Tratamento efluentes uranio - run.unl.pt ?· radionuclídeos, como ácido sulfúrico, cloretos, amónia,…

<ul><li>Departamento de Cincias e Engenharia do Ambiente Tratamento de Efluentes Resultantes da Explorao de Urnio CLUDIA DERBOVEN SEQUEIRA Dissertao apresentada na Faculdade de Cincias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obteno do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil Sanitria Orientador Cientfico Prof. Doutora Leonor Miranda Monteiro do Amaral LISBOA 2008 </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO i</li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO iiAGRADECIMENTO Agradeo minha famlia e amigos o apoio incondicional e motivao para ir mais alm. Aos meus colegas de trabalho, agradeo a disponibilidade para a partilha de conhecimentos. E, acima de tudo, agradeo Professora Leonor Amaral pela constante motivao, sem a qual no teria chegado at aqui. </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO iii</li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO ivRESUMO Aps um sculo de explorao mineira em Portugal, nomeadamente de componentes radioactivos, como o urnio, rdio, polnio, entre outros, resultaram muitas minas, escombreiras de minrio pobre e de estreis, bacias de rejeitados, eiras de efluentes e lamas resultantes de processos de decantao de efluentes. Por outro lado, no cenrio internacional, aposta-se na produo de energia com recurso tecnologia nuclear. Esta situao tem vindo a aumentar o valor comercial do urnio e, em Portugal, tm surgido interesses para retomar a explorao mineira deste elemento. Tanto na componente de reabilitao das reas mineiras abandonadas, como na vertente de uma futura explorao mineira de urnio, o tratamento dos efluentes resultantes dos processos produtivos assume-se como um elemento determinante. Estes efluentes apresentam-se muitas vezes contaminados com urnio e rdio, no entanto, apresentam tambm outros subprodutos, representando graves impactes no ambiente em geral e, consequentemente, acarretando problemas de sade pblica. Neste campo, verifica-se uma grande diversidade de mtodos de tratamento para aplicao nos efluentes gerados por esta actividade produtiva. Estes mtodos devero ser aplicados, tendo em considerao as caractersticas dos efluentes a tratar, de modo a dar cumprimento aos valores de descarga presentes na legislao. De um modo geral, aplicam-se mtodos de tratamento activos durante o perodo de produo e, aps encerramento e fase de monitorizao, so maioritariamente aplicados processos passivos no tratamento do efluente gerado. Os sistemas de tratamento activos abordados incluem neutralizao, precipitao (com cloreto frrico e/ou cloreto de brio), adsoro atravs de hidrxido de magnsio hidratado, tecnologias de membranas (nanofiltrao e osmose inversa), troca inica. Os sistemas de tratamento passivos recorrem a leitos de macrfitas, barreiras permeveis reactivas, barreiras biolgicas e imobilizao. Muitas vezes verifica-se a necessidade de conjugar mais que uma tecnologia de tratamento para a remoo dos contaminantes do efluente, de modo a cumprir o disposto na legislao. </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO vABSTRACT The result of radioactive mining in Portugal during one century, mainly for uranium, radium and polonium, were several abandoned mines, low grade or sterile ore tailings, dump basins, lakes and effluent treatment sludges. Internationally, on the other hand, the energy production using nuclear technology as a resource plays an important role. This fact has raised the commercial value of the uranium and, as a consequence, the interest on the exploitation of uranium in Portugal. In both, remediation of mining areas and uranium production, the treatment of wastewater resulting from a diversity of processes, is of most importance. These effluents are often contaminated with uranium and radium, but also with other subproducts, causing severe impacts on the environmental and, consequently, on public health. With that purpose, there are several different treatment methods that can be applied to the effluent. These methods should be applied regarding the wastewater composition and the discharge standards to be met. In general, the active treatment methods are used during production phase and, after closure and monitoring phase, the passive treatments are mostly used. The active treatment methods include neutralization, precipitation (with iron and/or barium chloride), adsorption through hydrated magnesium hydroxide, membrane technology (nanofiltration or reverse osmosis), ion