artigo resenha neutralização dam

8/17/2019 Artigo Resenha Neutralização DAM

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Centro de Tecnologia Mineral Ministério da Ciência e Tecnologia

Coordenação de Inovação Tecnológica – CTEC

Serviço de Tecnologias Limpas - SETL

TRATAMENTO DE DRENAGEM ÁCIDA DE MINA POR PROCESSO DENEUTRALIZAÇÃO CONTROLADA

Mário Valente Possa

Maria Dionísia Costa dos Santos

Rio de Janeirodezembro/2003

CT 2003-074-00 Contribuição técnica elaborada para o SeminárioBrasil-Canadá de Recuperação Ambiental de Áreas Mineradas, Vol.1, 233-52, Florianópolis, SC, Brasil


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Brazil - Canada Seminar on Mine Rehabilitation, Florianópolis, December 01- 03, 2003

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INTRODUÇÃO

O tratamento químico convencional da drenagem ácida de mina (DAM)inclui os processos de neutralização da acidez com reagentes alcalinos e

precipitação dos íons metálicos da solução aquosa, de forma a se obter umefluente para reuso e descarte nos rios com características em conformidadecom o estabelecido pela legislação federal, estadual ou municipal.

A seleção do processo de tratamento mais adequado requer o conhecimento:da vazão e qualidade do efluente; vazão e qualidade do corpo receptor; volumeda bacia de decantação; disponibilidade de eletricidade local e outros insumos;entre outros fatores.

De forma simplificada, a maioria dos sistemas de tratamento de DAM consisteem: tubulação, calha ou valo pelo qual o efluente entra no processo; tanque(s)de reação (reator) para o tratamento químico; dispositivo controlador paradosagens de reagentes; bacia de decantação para armazenar a lama deprecipitados; sistema de deságüe do efluente tratado; e monitoramento daqualidade do efluente.

Para avaliar a quantidade de ácido gerada ao longo de um ano por uma mineração,pode-se empregar a equação (1), apresentada por Skousen et al. (1996):

t ácido /ano = vazão do efluente (galões/min) x acidez (mg/L) x fator 0,0022 ; (1)e a quantidade dos principais reagentes necessária para a neutralização doefluente pode ser estimada pela equação (2):

tneutralizante

/ano = (tácido

/ano x fator conversão) / eficiência de neutralização . (2)

Na Tabela 1, encontra-se o fator de conversão (obtido pela estequiometriada reação), a eficiência de neutralização (baseada em resultados de ensaiospráticos) e o preço (em US$ de 1996), para pequenas e grandes quantidades,

dos principais reagentes empregados.Os principais reagentes utilizados no tratamento de drenagens ácidas são:

calcário; cal hidratada; cal virgem; barrilha; soda cáustica (sólida e em soluçãoa 20 e 50%) e amônia.

Cada reagente possui características intrínsecas que o qualificam como maisou menos eficiente para uma condição específica de tratamento do efluente. Amelhor escolha entre eles depende de fatores técnicos e econômicos.

Os principais fatores técnicos incluem: acidez do efluente; vazão doefluente; espécies e concentrações dos metais presentes e qualidade desejadado efluente final.

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Seminário Brasil - Canadá de Recuperação Ambiental de Áreas Mineradas, Florianópolis, dezembro 01- 03, 2003

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Os principais fatores econômicos a considerar são: preço dos reagentes;custo operacional; investimento inicial em máquinas e equipamentos; númerode anos necessários para o tratamento; taxa de retorno e fatores de risco.

Tabela 1. Principais compostos químicos empregados no tratamento de DAM

Fonte: Skousen, J. et al. (1996). * galão (americano) = 3,785 litros. ** ano de 1996

Por exemplo, se a quantidade de ácido a ser neutralizada é de 100 t/ano, utilizando-se cal hidratada seriam necessárias para o tratamento82 t/ano (100(0,74)/0,90).

Na Tabela 2 estão relacionadas as principais características

operacionais associadas ao uso de compostos de cálcio (carbonato,hidróxido e óxido) e ao de compostos de sódio (hidróxido e carbonato)como neutralizantes e que podem influenciar na escolha mais adequadapara o tratamento da DAM.

Tabela 2. Fatores operacionais associados ao uso de compostos de cálcio e desódio no tratamento de DAM.

