Técnicas para tratamento e
aproveitamento de águas ácidas residuais
da mineração de carvão Experiência do
LTM – Avanços na pesquisa
Renato Dantas e Jorge Rubio
Grupo 22 Rede Carvão - LTM-PPGEM-UFRGS
Abril 2010
[email protected]
www.ufrgs.br/ltm
Sumário
• A pesquisa no LTM-UFRGS
• A DAM no setor carbonífero em SC-Brasil
• Cases-Estudo de casos
• Avanços na pesquisa (problema do sulfato)
• Publicações associadas
• Conclusões
Tratamento de partículas
minerais finas e ultrafinas
Novas técnicas de floculação e flotação de partículas
finas e ultrafinas (<13 µm): coluna C3P, não
convencional, flotação “extender”, bolhas de tamanho
controlado, CAI (condicionamento em alta
intensidade) , FRC-flotação com reciclo de
concentrados
Tratamento de efluentes líquidos
Estudo e desenvolvimento de novas
técnicas de precipitação, floculação,
sedimentação, flotação e adsorção para
o tratamento e reúso de águas
efluentes (urbanas e industriais)
DAM, Drenagem Ácida de Minas
O maior problema ambiental da mineração de
carvão no Brasil, é a geração de águas
ácidas (DAM). Essas águas ácidas (pH 2-3)
contem íons de metais pesados (Fe, Mn, Al,
Zn, Cu, outros) e ânions sulfato
• 5000 ha. de áreas degradadas (SC). Uma das
14 áreas mais poluídas do Brasil
• 2/3 dos cursos de água comprometidos
• A poluição ambiental afeta o meio urbano e
rural em larga escala
Fatos principais
• Até 2005-não existia nenhum planta de tratamento de
DAM de carvão no Brasil.
• O fluxograma básico das primeiras 2 plantas consistia
em neutralização com cal, precipitação, floculação e
flotação com microbolhas (FAD) dos flocos
• Em 2006 e 2007 a discussão técnica é sobre as
vantagens das alternativas técnicas (flotação e sedimentação
lamelar-SL)
• Em 2008 e 2009 os estudos mostram o avanço da NFsedimentação lamelar no tratamento futuro das DAM´s
Case 1: Carbonífera Metropolitana/Plantas
construídas LTM-Aquaflot
Etapa I – 10-20 m3/h-2005
Etapa II – 250 m3/h- 2007
Processo NFFAD-neutralização-precipitação-floculação
e separação S/L por FLOTAÇÃO.
100 % de reciclo da água tratada
Carbonífera Metropolitana-Planta Mina Esperança de
Tratamento DAM por Flotação-250 m3/h-2007
Carvão
Planta
DAM
microbolhas, 30-100 µm
Case 2: Carbonífera Cooperminas-2007Projeto-Aquaflot
Primeira planta-250 m3/h-de
tratamento de DAM por NPFS:
neutralização, precipitação, floculação e
sedimentação lamelar (SL).
100 % reciclo da água tratada
Primeira planta de Tratamento DAM por NPFsedimentação lamelar-2007
Sedimentador de
lamelas
Projeto Aquaflot
Água de
Reúso
Por que Sedimentação de Lamelas?
Alternativa
Diferenças em
Capacidade de
Área de
tratamento, m/h
sedimentação, %
Bacia de
rejeitos
100
0.08
Espessador
tipo Dorr
8
1
Espessador de
Lamelas
2
5
Diferencias (plantas de 250
3
m /h)
Parâmetros
Flotação
Sedimentador de Lamelas
Capacidade de tratamento,
m3/m2 h
9
5
Tempo de residência total,
min
40
90
Custo operacional, US$/m3
0,4
0,2
Custo de investimento,
US$/m3
3000
1900
Consumo de energia/kWh/m3
0,4
0,2
Área total planta, m2
600
450
Projeto tratamento DAM mina abandonada
2006-2008
Tratamento de 20-100
m3/h para posterior reúso a
comunidade local
Situação atual:
Córrego de DAM
Urussanga
Rio Urussanga
Rio Ronco d’água
Criciúma
Estação SS-16
Inovações-técnicas/equipamentos para o
tratamento e reúso de DAM
• Novo floculador (RGF®)
• Nova bomba geradora de bolhas-BGB®
• Novo flotador de alta taxa-FADAT (> 13
m3/m2/h o m/h)
• Técnica de remoção de sulfatos (ppt como
etringita, com cal e sais de Al)
®
RGF
2004
Fluxo
pistão,
tempo de
residência,
6-10 s
Bomba multifásica geradora de bolhas-BGB®-2007
Bolhas 50-200 µm
FADATFlotador piloto
de alta taxa, >
13 m/h
Remoção de íons sulfato
Alternativa para remoção de altas concentrações de íons
sulfato (> 1000 mg.L-1) por precipitação e formação da
