21/08 – 24/08 de 2011.

PRODUÇÃO DE COAGULANTE

FÉRRICO A PARTIR DE

REJEITOS DA MINERAÇÃO DE

CARVÃO

Autores:

Angéli Viviani Colling

Rodrigo Almeida Silva

Jean Carlo S. dos S. Menezes

Ivo André H. Schneider

www.ufrgs.br/ppgem www.ufgrs.br www.ct.ufrgs.br/leamet

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.

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.

Quantidade Acumulada (103 T/Ano) de Rejeitos de Mineração de Carvão no Brasil (1925-2007).

Fonte : SIECESC, 2009.

Rotas de Produção de Sulfato Férrico

Sulfato Férrico

REJEITO DE

CARVÃO

Água

+

BACTÉRIAS

ACIDOFÍLICAS

SULFATO

FÉRRICO +

SUCATA

METÁLICA + ÁCIDO

SULFÚRICO SULFATO

FÉRRICO

SULFATO

FÉRRICO

LODO

TRATAMENTO

ATIVO + ÁCIDO

SULFÚRICO

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.

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.

Experimental

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.

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

Processo

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

Coagulante a partir da lixiviação

Inóculo de

Bactérias

Lixiviação em colunas

utilizando concentrado de

pirita.

Difusor

Coluna

Bomba

Recirculação

Lixiviado

concentrado

Resultados

Rejeito Baixo Jacuí

Rejeito Camada

Barro Branco

Rejeito Camada

Bonito

Rejeito

Cambuí

Quartzo

(SiO2)

Quartzo

(SiO2)

Pirita

(FeS2)

Pirita

(FeS2)

Caolinita

(Al4(OH)8(Si4O10)

Pirita

(FeS2)

Quartzo

(SiO2)

Quartzo

(SiO2)

Pirita

(FeS2)

Caolinita

(Al4(OH)8(Si4O10)

Coquimbita

Fe2(SO4)3 · 9H2O

Magnetita

(Fe3O4)

Feldespato Alcalino

(KalSi13O8)

Mica

(KAl2(AlSi3O10)

Cristobalita

(SiO2)

Calcite

(CaCO3)

Gipsita

(AlOH3)

Magadiita

(NaSi7O13(OH)3·4(H2O))

Barita

(BaSO4)

Caolinita

(Al4(OH)8(Si4O10)

Gibbsita

(AlOH3)

Minerais Detectados por Difração de Raios-x nas Amostras de Rejeitos Analisadas.

* De cima para baixo minerais de maior para os de menor concentração na amostra.

Resultados Difração de Raios-x

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 491,90 304,38 1042,50 1265,60

NP -148,26 -125,60 -167,70 -220,71

NNP -640,16 -429,98 -1210,20 -1486,31

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%

Resultados Análise Imediata e Elementar do Rejeitos e Concentrados de Pirita.

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

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

Caracterização Química dos Coagulantes Produzidos em Comparação Com

um Coagulante Comercial.

Parâmetros Unidade Coagulante

Lixiviação

Coagulante

Lodo

Coagulante

Comercial

Alumínio mg/L 2069 1300,0 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 122200 124000 115000

Manganês mg/L 259 19,0 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

-Sulfato férrico: consumo médio anual: 57.780 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 (Fe2O3): ≥ 17,0%;

Ferro II (Fe+2): ≤ 0,2 mg/kg;

Material insolúvel: ≤ 0,1%;

Acidez livre (H2SO4): ≤ 0,5%;

pH da solução: ≤ 2,0.

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) 54 32 26 500

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) 7,8 223 82,9 250

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.

Propostas de Trabalhos

Futuros

Proposta de planta piloto

Fonte: Firpo et al., 2011.

Processo em Escala Piloto

Agradecimentos