36 processos devem ser eficientes, viáveis e, algumas vezes, de alta capacidade de

processamento. A separação em bacias de decantação (lagoa de rejeitos) é, ainda, o tipo de

processo mais empregado no tratamento de águas efluentes do setor minero-metalúrgico. O

objetivo básico destas bacias é a decantação dos sólidos suspensos e, para tanto, esta deve ter

suficiente área superficial, tempo elevado de retenção e ausência de turbulência. Opções de

oxidação e destruição de algumas substâncias tóxicas podem ser realizadas com projetos

adequados. O tempo de retenção varia significativamente com as condições climáticas e

distribuição granulométrica das partículas presentes, sendo que o efluente pode sair da bacia

por: simples extravasamento; difusão lateral ou pelo fundo da bacia; evaporação ou

recirculação ao processo gerador.

Também, podem ser adicionada, para a neutralização, cal, dolomita, soda caustica

amônia, ou ate cinzas, para as águas ácidas e, com ácido sulfúrico, para as básicas como

forma de precipitar os metais pesados presentes no efluente. O desenvolvimento de novos

floculantes poliméricos e/ou coagulantes permite a aplicação desses processos em sistemas

com altos teores de sólidos, ultrafinos e partículas coloidais .

Entre as tecnologias reconhecidas e emergentes (técnicas), diversos esforços vêm

sendo realizados para o desenvolvimento de tecnologias mais limpas de remoção- separação

de ânions e metais pesados dissolvidos. Várias delas são originárias da indústria química, do

petróleo e de alimentos.

TABELA 10 – Técnicas (tecnologias) emergentes. Técnicas emergentes Generalidades

Extração por solvente Extração com agentes quelantes em meios apolares. Altos custos de capital e de operação; tecnologia bem estabelecida.

Adsorção/troca iônica Adsorção otimizada em carvão ativado, biomassa ou resinas e zeólitas.

Eletrólise redutiva, eletrocinética e eletroosmose

Eletroquímica aplicada na remoção de elementos poluentes.

Separação magnética Remoção de poluentes através da utilização de partículas magnéticas adsorventes.

Biorremediação Degradação microbiológica de poluentes. Oxidação por fotólise e/ou aeração Destruição de complexos cianetados.

Fonte: Valadão e Araujo (2007)

A flotação é conhecida há mais de um século nas áreas mínero-metalúrgica, entretanto,

sua aplicação como tecnologia de tratamento de efluentes líquidos é pouco conhecida nesse

setor, com exceção da flotação por ar dissolvido (FAD) (RUBIO et al., 2002; RUBIO, 2003)

37 As unidades formadas por bolhas e partículas (ou gotículas) apresentam uma densidade

aparente menor do que no meio aquoso e flutuam ou flotam até a superfície do reator (célula

de flotação) ou interface líquido/ar, onde são removidas.

As principais diferenças entre a flotação convencional de minérios e a flotação

aplicada ao tratamento de efluentes líquidos são (RUBIO, 2003 e RUBIO et al, 2002):

- o método de produção de bolhas de ar (gás) nos equipamentos de flotação para

tratamento de efluentes produz bolhas bem menores que as utilizadas para minérios;

- a massa de sólidos (concentração) a ser separada no tratamento de efluentes é muito

menor, normalmente da ordem de 1 % a 4 % em peso;

- o tipo de separação é sólido/sólido/líquido no tratamento de minérios e

sólido/líquido, sólido/líquido1/líquido2 ou líquido/líquido no tratamento de

efluentes;

- as aplicações da flotação no tratamento de efluentes mineiros e metalúrgicos

objetivam: remoção/recuperação de íons, complexos, quelatos, macromoléculas,

tensoativos; separação de óleos emulsificados ou não, compostos orgânicos, redução

de DBO e DQO; separação de partículas coloidais, finas e ultrafinas (Rubio, 2003;

Rubio et al, 2002; Rodrigues e Rubio, 2007, Matis, 1995).

2.3.2 Coagulação/Floculação

O processo de coagulação/floculação é caracterizado como o sistema mais tradicional,

tem por finalidade a remoção de substâncias coloidais, ou seja, material sólido em suspensão

e/ou dissolvidos. Essa operação é considerada como um pré-tratamento que objetiva o

condicionamento do despejo para o tratamento subseqüente, por sedimentação e/ou filtração.

