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ICTR 2004 – CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Costão do Santinho – Florianópolis – Santa Catarina
TRATAMENTO DE SOLUÇÕES CONTENDO OURO-CIANETO PELA TÉCNICA DE
ELETRODIÁLISE.
Vanessa Friedl Ackermann
Thiago Krauspenhar
Christa Korzenowski
Marco Antônio Siqueira Rodrigues
Andréa Moura Bernardes
Jane Zoppas Ferreira
PRÓXIMA
Realização:
ICTR – Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável
NISAM - USP – Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP
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TRATAMENTO DE SOLUÇÕES CONTENDO OUROCIANETO PELA TÉCNICA DE ELETRODIÁLISE
Vanessa Friedl Ackermann 2 , Thiago Krauspenhar 3 , Christa Korzenowski 4 , Marco Antônio Siqueira
Rodrigues 5 , Andréa Moura Bernardes 6 , JaneZoppas Ferreira 7 .
RESUMO
Indústrias que trabalham com processos de tratamento de superfícies
metálicas geram impacto ambiental caracterizado pelo excessivo consumo de água
e energia. Emissões atmosféricas são geradas por perdas por evaporação em
banhos aquecidos; operações de descarte de banhos e processos de lavagem de
peças geram efluentes; resíduos sólidos são oriundos dos processos de tratamento
de efluentes convencionais (lodo galvânico). Os métodos convencionais para o
tratamento de efluentes que contêm cianetos e ouro, além destes aspectos, são
ineficientes, devido à alta estabilidade dos complexos formados entre o metal e o
cianeto. Dentro deste contexto surge a eletrodiálise como uma alternativa eficiente,
caracterizando-se pela utilização de membranas permesseletivas para separar íons
de uma solução aquosa. A força motriz do processo é a aplicação de um campo
elétrico. Neste trabalho, utilizou-se uma célula de sete compartimentos com
membranas aniônicas AMT e catiônicas CMT, intercaladamente. As densidades de
corrente aplicadas foram de 0,2 e 0,1 A/cm2 e as concentrações das soluções
investigadas foram de 76, 140 e 300 ppm de ouro, simulando águas de lavagem do
processo de douração de peças. Os resultados obtidos comprovaram que a
eletrodiálise é uma técnica eficaz, pois ocorreu a extração de até 97,6% do ouro,
para a maior densidade de corrente aplicada. Neste processo não há geração de
lodo galvânico (tecnologia limpa), principal passivo ambiental dos processos de
tratamento de superfície.
Palavras-chave: ambiental, efluentes, eletrodiálise.
2
Aluna de mestrado do PPGEM - UFRGS
Bolsista de Iniciação Científica- DEMAT - UFRGS
4
Aluna de Doutorado do PPGEM -UFRGS
5
Prof. Dr. da FEEVALE
6
Profa. Dra. Do PPGEM - UFRGS
7
Profa. Dra. Do PPGEM - UFRGS
3
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1. INTRODUÇÃO
Com o crescente aumento da população mundial e a escassez cada vez
maior dos recursos naturais, a contaminação das águas por substâncias tóxicas
como metais pesados e cianeto representa um problema ambiental no mundo
inteiro. Por esta razão, a descarga de efluentes industriais contendo estas
substâncias aos sistemas de água é controlada para reduzir os impactos ambientais,
exigindo-se das fontes poluidoras o tratamento dos efluentes antes de seu descarte
no meio ambiente.
O lançamento de efluentes contendo cianeto é estritamente controlado pela
toxicidade deste íon. Segundo a Norma Técnica N° 01/89 da Secretaria de Saúde e
do Meio Ambiente do Estado do Rio Grande do Sul, efluentes líquidos de fontes
poluidoras somente poderão ser lançadas nos corpos d’água, direta ou
indiretamente, se estiverem abaixo do limite de 0,2 mg.L-1 de cianeto [1].
O instrumento normativo mais atual no Estado do Rio Grande do Sul é a Lei
11520/2002 que institui o Código Estadual do Meio Ambiente,[2] que considera que
a água é um recurso natural e deve ter seu uso racional e sustentável. O mesmo
código trata dos resíduos sólidos dizendo que cabe ao gerador a responsabilidade
pelos resíduos produzidos desde sua coleta até a disposição final.