etringita (3CaO.3CaSO4.Al2O3.31H2O), via adição de cal e
sais-policloretos de alumínio (Ca:Al:SO42- = 2:0.3:1),
a pH 12
Estudo piloto
Flotação vs Sedimentação Lamelar:
1.Tratamento a pH 7 para remoção de Fe, Al
2. Tratamento a pH 9 para remoção de Fe, Al e
Mn
3. Tratamento a pH 12 para remoção de Fe, Al,
Mn e SO4
Estação de Tratamento de DAM-SS-16-SC
Unidades
piloto de 1-1,5
m3/h
Neutralização e
precipitação íons Fe,
Al e Mn (SO4-)
Flotação
A
Água tratada
Floculação
Lodo
Sedimentador
lamelar
piloto-5-6
m/h
Custos operacionais
(aproximados)
Reagentes,
Equipamento
pH
SL
9
0,20
0,50
0,70
FADAT
9
0,50
1,0
1,50
FADAT
12
6,0
1,0
7,0*
R$.m-3
Energia, R$.m-3
Total,
* = Sem reciclo da etringita gerada
R$.m-3
Opções de
reúso
Possíveis Aplicações
Fins
Irrigação, lavagem de ruas, praças, veículos,
construção civil, incêndios
urbanos
Fins
agrícolas e
Agricultura, cultivo florestas plantadas
florestais
Fines
ambientais
Fins
industriais
Projetos de recuperação de meio ambiente
Processos, atividades e operações industriais
Aqüicultura Criação de peixes ou cultivo de vegetais aquáticos
Avanços na pesquisa
Parceria LTM – COPELMI
MINERAÇÃO LTDA.
• Estudos de aumento da taxa de aplicação do
sedimentador de lamelas (adensamento dos
flocos)
• Estudos de remoção de sulfato em meio
ácido
Etapa I – Agitadores mecânicos em laboratório
Velocidade de sedimentação
Flocos sem areia
80-90 m.h-1
Flocos com areia
150-170 m.h-1
Microgrãos de areia aprisionados nos flocos
Etapa II – Estudos piloto
®
RGF
+ Microareia
• O RGF apenas apresentou eficiência de
floculação para sistemas monodispersos
(sem areia). A adição de microareias não
resultou em aumento na velocidade de
sedimentação dos flocos e os flocos
formados são isolados dos grãos de areia.
Remoção de sulfato em meio ácido
2000
Sulfato final, mg.L
-1
Solução sintética sulfato
1600
DAM natural
Potabilidade de água no Brasil
1200
800
400
0
Bruta
3:1
7:1
10:1
-1
Coagulant:Sulphate ratio (g.g )
A avaliação econômica do novo processo em
meio ácido está em andamento
Publicações associadas
•Treatment of acid mine drainage (AMD) from
coal mines in South Brazil. Silva, R.; Rubio, J.
International Journal of Coal Preparation and
Utilization.
p.
192
–
202,
2009.
Treatment of Acid Mine Drainage (AMD) from
Coal Mines in South Brazil. Silva, R.; Rubio, J.
International Journal of Coal Preparation and
Utilization,
v.
29,
p.
192-202,
2009.
Treatment of Acid Mine Drainage and Water
Reuse: Flotation with Microbubbles versus Flocs
Lamelar Settling. Silva, R.; da Silveira, A. N.;
Rubio, J. VI International Mineral Processing
Seminar - Procemin2009. Santiago, Chile, p.
513-522, 2009.
•Treatment of coal acid mine drainage in brazilrecent trends. Silva Renato, Silveira Aline Nogueira
da y Rubio Jorge. XXVIII Convención Internacional
de Minería, AIMMGM AC, Veracruz, México, Anais
em
CD-ROM,
2009.
Tratamento Ativo de Drenagem Ácida de Minas de
Carvão: Situação Atual e Tendências Tecnológicas.
Silva, R.; Rubio, J.. XXIII Encontro Nacional de
Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa.
Gramado, RS, Brasil. v. 2, p. 381-390, ISBN: 97885-62689-03-1,
Setembro
2009.
The Neutralization-Flocculation-Lamellar Settling
(NF-LS)process in the treatment of Acid Mine
Drainage (AMD) from Coal Mines in South Brazil.
IMWA. Nova Scotia. Canada. 2010.
Conclusões
1. Existe know how de tratamento de DAM´s por
NP-floculação-flotação ou sedimentação. As
inovações permitem tratar, e reciclar água, em
unidades compactas, com boa eficiência;
2. A capacidade de tratamento pode variar entre 5
(SL) e 9 m3/m2/h (Flotação), a custos da ordem
de 0,8
3
R$/m
de DAM;
Conclusões
3. Os resultados preliminares de remoção de
sulfato em meio ácido apresentaram elevada
eficiência (> 80%) e os custos do processo estão
sendo investigados.
Agradecimentos
REDE CARVÃO