também lepdocrocita (γ-feooh) e maghemita (γ-fe 2 O 3 ) como fases intermediárias. 2.4. Produção da Magnetita A metodologia mais comum para a preparação de magnetita é através da precipitação química, pois desta forma é possível controlar o tamanho e morfologia dos cristais. Geralmente, a síntese ocorre por co-precipitação de uma mistura de sais de ferro nas formas Fe 3+ e Fe 2+ com uma proporção estequiométrica de 2:1 (Wei et al., 2007). A solução precursora da magnetita pode ser preparada pela dissolução do lodo férrico com ácido sulfúrico, formando sulfato férrico (Reação 07): 2Fe(OH) 3(s) + 3 H 2 SO 4(aq) Fe 2 (SO 4 ) 3(aq) (07) A partir da solução de sulfato férrico, deve-se converter parte do Fe 3+ em Fe 2+. A redução do ferro pode se realizada pela reação do Fe 3+ em solução aquosa com a pirita (FeS 2 ) (Reação 08), Fe metálico (Fe o ) ou pela incidência de Radiação Ultra-Violeta (Reação 09) (Gammons, 2008; Vigânico et al., 2009). FeS 2 (s) + 14Fe 3+ (aq) + 8H 2 O (l) 15Fe 2+ (aq) + 2SO 4 2- (aq) + 16H + (aq)...(08) Fe 3+ (s) + H 2 O (l) + UV Fe 2+ (aq) + OH (aq) + 16H + (aq)...(09) Atingida a relação estequiométrica Fe 3+ :Fe 2+ de 2:1, adiciona-se hidróxido de sódio para que ocorra a cristalização da magnetita por coprecipitação do Fe 3+ e Fe 2+ segundo a Reação 10 (Wei et al.,2007; Cornell e Schwertmann, 1991). 2Fe +3 + Fe +2 + 8OH Fe 3 O 4 + H 2 O...(10) 3. MATERIAIS E MÉTODOS A amostra de DAM utilizada foi coletada no canal de insurgência do módulo de rejeito da empresa Carbonífera Criciúma S/A. Foram coletados aproximadamente 200 L de amostra e acondicionados em um recipiente de polietileno de alta densidade (PEAD). A preparação da amostra consistiu em converter todo o Fe 2+ em Fe 3+ por borbulhamento com ar comprimido. Após esta etapa a amostra foi então filtrada para remoção dos sólidos em suspensão e denominada amostra bruta. A composição da DAM está na Tabela 1. A precipitação seletiva do ferro foi realizada em ph 3.6 ± 0,1 e empregou-se NaOH de pureza analítica na concentração de 4 mol/l. O lodo produzido foi separado do sobrenadante por centrifugação a 2500 rpm e lavado três vezes com água destilada em ph 3,6. O volume de água empregado no processo de lavagem foi de duas vezes o volume de lodo gerado. A Figura 1 apresenta o aspecto do lodo de óxido-hidróxido férrico purificado. 3
Tabela 1: Características físico-químicas da DAM bruta do módulo B da UM II Verdinho Parâmetros DAM Bruta ph 2,8 Fe (total) (mg/l) 3.200,0 Fe 3+ (mg/l) 3.200,0 Fe 2+ (mg/l) --- Al (mg/l) 1.269,5 Mn (mg/l) 114,6 Zn (mg/l) 80,0 Ca (mg/l) 11,8 Figura 1: Lodo férrico após as lavagens sucessivas com água destilada. Para a produção da goetita (FeOOH) (pigmento amarelo), o lodo férrico precipitado foi dissolvido em ácido nítrico diluído para se obter a solução de nitrato férrico, formando o complexo ferro-hexa-aqua íon. Esta solução foi então alcalinizada com hidróxido de potássio até que o ph atingisse um valor ao redor de 12,0 formando um composto instável de cor vermelho-alaranjado denominado de ferri-hidrita (Cornell e Schwertmann, 1996). Imediatamente a sistema foi diluído e mantido aquecido a temperatura de 70 C por um período de 60 horas. Nestas condições, a ferri-hidrita dissolveu-se lentamente na espécie [Fe(OH) 4 ], que tem sua maior atividade em ph 12. A solução foi deixada em repouso para a cristalização da goetita. Para a obtenção da hematita (Fe 2 O 3 ), executou-se a calcinação da goetita produzida conforme descrito anteriormente, à temperatura de aproximadamente 350 C em forno mufla. Para a obtenção da magnetita (Fe 3 O 4 ), o lodo inicial de hidróxido férrico foi ressolubilizado em ácido sulfúrico e diluído a um l L. Posteriormente, procedeu-se à redução hidrometalúrgica do Fe 3+ em um reator preenchido com 1kg de pirita sob ação de radiação UV (Figura 2). O reator consistiu de um cilindro em material PVC, com o seu interior revestido com papel alumínio. Foi equipado com 3 lâmpadas que emitem radiação UV com comprimento de onda de 253,7 nm, com as seguintes especificações: potência de 15W, tensão de 51V e tamanho de 45cm. A intensidade de radiação UV medida nos reatores de 3 lâmpadas foi 77,7 mw/cm 2. Após 15 horas de lixiviação nessas condições, 4