Segundo Cardoso (2007)11 (apud VAZ, 2009) diz que os termos de coagulação e

floculação são utilizados como sinônimos, uma vez que ambos significam o processo integral

de aglomeração das partículas. Sendo a coagulação, o processo através do qual o agente

coagulante adicionado à água, reduz as forças que tendem a manter separadas as superfícies

em suspensão, e a floculação é a aglomeração dessas partículas por meio de transporte de

fluido, formando partículas maiores que possam sedimentar. ________________ 11 CARDOSO, V. C. Estudo do processo de Coagulação/Floculaçao por meio da Moringa oleifera Lam para

obtenção de água potável. Universidade Estadual de Maringá – PR, 2007.

38

A coagulação anula as forças de repulsão entre as partículas coloidais, por meio de

mecanismos de ligação e adsorção na superfície da partícula coloidal, pela adição de agentes

químicos, denominados de eletrólitos (CPRH, 2001)12. Segundo Di Bernardi e Dantas (2005)

para que o processo de coagulação seja eficiente, este deve ser realizado por meio de agitação

intensa (mistura rápida) para que ocorram interações entre o coagulante e a água (efluente)

(DI BERNARDO; DANTAS, 2005).

A floculação das partículas já coaguladas pela ação do eletrólito resulta das várias

forças de atração que atuam entre as partículas neutralizadas que se agregam umas às outras

formando os denominados flocos. A velocidade de formação desses flocos depende, no início

da agitação térmica (movimento Browniano) e, ao atingirem um tamanho de cerca de a, 1

mm, depende também da agitação mecânica do meio. Evidentemente, essa agitação mecânica

deve ser em nível moderado (mistura lenta), pois, do contrario, poderá provocar a

desagregação dos flocos já formados, o que dificultará a sua remoção (CPRH, 2001)13.

De acordo com Pavanelli (2001) os principais mecanismos que atuam na coagulação

são: compressão da camada difusa; adsorção e neutralização; varredura; adsorção e formação

de pontes.

A compressão da camada difusa faz com que ocorra a desestabilização das partículas

coloidais pela adição de íons de carga contrária. A desestabilização de um colóide por um

eletrólito diferente, ocorre devido às interações eletrostáticas, ou seja, íons de mesma carga

são repelidos e de carga contrária são atraídos pelos colóides (DI BERNARDI; DANTAS,

2005).

Os principais aspectos relacionados a este mecanismo de coagulação são: a quantidade

de eletrólitos necessários para conseguir a coagulação é independente da concentração de

colóides na água e não é possível causar a reversão de cargas dos colóides (Spinelli, 2001)14

(apud VAZ, 2009).

________________ 12 CPRH – Companhia Pernambucana do Meio Ambiente. Roteiro complementar de licenciamento e

fiscalização: Tipologia Galvanoplastia. Recife, CPRH/GTZ, 2001. 13 Ibid. 2001. 14 SPINELLI, V. A. Quitosana: Polieletrolito natural para o tratamento de água potável. Departammento de

Engenharia Química, Universidade Federal de Sante Catarina – UFSC, Florianópolis – SC, 2001.

39

Na desestabilização dos colóides ocorrem interações coagulante-colóide, coagulante-

solvente e colóide-solvente. algumas espécies químicas são capazes de serem adsorvidas na

superfície das partículas coloidais. Como tais espécies são de carga contrária à da superfície

dos colóides, ocorrerá a desestabilização. Esta desestabilização é causada pelo coagulante em

dosagens bem iferiores às do mecanismo da dupla camada. E é possível a reversão de carga

superficial das partículas coloidais através da superdosagem de espécies adsorvíveis

(MENDES, 1989).

O mecanismo de adsorção e neutralização de cargas deve ser utilizado quando após a

coagulação ocorra a filtração direta, fazendo com que as partículas desestabilizadas fiquem

retidas no interior do meio filtrante (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).

“Na varredura, conforme a quantidade de coagulante adicionado ao meio, do ph da

mistura, da concentração de alguns íons presentes na água, poderá ocorrer a formação de

precipitados” (SILVA, 2005) (apud VAZ, 2009). É bastante utilizado em estações de

tratamento de água, com floculação e sedimentação e posterior filtração (DI BERNARDO;

DANTAS, 2005).

“Os flocos formados são maiores do que aqueles formados quando se utiliza do

mecanismo de adsorção e neutralização, resultando assim, em velocidades de sedimentação

maiores” (PAVANELLI, 2001). Todos esses mecanismos podem ser observados na figura 08. O mecanismo de adsorção e formação de pontes envolve a utilização de compostos orgânicos, sintéticos ou naturais, os quais apresentam sítios ionizáveis ao longo de sua cadeia, servindo de ponte entre a superfície à qual estão aderidos e outras partículas, podendo ser classificados como catiônicos, aniônicos ou anfóteros. Este comportamento dos polimeros como coagulante pode ser explicado baseando-se na sua adsorção à superfície das partículas coloidais, seguida pela redução de carga ou pelo entrelaçamento das partículas na cadeia do polímero (MENDES, 1989).

