ESTUDO E OBTENÇÃO DE PRODUTOS DE VALOR AGREGADO APARTIR DA
DRENAGEM ÁCIDA DE MINA DO SUL DE SANTA CATARINA.
PETERSON1, M.; PIZZOLO2, J. P. PIZZOLO3, J. P. TRAMONTIN4, D. P.; VIEIRA5, G. B.
1
Universidade do Extremo Sul Catarinense, Departamento de Engenharia Química
e-mail: Peterson. [email protected]
2
Universidade do Extremo Sul Catarinense, Curso de Engenharia Química
e-mail: Pizzolo. [email protected]
3
Universidade do Extremo Sul Catarinense, Curso de Engenharia Química
e-mail: Pizzolo. [email protected]
4
Universidade do Extremo Sul Catarinense, Curso de Engenharia Química
e-mail: [email protected]
5
Universidade do Extremo Sul Catarinense, Curso de Engenharia Química
e-mail: vieira. [email protected]
RESUMO - As indústrias carboníferas situadas na região sul catarinense fazem parte de um importante setor
industrial com ênfase na mineração de carvão para produção de energia elétrica. Junto ao carvão está o mineral pirita
(FeS2), com nome de sulfeto de ferro, este em combinação com o Oxigênio (O 2) do ar e a água é responsável pelo
mecanismo gerador de drenagem ácida de mina também conhecido por DAM. Nos experimento houve amostras de
drenagem ácida gerada em laboratório e amostras de drenagem coletadas na Carbonífera da região sul catarinense. A
partir das amostras foram realizadas titulações com hidróxido de sódio (0,5M) e com auxílio de um pHmetro foram
coletadas amostras de diferentes pH. Os resultados de Espectrofotometria de Absorção Atômica/Chama, Turbidimétrico
e Difração de raios-X mostraram-se satisfatórios para a identificação dos elementos químicos presentes na drenagem.
Um dos rejeitos contidos na DAM é o composto de ferro, que quando tratado termicamente (processo de calcinação)
reage formando hematita, pigmento de coloração avermelhada, onde foi utilizado na fabricação de vidro. Outro
composto de ferro obtido a partir da drenagem ácida de mina é a magnetita (Fe 3O4). Estudos mostram que a síntese de
nanopartículas de magnetita tem sido foco de várias investigações em aplicações ambientais. Trabalhos realizados nesta
área mostram a importância do estudo sobre a drenagem ácida para fins industriais, proporcionando redução do impacto
ambiental causado pela mineração de carvão, como também a obtenção de produtos de grande aplicação com baixo
custo, pois, são utilizados materiais na forma de rejeitos poluidores.
Palavras chave: DAM, pirita, oxidação.
INTRODUÇÃO
Citado na literatura por Peterson e outros (2010), mostram que a região sul Catarinense tem
um histórico de mais de um século de mineração de carvão. O lado negativo desta exploração sem
cuidados ambientais foi o surgimento de um grande número de áreas degradadas pela mineração do
carvão. Uma das principais conseqüências foi à destruição de terras e poluição dos principais rios da
região, com aumento de sua acidez e concentração de metais pesados.
O trabalho de Rubio e outros (2007) relatam que a drenagem ácida de mina (DAM) representa
um dos mais severos problemas ambientais da indústria da mineração a nível mundial (com a
poluição de águas e solos). A DAM é gerada pela oxidação da pirita e a formação de ácido
sulfúrico, sulfato e íons ferrosos e férricos.
O mecanismo químico de Evangelou (2000) é descrito abaixo de como acontece à drenagem
ácida em minas de carvão:
FeS2(s) + 7/2O2(g) + H2O(l)  Fe++(aq) + 2SO4-(aq) + 2H+(aq)
Fe++(aq) + 1/2O2(g) + 2H+(aq)  Fe+++(aq) + H2O(l)
(3) Fe+++(aq) + 3H2O(l)  Fe(OH)3(s) + 3H+(aq)
(1)
(2)
4FeS2(s) + 15O2(g) + 14H2O(l)  4Fe(OH)3(s) + 8SO4--(aq) + 16H+(aq)
(4)
De acordo com Evangelou, (2000), o íon ferroso gerado na reação (equação 1) pode ser oxidado
ao estado férrico (equação 2) que se hidrolisa gerando mais acidez (equação 3). Os hidróxidos ferrosos
e férricos, associados na reação química (equação 2), dão a cor vermelho alaranjada que é
característica da drenagem ácida da mina. Esta pode ser observada geralmente nos córregos e nas
áreas da mina de carvão. Uma vez que os produtos da oxidação estão na solução, a etapa que
determina a reação ácida é a oxidação do íon ferroso (Fe2+) ao íon férrico (Fe3+).