exchange. The passive treatment methods comprise wetlands, reactive permeable barriers, biological barriers and immobilization. There is often the need to combine more then one treatment technology to reach the legislated contamination standards. </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO viNDICE 1. ENQUADRAMENTO....................................................................................................1 2. OBJECTIVOS ..............................................................................................................3 3. PRODUO DE URNIO ...........................................................................................5 3.1. Introduo ....................................................................................................................... 5 3.2. Urnio como matria-prima .......................................................................................... 8 3.3. Mtodos Produtivos................................................................................................. 10 3.3.1. Introduo............................................................................................................. 10 3.3.2. Lixiviao em pilha .............................................................................................. 11 3.3.3. Lixiviao in situ................................................................................................... 12 3.3.4. Lixiviao dos depsitos de minrio no local de extraco .......................... 14 3.3.5. Processamento do minrio em instalao fabril............................................. 14 3.4. Transferncia de Urnio para o Ambiente ............................................................... 18 4. CARACTERIZAO QUALITATIVA DOS EFLUENTES ..........................................21 5. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DISPONVEIS .................................................23 5.1. Introduo ..................................................................................................................... 23 5.2. Sistemas de Tratamento Activos ............................................................................... 24 5.2.1. Neutralizao ....................................................................................................... 24 5.2.2. Precipitao com cloreto frrico........................................................................ 26 5.2.3. Precipitao com cloreto de brio .................................................................... 27 5.2.4. Adsoro atravs de hidrxido de mangansio hidratado atravs de arejamento ............................................................................................................................. 30 5.2.6. Troca Inica.......................................................................................................... 39 5.3. Sistemas de Tratamento Passivos ............................................................................ 40 5.3.1. Lagoas de Macrfitas .............................................................................................. 40 5.3.2. Barreiras permeveis reactivas ............................................................................. 43 5.3.3. Barreiras biolgicas ................................................................................................. 45 6. ANLISE SUMRIA DOS PROCESSOS DE TRATAMENTO ............................. 49 7. CONCLUSES ............................................................................................................ 55 </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO vii NDICE DE TABELAS TABELA 1 CRONOLOGIA DA EXPLORAO MINEIRA EM PORTUGAL NO SCULO XX E ACONTECIMENTOS IMPORTANTES INTERNACIONAIS. ........................................... 6 TABELA 2 EXEMPLOS DE LIMITES DE CONCENTRAO DE ALGUNS PARMETROS PRESENTES EM EFLUENTES DE MINAS OU INSTALAES FABRIS DE PRODUO DE URNIO, PARA DIFERENTES PASES. .............................................................. 8 TABELA 3 DISTRIBUIO MUNDIAL DE JAZIDAS DE URNIO E RESPECTIVA ESTIMATIVA DE PRODUO RELATIVAMENTE AO VALOR TOTAL PRODUZIDO AT 1999.................. 9 TABELA 4 PERODO DE TEMPO DE DEGRADAO DOS RADIONUCLDEOS, EM MEIA-VIDA..... 19 TABELA 5 CARACTERSTICAS DO EFLUENTE SUBMETIDO A PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS .............................................................................................. 28 TABELA 6 ANLISE SUCINTA DAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO ABORDADAS. ................ 