RESUMO
Resumo A drenagem ácida de mina da mineração de carvão é um dos mais graves problemas ambientais que existem atualmente e é caracterizada, principalmente, por apresentar elevada acidez, baixo pH e expressiva concentração de metais tóxicos, como ferro, Mn e muitos outros, afetando diretamente mananciais e rios. Em busca de uma alternativa que pudesse melhorar, de forma eficiente e econômica, os níveis de acidez e ferro da água impactada pela drenagem ácida de mina, foi desenvolvido um adsorvente geopolimérico à base de materiais residuais da indústria cerâmica e do beneficiamento de arroz (cinzas da casca de arroz). O objetivo desta pesquisa foi avaliar a eficiência do geopolímero na remoção de íons ferro em água contaminada com drenagem ácida de mina. Foram avaliados aspectos de dosagem do adsorvente, efeito da temperatura, concentrações iniciais de ferro, cinética e parâmetros termodinâmicos do processo de adsorção. O percentual de ferro removido foi de 92,76%, à temperatura de 25 °C, em um período de 20 min, com uma concentração de adsorvente de 4 g L-1. A capacidade máxima de adsorção de ferro pelo geopolímero foi de 7,18 mg.g-1. O principal mecanismo de adsorção ocorreu em razão da quimissorção, que segue o modelo cinético de pseudossegunda ordem. O geopolímero se mostrou como uma alternativa eficiente ao tratamento de água contaminada com drenagem ácida de mina.
Abstract Acid mine drainage is a worldwide problem and is characterized by high acidity, low pH and expressive concentration of heavy metals, such as iron, Mn and many others, directly affecting water sources and rivers. In search of an alternative that could efficiently and economically improve the levels of acidity and water iron impacted by acid mine drainage, a geopolymeric adsorbent based on residual materials was developed: from the ceramic industry and rice processing (rice husk ash). In this work, it was evaluated the efficiency of the geopolymer in removing iron ions in water contaminated with acid mine drainage. Aspects of adsorbent dosage, temperature effect, initial iron concentrations, kinetics and thermodynamic parameters of the adsorption process were evaluated. The percentage of iron removed was 92.76%, at a temperature of 25 °C, for 20 min, with an adsorbent concentration of 4 g L-1, with the maximum capacity for adsorption of iron by the geopolymer being 7.18 mg.g-1. The main mechanism of adsorption occurred due to chemisorption, which follows the kinetic model of pseudo-second order. Geopolymer appears potentially useful an efficient alternative in the treatment of water contaminated with acid mine drainage.
RESUMO
RESUMO: Rejeitos de carvão contêm vários minerais, entre os quais a pirita, que se oxida e gera a drenagem ácida de minas (DAM), um efluente ácido com alto poder poluidor. Atualmente, o setor de mineração de carvão brasileiro controla a DAM por meio do tratamento pelo método de neutralização/precipitação de metais, que consome substanciais quantidades de reagentes e gera um grande volume de lodo. O objetivo deste trabalho foi estudar a minimização da geração da DAM por outra abordagem, o método preventivo de isolamento e exclusão de sulfetos. O processo consiste na remoção da pirita da massa de resíduos, reduzindo a geração de acidez e minimizando a carga de metais nas estações de tratamento. A metodologia do trabalho consistiu na separação gravimétrica por meio denso de uma amostra típica de rejeito de carvão, obtendo-se três frações densimétricas: inferior a 2,2, entre 2,2 e 2,7 e superior a 2,7. Cada fração foi submetida às análises imediata e elementar. Também foram realizados ensaios estáticos e cinéticos em células úmidas para avaliação da geração de acidez no rejeito bruto e na fração com densidade intermediária. Os resultados demonstraram que, por intermédio do beneficiamento gravimétrico dos rejeitos, é possível reduzir em 30% o volume de material descartado. Esse material apresenta um potencial de geração de acidez líquido de 80 a 90% inferior ao do rejeito de carvão bruto. Além disso, estima-se que os custos com reagentes no tratamento de águas ácidas produzidas da mineração de carvão possam ser reduzidos em aproximadamente 85%.
