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

jrubio@ufrgs.br

www.ufrgs.br/ltm

• 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

Sumário

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

Estudo e desenvolvimento de novas

técnicas de precipitação, floculação,

sedimentação, flotação e adsorção para

o tratamento e reúso de águas

efluentes (urbanas e industriais)

Tratamento de efluentes líquidos

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

• 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 NF-

sedimentação lamelar no tratamento futuro das DAM´s

Fatos principais

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

DAM

Carvão

Planta

microbolhas, 30-100 µm

Case 2: Carbonífera Cooperminas-2007-

Projeto-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 NPF-

sedimentação lamelar-2007

Sedimentador de

lamelas

Projeto Aquaflot

Água de

Reúso

Alternativa Diferenças em Área de

sedimentação, %

Capacidade de tratamento, m/h

Bacia de rejeitos 100 0.08

Espessador tipo Dorr 8 1

Espessador de Lamelas 2 5

Por que Sedimentação de Lamelas?

Diferencias (plantas de 250 m3/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

Rio Urussanga

Criciúma

Urussanga

Situação atual:

Córrego de DAM

Estação SS-16

Rio Ronco d’água

• 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)

Inovações-técnicas/equipamentos para o

tratamento e reúso de DAM

RGF®

2004

Fluxo

pistão,

tempo de

residência,

6-10 s

Bomba multifásica geradora de bolhas-BGB®-2007

Bolhas 50-200 µm

FADAT-

Flotador piloto

de alta taxa, >

13 m/h

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

Remoção de íons sulfato

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-)

Floculação

Flotação

Lodo

Água tratada

A

Sedimentador

lamelar

piloto-5-6

m/h

Custos operacionais

(aproximados)

Equipamento pHReagentes,

R$.m-3Energia, R$.m-3

Total,

R$.m-3

SL 9 0,20 0,50 0,70

FADAT 9 0,50 1,0 1,50

FADAT 12 6,0 1,0 7,0*

* = Sem reciclo da etringita gerada

Opções de

reúsoPossíveis Aplicações

Fins

urbanos

Irrigação, lavagem de ruas, praças, veículos,

construção civil, incêndios

Fins

agrícolas e

florestais

Agricultura, cultivo florestas plantadas

Fines

ambientaisProjetos de recuperação de meio ambiente

Fins

industriaisProcessos, 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

Microgrãos de areia aprisionados nos flocos

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

RGF® + Microareia

Etapa II – Estudos piloto

• 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

0

400

800

1200

1600

2000

Bruta 3:1 7:1 10:1

Coagulant:Sulphate ratio (g.g-1

)

Su

lfato f

inal, m

g.L

-1Solução sintética sulfato

DAM natural

Potabilidade de água no Brasil

A avaliação econômica do novo processo em

meio ácido está em andamento

Publicações associadas•Treatment of acid mine drainage (AMD) fromcoal mines in South Brazil. Silva, R.; Rubio, J.International Journal of Coal Preparation andUtilization. p. 192 – 202, 2009.

Treatment of Acid Mine Drainage (AMD) fromCoal Mines in South Brazil. Silva, R.; Rubio, J.International Journal of Coal Preparation andUtilization, v. 29, p. 192-202, 2009.

Treatment of Acid Mine Drainage and WaterReuse: Flotation with Microbubbles versus FlocsLamelar Settling. Silva, R.; da Silveira, A. N.;Rubio, J. VI International Mineral ProcessingSeminar - Procemin2009. Santiago, Chile, p.513-522, 2009.

•Treatment of coal acid mine drainage in brazil-

recent 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: 978-

85-62689-03-1, 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 R$/m3 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