Peterson e outros (2008), também relatam que para uma precipitação significativa tem-se o
composto hidróxido de ferro. Este hidróxido de ferro obtido passará por um processo de calcinação
(tratamento térmico) para que seja obtida a hematita (Fe2O3) que é um importante pigmento com
várias aplicações na região sul catarinense, inclusive da indústria cerâmica, em esmaltes produzidos
por colorifícios e em indústrias de vidros.
Viadero e Wei (2006) mostram que há outra importante área, são as nanopartículas de
magnetita, onde são aplicadas na biomedicina e também em nanosorventes em engenharia
ambiental, pelo fato deste ter altas propriedades magnéticas.
EXPERIMENTO
Os ensaios de precipitação química foram realizados com efluente sintético e efluente natural,
denominados DAM.
As amostras de drenagem ácida de mina utilizada nessa primeira etapa do trabalho foram
produzidas em laboratório, seguindo o roteiro descrito abaixo:
Misturou-se 13, 80g de pirita moída com 1400 ml de água deionizada num Becker de 2000
ml. Nesta solução foi colocada uma bomba de ar a fim de criar drenagem ácida de mina em
laboratório. Após sete dias medindo o pH desta solução periodicamente observou-se que este se
estabilizou próximo de pH 3.0. Retirou-se a pirita decantada e realizou-se a caracterização do
sobrenadante.
A análise de chumbo e ferro total do sobrenadante prosseguiu pelo método analítico de
Espectrofotometria de Absorção Atômica/Chama e sulfatos pela técnica do Turbidimétrico. O
restante de drenagem da amostra foi titulado com hidróxido de sódio (NaOH) 0,48M. Após a
titulação houve precipitado e, portanto a secagem do mesmo em uma manta de aquecimento e
depois realizado o ensaio de difração de raios-X. Realizaram-se amostras de 7, 14 e 21 dias de
reação em laboratório.
A segunda etapa do trabalho foi coletada amostra de drenagem ácida na Carbonífera Criciúma
e feita análise do pH.
A caracterização da drenagem ácida de mina foi feita por Espectrômetro Absorção
Atômica/chama para a identificação de chumbo e Ferro II e sulfeto pelo método do. Iodométrico.
Fez-se a titulação com hidróxido de sódio (NaOH) 0,48 M. A secagem do precipitado foi conduzida
em uma manta.
1a Amostra: pH entre 3 e 9.
2a Amostra: pH entre 10 e 12.
Posteriormente, os precipitados formados a partir da DAM coletada na carbonífera sofreram
um tratamento térmico em um forno de ustulação com aumento de temperatura gradativa de 15 °C /
min até atingir a temperatura final de 900°C. Caracterizou-se a amostra por DR-X.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O resultado apresentado no difratograma (Figura 2) da amostra produzida em laboratório
mostrou-se satisfatório para a presença de magnetita, já que os principais picos presentes no mesmo
são do mineral.
A coloração quando houve a titulação apresentou-se esverdeada (Figura 1). “Isso comprova
que o íon ferroso, Fe 2+, converte-se em hidróxido ferroso em pH > 8,5 e o precipitado apresentam
uma coloração verde-azulada (Possa; Santos, 2003)”.
Figura 1: Precipitado formado após titulação de NaOH.
180
M
160
140
CPS
120
100
80
R
60
M
40
R
M
R
M
M
M
R
M
M
20
M
R
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Theta 2 Theta: M = Magnetita, R = não identificado
Figura 2: Difração de Raios-X do precipitado formado após titulação de NaOH.
Na fabricação de drenagem ácida em laboratório, através da medição periódica do pH,
observou-se que quanto maior o tempo de reação do mineral pirita com a água e oxigênio menor é o
pH da reação. A Figura 3 mostra o decrescimento do pH com o aumento do tempo de reação em
laboratório.
4
3,75
3,5
pH
3,25
3
2,75
2,5
2,25
2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tempo de reação (h)
Figura 3: Valores de pH da Drenagem Sintética.
Isso evidencia as conseqüências que ocorrem no meio ambiente causada pela mineração de
carvão á céu aberto.
Os precipitados obtidos na titulação de hidróxido de sódio (NaOH) na drenagem ácida
coletada na carbonífera, foram basicamente compostos de ferro. A amostra foi calcinada para a
obtenção da hematita, que se realizou ensaio para utilização como pigmento para a cerâmica.
CONCLUSÃO
A partir dos resultados de drenagem natural e sintética obteve-se composto de ferro que
tratado termicamente resulta em hematita (Fe2O3), que pôde ser utilizado para a pigmentação de
vidro.
Ensaios realizados em laboratório com drenagem sintética apresentaram propriedades
magnéticas que podem passar por um processo de síntese para obtenção de nanopartículas
magnéticas que tem sido foco de várias investigações em aplicações ambientais.
REFERÊNCIAS
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