Fonte: Brigatel et alii (1998). *CaCO 3, Ca(OH)2, CaO **NaOH, Na2CO3


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Precipitação de metais e pH

Devido às múltiplas combinações de acidez e de constituintes metálicospresentes, cada drenagem ácida é única e o seu tratamento mais adequadopode variar amplamente de lugar para lugar.

Para que se obtenha sucesso no tratamento químico, deve-se considerar osseguintes fatores que influenciam na velocidade de reação e na eficiência deremoção dos metais presentes nas drenagens ácidas: estado de oxidação dosmetais; concentração dos metais; e interação entre os metais.

O primeiro passo do tratamento consiste em neutralizar a acidez da drenagemcom a adição de uma quantidade de álcalis suficiente para elevar o pH efornecer íons hidroxila (OH -) para reagir com os íons metálicos dissolvidos naágua. São assim formados hidróxidos metálicos insolúveis que precipitam e aseguir são removidos do efluente por decantação.

O pH requerido para precipitar a maioria dos metais da água varia no intervalode 6 a 9; são exceções o hidróxido férrico que precipita em pH ácido, em tornode 3,5 , e o hidróxido de alumínio, próximo a 5,5. As reações de precipitaçãoem meio aquoso ocorrem segundo as equações genéricas (1) e (2) ; onde M

representa os íons metálicos em solução.

M2+ + 2(OH) - M(OH)2

(1)M3+ + 3(OH) - M(OH)

3 (2)

a) Precipitação de ferro

Quando os íons férricos se formam nas drenagens ácidas, imediatamente,sofrem hidrólise e precipitam da solução, se o pH estiver acima de 3,5 , nasformasde hidróxido férrico Fe(OH)

3ou oxi-hidróxido de ferro FeOOH ou ainda sulfato

básico de ferro FeOHSO4. Entretanto, antes da formação dos precipitados

insolúveis, os íons Fe 3+ sofrem hidrólise parcial com formação de espécieshidrolizadas solúveis. Sob neutralização controlada, essas espécies sofrempolimerização e eventual condensação via perda parcial de suas águas dehidratação, tornando-se insolúveis.

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Devido à rapidez com que as reações de hidrólise do Fe 3+ocorrem os hidróxidosobtidos tendem a ser de natureza amorfa e coloidal, o que traz como conseqüênciaa produção de lamas com baixo teor de sólidos (1 a 2%), grandes volumes, baixavelocidade de sedimentação e estabilidade química relativamente baixa, o

que as torna fontes potenciais de liberação de metais tóxicos para o meioambiente, se não forem adequadamente descartadas.

O íon ferroso, Fe 2+ , converte-se em hidróxido ferroso em pH > 8,5 e oprecipitado apresenta uma coloração verde-azulada. Na presença deoxigênio,o íon ferroso Fe 2+ se oxida a íon férrico , Fe 3+ , e em pH> 3,5forma-se um precipitado laranja-amarelado de hidróxido férrico, conhecidocomo “yellow boy”.

Em drenagens ácidas onde as concentrações de oxigênio dissolvido sãoreduzidas, o ferro encontra-se predominantemente sob a forma iônica Fe 2+ edeve-se adicionar uma quantidade suficiente de reagente alcalino para elevaro valor do pH acima de 8,5 para que ocorra a precipitação do hidróxido ferroso,Fe(OH)

2. Uma alternativa consiste em aerar a polpa previamente e converter

os íons Fe 2+ em Fe 3+. A seguir, alcaliniza-se o meio para ajuste do pH. Dessaforma, com a precipitação de hidróxido férrico, Fe(OH)

3em pH final mais

baixo (6-7), reduz-se o consumo de reagentes. Também a coprecipitação eadsorção que ocorrem entre o Fe(OH)

3 e outros íons presentes na drenagem

resulta em menor solubilidade posterior dos precipitados metálicos obtidos.

