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

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

Post on 20-Nov-2018

212 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 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

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    i

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    ii

    AGRADECIMENTO

    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.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    iii

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    iv

    RESUMO

    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.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    v

    ABSTRACT

    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.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    vi

    NDICE

    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

  • 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

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    viii

    NDICE 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

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    ix

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    1

    1. 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.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    2

    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 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.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    3

    2. 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 diver...