obteve-se a conversão parcial do Fe 3+ para Fe 2+ em mais de 80 %. A Figura 2 apresenta um esquema do sistema de conversão. Figura 2: Esquema do sistema de conversão (Fonte: adaptado de Vigânico et al, 2011). Na precipitação química da magnetita utilizou-se o método descrito por Wei et al, (2007). A solução de Fe 3+ /Fe 2+ produzida no leito de pirita/uv foi alcalinizada com hidróxido de sódio 4 N até que o ph alcançasse o valor de 10,0 ± 1,0. Durante a adição do alcalinizante formou-se um precipitado verde-azulado, que foi mantido em agitação moderada durante aproximadamente 12 horas, até que a reação se completasse (mudança da cor verdeazulada para preta). Todos os pigmentos obtidos foram lavados e acondicionados para os ensaios de caracterização, que incluíram a análise química elementar, análise por difração de raios-x, análise de imagem por microscopia eletrônica de varredura e análises colorimétricas. Os pigmentos goetita e magnetita foram produzidos na forma de pasta e em pó. O pigmento hematita, por sofrer um tratamento térmico, somente na forma de pó. A caracterização colorimétrica foi realizada no sistema colorimétrico CIE Lab*. Está metodologia analítica é capaz de traduzir as cores em números que compõem um diagrama tridimensional representado por três eixos que representam a claridade da cor caracterizado pelo parâmetro L* (Branco-100% de L e preto - 0% de L), as cores verde e vermelho pelo parâmetro a* (- a, verde / + a, vermelho) e as cores azul e amarelo pelo parâmetro b* (- b, azul / + b, amarelo) (CIE, 1995). As tintas foram confeccionadas com os pigmentos amarelo e preto nas formas de pó e pasta, a elaboração das tintas foi realizada no Laboratório de Controle de Qualidade de uma fábrica de tintas da Região Metropolitana de Porto Alegre, que utiliza como insumos água, dispersante, bactericida, antiespumante e pigmento. Após a confecção das tintas, foi executado o teste de Rub Out, que avalia o dispersão do pigmento, e a colorimetria diferencial. O bloco de concreto cromático foi confecionados utilizando-se apenas cimento portland branco, pigmento e água. O traço de pigmento na composição do bloco foi de 10% com relação à quantidade de cimento. Executou-se a homogeneização do corpo de prova durante 5 minutos a secagem por 48 horas. 5
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 2 apresenta as características fisico-químicas do efluente em após o tratamento em ph 3,6 e após o tratamento em ph 7,0. A quantidade e a qualidade do ferro recuperado a partir da DAM bruta através da formação dos óxidos/hidróxidos insolúveis em ph 3,6±0,1 apresentaram índices satisfatórios. A remoção do ferro da fase aquosa esteve ao redor de 97%, com uma pureza após as lavagens ao redor de 93,4%. Após a remoção do ferro, o ph do efluente foi ajustado para 7,0±0,2 com leite de cal, buscando o atendimento dos padrões de emissão de efluentes (CONAMA 357, 2005). Cabe salientar que os elementos majoritários são o ferro e o alumínio, e que após o ajuste de ph em 3,6±0,1 a concentração do ferro na fase líquida foi reduzida consideravelmente, passando de 3.200,0 mg/l para 65,7 mg/l e após a ajuste em ph 7,0 ±0,1 passou de 65,7 mg/l para 0,5 mg/l, sendo esta valor inferior ao máximo permitido pela legislação que é de 15,0 mg/l. Por outro lado, com o ajuste