XXIV Encontro Nac. de Eng. de Produção - Florianópolis, SC, Brasil, 03 a 05 de nov de 2004
Gerenciamento para recuperação final do elemento químico mercúrio
após análise nitrogênio amoniacal e demanda química de oxigênio
Bernardete Montovanelli Dalmaso (UVV) [email protected]
Gutemberg Sobreira (UVV)
Luiz Carlos C. Gavazza Araújo Júnior (UVV )
Profa Gesiane Silveira Pereira (UVV) [email protected]
Resumo
Este trabalho apresenta a metodologia e resultado para a recuperação do elemento químico
mercúrio, proveniente do processo analítico, demanda química de oxigênio e nitrogênio
amoniacal, onde é gerado como descarte. Esta pesquisa é realizada no próprio laboratório
de meio ambiente da CST, visando à preservação do meio ambiente. É uma aplicação prática
da engenharia de produção pelos alunos em formação nos seus postos de trabalho.
Palavras chave: recuperação do mercúrio, meio ambiente
1. Introdução
A CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão), líder mundial no mercado de placas de aço, tem
a preocupação de produzir, mas também de controlar seus descartes de forma adequada para
não agredir o meio ambiente. É importante salientar que as indústrias não são as únicas
responsáveis pelo quadro atual de contaminação do meio ambiente por substancias tóxicas.
A água é muito importante no processo siderúrgico de modo geral, para refrigeração de alguns
tipos de produtos que são necessários para a produção do aço.
Na coqueria, onde é produzido o coque, é utilizada a água em várias etapas como no
resfriamento a úmido do coque, lavagem dos gases e também na destilação da água amoniacal
que contém vários elementos químicos altamente prejudiciais ao meio ambiente. Portanto há
necessidade de fazer um controle rígido dessa água em setores de tratamento adequados.
Nestes são controlados todos os fatores agressivos ao meio ambiente através de análises
químicas realizadas no laboratório de meio ambiente da CST, em particular a demanda
química de oxigênio e nitrogênio amoniacal, para verificação da eficiência do tratamento
dessas águas, antes de serem lançadas ao efluente final.
Na execução dessas análises químicas, demanda química de oxigênio e nitrogênios
amoniacais, são gerados descartes em solução ricos mercúrio. O mercúrio possui uma
particularidade e um nível de dificuldade de recuperação que varia de acordo com a sua
composição química. Por isso a necessidade de buscar uma metodologia adequada para
recuperá-lo, evitando assim, sua contaminação ao meio ambiente.
Segundo Vergara (2003), a classificação deste trabalho quanto aos meios pode ser pesquisa de
laboratório, pois os estudos serão realizados sobre os rejeitos gerados no próprio laboratório
da CST e também experimental, pois trata-se de uma investigação na qual o investigador
manipula e controla as variáveis que podem ser dados por quantidade, qualidade, variando em
cada caso individual. Por exemplo, fazendo testes reais para comparação do mercúrio inicial
com a recuperação final.
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Quanto aos fins, a pesquisa pode ser exploratória, pois se baseia em pesquisar o elemento
químico (Hg) gerado nos procedimentos analíticos realizados nos laboratórios em alguns tipos
de análises químicas onde são utilizadas soluções contendo sais de mercúrio. A pesquisa é
também explicativa pois visa explicar a importância de recuperar o mercúrio que é muito
tóxico aos seres vivos e ao meio ambiente, garantindo a qualidade de vidas presentes e
também futuras.
A coleta de dados será realizada no laboratório de meio ambiente da CST, através de ensaios,
utilizando o próprio descarte da demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal, para
verificar qual a melhor maneira de recuperar o mercúrio. Com isso será possível saber a
quantidade inicial e final de mercúrio existente no descarte.
Para visualizar melhor os resultados serão utilizadas ferramentas da estatística com ilustrações
gráficas e outros meios para facilitar a compreensão dos dados e ter certeza que o mercúrio foi
realmente recuperado.
2. Mercúrio na natureza
A principal fonte natural de mercúrio é a própria massa terrestre e seu processo geotérmico.
Historicamente o mercúrio foi reconhecido por possuir um alto potencial tóxico. A absorção,
transporte, distribuição e eliminação dos compostos de mercúrio dependem da sua natureza
química. A maior contribuição de mercúrio para a contaminação atmosférica decorre da
queima do carvão de pedra e outros fósseis combustíveis. Os principais compostos de
mercúrio descarregados no meio ambiente são: Mercúrio inorgânico,tenil-mercúrio,metilmercúrio e metóxi-etil-mercúrio.
O mercúrio é encontrado em todos os lugares: no ar, água, solo, rochas, sedimentos, plantas
animais e homem. Parte é originado de fontes naturais e parte de poluição industrial ou a
partir da agricultura, causando danos a vida aquática, aos animais e ao homem.