A aeração da polpa após a adição do reagente químico também éconsiderada uma prática benéfica, aumentando a eficiência do tratamento.Esta é especialmente aplicada quando se utiliza compostos de cálcio(calcário ou cal), que são pouco solúveis. Também a oxidação do ferro 2+ éfavorecida em pH alcalino (Fe(OH)

2 + ½ O

2 ® Fe(OH)

3). O uso da aeração

mecanizada, no entanto, pressupõe um custo adicional em equipamentos eem consumo de energia.

b) Precipitação de alumínio

O hidróxido de alumínio (Al(OH)3) precipita da solução em valores de pH >

5 mas se solubiliza novamente em pH > 9, pois a solubilidade do alumínio emequilíbrio com a fase sólida Al(OH)

3 depende do pH do meio aquoso.

Em pH < 4 há predominância do aquo-complexo Al(H2O)

63+ . Quando

aumenta o pH, a temperatura, ou ambos, o íon hidratado de alumínio trivalentesofre hidrólise, formando inicialmente o íon Al(OH)(H

2O)

52+ e então diversas

espécies hidroxi alumínio solúveis e a forma insolúvel Al(OH)3. Eventualmente,

ocorre ainda a presença de hidroxi polímeros como Al 13(OH)32 7+

.


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O calcário é também muito empregado em sistemas de tratamento passivocujos ambientes podem ser anaeróbios , em drenos anóxidos; e aeróbios , emcanais abertos. Estes sistemas operando em série com outros sistemas detratamento ativo são muito úteis em situações onde os valores limites de

concentração nos efluentes descartados não estão sendo alcançados.O carbonato de cálcio reage com a drenagem ácida segundo a equação química (5).

H2SO4 + CaCO 3 Ca2+ + SO 4 2- + CO 2 + H 2O (5)

b) Cal hidratada (Ca(OH) 2)

É comercializada sob a forma de pó e tende a ser hidrofóbica, o que leva aum custo adicional em energia para promover uma mistura eficiente no meioaquoso. A cal hidratada é empregada, principalmente, nas condições de grandesvazões do efluente e em efluentes com elevada acidez.

O hidróxido de cálcio reage com a drenagem ácida segundo a equação química (6 ):

H2SO4 + Ca(OH) 2 Ca 2+ + SO 4 2- + 2 H 2O (6)

c) Cal virgem (CaO)

A cal virgem ou cal viva é muito reativa e foi inicialmente empregada paratratar drenagens com elevada acidez e pequenas vazões ou com regime sazonal.Atualmente, este reagente vem sendo utilizado em sistemas de tratamento paradrenagens com grandes vazões e elevada acidez, devido ao baixo custo relativo.Os custos totais são em média 75% menores do que os de sistemas que empregamsoda cáustica, e de 20 a 40% do que os de sistemas com amônia.

A cal reage rapidamente com a água formando o hidróxido de cálcio, ou

cal extinta (CaO + H 2O Ca2+

+ 2 OH-

). A solução de hidróxido de cálcioobtida, chamada água de cal, é praticamente insolúvel em mais água. Emdrenagens muito ácidas a reação (7) é favorecida.

H2SO4 + CaO Ca 2+ + SO 4 2- + H 2O (7)

Se a concentração de sulfato for elevada (acima de 2.000 mg/L) o limitede solubilidade será excedido e ocorrerá formação de um precipitado deanidrita ou gesso (CaSO 4 .2 H 2O). O mesmo se aplica quando é utilizado

calcário ou cal hidratada.


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d) Barrilha (Na2CO

3)

É empregada geralmente em áreas remotas, para drenagens com pequenasvazões, baixa acidez e baixas concentrações de metais dissolvidos. Seu usoestá em declínio. A escolha da barrilha para o tratamento de DAM está maisbaseada na facilidade de manuseio do que em sua eficiência de neutralização.A barrilha é comercializada sob a forma de briquetes, o que facilita suaalimentação direta no sistema de tratamento por gravidade. Uma desvantagemdo seu uso deve-se à facilidade com que absorve umidade, prejudicando ocontrole de dosagem.

O carbonato de sódio reage com a drenagem ácida segundo a equação (8):

H2SO

4 + Na

2CO

3 2 Na + + SO

4 2- + CO

2 + H

2O (8)

e) Soda cáustica (NaOH)

É muito usada em drenagens com pequenas vazões e com elevada acidez.É o reagente mais utilizado quando o efluente possui uma alta concentração demanganês, pois pode elevar com facilidade o valor do pH acima de 10.