de ph em 3,6±0,1, ocorreu uma pequena remoção do íon alumínio (cerca de 20%) na forma de hidróxidos insolúveis, sendo que sua concentração na fase aquosa passou de 1.269,5 mg/l para 1.006,7 mg/l. Demonstrando a boa seletividade do método de precipitação seletiva. Tabela 2: Caracterísitcas fisico-química da amostra da drenagem ácida de mina bruta e após cada etapa de precipitação nos ph s 3,6 and ph 7,0. Parâmetros (mg/l) DAM Bruta Após o ajuste em 3,6 Após o ajuste em 7,0 Padrões Brasileiros de emissão de efluentes (CONAMA 354) ph 2,8 3,6 7,0 5-9 Fe (total) (mg/l) 3.200,0 65,7 0,5 15,0 Fe 3+ (mg/l) 3.200,0 65,7 0,5 - Fe 2+ (mg/l) ND ND ND - Al (mg/l) 1.269,5 1.006,7 1,3 - Mn (mg/l) 114,6 91,5 0,6 1,0 Zn (mg/l) 80,0 62,0 0,03 5,0 Ca (mg/l) 11,8 10,2 10,5 - Mg (mg/l) 8,4 5,3 5,5 - SO 4 2- (mg/l) 12.600,0 10.470,0 9,236.7 - ND não detectado A Tabela 3 apresenta os resultados obtidos do lodo ressolubilizado e dos pigmentos obtidos a partir da DAM. A análise química dos elementos majoritários no lodo ressolubilizado revelou que a precipitação seletiva em ph 3,6 ± 0,1 promove a uma boa separação do ferro dos demais elementos presentes na DAM, obtendo-se uma recuperação ao redor de 94 % do ferro existente na amostra da DAM. Resultados similares neste ph foram obtidos também por Wei et al, (2007). Também é possível observar a baixa ocorrência de contaminantes nos pigmentos obtidos (goetita, hematita e magnetita). 6
500 400 300 200 100 0 2 10 20 30 40 50 60 70 Rodrigo - File: GDAM.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.00 - End: 72.00 - Step: 0.02 - Step time: 1. s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: 2 s - 2-Theta: 2.00 - Theta: 1.00 - Phi: 0.00 - Aux1: 0.0 - Operations: Import 01-081-0464 (C) - Goethite, syn - FeO(OH) - Y: 2.56 % - d x by: 1. - WL: 1.5409 - Orthorhombic - I/Ic PDF 2.7 - S-Q 100.0 % - 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2 10 20 30 40 50 60 70 Rodrigo - File: Hematita DAM.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.00 - End: 72.00 - Step: 0.02 - Step time: 1. s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: 2 s - 2-Theta: 2.00 - Theta: 1.00 - Phi: 0.00 - Au Operations: Import 01-079-0007 (C) - Hematite - Fe2O3 - Y: 0.91 % - d x by: 1. - WL: 1.5409-0 - I/Ic PDF 3.3 - S-Q 28.2 % - 01-074-2195 (C) - Goethite, syn - FeOOD - Y: 1.02 % - d x by: 1. - WL: 1.5409-0 - I/Ic PDF 2.7 - S-Q 38.7 % - 00-005-0586 (*) - Calcite, syn - CaCO3 - Y: 0.36 % - d x by: 1. - WL: 1.5409 - Rhombo.R.axes - I/Ic PDF 2. - S-Q 18.4 % - 01-079-2179 (C) - Wuestite, syn - Fe.913O - Y: 0.55 % - d x by: 1. - WL: 1.5409 - Cubic - I/Ic PDF 3.8 - S-Q 14.8 % - 700 600 500 400 300 200 100 0 2 10 20 30 40 50 60 70 Rodrigo - File: MDAM.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.00 - End: 72.00 - Step: 0.02 - Step time: 1. s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: 2 s - 2-Theta: 2.00 - Theta: 1.00 - Phi: 0.00 - Aux1: 0.0 - Operations: Import 01-085-1436 (C) - Magnetite - Fe3O4 - Y: 4.40 % - d x by: 1. - WL: 1.5409 - Cubic - I/Ic PDF 5.1 - S-Q 100.0 % - Tabela 3: Resultados da caracterização química do lodo e dos materiais obtidos Parâmetros Lodo ressolubilizado Goetita Hematita Magnetita Teor de Fe Total (%) 93.5 60,3 51,4 52,3 Teor de Fe +3 (%) 93,5 60,3 51,4 46,4 Teor de Fe +2 (%) - - - 5,6 Teor de Al (%) 6,2 0,8 0,1 3,3 Teor de Mn (%) 0,2 0,2 < 0,1 0,1 Teor de Ca (%) 0,1 0,1 0,1 0,3 Teor de Zn (%) 0,1 0,2 0,3 < 0,1 Os resultados obtidos na Difração de Raios-X demonstraram que os pigmentos goetita e magnetita não apresentam outras fases. Entretanto o difratograma da hematita apresentou outras fases, tais como goetita, calcita e wustita, estes resultados são demonstrados na Figura 3. GDAM Hematita DAM MDAM d=4.97 d=3.39 d=4.18 d=2.69 d=2.58 d=2.48 