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

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).

Objetivo

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)

Drenagem Ácida de Mina (DAM)

Principal mineral gerador de DAM: pirita

Outros minerais geradores da DAM: pirrotita,

calcosita, covelita, calcopirita, arsenopirita,

dentre outros (Gray F., 1998; Souza V., 2001)

Visão Geral 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

Geração da DAM

Efeitos da DAM

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)

Aterro contendo as células experimentais

Rejeito grosso sem cobertura

Materiais e Métodos

Rejeito coberto com barreira capilar dupla.

Materiais e Métodos

Cinza: GC= 90% e ωGrav(campo)= 10% abaixo da ωótima

Argila: GC=100% e ωGrav(campo)= 1,7% abaixo da ωótima

Barreira Capilar Dupla

Materiais e Métodos

Amostras de efluentes

coletados L 1 e L 4

Materiais e Métodos

Coleta de amostras no Poço

de Coleta

L 3

L 1

L 2

L 4

Rejeito

Grosso

Rejeito

Misturado

Argila

Cinza

Grossa

Solo

Elementos

Teor (%)

Teor (%)

Teor (%)

Teor (%)

Teor (%)

Ferro

(Fe2O3)

8,25

8,69

3,95

6,48

4,83

Manganês

(MnO2)

0,03

0,03

0,02

0,05

0,03

Enxofre

Total

6,02

6,44

0,07

0,15

0,03

Alumínio

(Al2O3)

18,48

19,73

5,25

23,13

11,15

Materiais e Métodos

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)

Resultados Obtidos

Célula 1: Temperaturas elevadas

reação exotérmica

associada a DAM

Célula 4: Temperaturas estáveis

acompanhando as do

ambiente externo

Temperatura

Resultados Obtidos

Resultados Obtidos

Célula 1: Valores de pH variando na faixa extremamente ácida (0,85- 1,3) e Potencial Redox (600 - 700mV) situando-se na região de oxidação.

pH - Eh

Célula 4: Valores de pH variando na faixa praticamente neutra (6,0 -7,0)

e Potencial Redox (250 - 400mV). Uma das conseqüências do

emprego da barreira capilar dupla no abatimento da DAM.

Resultados Obtidos

pH - Eh

Reações que provavelmente ocorrem na Célula 1:

pH (0,85 - 1,30) Potencial Redox (600 - 700mV) e temperatura

elevada, condições altamente favoráveis para a acelerada

oxidação da pirita devido a presença de bactérias.

• Reações Típicas Verificadas na Formação da DAM

2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2Fe2+ + 4SO2-4 + 4H+ .......(1)

Bactérias

4Fe2+ + O2 + 4H+ 4Fe3+ + 2H2O ....................(2)

4Fe3+ + 12H2O + 4H+ 4Fe(OH)3 + 12H+ ...............(3)

FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O 15Fe2- + 2SO2-4 + 16H+ .....(4)

Resultados Obtidos

Célula 1: Condutividade elétrica forte: alta concentração de espécies químicas dissolvidas.

Célula 4: Condutividade elétrica fraca: baixa concentração de espécies químicas dissolvidas

Resultados Obtidos

Condutividade

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 .

Resultados Obtidos

2000

4000

30000

90%

Volume percolado acumulado (lisímetro)

- 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).

Considerações Finais

.

- 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).

- Os parâmetros físico - químicos refletiram a melhor

qualidade do efluente percolado da célula 4 (pH= 6-7; Eh=

250 - 400mV; CE < 5mS/cm), comparados aos da célula 1

(0,85 - 1,3 faixa extremamente ácida) e Potencial Redox

(600 - 700mV), 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.

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.

Considerações Finais

Agradecimentos

Os autores agradecem

- Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e

Tecnológico - CNPq

- Rede de Pesquisa Desenvolvimento Tecnológico e

Inovação do Carvão Mineral - Rede Carvão