ABSTRACT: Coal wastes contain many minerals, including the pyrite, which oxidize and generates the acid mine drainage (AMD), a highly polluting effluent. Currently, the Brazilian coal mining operations emphasise AMD control using waste water treatment systems which consume substantial amounts of reagents and generate large amounts of sludge. The aim of this work was to study the acid mine drainage control by another approach, the sulphide exclusion preventive method. The method comprises in removing the pyrite form coal tailings, reducing the acid generation and minimizing the metals load in wastewater treatment plants. Accordingly, a typical coal waste sample was submitted to a density separation process to divide the sample in the following relative density ranges: below 2.2, from 2.2 to 2.7 and above 2.7. All density fractions were submitted to ultimate and proximate analysis. Static and kinetic tests were carried with the raw waste and the pyrite-free fraction. The results showed that, by gravity processing of coal tailings, it is possible to decrease 30% the volume of wastes. The remaining material presents an acid generation potential of about 80-90% lower than the raw waste. Furthermore, it is expected a reduction in costs of reagents of approximately 85% in acid mine treatment plants.
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção de íons sulfato, encontrados em efluentes de diversas atividades do setor mínero/metalúrgico. Os processos de remoção de sulfato desses efluentes são, em geral, caros e com baixa eficiência de remoção para essa espécie. Foram estudadas duas alternativas de tratamento para soluções ricas em sulfato. A primeira consistiu na investigação da remoção do íon em pH ácido, na forma de jarosita. Na segunda, foi estudada a remoção do sulfato como etringita, em pH alcalino. A etringita mostrou-se uma boa opção para o tratamento de efluentes líquidos contendo sulfato, pois apresentou baixa solubilidade em água em pH acima de 11,5. Em seguida, foi investigada a precipitação química de sulfato em soluções sintéticas contendo 1.500 mg/L do íon, em temperatura ambiente (22±1º C), observando-se remoções próximas de 85 por cento em sistemas contínuos de precipitação. Esses estudos mostram a redução dos teores finais de sulfato a valores inferiores a 250 mg/L, ou seja, abaixo do que é recomendado pela legislação brasileira.
The aim of this study was to develop alternative techniques for removing sulfate ions from mining/metallurgy effluents. Sulfate removal processes are generally expensive and show low removal efficiency. Two alternatives to treat sulfate-rich solutions were studied in this work. The first alternative was sulfate removal in acidic pH, as jarosite. Moreover, the second precipitating alternative was tested in alkaline conditions, as ettringite. Sulfate removal as ettringite was considered the preferable form for treating sulfate-containing wastewaters due to its low solubility in water, close to 10 mg/L at the pH of 11.5. Chemical precipitation of sulfate in synthetic solutions containing 1,500 mg/L sulfate, at the temperature of 22±1º C, was thus investigated, and removals close to 85 percent in continuous precipitation systems were observed. This study showed sulfate reduction to final concentration values below 250 mg/L - lower than that recommended by environmental regulations.
RESUMO
The Coal basin of Santa Catarina is located between the towns of Araranguá and Lauro Müller and contains a reserve of mineral coal around 4.3 billion tons, corresponding to 13% of the country total exploitation. Coal mining is done in underground and in surface mines, and both processes lead to environmental problems. Until the late 1990s, the reject was, in most cases, deposited in open areas close to mining sites or coal beneficiation. Thus, an area of approximately 6,400 hectares was degraded. In January 2000, the Department of Public Prosecution ordered the Union and the Union of Mining Industries to adopt safer rules for the reconstruction of areas still being mined, and to recover areas previously degraded by the activity. The recovery of such areas undergoes primarily the knowledge of key issues that may prevent restoration of ecological functions of impacted soils; these functions depend directly on physical and chemical soil properties. The chemical and physical properties of soils built post-coal mining reflect the inherited variability of geological materials, different construction processes, thickness and degree of layers compaction, degree of material mixing of the geologic column, mixing degree of reject and soil and presence or absence of acid mine drainage. The interaction of these factors results in the complexity and diversity of problems found when attempti