Uma das maiores fontes de cianeto, que contribui grandemente para um
aumento na carga de poluição dos sistemas de água e conseqüentemente eleva os
riscos ambientais, é a indústria de galvanoplastia, que utiliza processos de
eletrodeposição de metais sobre superfícies metálicas a partir de banhos alcalinos à
base de cianeto. Os principais problemas ambientais gerados por esse processo são
os descartes de banhos de deposição esgotados, as águas de lavagem geradas no
processo de limpeza das peças metálicas após o banho de deposição, bem como a
geração de lodo galvânico proveniente do tratamento físico-químico dos efluentes
[3].
Além do íon cianeto como contaminante de alta toxicidade, há ainda os metais
pesados presentes no efluente. Esses metais produzem uma carga poluidora no
efluente, não devendo ser descartados sem prévio tratamento. No caso do uso de
metal precioso como o ouro, o processo de tratamento convencional resulta também
na perda de uma matéria-prima de alto valor agregado, gerando custo adicional para
a empresa.
As concentrações de metais e cianeto presentes nos efluentes gerados no
processo de galvanoplastia em grande maioria estão acima do permitido pela
legislação, que é bem restritiva por causa da toxicidade do cianeto e dos metais.
Neste caso, é necessário realizar um tratamento para posterior descarte do efluente.
O método convencional de tratamento, processo físico-químico, é ineficiente para
tratamento de complexos com alta estabilidade, como caso do complexo ourocianeto[4]. O tratamento do cianeto pode ainda resultar em problemas ambientais
adicionais, devido à produção de intermediários altamente tóxicos. Além disso, este
processo de tratamento gera ainda um lodo de hidróxidos metálicos, que é
classificado como resíduo perigoso pela norma brasileira de classificação de
resíduos NBR10004 [5], e sua disposição adequada constitui um sério problema
ambiental e econômico para as indústrias envolvidas, gerando um passivo
ambiental. Outro inconveniente do processo de tratamento é o uso excessivo de
produtos químicos, o que produz um grande volume de resíduo para disposição e
não possibilita a recuperação dos produtos químicos e da água utilizados no
processo industrial [6].
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O desenvolvimento de tecnologias mais avançadas para o tratamento de
efluentes tem crescido nos últimos anos e novas técnicas têm sido sugeridas como
possibilidades promissoras, tanto a nível de eficiência na remoção dos poluentes
como a nível de recuperação das substâncias presentes nos efluentes. Entre novas
tecnologias podemos citar o surgimento dos métodos de separação por membrana,
onde estão incluídos processos como eletrodiálise, osmose reversa, ultrafiltração,
etc.
Entre estas técnicas, a eletrodiálise é um processo de tratamento que se
fundamenta na utilização de membranas íon seletivas, as quais são permeáveis a
determinados íons e pouco permeáveis a outros. As membranas utilizadas na
eletrodiálise são capazes de distinguir cátions ou ânions presentes em uma solução
aquosa. A eletrodiálise tem a vantagem de não necessitar qualquer etapa de
regeneração, as quais geralmente produzem resíduos líquidos. Esta técnica
transforma uma solução concentrada em eletrólitos em duas outras soluções, uma
mais concentrada e uma mais diluída que a original, apresenta grande aplicação no
que diz respeito ao tratamento dos efluentes das indústrias com produção galvânica,
pois torna possível o reuso da solução mais diluída como água de lavagem e da
solução mais concentrada como reposição no banho de deposição.
Na eletrodiálise, os íons são transportados de uma solução para outra através
de membranas íon seletivas por influência de um campo elétrico[7,8,9] Neste
processo de tratamento, as membranas íon-seletivas são dispostas alternadamente
em uma montagem tipo filtro-prensa, de maneira a formar canais entre as
membranas por onde circula a solução a ser tratada [10,11].
