Remoção de metais da drenagem ácida de minas por precipitação química e por troca iônica com zeólita NaP1

Abstract

A mineração do carvão fóssil gera grandes volumes de rejeitos que podem ser responsáveis por graves danos ambientais, entre os quais a Drenagem Ácida de Minas (DAM) decorrente da oxidação da pirita (FeS2) na presença de água e ar. Este percolado apresenta um baixo pH, rico em íons sulfato e ferro, bem como outros metais solúveis, como alumínio, manganês e zinco. Atualmente, o tratamento mais utilizado para este efluente é a precipitação/neutralização. Contudo, este processo muitas vezes é ineficiente para a remoção de manganês. Assim, o objetivo geral deste trabalho foi realizar o tratamento da Drenagem Ácida de Minas, visando à remoção de metais, com foco especial na remoção do íon manganês, utilizando as etapas de precipitação e, após, a troca iônica com zeólitas sintetizadas a partir de cinzas leves de carvão. A metodologia deste trabalho compreendeu duas etapas: 1°) síntese da zeólita NaP1, a partir de cinzas leves de carvão de Candiota por processo hidrotérmico e sua caracterização, 2°) caracterização da DAM, seguido de tratamento por precipitação/neutralização, e por troca iônica - zeólitas. O estudo foi aplicado para uma DAM proveniente da região carbonífera de Santa Catarina. Os resultados dos testes de caracterização do produto da síntese demonstraram a formação da zéolita NaP1, com CTC de 2,3 meq g-1. A DAM apresentou resultados típicos, com pH baixo, elevadas concentrações de Fe e sulfato e valores de manganês de 45,15 mg L-1. Os resultados do tratamento inicial mostraram que o tratamento do efluente por precipitação/neutralização, em pH 6,0, com Ca(OH)2, promove a remoção total de Al, Fe e Zn, contudo a concentração de manganês ainda fica em 28,24 mg L-1. No tratamento por troca iônica, utilizou-se a zeólita NaP1 para a remoção do manganês restante no efluente. O tempo de contato foi de 30 min, a razão S/L de 10 g L-1. O emprego da zeólita promoveu a remoção total do manganês da DAM. O mecanismo de remoção de Mn2+ ocorre por troca iônica na faixa de pH neutra e por precipitação superficial em valores de pH acima de 8,5. Em condições de laboratório, o custo do tratamento com zeólitas foi o dobro do tratamento por precipitação/neutralização. O tratamento com a utilização de zeólitas, seria uma alternativa visando a diminuição do consumo de cal hidratada com elevação do pH e remoção do Mn residual.

The mining of fossil coal generates large volumes of waste that may be responsible for serious environmental damage, including the acid mine drainage (AMD) resulting from oxidation of pyrite (FeS2) in the presence of water and air. This percolated has a low pH, rich in sulphate ions and iron as well as other soluble metals such as aluminum, manganese and zinc. Nowadays the most common treatment for this wastewater, is precipitation/neutralization. However, this process is inefficient for the removal of manganese. Thus the general aim this study was the treatment of acid mine drainage, aiming the removing metals, with special focus on removal of manganese ion, using the steps of precipitation and after the ion exchange with synthesized zeolites from fly ash coal. The methodology of this work included two steps: 1°) synthesis zeolite NAP1 from fly ash coal of Candiota by hydrothermal process and their characterization, 2°) characterization of AMD treatment followed by precipitation/neutralization and ion exchange-zeolite. The study was applied for a AMD from the coalfield of Santa Catarina. The results of the characterization tests of the synthesis product showed the formation of the zeolite NaP1, CEC from 2.3 meq g-1. The AMD showed typical results with low pH, high concentration of Fe and sulfate and manganese values 45.15 mg L-1. The results of the initial treatment from precipitation/neutralization showed that treatment of effluent by precipitation/neutralization at pH 6.0 with Ca(OH)2 promotes complete removal of Al, Fe e Zn, however the concentration is still in the manganese 28.24mg L-1. In the treatment by ion exchange, the zeolite NaP1 was used for the remaining manganese removal in wastewater. The contact time was 30 min, the ratio S/L 10 g L-1. The use of zeolite promoted the complete removal of manganese from AMD. The manganese removal by ion exchange mechanism occurs in the neutral range and surface precipitation in values above 8.5. In laboratory conditions, the cost of treatment with zeolite was double treatment by precipitation/neutralization. The treatment with use of zeolite would be an alternative aiming to decrease consumption of hydrated lime with increased pH and removing the residual Mn.