50 </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO viiiNDICE DE FIGURAS FIGURA 1 ESQUEMA DA APLICAO DE UM PROCESSO DE LIXIVIAO SOBRE UMA PILHA DE MINRIO E ETAPAS POSTERIORES DE RECUPERAO DO METAL EM SOLUO........................................................................................................ 11 FIGURA 2 ESQUEMA DO PROCESSO DE LIXIVIAO IN SITU. .............................................. 13 FIGURA 3 ESQUEMA DO PROCESSO DE PRODUO DE URNIO ATRAVS DE LIXIVIAO CIDA ............................................................................................................. 17 FIGURA 4 COMPARAO DO PROCESSO CONVENCIONAL COM O PROCESSO DE NEUTRALIZAO COM LAMAS DE ALTA DENSIDADE............................................ 25 FIGURA 5 DIAGRAMA DE PROCESSO DE REMOO DE CONTAMINANTES DE EFLUENTE CIDO DE URNIO, ATRAVS DE CLORETO DE BRIO ........................................ 29 FIGURA 6 REPRESENTAO ESQUEMTICA DO FUNCIONAMENTO DE UMA MEMBRANA. ...... 32 FIGURA 7 PROCESSOS DE MEMBRANAS, TIPO E DIMENSO DAS MOLCULAS E/OU PARTCULAS SEPARADAS E CONDIES DE PRESSO DE FUNCIONAMENTO........ 34 FIGURA 8 REPRESENTAO ESQUEMTICA DA DIFERENA DE PERMEABILIDADE ENTRE AS MEMBRANAS DE NANOFILTRAO E OSMOSE INVERSA. ................................ 35 FIGURA 9 MDULOS DE MEMBRANAS DO PROCESSO DE OSMOSE INVERSA. ...................... 36 FIGURA 10 REPRESENTAO ESQUEMTICA DE UMA LAGOA DE MACRFITAS..................... 40 FIGURA 11 CONSTRUO DE UM LEITO DE MACRFITAS PARA ESCOAMENTO SUBSUPERFICIAL............................................................................................. 41 FIGURA 12 FOTOGRAFIA DAS ESPCIES VEGETAIS ELEOCHARIS E NYMPHYA SP, UTILIZADAS EM SISTEMAS DE PLANTAS AQUTICAS. .......................................... 41 FIGURA 13 DIAGRAMA ESQUEMTICO DO FUNCIONAMENTO DE UM SISTEMA DE BARREIRAS PARA TRATAMENTO DE GUA SUBSUPERFICIAL................................................. 45 FIGURA 14 ESQUEMA DA CONSTRUO E MODO DE OPERAO DE UMA BARREIRA BIOLGICA...................................................................................................... 46 </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO ix</li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO 11. ENQUADRAMENTO Os efluentes resultantes de um sculo de explorao mineira em Portugal, nomeadamente de componentes radioactivos, como o urnio, rdio, polnio, entre outros, representam um grave problema com repercusses na envolvente destas reas mineiras. No entanto, de acordo com as caractersticas das rochas e os processos de extraco do minrio, estas jazidas podem apresentar uma diversidade de outros elementos, no radionucldeos, como cido sulfrico, cloretos, amnia, mangansio, ferro, nitratos, cobre, vandio, etc. Como resultado desta actividade encontram-se muitas minas, escombreiras de minrio pobre e de estreis, bacias de rejeitados, eiras de efluentes e lamas resultantes de processos de decantao de efluentes. Todas estas situaes causam impactes importantes no solo, recursos hdricos, ar, paisagem ou seja no ambiente em geral e, consequentemente, acarretam problemas de sade pblica. De acordo com a Lei de Bases do Ambiente, a recuperao de reas degradadas no territrio nacional um dever fundamental do Estado. O Decreto-Lei n. 198-A/2001, de 6 de Julho, estabeleceu o regime jurdico da concesso do exerccio da actividade de recuperao ambiental das reas mineiras degradadas, tendo atribudo Exmin Companhia de Indstria e Servios Mineiros e Ambientais, S.A. o exclusivo daquele servio pblico. No ano de 2005 a EDM Empresa de Desenvolvimento Mineiro, S.A. incorporou a Exmin, sendo responsvel, em pouco mais de um ano, pela abertura de diversos concursos para reabilitao de diversas reas mineiras no Pas, algumas delas j a decorrer. No panorama nacional foram exploradas cerca de 62 minas de urnio, nos concelhos de Coimbra, Guarda, Viseu e Castelo Branco, tendo esta actividade cessado totalmente no ano de 2001. No entanto, devido escalada de preos do urnio nos ltimos tempos, verificou-se um interesse no ressurgimento desta actividade mineira, no ltimo ano, esse interesse incidiu nomeadamente no jazigo de Nisa, Distrito de Portalegre. Este jazigo representa o maior inexplorado alguma vez descoberto no territrio nacional, representando 60% do potencial do Alto Alentejo. Como tal, tem sido objecto de interesse por alguns investidores estrangeiros. </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO 2Tanto na componente de reabilitao das reas mineiras abandonadas, como na vertente de uma futura explorao mineira de urnio, o tratamento