Quando um campo elétrico é aplicado entre os eletrodos, o ânodo fica com
carga positiva e o cátodo fica com carga negativa. O campo elétrico aplicado origina
a migração dos íons positivos (cátions) para o cátodo e dos íons negativos (ânions)
para o ânodo. Durante o processo de migração, os ânions passam pela membrana
aniônica mas são barrados pela membrana catiônica. Um comportamento
semelhante porém inverso acontece com os cátions.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Os ensaios foram realizados numa célula de eletrodiálise de sete
compartimentos, contendo: ânodo (uma lâmina de Pb); cátodo (uma lâmina de
Ti/Pb); três membranas catiônicas (CMT) e três membranas aniônicas (AMT). As
membranas foram empregadas intercaladamente, todas com área efetiva de 64 cm2.
Nos compartimentos catódico, anódico e concentrado foram colocados 350
mL de KOH 0,1M e o compartimento diluído foi preenchido com a solução problema
a ser tratada, também no volume de 350 mL. A circulação das soluções nos
compartimentos foi continuamente realizada por bombeamento. Neste trabalho
determinou-se a influência dos parâmetros: concentração de cianeto, densidade de
corrente e tempo de ensaio, sobre a extração percentual de ouro, a partir de
soluções sintéticas que simulavam prováveis concentrações de águas de lavagem.
As correntes aplicadas sobre os eletrodos foram de 1,28A e de 0,64A para as
densidades de corrente de respectivamente de 0,20A/cm2 e de 0,10 A/cm2 e o tempo
de ensaio foi determinado pelo comportamento da condutividade apresentado pela
solução problema. As análises das amostras de ouro foram realizadas por
espectroscopia de absorção atômica.
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O banho de ouro usado foi uma solução sintética de ouro em meio básico
preparada no laboratório e utilizou-se as seguintes concentrações: 76, 140 e 300
ppm de ouro, variando-se a concentração de cianeto livre, com o objetivo de estudar
a influência da concentração deste íon sobre a extração percentual de ouro.
Foram coletadas amostras no compartimento diluído em intervalos de 5 min,
procedendo-se assim até o término do ensaio.
O transporte de íons através das membranas foi expresso em termos de
extração percentual, definido como:
Extração % = Cf – Co x 100, onde
Co
Cf e Co são as concentrações de ouro no final e no começo do experimento,
respectivamente.
A Figura 1 mostra a célula de célula de sete compartimentos utilizada nos
experimentos.
Figura 1 – Representação de uma célula de eletrodiálise de sete compartimentos.
3. RESULTADOS
A partir dos ensaios realizados, observa-se, para as três concentrações de
ouro inicial estudadas, a influência da concentração de cianeto livre inicial no que diz
respeito à extração percentual de ouro, à densidade de corrente aplicada e ao tempo
de ensaio. Estes resultados encontram-se representados na Tabela 1.
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Tabela 1 – Extração Percentual de Ouro para a densidade de corrente de 0,20 A/cm2
em função do tempo de ensaio para as soluções de 76, 140 e 300 ppm de Au inicial,
variando a concentração de CN livre inicial.
Concentração Au
Concentração CN
Tempo de
Extração % de Au
inicial(ppm)
inicial (ppm)
ensaio (min)
(%)
76
200
20
87
76
525
20
97,6
76
2500
35
80,75
140
60
3
63
140
450
36
88
140
800
57
91
300
344
10
85,17
300
940
25
58,03
Pode-se notar pelos resultados que a extração percentual é influenciada pela
condutividade da solução, pois esta revelou-se um fator limitante do tempo de
ensaio. Em ensaios com soluções de baixa condutividade ocorria um aumento do
potencial do sistema que impedia a continuação do ensaio. Ainda assim, quanto
maior a concentração de CN livre inicial presente, maior o tempo de ensaio, devido a
maior condutividade da solução. Entretanto, pode-se observar que esta maior
condutividade da solução não possui relação com o aumento da extração percentual
de ouro.
A concentração inicial de ouro presente na solução problema também é outro
fator determinante no tempo de ensaio. Através dos resultados obtidos observa-se
que há uma relação ideal entre as concentrações iniciais de ouro e cianeto livre, em
que é possível obter-se uma elevada extração percentual de ouro em um curto
período de tempo. Isso está relacionado a competição no transporte de íons cianeto
e complexos de ouro e cianeto pela membrana aniônica.
