Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais

Produção de óxidos de ferro (goetita, hematita e

magnetita) por precipitação seletiva da drenagem ácida de minas da mineração de carvão

Alunos: Rodrigo de A. Silva, Carmem Dias Castro

Orientadores: Ivo A. H. Schneider, Carlos Otávio Petter

LEAmet Laboratório de Estudo Ambientais

para a Metalurgia

Estrutura do Trabalho

1. Introdução

2. Objetivo

3. Justificativas

4. Materiais e Métodos

5. Resultados

6. Conclusões

7. Agradecimentos

1. Introdução

• O carvão mineral é o mais abundante combustível fóssil, no Brasil são estimadas cerca de 32 bilhões de toneladas localizadas no sul do País.

• A pirita, presente nos rejeitos de carvão, quando expostos a ação do meio ambiente geram uma solução extremamente ácida, com elevada concentração de metais (Fe, Al, Mn, Zn) e sulfatos.

• O tratamento convencional (Tratamento Ativo) da DAM consiste na neutralização e precipitação dos metais na forma de hidróxidos, Gerando uma grande quantidade de lodo rico em ferro e alumínio (em menor teor, o manganês, o zinco entre outros).

• Estudos em nível de pesquisa tem procurado aplicações do lodo. Contudo, devido a mistura de diferentes metais, o material ainda é considerado um resíduo.

Imagem do local de captação da DAM

Estação de tratamento de efluentes

Bacias de decantação

Secagem do Lodo

(Fonte: Renato Dantas - LTM)

Fluxograma das possíveis transformações do ferro e suas formas (Fonte: Cornell & Schwertmann)

Materiais possíveis de se obter a partir do ferro da DAM

Processo de recuperação do ferro da DAM (natural ou controlada)

Lodo Férrico

Sulfato Férrico Aluminoso Sulfato Férrico

Lodo Férrico/Ferroso

Goetita

Magnetita Sulfato Ferroso

Hematita

2. Objetivo

• O objetivo do presente trabalho é demonstrar a possibilidade de produzir óxido de ferro (goetita, hematita e magnetita) por precipitação seletiva do ferro a partir da Drenagem Ácida de Mina.

3. Justificativas

• A concepção atual do tratamento da DAM aborda a tecnologia de “final de tubo” e implica em gastos financeiros sem a recuperação de materiais. Na DAM são desperdiçados toneladas de materiais com alto potencial econômico, entre os quais o ácido sulfúrico, ferro e alumínio.

• A mineração de carvão no Brasil ainda não trabalha de forma consolidada com conceitos de mineração sustentável e tecnologias mais limpas.

Desenvolvimento sustentável: “Atender as necessidades atuais sem comprometer as necessidades das gerações futuras”.

Características físico-químicas da DAM do módulo B da UM II Verdinho (CCSA).

Foto da DAM gerada no módulo de rejeito e coletada no canal de contenção.

Parâmetros

(mg/L)

DAM Bruta

pH 2,00

Fe (total) 3.200,0

Fe3+ 3.200,0

Fe2+ ---

Al 1.269,5

Mn 114,6

Zn 80,0

Ca 11,8

Mg 8,4

SO42- 12.600

4. Materiais e Métodos

Titulação potenciométrica da DAM – Determinação do ponto final da hidrólise do íon férrico

Hidrólise do Fe+3

A - O lodo produzido na precipitação seletiva foi centrifugado e lavado 3

vezes com água destilada no mesmo pH de precipitação;

B – Solução de nitrato férrico preparado pela dissolução do lodo férrico

com ácido nítrico 1:1;

C – Solução de sulfato férrico preparado pela dissolução do lodo férrico

com ácido sulfúrico 1:1;

Preparação dos materiais precursores do óxidos de ferro

Preparação da Goetita e Hematita (Óxidos de ferro amarelo e vermelho)

• Fe(OH)3 + 3HNO3 → Fe(NO3)3 + 3H2O

• [Fe(OH)6]3+

(aq) + KOH → Fe4(O,OH,H2O)12(s)

• Fe4(O,OH,H2O)12 (aquoso) → [Fe(OH)4-](aq)

• [Fe(OH)4‾] (aquoso) → FeOOH(s)

• 2FeOOH(s) → Fe2O3(s) + H2O(g)

Fe(OH)3 HNO3 FeOOH(s)

350°C

Preparação da Magnetita (Óxido de ferro preto)

Green Rush Óxido de ferro magnético

12 horas

(Fonte: Vigânico et al, 2011).