d=2.45 d=2.25 d=2.19 d=2.01 d=1.92 d=1.80 d=1.72 d=1.60 d=1.56 d=1.51 d=1.45 d=1.42 d=1.36 d=1.32 Lin (Counts) Lin (Counts) Goethita Goethita d=4.97 d=4.18 d=3.75 d=3.02 Calcita Hematita d=2.69 d=2.57 d=2.49 d=2.43 d=2.24 d=2.19 Wuestita d=1.71 d=1.56 d=1.45 Lin (Counts) Magnetita d=4.85 d=2.97 d=2.53 d=2.42 d=2.10 d=1.72 d=1.62 d=1.48 2-Theta - Scale (A) Goetita 2-Theta - Scale Hematita (B) 2-Theta - Scale Magnetita (C) Figura 3: Difratograma dos pigmentos goetita (A), hematita (B) e magnetita (C). Foi avaliada também a granulometria nas amostras de goetita e magnetita na forma de pó e pasta e hematita apenas na forma de pó. Os resultados demonstraram que, de forma geral, a granulometria da amostras na forma de pasta é menor e mais homogênea, pois não apresenta a agregação provocada pela etapa de secagem. Isso pode ser visto na Tabela 4. Tabela 4. Resultados colorimétricos dos pigmentos goetita, hematita e magnetita Goetita Hematita Magnetita Fração Acumulada Pó Pasta Pó Pó Pasta Diâmetro 10% (µm) 0,73 0,08 1,56 0,70 1,03 Diâmetro 50% (µm) 2,75 0,41 12,25 3,432 3,56 Diâmetro 90% (µm) 11,23 1,74 29,43 0,74 7,35 Diâmetro médio (µm) 4,37 0,68 14,23 7,47 3,93 7
Por meio das imagens obtidas através do MEV, pode-se observar que a amostra de goetita (Figura 4A) é formada por cristais aciculares, aparentemente colmatados, da mesma forma a hematita (Figura 4B) apresenta um formato muito similar ao encontrado na amostra de goetita, porém com cristais mais pronunciados. Percebe-se que apesar dos cristais estarem mais definidos na hematita, eles mantém o mesmo aspecto da amostra precursora (goetita 1A) devido a perda de moléculas de água. Quanto a morfologia da magnetita, pode-se observar que a amostra apresenta um aspecto característico que lembram uma couve-flor (Figura 4C). Figura 4: Imagens de microscopia eletrônica de varredura dos pigmentos goetita (A), hematita (B) e magnetita (C). A Tabela 5 apresenta as imagens dos pigmentos e suas propriedades colorimétricas. Podese observar que os pigmentos apresentaram a cor esperada que foi confirmada pelos parâmetros colorimétricos. Tabela 5. Resultados colorimétricos dos pigmentos goetita, hematita e magnetita. Goetita Hematita Magnetita (A) (B) (C) L a* b* L a* b* L a* b* 59,2 8,7 46,7 38,5 23,9 23,7 18,6 1,3 3,1 Para complementar, os pigmentos goetita e magnetita na forma de pó e em pasta foram empregados na preparação de uma tinta de recobrimento a base água. A Tabela 6 mostra o aspecto visual bem como os parâmetros colorimétricos associados. Testes de Rub Out demonstraram que os pigmentos, quando secados, apresentam problemas de dispersão. Entretanto, esse problema foi resolvido quando preparados na forma de pasta. Já o pigmento hematita foi utilizado para confeccionar um bloco de concreto colorido, com resultado plenamente satisfatório. 8
Goetita Pó / Pasta Magnetita Pasta / Pó Hematita Pó Tabela 6: Resultados colorimétricos e imagens das tintas obtidas com os pigmentos goetita pó e pasta, magnetita pó e pasta e o bloco de concreto colorido de hematita. Pó Pasta Pasta Pó Pó L* 89,5 89,9 81,9 61,0 72,5 a* - 0,4-0,4 1,1 0,9 5,1 b* 27,8 27,5 10,2 2,8 41,8 4. CONCLUSÕES O processo de precipitação seletiva possibilitou a obtenção de um lodo com alta pureza, propiciando sua utilização na produção de materiais com valor agregado. A seletividade do processo de precipitação seletiva é prejudicada pelos fenômenos de arraste em água e coprecipitação de íons indesejáveis, sendo que estes problemas podem ser minimizados com lavagens sucessivas dos lodos utilizando água purificada no mesmo ph de precipitação. Os procedimentos para conversão dos hidróxidos de ferro em pigmentos amarelo, vermelho e preto foram desenvolvidos a partir de rotas preestabelecidas na literatura. O