dos efluentes resultantes dos processos a decorrentes assume-se como um elemento determinante. Neste campo, verifica-se uma grande diversidade de mtodos de tratamento para aplicao nos efluentes gerados por esta actividade produtiva. Estes mtodos devero ser aplicados, tendo em considerao as caractersticas dos efluentes a tratar, de modo a dar cumprimento aos valores de descarga presentes na legislao. As metodologias aplicadas gesto dos efluentes do processo produtivo de urnio, ainda no se encontram estabilizadas, verificando-se actualmente o desenvolvimento de inmeros estudos, nomeadamente em organismos internacionais ligados produo de energia nuclear, de modo a tornar os processo de gesto e tratamento o mais eficientes possveis, tanto a nvel de cumprimento de descargas, como a nvel econmico. </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO 32. OBJECTIVOS Tendo em considerao a situao em Portugal do sector mineiro, tanto no que diz respeito a reas mineiras abandonadas como numa eventual futura explorao de urnio, torna-se importante abordar o assunto do tratamento dos efluentes da resultantes. A Agncia Internacional de Energia Atmica (IAEA), sedeada na ustria, um dos principais investigadores nesta rea, tendo j diversas publicaes sobre o tratamento dos efluentes decorrentes da produo de urnio, com grande actividade na ltima dcada. No entanto, nesta e noutras entidades, verifica-se a disperso de informao relativamente a esta matria, sendo que, se pretende, com esta dissertao, apresentar os processos aplicados na indstria de produo de urnio e os fluxos de efluentes associados e dar um contributo para a boa compreenso dos diversos tipos de tratamento a aplicar a esses efluentes que, para alm de urnio, contm outros subprodutos. Ser ainda efectuada uma anlise das suas vantagens e desvantagens, produtos envolvidos, bem como a eventual reutilizao da gua tratada. </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO 4</li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO 53. Produo de Urnio 3.1. Introduo A explorao de urnio no sculo XX assistiu a trs pocas distintas em termos de objectivos. A primeira grande corrida a este minrio deu-se durante a Segunda Guerra Mundial at aos anos 60, com objectivo de produo de armamento de acordo com a estratgia militar desenvolvida. J no final desta poca foi igualmente reconhecido o potencial da energia nuclear para fins pacficos e utilizao quotidiana face a outros produtos, ocorrendo uma segunda corrida ao urnio at ao incio dos anos 70, j orientada atravs das foras de mercado e mercado mundial de matrias-primas. A ltima poca de explorao de urnio comea em meados dos anos 70, coincidindo com o incio da consciencializao ambiental do impacto negativo da indstria, em geral, no ambiente. Assim, em diversos pases produtores de urnio, foram desenvolvidas normas de proteco ambiental, estudos de impacte ambiental para as principais operaes mineiras, nomeadamente no Canad, Estados Unidos da Amrica, Austrlia e, j na dcada de 80, na Alemanha e Brasil. A Agncia Internacional de Energia Atmica (IAEA), criada em 1957, integrada na Organizao das Naes Unidas (ONU), tambm desenvolveu na dcada de 80 as suas prprias normas e regulamentos de segurana e proteco ambiental. Ao mesmo tempo que foram desenvolvidos mais estudos e o conhecimento dos riscos para sade pblica do combustvel nuclear aumentou, tambm aumentou a preocupao com os possveis impactes negativos no ambiente natural tanto dos novos projectos de explorao como das minas j em explorao h vrios anos. De salientar que a abordagem genrica acima descrita no ocorreu do mesmo modo em todos os pases produtores de urnio, pelo que no Tabela 1 apresenta-se um cronograma da explorao mineira em Portugal no sculo XX, assinalando igualmente as datas de importantes acontecimentos internacionais. </li><li>TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO 6Tabela 1 Cronologia da explorao mineira em Portugal no Sculo XX e acontecimentos importantes internacionais. (adaptado de Matos e Burrows, 2001) Ano Factos 1907 Primeira descoberta de jazidas em Portugal 1909 Primeira concesso mineira a uma empresa 1911 Instalao da primeira oficina de tratamento e concentrao de minrios de urnio do Barraco (junto Estao do Sabugal Linha da Beira Baixa) 1912 Criao da Sociedade Urnio-Rdio 1913 Inicio da Explorao do jazigo de urnio da Urgeiria 1914 Inicio da Explorao da Mina do Alto da Vrzea 1925 Encerramento da oficina do Barraco 1928 Criao da Companhia Portuguesa de Rdio, Lda. 194

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