2.1 Descrição geral
O mercúrio é um metal com as seguintes características: Símbolo Hg, metal branco, prateado,
pesado, móvel, denso e é o único metal líquido, na temperatura ambiente tendo ponto de fusão
38.87 °C e ponto de ebulição de 356,58 °C (solidifica formando uma massa maleável), peso
molecular 200,59mol/L, densidade de 13,6g/ml, solúvel em ácido nítrico, insolúvel em água e
possui três estados de oxidação: Hg0(mercúrio elemento metálico), Hg+1(compostos
mercurosos) e Hg+2( compostos mercúrios).
2.2 Efeitos Ecológicos do Mercúrio
As atividades industriais e a utilização de combustíveis fosseis em geral são acompanhadas
por grandes derramamentos de mercúrio. Quando um curso de água é poluído pelo mercúrio,
parte deste se volatiliza na atmosfera e depois torna a cair em seu estado original com as
chuvas. Uma outra parte é absorvida direta ou indiretamente pelas plantas e animais
aquáticos, onde o mercúrio se concentra em grandes quantidades ao longo das cadeias
alimentares. Além disso, a atividade microbiana transforma o mercúrio metálico em mercúrio
orgânico, altamente tóxico.
O homem por sua vez, consome certas espécies de peixes do mar e crustáceos provindos de
águas contaminadas, onde são empregados fungicidas à base de metil-mercúrio. A intoxicação
aguda no homem provoca náuseas, vômitos, cólicas abdominais, diarréia sanguínea, danos
aos rins e morte em um período de dez dias.
A figura 1 ilustra o ciclo de contaminação do meio ambiente pelo mercúrio.
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Figura 1- Esquema do ciclo de intoxicação do meio ambiente pelo mercúrio
3. Desenvolvimento
No processo de transformação de carvão em coque (coqueificação), são gerados águas
altamente agressivas chamadas de licor amoniacal, que por sua vez, vão para unidade de
tratamento biológico (ETB ). Este tratamento é dividido em duas etapas:
A primeira etapa é um processo de destilação do licor amoniacal, para remover amônia,
cianeto e sulfeto. A segunda etapa é o tratamento biológico, onde o licor amoniacal já com
alguns controles, como por exemplo, temperatura, vazão e outros parâmetros, recebem uma
solução de sulfato ferroso para complexar o cianeto e para corrigir o pH (Potencial
Hidrogênico) para aproximadamente 8.00, com adição de suspensão de leite de cal.
O sobrenadante alimenta o reator biológico TK2 e através das bactérias são oxidados o fenol,
cianeto e amônia para mantê-los dentro das normas ambientais. O laboratório de meio
ambiente é responsável, pelo recebimento das amostras e vários parâmetros analíticos
relacionados a estes itens de controle e envio de resultados aos clientes para os ajustes que se
fizerem necessários à manutenção das boas condições operacionais dos sistemas de
tratamento.
A figura 2 apresenta o processo de coqueificação, onde obtém-se o licor amoniacal.
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Coqueria
Afluente – Licor
Licor amoniacal
ETB
TK-2
Tratamento Biológico
CL2
Efluente Final
Controle do Processo
Analítico
Laboratório de Meio
Ambiente - CST
Análise de DQO
Demanda Química de Oxigênio
Análise de N-NH3
Nitrogênio Amoniacal
Descarte de Mercúrio em Solução
Utilizado na Análise de DQO e
N-NH3
Figura 2 – Fluxograma representativo da origem e tratamento do licor amoniacal, controle analítico e geração do
descarte de mercúrio.
3.1 Metodologia para recuperação do mercúrio
Durante a realização destas análises, especialmente as relacionadas ao nitrogênio amoniacal e
demanda química de oxigênio é utilizada a solução rica em mercúrio, sendo necessário
descartá-la em lugar adequado. Nas análises de nitrogênio amoniacal e demanda química de
oxigênio, as soluções são ricas em mercúrio, por isso, a necessidade de pesquisar uma
metodologia que fosse capaz de resolver o problema do descarte gerado no laboratório. A
pesquisa está sendo realizada baseada em experiência adquirida no próprio laboratório da
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CST, onde a empresa estimula o desenvolvimento dos profissionais na área de trabalho para
resolver os problemas do dia a dia.
O primeiro método utilizado para recuperar o mercúrio foi com limalha de ferro, mas quando
adicionado no descarte da demanda química de oxigênio era totalmente destruído, não
recuperando o mercúrio. Através de várias tentativas chegou-se à metodologia atualmente
utilizada no laboratório da CST com muita eficiência.
Esta metodologia utiliza como base um litro de descarte de nitrogênio amoniacal e demanda
química de oxigênio rico em mercúrio. Os reagentes para fazer as análises são, sulfato de
mercúrio e cloreto de mercúrio. O ensaio fica em repouso aproximadamente 15 dias e após
esse procedimento têm-se a quantidade de mercúrio que foi recuperada, fazendo análise
inicial e final do descarte para saber a eficiência do método.