pigmento amarelo (goetita) foi obtido pela solubilização do lodo férrico com ácido nítrico, seguido de precipitação alcalina a quente e remoção do excesso de alcalinidade por lavagem. O pigmento vermelho (hematita) foi obtido por calcinação branda a 350 C da goetita. Para a produção do pigmento preto (magnetita) o precipitado férrico foi solubilizado em ácido sulfúrico, o ferro em solução foi parcialmente reduzido no leito de lixiviação contendo pirita e irradiado por radiação UV e, finalmente a solução foi precipitada em meio alcalino. Os pigmentos obtidos foram caracterizados em função de suas características granulométricas, mineralógicas e químicas, apresentando resultados com bom potencial para utilização como insumo na produção de tintas e concretos coloridos. Os testes realizados em tintas indicaram que os pigmentos obtidos a partir da DAM na forma de pó não apresentaram boa dispersão. Esse fato se deve à aglomeração dos grãos no processo de secagem. Entretanto, quando produzidos na forma de pasta, dispersaram-se bem e produziram um bom efeito de cor, de modo que podem ser utilizados na produção de tintas de revestimento. Por apresentar menores restrições em termos de granulometria e dispersão no meio, os pigmentos na forma de pó podem ser aplicados na coloração de concretos. Os corpos-de- 9
prova produzidos com adição de pigmentos da DAM na forma de pó em blocos de concreto cromático demonstraram cores estáveis e homogêneas. Assim, a utilização dos pigmentos obtidos a partir da DAM na confecção de blocos e alvenarias coloridas é perfeitamente aceitável. Pelo processo de precipitação seletiva é possível reduzir em mais de 80% o volume de lodo produzido nas atuais estações de tratamento de efluentes, obtendo-se materiais com valor econômico. A produção de reagentes e materiais com valor agregado a partir da DAM é tecnologicamente viável, podendo até tornar o tratamento de efluentes da mineração superavitário. O processo reduz o desperdício de materiais, minimiza impactos de descarte de resíduos ao meio ambiente e pode se tornar uma fonte de recursos alternativa dentro da cadeia de produção de carvão mineral no Brasil. 6. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Rede Carvão, ao CNPq e CAPES pelos aportes de recursos financeiros que propiciaram o desenvolvimento deste trabalho científico. 7. REFERÊNCIAS CIE. Comission Internationale de L'éclairage. Industrial Colour-Difference Evaluation. CIE 116-1995. Cornell, R.M.; Schwertmann, U. The Iron Oxides Structure, Properties, Reactions, Occurrence and Uses. Verlagsgesellschaft, VHC, 1996. Finch.J.A.; Rao,S.R.; Gehr,R.; Riendeau.M.; Lu,D. Acid mine drainage as a coagulant. Minerals Engineering, 5:9, 1011-1020, 1992. Gammons, C.H.; Nimick, D.A.; Parker, S.R.; Snyder, D.M.; Mccleskey, R.B.; Amils, R.; Poulson, S.R. Photoreduction fuels biogeochemical cycling of iron in Spain s acid rivers. Chemical Geology, 252, 202 213, 2008. Kontopoulos, A. Acid mine drainage control. In: Effluent Treatment in the Mining Industry. Castro, S.H.; Vergara, F.; Sánchez, M.A.; (Eds.). University of Concepción, 1998. Marcello, R.R.; Galato, S.; Peterson, M.; Riella, H.G.; Bernardin, A.M. Inorganic pigments made from the recycling of coal mine drainage treatment sludge. Journal of Environmental Management, 88, 1280-1284, 2008. Madeira, V.S. Aproveitamento de resíduos da mineração de carvão para a fabricação de produtos com elevado valor agregado. Tese de Doutorado. Engenharia Química. Universidade Federal de Santa Catarina. 2010. Menezes, J.C.S.S. Produção de coagulantes férricos na mineração de carvão. Tese de Doutorado. Escola de Engenharia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 106p., 2009. 10
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