FIGURA 08 – Modelo esquemático dos processos de coagulação e floculação.

Fonte: Silva e Carvalho, 2008

40

Há vários tipos de coagulantes/floculantes de origem química e vegetal. Dentre os

vários coagulantes químicos, os sais de alumínio e ferro são os mais utlilizados. Os de origem

orgânica naturais ou sintetizados, conhecidos universalmenteco como polieletrólitos, são

constituídos por grandes cadeia moleculares e dotados de sítios com cargas positivas ou

cargas negativas. Os sais de alumínio são amplamente utilizados em todo o mundo como

agente coagulante. O sulfato de aluminío, é facil de transportar e manejar, apresenta custo

reduzido e é produzido em diversas regiões do Brasil. A coagulação com este coagulante é

geralmente efetiva na faixa de pH entre 5,0 a 8,0 (VAZ, 2009).

Os flocos resultantes da coagulação com sulfato de alumínio são essencialmente de

natureza inorgânica, portanto, o lodo não entra em decomposição biológica, isto é, não é

biodegradável, dificultando sua disposição final. Além disso, apresenta um lodo gelatinoso e

volumoso.

2.4 LEGISLAÇÃO FEDERAL QUANTO AO LANÇAMENTO DE EFLUENTES

LÍQUIDOS

Segundo a resolução Nº 430, de 13 de maio de 2011, que dispõe sobre as condições e

padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução Nº 357, de 17 de

março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA.

Das condições e padrões de lançamento de efluentes. Art. 16. Os efluentes de qualquer

fonte poluidora somente poderão ser lançados diretamente no corpo receptor desde que

obedeçam as condições e padrões previstos neste artigo,resguardadas outras exigências

cabíveis:

I - condições de lançamento de efluentes:

a) pH entre 5 a 9;

b) temperatura: inferior a 40°C, sendo que a variação de temperatura do corpo receptor

não deverá exceder a 3°C no limite da zona de mistura;

c) materiais sedimentáveis: até 1 mL/L em teste de 1 hora em cone Inmhoff. Para o

lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente

nula, os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes;

41

d) regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média do

período de atividade diária do agente poluidor, exceto nos casos permitidos pela

autoridade competente;

e) óleos e graxas:

- óleos minerais: até 20 mg/L;

- óleos vegetais e gorduras animais: até 50 mg/L;

f) ausência de materiais flutuantes; e

g) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO 5 dias a 20°C): remoção mínima de 60%

de DBO sendo que este limite só poderá ser reduzido no caso de existência de

estudo de autodepuração do corpo hídrico que comprove atendimento às metas do

enquadramento do corpo receptor;

II – Padrões de Lançamento de Efluentes:

TABELA 11 - Padrões de Lançamento de Efluentes. Parâmetros inorgânicos Valores máximos Arsênio total 0,5 mg/L As Bário total 5,0 mg/L Ba Boro total (Não se aplica para o lançamento em águas salinas) 5,0 mg/L B Cádmio total 0,2 mg/L Cd Chumbo total 0,5 mg/L Pb Cianeto total 1,0 mg/L CN Cianeto livre (destilável por ácidos fracos) 0,2 mg/L CN Cobre dissolvido 1,0 mg/L Cu

Cromo hexavalente 0,1 mg/L Cr+6

Cromo trivalente 1,0 mg/L Cr+3

Estanho total 4,0 mg/L Sn

Ferro dissolvido 15,0 mg/L Fe

Fluoreto total 10,0 mg/L F

Manganês dissolvido 1,0 mg/L Mn

Mercúrio total 0,01 mg/L Hg

Níquel total 2,0 mg/L Ni

Nitrogênio amoniacal total 20,0 mg/L N

Prata total 0,1 mg/L Ag

Selênio total 0,30 mg/L Se

Sulfeto 1,0 mg/L S

Zinco total 5,0 mg/L Zn

Parâmetros Orgânicos Valores máximos

Benzeno 1,2 mg/L

Clorofórmio 1,0 mg/L

Dicloroeteno (somatório de 1,1 + 1,2cis + 1,2 trans) 1,0 mg/L Estireno 0,07 mg/L Etilbenzeno 0,84 mg/L

Fenóis totais (substâncias que reagem com 4-aminoantipirina) 0,5 mg/L C6H5OH Tricloroeteno 1,0 mg/L Tolueno 1,2 mg/L

Xileno 1,6 mg/L

Fonte: CONAMA (2011)

42 3 MATERIAIS E MÉTODOS

A metodologia utilizada para os ensaios de Coagulação/Flotação se baseia em

tratamentos químicos para estações de tratamento de água (ETA’s), que prescreve as etapas e

o tratamento de efluentes líquidos em geral.