Nesta etapa, foi avaliada a eficiência do processo de recuperação do mercúrio contido nos
descartes aquosos das análises de demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal. Os
ensaios foram divididos em duas partes:
Para o descarte do nitrogênio amoniacal, nessler (solução rica em mercúrio), os testes foram
realizados em duplicatas em volume de 2000ml, em seguida adicionados aproximadamente 5
gramas de fio de alumínio metálico, o qual realiza a oxidação do mercúrio em solução para
mercúrio metálico, com duração de 15 dias em repouso. O mercúrio metálico fica no fundo do
recipiente e é armazenado adequadamente para fins comercias.
Para o descarte de demanda química de oxigênio, foi realizado o teste em duplicata em
volume de 1000ml, solução rica em mercúrio no meio aquoso, com a adição de
aproximadamente 10 gramas de cloreto de sódio para precipitar a prata (Ag) existente no
descarte. Após esse procedimento foi adicionado aproximadamente 50gramas de fios de
alumínio metálico, o qual faz a oxidação do mercúrio existente no descarte para mercúrio
metálico, com duração de aproximadamente 15 dias em repouso. Após esse período recolhese o mercúrio metálico que fica no fundo do recipiente e é guarda-o adequadamente para ser
comercializado se for o caso. Os demais metais pesados existentes nesse descarte, são
recuperados conforme a metodologia já existente.
A reação química que ocorre durante a redução do mercúrio em solução para mercúrio
metálico é :2Al0 + 3HgCl2 → 2AlCl3 + Hg0.
4. Resultados obtidos e análise de eficiência
A metodologia utilizada para recuperação do mercúrio em meio aquoso do descarte de
demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal mostrou-se com uma boa eficiência,
podendo ser adotada no laboratório de meio ambiente da CST, pois garante uma recuperação
de mercúrio metálico de aproximadamente 99,70 % . Esse resultado é baseado em análises
realizadas no próprio laboratório, utilizando os descartes em solução contendo o mercúrio,
medindo-se o mercúrio inicial e final.
Os resultados obtidos podem ser melhor visualizados nas tabelas 1 e 2 e figura 3 a seguir:
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DESCARTE DE DQO
Resultado em mg/l de descarte de DQO
inicial
final
4309 mg/L
2,199 mg/L
4842 mg/L
2,199 mg/L
4644 mg/L
2,866 mg/L
4895 mg/L
2,117 mg/L
4782 mg/L
2,247 mg/L
3689 mg/L
6,297 mg/L
4185 mg/L
9,200 mg/L
EFICIÊNCIA
( %)
99,95 %
99,95 %
99,94 %
99,96 %
99,95 %
99,83 %
99,78 %
Tabela 1 – Resultados obtidos de mercúrio recuperado no descarte - DQO.
DESCARTE DE NESSLER
Resultado em mg/l de descarte de N-NH3
inicial
final
203,5 mg/L
0,5448 mg/L
241,1 mg/L
0,5267 mg/L
290,0 mg/L
0,4520 mg/L
348,2 mg/L
0,3405 mg/L
368,4 mg/L
0,3541 mg/L
341,6 mg/L
0,4820 mg/L
349,0 mg/L
0,5230 mg/L
EFICIÊNCIA
( %)
99,73 %
99,78 %
99,84 %
99,96 %
99,90 %
99,86 %
99,85 %
Tabela 2 – Resultados obtidos de mercúrio recuperado no descarte - N-NH3.
100
99,95
99,9
99,85
%
Eficiência - DQO
Eficiência - NNH3
99,8
99,75
99,7
99,65
99,6
02/01/00
04/01/00
06/01/00
Figura 3 - Eficiência da recuperação de mercúrio no descarte DQO e N-NH3
5. Conclusão
Para controle do processo de análises demanda química de oxigênio e de nitrogênio amoniacal
é gerado um descarte rico em mercúrio que não pode ser descartado diretamente ao meio
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ambiente. Este descarte é armazenado em recipientes, gerando um estoque sem destino. Com
esta metodologia desenvolvida através da experiência ao longo do tempo conseguiu-se chegar
a um bom resultado de recuperação do mercúrio metálico dos rejeitos gerados no laboratório.
Este resultado representa a eliminação do armazenamento dos descartes obtidos nas análises
de demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal, eliminando o risco ambiental.
Conforme mostrado nos testes experimentais a recuperação está na ordem de 99,7 % do
mercúrio metálico, isto, significa, o controle total desses descartes gerados no laboratório e
grande benefício para toda a comunidade.
Referências
CEPIS/OPS<www. google.com.br/. Puplicaciones,Contaminação ambiental por Mercúrio Metálico na região
Amazônica.
CNPQ/FAPESP/CAPES/MEC,WWW.pcserver.iqm.unicampp.br,
Grupo de espectroscopia – Aplicada á química analítica.
Química Nova, Julho /Agosto(2003) – Reações Aldólicas Assimétricas Catalíticas: Volume 26. n º 4 volume,
número 4.
Universidade de Brasilia/ Instituto de Geociência, Tese de Doutorado – Outros cursos da UMB – Sistema de
Reações em série para determinação de Mercúrio com Gerador de vapor
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