5. Resultados e discussão

Parâmetros (mg/L) DAM Bruta Após o ajuste

em 3,6

Após o ajuste

em 7,0

Padrões Brasileiros

de emissão de

efluentes

(CONAMA 354)

pH 2,8 3,6 7,0 5-9

Fe (total) (mg/L) 3.200,0 65,7 0,5 15,0

Fe3+ (mg/L) 3.200,0 65,7 0,5 -

Fe2+ (mg/L) ND ND ND -

Al (mg/L) 1.269,5 1.006,7 1,3 -

Mn (mg/L) 114,6 91,5 0,6 1,0

Zn (mg/L) 80,0 62,0 0,03 5,0

Ca (mg/L) 11,8 10,2 10,5 -

Mg (mg/L) 8,4 5,3 5,5 -

SO42- (mg/L) 12.600,0 10.470,0 9,236.7 -

Características fisico-químicas da amostra da drenagem ácida de mina bruta e após cada etapa de precipitação nos pH´s 3,6 e pH 7,0, para os principais

elementos.

Parâmetros Lodo ressolubilizado Goetita Hematita Magnetita

Teor de FeTotal (%) 93.5 60,3 51,4 52,3

Teor de Fe+3 (%) 93,5 60,3 51,4 46,4

Teor de Fe+2 (%) - - - 5,6

Teor de Al (%) 6,2 0,8 0,1 3,3

Teor de Mn (%) 0,2 0,2 < 0,1 0,1

Teor de Ca (%) 0,1 0,1 0,1 0,3

Teor de Zn (%) 0,1 0,2 0,3 < 0,1

Caracterização química dos principais elementos: lodo e materiais obtidos

Goetita Hematita Magnetita

• Difração de Raios-X

• Granulometria

Goetita Hematita Magnetita

Fração Acumulada Pó Pasta Pó Pó Pasta

Diâmetro 10% (µm)

Diâmetro 50% (µm)

Diâmetro 90% (µm)

Diâmetro médio (µm)

0,73

2,75

11,23

4,37

0,08

0,41

1,74

0,68

1,56

12,25

29,43

14,23

0,70

3,432

0,74

7,47

1,03

3,56

7,35

3,93

• MEV

• Colorimetria

• Testes aplicativos iniciais

Para complementar, os pigmentos goetita e magnetita na forma de pó e em pasta foram empregados na preparação de uma tinta de recobrimento a base água e o pigmento hematita foi utilizado para confeccionar um bloco de concreto colorido. Os testes preliminares de dispersão “Rub Out” demonstraram que os pigmentos, quando secados, apresentam problemas. Entretanto, esse problema foi resolvido quando preparados na forma de pasta.

- O processo de precipitação seletiva da DAM possibilitou a obtenção de um lodo com alta pureza, propiciando sua utilização na produção de sais férricos para a obtenção de materiais com valor agregado;

- O ferro em solução foi parcialmente reduzido no reator de lixiviação; - Os procedimentos para conversão dos hidróxidos de ferro em pigmentos

amarelo, vermelho e preto foram desenvolvidos a partir de rotas pré-estabelecidas na literatura;

- Os pigmentos obtidos foram caracterizados em função de suas características

granulométricas, mineralógicas e químicas, apresentando resultados com bom potencial para utilização como insumo na produção de tintas e concretos coloridos;

- Os testes preliminares realizados em tintas indicaram que os pigmentos obtidos

a partir da DAM na forma de pasta tem uma melhor dispersão quando comparado com os pigmentos obtidos na forma de pó;

- Pelo processo de precipitação seletiva é possível reduzir em mais de 80% o

volume de lodo produzido nas atuais estações de tratamento de efluentes, obtendo-se materiais com valor econômico;

6. Conclusões

- Os autores agradecem ao CNPq, CAPES, Fapergs e a Rede Carvão pelo apoio financeiro, e a UFRGS por disponibilizar a suas dependências e contribuir com a formação de recursos humanos nesta área do conhecimento.

Agradecimentos