O hidróxido de sódio reage com a drenagem ácida segundo a equaçãoquímica (9):

H2SO

4 + 2 Na(OH) 2 Na + + SO

4 2- + 2 H

2O (9)

A soda cáustica é muito solúvel e dispersa-se facilmente e eleva o valor dopH rapidamente. Como ela é mais densa do que a água pode ser aplicada nasuperfície do efluente, de onde sofrerá dispersão por ação da gravidade. Podeportanto ser utilizada em sistemas onde não haja disponibilidade de energia

elétrica. As maiores desvantagens de seu uso sob a forma líquida são o custo eo risco a saúde do operador no seu manuseio.

f) Amônia (NH3)

É um reagente que requer muito cuidado com o seu manuseio, pois atemperatura ambiente encontra-se na forma gasosa, sendo liqüefeita pelapressão. É muito solúvel em água, neutralizando rapidamente a drenagemácida. A amônia comporta-se como base forte e eleva o valor do pHfacilmente em torno de 9,0.

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Embora a amônia seja extremamente solúvel, seu uso requer cuidadospara assegurar uma mistura eficiente com o efluente, uma vez que é menosdensa do que a água.

A reação da amônia em meio ácido ocorre segundo a equação química iônica(10):

NH3 (aq) + H

3O+ (aq) NH

4 + (aq) + H

2O (l) (10)

A amônia é indicada para a remoção de manganês, mas para efluentes comaltas concentrações de manganês e pouco ferro, deve-se utilizar outro reagente.

A grande vantagem em utilizar amônia é o seu custo. Se o pH desejado forinferior a 9,8, a amônia custará de 50 a 30% do custo da soda cáustica. Asmaiores desvantagens devem-se aos cuidados no manuseio que requer operadoresbem treinados, e aos impactos potenciais ao meio ambiente.

Outros aspectos

Há casos particulares que necessitam da adição de outros reagentes para seobter um efluente em conformidade com a legislação.

a) Outros reagentes alcalinos

Reagentes alternativos capazes de neutralizar a acidez e que têm sidoutilizados com bons resultados são: hidróxido de potássio (KOH), por sermais seguro o seu manuseio do que o da soda cáustica, embora tenha umpreço maior; hidróxido de magnésio (Mg(OH)

2), com comportamento similar

ao da cal hidratada; e óxido de magnésio (MgO), com comportamento similarao da cal virgem.

b) Floculantes e coagulantes

São empregados floculantes e coagulantes para aumentar a eficiência dotratamento químico, ou em casos especiais, para precipitar um determinadometal mais renitente ou quando o tempo de residência no equipamento desedimentação é insuficiente.


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O uso de floculante aumenta a velocidade de decantação dos flocos, orendimento operacional e pode levar a uma redução de 20% no consumo decoagulante. Os polieletrólitos utilizados como floculantes são macromoléculassolúveis - polímeros orgânicos naturais, naturais modificados ou sintéticos -classificados em aniônico, catiônico e não iônico, quanto ao grupo ativo. Têm-se como exemplos de polímeros orgânicos naturais o amido e a clara de ovo ede sintéticos, polióxido de etileno (não iônico), poliacrilamida quaternária(catiônico) e polixantato de sódio (aniônico).

Os coagulantes mais comuns são o sulfato de alumínio (Al 2(SO4)3.14 H 2O) eo sulfato férrico (Fe 2(SO4)3 .9 H2O). Podem ainda ser utilizados o cloreto férrico(FeCl3 .6 H 2O) e o sulfato ferroso (Fe(SO 4)2 .9 H2O. Nos anos mais recentes tem

sido também utilizado o policloreto de alumínio (PAC). Esses reagentes sobcondições adequadas, formam hidróxidos insolúveis que ao precipitarem carreiamconsigo outros contaminantes presentes no meio aquoso, por reações decoprecipitação e adsorção.

A escolha técnica do coagulante e floculante baseia-se em resultados deensaios laboratoriais realizados em equipamentos específicos (“jar-test” oucolunas) com o efluente a ser tratado.

c) Oxidantes

O emprego de oxidantes aumenta a eficiência do tratamento químicoe pode reduzir os custos. A aeração (para introduzir mais oxigênio na água)promove a oxidação do ferro e do manganês presentes, precipitando-os emvalores mais baixos de pH, reduzindo dessa forma o consumo de reagentesalcalinos. A lama resultante dessa precipitação costuma também ser maisfácil de sedimentar.