Os resultados obtidos comprovaram que a eletrodiálise é uma técnica eficaz,
pois ocorreu a extração de até 97,6% do ouro, situação ótima obtida para a
concentração de 76 ppm de ouro e 525 ppm de cianeto livre inicial, aplicando-se
uma densidade de corrente de 0,20A/cm2, o que justifica satisfatoriamente o
emprego desta técnica até mesmo em águas de lavagem muito diluídas no metal
precioso.
5. CONCLUSÕES
Com base nos resultados obtidos pode-se supor que a solução tratada
poderia ser reaproveitada como água do processo, o que possibilitaria o
desenvolvimento de um circuito fechado, eliminando desta forma a constante
captação de água e custos com a grande quantidade de efluente gerado. O ouro
pode ser recuperado e então realimentado nos banhos. Neste processo não há
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geração de lodo galvânico, principal passivo ambiental dos processos de tratamento
de superfície.
6. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Capes e ao CNPQ pelo suporte financeiro.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] RIO GRANDE DO SUL. Norma Técnica – SSMA n° 01/89, de 16 de março de
1989. Diário Oficial do Estado, Rio Grande do Sul, 29 mar. 1989. Referente a
critérios para emissão de efluentes líquidos.
[2] Governo do Estado do Rio Grande do Sul e Secretaria do Meio Ambiente, Código
do Meio Ambiente. Porto Alegre . RS. 200.107p
[3] BERNARDES, A.M. et al. Manual de Orientações Básicas para Minimização de
Efluentes e Resíduos na Indústria Galvânica. SENAI. Porto Alegre, Brasil, 2000.
[4] MARSDEN, J.; HOUSE, I. The Chemistry of Gold Extraction. Ellis Horwood
Limited. England, 1992
[5] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Classificação de
Resíduos Sólidos: NBR 10004. Brasil, 1987.
[6] ARRUDA, M.E.; BERNARDES, A.M.; FERREIRA, J.Z.; Study for the recycling of
cyanide containing wastewater by electrodialysis. Acta Metallurgica Slovaca, v.4, p.
16–22, Special Issue 4/2001.
[7] JAMALUDDIN, A.K.M. et al., Salt extraction from hydrogen-sulfide scrubber
solution using electrodialysis. AIChE Journal, v.41, n.5, p.1194-1203, May 1995.
[8] ROWE, D. R., ABDEL-MAGID, I. M., Handbook of Wastewater Reclamation and
Reuse, CRC Press,Inc.,550p, p.165-258,1995.
[9] SOLT, G.S. Electrodialysis. In: KUHN, A.T. (Ed.) Industrial electrochemical
processes. Amsterdam: Elsevier, Cap.12, p.467-496, 1971.
[10] RAUTENBACH, R.; ALBRECHT, R. Membrane processes. John Wiley & Sons.
Cap.11: Electrodialysis, p.333-362, 1987.
[11] GERING, K.L.; SCAMEHORN, J.F. Use of Electrodialysis to Remove Heavy
Metals from Water. Separation Science and Technology, v.23, n.14&15, p.22312267, 1988.
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ABSTRACT
Metallic surfaces treatment processes generate environmental impact, characterized
by the excessive water and energy consume. Atmospherically emissions are
produced by losses of evaporation at warmed baths. The discharging of baths and
reuse waters generate effluents. Solid wastes are derived of conventional treatment
effluents (galvanic sludge). Conventional treatment methods of effluents containing
cyanides and gold are inefficient, due to the high stability of the formed complexes
between metals and cyanide. Electrodyalisis arises as an efficient alternative, by
using permeseletives membranes for separate ions of a solution. The main force is
the application of an electric field. In this paper, a seven compartments cell was used
with AMT anionic membranes and CMV cationics membranes. Current density
applied were 0,2 and 0,1A/cm2 and solution concentration investigated were 76, 140
and 300 ppm of gold, simulating a rinse water of the process. The results obtained
confirmed that electrodyalisis is an efficient technique, since there was an extraction
of 97,6% of gold, with the higher current density. At this process, there is no
generation of galvanic sludge generation (clean technology), main ambiental passive
of superficial treatment processes.
Key-words
enviromental, wastewaters, electrodialysis
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