A bacia carbonífera catarinense encontra-se localizada entre os municípios de Araranguá e Lauro Müller e contém uma reserva de carvão mineral da ordem de 4,3 bilhões de toneladas, o que corresponde a 13% do total do país. A exploração do carvão mineral é feita em minas subterrâneas e a céu aberto. Ambos os processos acarretam em problemas ambientais. Até o final da década de 1990, o estéril ou rejeito era, na maioria dos casos, depositado a céu aberto em áreas próximas aos locais de mineração ou beneficiamento do carvão. Com isso, uma área de aproximadamente 6.400 hectares foi impactada. Em janeiro do ano 2000, o Ministério Público condenou a União e o Sindicato das Indústrias Mineradoras pelo passivo ambiental, obrigando-os a adotar normas mais rígidas de reconstrução das áreas ainda a serem mineradas, além de recuperar as áreas já degradadas anteriormente pela atividade. A recuperação desse passivo ambiental passa primeiramente pelo conhecimento dos principais problemas que podem impedir a restauração das funções ecológicas dos solos impactados, sendo que essas funções dependem diretamente das propriedades físicas e químicas dos solos. As propriedades químicas e físicas dos solos construídos pós-mineração de carvão refletem a variabilidade herdada dos materiais geológicos, dos diferentes processos construtivos, da espessura e grau de compactação das camadas, do grau de mistur
RESUMO
The Coal basin of Santa Catarina is located between the towns of Araranguá and Lauro Müller and contains a reserve of mineral coal around 4.3 billion tons, corresponding to 13% of the country total exploitation. Coal mining is done in underground and in surface mines, and both processes lead to environmental problems. Until the late 1990s, the reject was, in most cases, deposited in open areas close to mining sites or coal beneficiation. Thus, an area of approximately 6,400 hectares was degraded. In January 2000, the Department of Public Prosecution ordered the Union and the Union of Mining Industries to adopt safer rules for the reconstruction of areas still being mined, and to recover areas previously degraded by the activity. The recovery of such areas undergoes primarily the knowledge of key issues that may prevent restoration of ecological functions of impacted soils; these functions depend directly on physical and chemical soil properties. The chemical and physical properties of soils built post-coal mining reflect the inherited variability of geological materials, different construction processes, thickness and degree of layers compaction, degree of material mixing of the geologic column, mixing degree of reject and soil and presence or absence of acid mine drainage. The interaction of these factors results in the complexity and diversity of problems found when attempti
A bacia carbonífera catarinense encontra-se localizada entre os municípios de Araranguá e Lauro Müller e contém uma reserva de carvão mineral da ordem de 4,3 bilhões de toneladas, o que corresponde a 13% do total do país. A exploração do carvão mineral é feita em minas subterrâneas e a céu aberto. Ambos os processos acarretam em problemas ambientais. Até o final da década de 1990, o estéril ou rejeito era, na maioria dos casos, depositado a céu aberto em áreas próximas aos locais de mineração ou beneficiamento do carvão. Com isso, uma área de aproximadamente 6.400 hectares foi impactada. Em janeiro do ano 2000, o Ministério Público condenou a União e o Sindicato das Indústrias Mineradoras pelo passivo ambiental, obrigando-os a adotar normas mais rígidas de reconstrução das áreas ainda a serem mineradas, além de recuperar as áreas já degradadas anteriormente pela atividade. A recuperação desse passivo ambiental passa primeiramente pelo conhecimento dos principais problemas que podem impedir a restauração das funções ecológicas dos solos impactados, sendo que essas funções dependem diretamente das propriedades físicas e químicas dos solos. As propriedades químicas e físicas dos solos construídos pós-mineração de carvão refletem a variabilidade herdada dos materiais geológicos, dos diferentes processos construtivos, da espessura e grau de compactação das camadas, do grau de mistur
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No sul catarinense, cristais de pirita associados a rejeitos de beneficiamento de carvão mineral, quando alterados, desencadeiam o processo conhecido como drenagem ácida de mina (DAM). Este trabalho objetivou avaliar a eficiência de três sistemas de coberturas secas sobre estes rejeitos, como uma opção para o controle da DAM. Agentes neutralizantes da DAM como a cinza pesada e o calcário foram misturados com os rejeitos ou dispostos acima destes. Para reduzir a infiltração de água e difusão de oxigênio no meio, foi empregada uma camada de 50 cm de solo silte-argiloso compactado. Os experimentos foram monitorados por um ano, sendo analisados nos lixiviados alguns parâmetros indicadores da DAM, além da presença de bactérias ferro-oxidantes e sulfato-redutoras. Os resultados obtidos indicaram uma boa eficiência na prevenção da DAM de dois dos três sistemas de coberturas pesquisados.
In the southern of the Santa Catarina state, the weathering and oxidation of pyrite-containing coal has been the major agent of Acid Mine Drainage (AMD) production. The purpose of this study was to verify the efficiency of three different cover systems to inhibit AMD. Experiments were built in field lysimeters with alkaline agents - bottom ash and limestone - placed over or mixed with fresh coal waste. To reduce the water infiltration rates and oxygen diffusion 50 cm of compact mud soil layer was put over waste. The top cover was constituted by 10 cm of the same soil, mixed with bottom ash. During one year, these experiments have been monitored through chemical (pH, Eh, Fe2+, Fe total, Al, Ca, Mg, Zn, Pb and Mn) and microbiological (Thiobacilus ferroxidans presence) composition of effluents. The results indicated that two of three cover systems employed were efficient on AMD prevention.