A aeração aumenta a transferência de oxigênio do ar para a água e porconseguinte, a velocidade da reação de oxidação no meio aquoso. Ela ocorrenaturalmente quando a água flui por gravidade de uma bacia para outrasubseqüente ou escoa por degraus ou canaletas. No entanto, dependendo dovolume de efluente a aeração mecanizada pode ser necessária. Existem diferentestipos de equipamentos aeradores: sistemas de difusão de ar, aeradores de turbinasubmersos e aeradores superficiais. Sendo os últimos os mais utilizados.

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drenagem, eficiência do processo de sedimentação e geometria e dimensõesdos espessadores. Para dimensionar os espessadores é necessário realizarensaios em escala de laboratório utilizando provetas graduadas ou colunaspara a obtenção dos parâmetros de processo (razão de espessamento etc.).Os dois principais tipos de espessadores mecanizados são o contínuoconvencional e o de lamelas.

O espessador de lamelas é um equipamento de alta capacidade eapresenta como vantagens sobre os convencionais de mesma área, baixoscustos de operação e manutenção e reduzido consumo de energia, e ocupaapenas cerca de 10% do espaço de construção requerido. Com tantas vantagense sofisticação, o espessador de lamelas é um equipamento caro quando

comparado ao convencional.

Disposição da lama de precipitados

Uma vez obtida a remoção dos metais dos efluentes surge um problema queé onde depositá-los. As principais alternativas técnicas de disposição dos flocosprecipitados adensados (lama) são: deixá-los depositados em baciasindefinidamente; transportar para galerias já lavradas (“back fill”) ou para as

cavas a céu aberto (“pit fill”); ou depositar em pilhas junto com os rejeitos dalavra e do beneficiamento. A alternativa de depositá-los junto aos rejeitos temsido uma boa estratégia, pois durante sua oxidação e envelhecimento os flocospodem tornar-se cristalinos e estáveis vindo a fazer parte do solo.

Todas as alternativas devem ser cuidadosamente estudadas, iniciando-sepelo completo conhecimento dos constituintes presentes nos flocos. A presençade elementos tóxicos associada à instabilidade química ou disposiçãoinadequada da lama, podem acarretar impactos significativos ao meio ambiente.

Custos do tratamento ativo

Os custos do tratamento químico podem ser estimados em função da vazãoe da acidez apresentada pelo efluente. Na Tabela 3 é apresentado um exemplode custos anuais para o tratamento ativo de uma drenagem ácida em uma minade carvão localizada no Estado de West Virginia, Estados Unidos. O estudo foibaseado em um período de operação da usina de tratamento ao longo de 5 anose levou em consideração o preço dos reagentes, os custos de instalação e

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manutenção de equipamentos e os custos operacionais. Não foram consideradosa eficiência de neutralização do reagente empregado, nem os custos dedisposição da lama.

Nas condições do estudo acima e para efluentes com pequenas vazões ebaixa acidez os menores custos anuais totais são obtidos usando como reagentesa amônia e a cal virgem, vindo logo a seguir o da soda cáustica. A barrilha ficaem quarto lugar, devido ao seu custo e ao da mão de obra operacional; seguidapela cal hidratada, pelos altos custos de instalação.

Para efluentes com valores médios de vazão e de acidez, o emprego deamônia acarreta menores custos anuais totais, seguida pelo uso de cal virgem.Os maiores custos são observados com a utilização de soda cáustica.

Com grandes vazões de efluentes com alta acidez, os menores custos anuaistotais são obtidos empregando-se cal virgem e cal hidratada como reagentes,vindo a seguir, a amônia. Os custos associados com o uso de barrilha e sodacáustica são muito maiores.

Tabela 3. Custos anuais totais para operação de uma usina de tratamentocom diferentes reagentes*

Fonte: Skousen, J. et al.(1996) * (Base: durante um período de 5 anos; cal virgem, baixa vazãoe baixa acidez; 1 = US $ 11.581 em 1996)

Esse estudo apresentado em 1996 é um exemplo didático muito interessante,mas deve-se ter o merecido cuidado em sua avaliação, uma vez que a realidadeeconômica nos Estados Unidos é diferente da do Brasil.


