LEAmet Laboratório de Estudo Ambientais para a Metalurgia Universidade Federal do Rio Grande do Sul Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais Produção de óxidos de ferro (goetita, hematita e magnetita) por precipitação seletiva da drenagem ácida de minas da mineração de carvão Alunos: Rodrigo de A. Silva, Carmem Dias Castro Orientadores: Ivo A. H. Schneider, Carlos Otávio Petter
Estrutura do Trabalho 1. Introdução 2. Objetivo 3. Justificativas 4. Materiais e Métodos 5. Resultados 6. Conclusões 7. Agradecimentos
1. Introdução O carvão mineral é o mais abundante combustível fóssil, no Brasil são estimadas cerca de 32 bilhões de toneladas localizadas no sul do País. A pirita, presente nos rejeitos de carvão, quando expostos a ação do meio ambiente geram uma solução extremamente ácida, com elevada concentração de metais (Fe, Al, Mn, Zn) e sulfatos. O tratamento convencional (Tratamento Ativo) da DAM consiste na neutralização e precipitação dos metais na forma de hidróxidos, Gerando uma grande quantidade de lodo rico em ferro e alumínio (em menor teor, o manganês, o zinco entre outros). Estudos em nível de pesquisa tem procurado aplicações do lodo. Contudo, devido a mistura de diferentes metais, o material ainda é considerado um resíduo.
Imagem do local de captação da DAM
Estação de tratamento de efluentes
Bacias de decantação
Secagem do Lodo (Fonte: Renato Dantas - LTM)
Fluxograma das possíveis transformações do ferro e suas formas (Fonte: Cornell & Schwertmann)
Materiais possíveis de se obter a partir do ferro da DAM Sulfato Férrico Aluminoso Sulfato Férrico Lodo Férrico Goetita Hematita Processo de recuperação do ferro da DAM (natural ou controlada) Sulfato Ferroso Lodo Férrico/Ferroso Magnetita
2. Objetivo O objetivo do presente trabalho é demonstrar a possibilidade de produzir óxido de ferro (goetita, hematita e magnetita) por precipitação seletiva do ferro a partir da Drenagem Ácida de Mina.
3. Justificativas A concepção atual do tratamento da DAM aborda a tecnologia de final de tubo e implica em gastos financeiros sem a recuperação de materiais. Na DAM são desperdiçados toneladas de materiais com alto potencial econômico, entre os quais o ácido sulfúrico, ferro e alumínio. A mineração de carvão no Brasil ainda não trabalha de forma consolidada com conceitos de mineração sustentável e tecnologias mais limpas. Desenvolvimento sustentável: Atender as necessidades atuais sem comprometer as necessidades das gerações futuras.
4. Materiais e Métodos Características físicoquímicas da DAM do módulo B da UM II Verdinho (CCSA). Foto da DAM gerada no módulo de rejeito e coletada no canal de contenção. Parâmetros (mg/l) DAM Bruta ph 2,00 Fe (total) 3.200,0 Fe 3+ 3.200,0 Fe 2+ --- Al 1.269,5 Mn 114,6 Zn 80,0 Ca 11,8 Mg 8,4 SO 4 2-12.600
Titulação potenciométrica da DAM Determinação do ponto final da hidrólise do íon férrico Hidrólise do Fe +3
Preparação dos materiais precursores do óxidos de ferro A - O lodo produzido na precipitação seletiva foi centrifugado e lavado 3 vezes com água destilada no mesmo ph de precipitação; B Solução de nitrato férrico preparado pela dissolução do lodo férrico com ácido nítrico 1:1; C Solução de sulfato férrico preparado pela dissolução do lodo férrico com ácido sulfúrico 1:1;
Preparação da Goetita e Hematita (Óxidos de ferro amarelo e vermelho) Fe(OH) 3 + 3HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + 3H 2 O [Fe(OH) 6 ] 3+ (aq) + KOH Fe 4 (O,OH,H2O) 12(s) Fe 4 (O,OH,H 2 O) 12 (aquoso) [Fe(OH) 4- ] (aq) [Fe(OH) 4 ] (aquoso) FeOOH (s) 2FeOOH (s) Fe 2 O 3(s) + H 2 O (g) Fe(OH) 3 HNO 3 FeOOH (s) 350 C
Preparação da Magnetita (Óxido de ferro preto) (Fonte: Vigânico et al, 2011). 12 horas Green Rush Óxido de ferro magnético
5. Resultados e discussão Características fisico-químicas da amostra da drenagem ácida de mina bruta e após cada etapa de precipitação nos ph s 3,6 e ph 7,0, para os principais elementos. 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 2-4 (mg/l) 12.600,0 10.470,0 9,236.7 -
Caracterização química dos principais elementos: lodo e 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
Difração de Raios-X Granulometria Goetita Hematita Magnetita Goetita Hematita Magnetita Fração Acumulada Pó Pasta Pó Pó Pasta Diâmetro 10% (µm) Diâmetro 50% (µm) Diâmetro 90% (µm) Diâmetro médio (µm) 0,73 2,75 11,23 4,37 0,08 0,41 1,74 0,68 1,56 12,25 29,43 14,23 0,70 3,432 0,74 7,47 1,03 3,56 7,35 3,93
MEV Colorimetria
Testes aplicativos iniciais 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 e o pigmento hematita foi utilizado para confeccionar um bloco de concreto colorido. Os testes preliminares de dispersão Rub Out demonstraram que os pigmentos, quando secados, apresentam problemas. Entretanto, esse problema foi resolvido quando preparados na forma de pasta.
6. Conclusões - O processo de precipitação seletiva da DAM possibilitou a obtenção de um lodo com alta pureza, propiciando sua utilização na produção de sais férricos para a obtenção de materiais com valor agregado; - O ferro em solução foi parcialmente reduzido no reator de lixiviação; - Os procedimentos para conversão dos hidróxidos de ferro em pigmentos amarelo, vermelho e preto foram desenvolvidos a partir de rotas préestabelecidas na literatura; - 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 preliminares realizados em tintas indicaram que os pigmentos obtidos a partir da DAM na forma de pasta tem uma melhor dispersão quando comparado com os pigmentos obtidos na forma de pó; - 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;
Agradecimentos - Os autores agradecem ao CNPq, CAPES, Fapergs e a Rede Carvão pelo apoio financeiro, e a UFRGS por disponibilizar a suas dependências e contribuir com a formação de recursos humanos nesta área do conhecimento.