O rejeito de cobre sulfetado utilizado para os testes são originários da mina do

Sossego. Cerca de 3,5 kg de rejeito foram usados nos procedimentos. Os reagentes utilizados

na flotação foram: Ditiofosfato de Sódio, Amil Xantato de Potássio, MIBC, Propileno Glicol.

Todos a 1% conforme valores utilizados na indústria

3.1 TESTES DE DENSIDADE

3.1.1 Densidade do sólido

A densidade foi obtida a partir do método do picnômetro. O método consiste,

basicamente, num balão de vidro com fundo chato, equipado com uma rolha também de

vidro, através da qual passa um canal capilar. Exigi-se também uma balança de precisão, com,

no mínimo, duas casas decimais. Para assegurar que o procedimento foi utilizado

corretamente, a determinação da densidade foi feita em duplicata. Foi utilizada uma amostra

contendo 45% de sólido, cerca de 22,5 g em um picnômetro de 50 ml.

Primeiramente, foi pesado o picnômetro vazio, limpo e seco na estufa a 100 ºC e

resfriado no dessecador, correspondendo o valor de A1. Com o picnômetro vazio e seco foi

adicionado 22,5 g da amostra de rejeito de cobre, e foi pesado, obtendo o valor de A2. Em

seguida foi adicionado água no picnômetro juntamente com a amostra de cobre, até

transbordar, obtendo o valor de A3. O A4 é obtido com o picnômetro cheio apenas com água

destilada.

Em seguida foi calculada a densidade real do cobre, através da Equação:

Eq.(1)

43 Onde:

ds = densidade dos sólidos;

A1 = peso do picnômetro vazio;

A2 = peso do picnômetro com a amostra;

A3 = peso do picnômetro com a amostra e a água;

A4 = peso do picnômetro com água;

3.1.2 Densidade da polpa

Há necessidade de se conhecer a densidade da polpa “dp”, trata-se de um parâmetro

importante que deve ser sempre controlado. Para sua determinação, deve-se antes determinar,

por picnometria, a densidade do sólido que compõe a polpa.

A densidade da polpa foi calculada pela equação de Determinação da Percentagem de

Sólidos (%S). Nas práticas de laboratório, utilizam-se percentagens de sólidos próximos

aquelas praticadas nos circuitos pilotos e industriais.

Eq.(2)

Onde:

ds = densidade do sólido;

dp = densidade da polpa.

3.2 ENSAIOS EXPERIMENTAIS

3.2.1 Análise granulométrica por peneiramento.

O peneiramento é compreendido como um processo de classificação de partículas por

tamanho. Embora fatores como forma e densidade das partículas sejam significativos nesse

processo, o tamanho da partícula é o fator predominante na classificação por tamanho. Em

44 geral, o peneiramento, nas operações de laboratório, de material fino, compreende a faixa

granulométrica desde 37 até 10 µm.

O processo de peneiramento fino pode ser usado tanto a seco quanto a úmido. No

peneiramento a seco, método realizado no presente trabalho, as partículas rolam sobre a

superfície da tela e são expostas às aberturas das mesmas por várias vezes, numa verdadeira

disputa probabilística na tentativa de encontrar a abertura da tela.

A amostra foi homogeneizada na forma de tronco de cone e posteriormente quarteada,

separando cerca de 1 kg para análise granulométrica.

Depois, baseado na abertura em malhas em escala industrial, defini-se a distribuição

granulométrica em peneiras da série Tyler, no intervalo de 425 µm a 38 µm. Convertem-se as

aberturas em micrometros para aberturas em mesh Utilizou-se peneiras com valores

correspondentes em mesh de 35, 65, 100, 150, 200, 325 e 400.

TABELA 12 – Distribuição granulométrica típica do rejeito de flotação. Malhas (µm) Massa (g) Retido Simples (%) Retido Acumulado (%) Passante e Acumulado

425 11,9 3,57 3,57 96,43 210 57,8 17,34 20,91 79,09 150 35,2 10,56 31,46 68,54 106 32 9,6 41,06 58,94 75 32,1 9,63 50,69 49,31 45 32,8 9,84 60,53 39,47 38 15,8 4,74 65,27 34,73 0 115,8 34,73 100 0

Soma 333,4 P 80 221µm

3.2.2 Ensaios de sedimentação

A sedimentação é um dos processos de separação sólido-líquido baseado na força

gravitacional. De baixo custo e simplicidade operacional, baseia-se na diferença entre as

densidades dos constituintes sólidos ou em outras propriedades, como diâmetro das partículas,

para promover a separação seqüencial de sólidos ou das fases sólida e líquida.