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Características dos efluentes de mineradoras de carvão

Na região carbonífera de Santa Catarina operam atualmente dez empresasfiliadas ao SIECESC, cujas atividades são desenvolvidas em unidades mineirasde lavra de carvão subterrânea (11 unidades) e a céu aberto (3 unidades). Oslavadores existentes nessas minerações beneficiam carvão ROM (5 unidades),rejeitos (9 unidades), ou ambos (5 unidades). Da avaliação da qualidade dasdrenagens existentes nessas unidades, observou-se, de forma geral, que: os efluentesdas minas apresentam baixos valores de pH; nos efluentes dos lavadores querelavam rejeitos, os valores de pH são baixos enquanto que naqueles quebeneficiam carvão são mais elevados; os efluentes finais das bacias de decantaçãoapresentam baixos valores de pH. Na Tabela 4 estão apresentados os intervalos

de valores dos parâmetros de qualidade das drenagens das mineradoras de carvão,com base em dados disponíveis dos anos de 2000 a 2002.

Tabela 4. Variação dos parâmetros de qualidade dos efluentes das minas, lavadores(carvão e rejeitos) e bacias de decantação de carboníferas de Santa Catarina

* Res. CONAMA 20/1986 e Decreto estadual S.C.14250/1981.

Os valores constantes da Tabela 4 foram considerados de referênciapara o tratamento ativo da drenagem ácida de mina no projeto de instalaçãoda unidade piloto.

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PROJETO DA UNIDADE PILOTO DE TRATAMENTO

Para aumentar a eficiência de remoção dos contaminantes presentes nosefluentes e gerar uma lama com características mais adequadas a uma disposiçãosegura e menos onerosa, foi proposto no presente Projeto da Unidade Piloto oprocesso de neutralização controlada com precipitação química estagiada dosmetais e recirculação da lama espessada produzida. Para tanto, foi tambémproposta a realização de ensaios laboratoriais prévios à implantação da unidadee de acompanhamento operacional desta, como descritos a seguir.

Ensaios de otimização

Estudos de apoio ao projeto e otimização do processo de tratamentocontemplam ensaios laboratoriais de tratabilidade dos efluentes, priorizandoa remoção dos metais presentes e a reciclagem da lama de precipitados;ensaios de remoção de íons específicos por coprecipitação e adsorção e rotasalternativas; e estudos de adensamento de polpa – redução de volume,velocidade de sedimentação e estabilidade química da lama; buscando sempreatender às restrições ambientais.

Antes da realização dos ensaios há que se proceder a umacaracterização representativa da drenagem a ser tratada definindotambém a meta desejável para o efluente tratado, fundamentada nalegislação ambiental. A coleta, preservação e análises das amostrasaquosas devem seguir procedimentos técnicos e normas específicas e serrealizadas em laboratório idôneo e credenciado.

- Ensaios de tratabilidade dos efluentes

São realizados em escala de laboratório em equipamento “jar-test” (ensaiode jarro) ou em colunas, para estabelecer e avaliar as condições de tratabilidadedas drenagens em relação a remoção dos sólidos em suspensão e a precipitaçãocontrolada de substâncias em condições específicas, no presente caso, os metaise outros íons em solução que constituem os sólidos dissolvidos. Os ensaios vãosimular o tratamento ativo reproduzindo seqüências de adição e concentraçãodos reagentes químicos e controle de pH, e os aspectos fluido dinâmicos doprocesso que devem ocorrer na unidade piloto. Os reagentes alcalinosrecomendados para serem testados nas reações de neutralização e precipitação

são: cales virgem e hidratada, soda cáustica, calcário e barrilha.


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Os ensaios em jarro ou em coluna são utilizados tanto para a definição eotimização do processo quanto para o monitoramento operacional da unidadede tratamento após sua instalação.

- Ensaios químicos de adensamento de lama

De forma simplificada, são propostos estudos: de nucleação (crescimento eagregação) e cristalização dos precipitados; de neutralização e dos intervalosde pH adequados à precipitação estagiada; de reciclagem da lama adensadapara definição das condições ótimas de reciclo; e ensaios de lixiviação, paraavaliar a estabilidade química da lama adensada.