A curva de sedimentação foi analisada em provetas de 2000 ml. Foi preparada uma

polpa contendo 45 % de sólidos (900 g) de rejeito e 1200 ml de água. A velocidade foi

calculada pelo quociente da altura pelo tempo decorrido.

45

Foram feitas curvas de sedimentação com:

- polpa contendo apenas água;

- polpa contendo reagentes da flotação, Ditiofosfato de Sódio, Amil Xantato de

Potássio, MIBC, Propileno Glicol. Todos a 1% valores utilizados na indústria;

- polpa com reagentes mais o coagulante sulfato de alumínio com a dosagem de

200mg em conformidade com as estações de tratamento de água (ETA’s);

- polpa com reagentes, coagulante e solução padrão de NaOH a 0,1 M.

46 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 DENSIDADE DO REJEITO

A densidade real do rejeito de cobre sulfetado foi determinada pelo método do

picnômetro. A densidade relativa foi de 3g/cm .

4.2 DENSIDADE DA POLPA

Para a simulação do que ocorre na lagoa de rejeito, foi definido que a porcentagem da

polpa teria 45% de concentração de sólido em massa (de rejeito). A densidade do sólido

(rejeito) fora calculado por picnometria, então, calculou-se a densidade da polpa, 1, 0003g/

cm .

4.3 PENEIRAMENTO

A análise granulométrica foi feita por peneiramento do produto fino nas malhas de 35, 65,

100, 150, 200, 325 e 400 (mesh) durante 10 minutos no agitador de peneiras de marca Betel,

realizados em duplicata, contendo cada um 520 g.

A importância do processo está no fato de determinar a quantidade de finos envolvidos no

rejeito de flotação como já foi mencionado e classificar essas partículas quanto ao tamanho,

possibilitando observar a presença de partículas finas, ultrafinas ou coloidais.

47

FIGURA 09 - Peneiramento 1

FIGURA 10 - Peneiramento 2

Verifica-se em ambos os peneiramentos as porcentagens retidas acumuladas são

maiores nas malhas mais finas, comprovando a grande quantidade de finos envolvidos no

processo.

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

+35# +65# +100# +150# +200# +325# +400# -400#

%RE

TIDA

ACU

MU

LAD

A

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

+35# +65# +100# +150# +200# +325# +400# -400#

%RE

TIDA

ACU

MU

LADA

48 4.4 CURVAS DE SEDIMENTAÇÃO

Foram realizadas cinco curvas de sedimentação com o objetivo de verificar o tempo

de sedimentação das partículas sólidas presentes na polpa de rejeito. Observando-se a

influência dos compostos adicionados a polpa através do tempo de sedimentação após sua

adição. Realizou-se também medições de pH e temperatura após a adição dos reagentes, com

auxilio de um phgametro.

No primeiro ensaio foi utilizada 900 g de sólido e 1100 ml de água em uma proveta de

2000 ml de água.

FIGURA 11 – Primeiro ensaio de sedimentação.

O material sedimentou totalmente, nota-se o leito de partículas compactadas no fundo

da proveta (produto espessado), em uma altura de 16,5 cm (800ml), observa-se na Figura 11 a

velocidade de sedimentação foi de 0,10 cm/min. Sedimentando totalmente em torno de três

horas.

No segundo ensaio também foi utilizada 900 g de sólido e 1100 ml de água em uma

proveta de 2000 ml de água.

.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 20 40 60 80 100 120 140 160

ALTU

RA (c

m)

TEMPO (minutos)

49

FIGURA 12 - Segundo ensaio de sedimentação

O material sedimentou em uma altura de 16,5 cm (800 ml), observa-se na Figura 12 a

velocidade de sedimentação foi de 0,9 cm/min. Sedimentando totalmente em torno de três

horas.

No terceiro ensaio foram utilizados 45% de sólidos e adicionados os reagentes da

flotação, Ditiofosfato de Sódio, Amil Xantato de Potássio, MIBC, Propileno Glicol. Todos a

1% , valores em conformidade com as quantidades utilizadas na indústria.

FIGURA 13 - Terceiro ensaio de sedimentação

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

ALTU

RA (c

m)

TEMPO (minutos)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 20 40 60 80 100 120

ALTU

RA (c

m)

TEMPO (minutos)