- Velocidade de sedimentação da lama adensada

Em complementação aos ensaios de tratabilidade e de adensamentoquímico da lama, propõem-se a realização de ensaios de adensamento delama por gravidade em colunas de sedimentação. Ensaios em cone Imnhoff podem ser realizados em paralelo.

Unidade Piloto

Um fluxograma simplificado do circuito de tratamento químico da unidadepiloto proposta para o tratamento de drenagens ácidas das minerações de carvãoencontra-se na Figura 1. A unidade piloto foi concebida para operar com umavazão média do efluente de 2 m 3/h e tratar diferentes drenagens comcaracterísticas similares aos dos intervalos expostos na Tabela 4, atendendoainda aos seguintes critérios: operar como unidade de demonstração datecnologia de tratamento ativo de DAM; ter flexibilidade para atender diferentescondições operacionais; possibilitar a realização de ensaios, de treinamento depessoal e de testes de materiais e equipamentos; e permitir a adaptação doprocesso de acordo com as características do efluente a ser tratado.

A tecnologia de tratamento de efluentes proposta para a unidade piloto foi ada lama de alta densidade com precipitação química estagiada dos metaisdissolvidos, em duas etapas de neutralização, utilizando oxidação por aeraçãoe como reagentes químicos cal e soda para elevação do pH final em cada estágio,respectivamente, em torno de 8 e de 10,5. A remoção da maior parte dos metaispresentes na drenagem ocorrerá no primeiro reator, auxiliada pela coprecipitação

e adsorção destes pelos hidróxidos de ferro e alumínio; enquanto no segundo

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reator será alcançada a precipitação dos íons remanescentes, incluindo omanganês. A formação e o crescimento dos flocos de precipitados serãoauxiliados pelo uso de floculantes, coagulantes e “sementes” de lamareciclada, no reator de mistura lenta. A remoção dos precipitados e demais

sólidos presentes será realizada em equipamento de alta eficiência como oespessador de lamelas, considerando-se a partição de água de 18% para oproduto esperado. A reciclagem da lama adensada é realizada após a primeiraetapa de neutralização e espessamento. Após a operação da unidade entrarem regime, cerca de 80 a 90% da lama espessada, com um teor de 30 a40% de sólidos, será reciclada para o tanque de lama e deste para o tanquede mistura rápida, que recebe a drenagem ácida para o tratamento. A adiçãoextra de cal no tanque de lama favorece suas características de estabilidadedesejáveis para o processo e para a disposição final.

No tanque de mistura rápida ocorre a neutralização parcial do efluenteadmitido, que terá continuidade nos reatores de neutralização, com aoxidação química dos íons ferro e manganês promovida pela intensaaeração e agitação do meio aquoso, e formação dos precipitados dehidróxidos metálicos e gesso, segundo as seguintes equações genéricas:

M2+ + 2 (OH) - + Ca 2+ + SO4 2- + 2 H

2O M(OH)

2 + CaSO

4. 2H

2O (a)

2 M3+ +6 (OH) -+3 Ca 2+ +3 SO4 2- +2 H

2O 2 M(OH)

3+3 CaSO

4. 2H

2O (b)

Fe2+ + 2 (OH) - + ¼ O2

+ ½ H2O Fe3+ + 3 (OH) - (c)

Após a decantação da lama o efluente clarificado pode ser reutilizado noprocesso de tratamento, para a preparação de soluções dos reagentes, e oexcedente, utilizado no complexo produtivo da carbonífera ou destinado aodescarte nas bacias de polimento ou no rio.

A unidade piloto de tratamento foi concebida com os conceitos enunciadospara otimizar a remoção de íons que precipitam em pH mais elevado, de umaforma mais eficiente e econômica, no que tange ao uso e consumo de reagentese insumos e ao processo químico em si. Também o menor volume e aestabilidade química da lama adensada, se alcançados com a técnica proposta,refletirá em maior economia no espaço requerido e no custo para disposiçãodefinitiva da lama de processo, além de redução do risco ambiental associado.

Finalmente, um projeto para o atendimento das necessidades de umacarbonífera em particular deverá ser elaborado de acordo com as característicasdo efluente que exigirão soluções de engenharia específicas.


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Figura 1. Fluxograma da Unidade Piloto de Tratamento de DAM

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