Post on 15-Oct-2018
INTERPRETAÇÃO DOS PARÂMETROS
FÍSICO-QUÍMICOS
DE EFLUENTES GERADOS EM
SISTEMAS
DO TIPO REJEITO-COBERTURA
Vicente Paulo de Souza - CETEM
Mario Valente Possa - CETEM
Paulo Sérgio Moreira Soares - CETEM
Anderson Borghetti Soares – CETEM
Márcia R. R. de Souza – CCSA
Analisar os parâmetros físico – químicos de efluentes
percolados em rejeito piritoso de carvão
(potencialmente geradores de drenagem ácida de
minas - DAM ) em uma unidade experimental piloto
segundo duas configurações:
(a) Rejeito sem cobertura ( “in natura”) e,
(b) Rejeito coberto com barreira capilar dupla
(cobertura seca).
Objetivo
A é o resultado de um processo de oxidação de minerais sulfetados pela ação da água e o oxigênio, com a natural participação de bactérias (T. Ferrooxidans, entre outras) as quais aceleram o processo de oxidação. Ocorrem em depósitos de rejeito e estéreis. (Environmental Austrália,1997 ; Skousen J., 1995; Grout J., 2001)
Drenagem Ácida de Mina (DAM)
Principal mineral gerador de DAM: pirita
Outros minerais geradores da DAM: pirrotita,
calcosita, covelita, calcopirita, arsenopirita,
dentre outros (Gray F., 1998; Souza V., 2001)
Visão Geral da DAM
Os processos que influenciam na geração da DAM em pilhas de rejeito/ estéril, podem ser:
Externos
• Planejamento e operação da mina
•Construção das pilhas de rejeito/ estéril
• Geologia, hidrologia e meteorologia local
Internos
•Infiltração de fluxos dentro das pilhas
•Transporte de oxigênio e calor
• Processos geoquímicos locais
•Transporte e descarga dos contaminantes da pilha
Geração da DAM
Efeitos da DAM
Materiais e Métodos Unidade piloto, operada pelo CETEM, Mina Verdinho -
CCSA desde outubro de 2007, possui 3 elementos
principais:
Aterro contendo as células experimentais;
Laboratório para análises físico - químicas expeditas (pH, Eh e CE);
Estação meteorológica (dados climáticos)
Aterro contendo as células experimentais
Rejeito grosso sem cobertura
Materiais e Métodos
Rejeito coberto com barreira capilar dupla.
Materiais e Métodos
Cinza: GC= 90% e ωGrav(campo)= 10% abaixo da ωótima
Argila: GC=100% e ωGrav(campo)= 1,7% abaixo da ωótima
Barreira Capilar Dupla
Materiais e Métodos
Amostras de efluentes
coletados L 1 e L 4
Materiais e Métodos
Coleta de amostras no Poço
de Coleta
L 3
L 1
L 2
L 4
Rejeito
Grosso
Rejeito
Misturado
Argila
Cinza
Grossa
Solo
Elementos
Teor (%)
Teor (%)
Teor (%)
Teor (%)
Teor (%)
Ferro
(Fe2O3)
8,25
8,69
3,95
6,48
4,83
Manganês
(MnO2)
0,03
0,03
0,02
0,05
0,03
Enxofre
Total
6,02
6,44
0,07
0,15
0,03
Alumínio
(Al2O3)
18,48
19,73
5,25
23,13
11,15
Materiais e Métodos
Oxidação Química de Sulfetos
Vários fatores afetam na velocidade de oxidação química
- área superficial
- concentração de oxigênio
- presença de íons ferro III
- temperatura, entre outros
Oxidação Biológica de Sulfetos
A presença de microorganismos na oxidação de
sulfetos está determinada por vários fatores como, fonte de
energia, temperatura, pH, substrato, dentre outros. Os
microorganismos mais comuns encontrados na DAM com
relação ao substrato são:
- Thiobacillus Ferrooxidans
- Thiobacillus Thiooxidans
- Leptospirillum Ferrooxidans
(Gould W., 1998; Phillip E., 1998; Schipper A.,2000)
Resultados Obtidos
Célula 1: Temperaturas elevadas
reação exotérmica
associada a DAM
Célula 4: Temperaturas estáveis
acompanhando as do
ambiente externo
Temperatura
Resultados Obtidos
Resultados Obtidos
Célula 1: Valores de pH variando na faixa extremamente ácida (0,85- 1,3) e Potencial Redox (600 - 700mV) situando-se na região de oxidação.
pH - Eh
Célula 4: Valores de pH variando na faixa praticamente neutra (6,0 -7,0)
e Potencial Redox (250 - 400mV). Uma das conseqüências do
emprego da barreira capilar dupla no abatimento da DAM.
Resultados Obtidos
pH - Eh
Reações que provavelmente ocorrem na Célula 1:
pH (0,85 - 1,30) Potencial Redox (600 - 700mV) e temperatura
elevada, condições altamente favoráveis para a acelerada
oxidação da pirita devido a presença de bactérias.
• Reações Típicas Verificadas na Formação da DAM
2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2Fe2+ + 4SO2-4 + 4H+ .......(1)
Bactérias
4Fe2+ + O2 + 4H+ 4Fe3+ + 2H2O ....................(2)
4Fe3+ + 12H2O + 4H+ 4Fe(OH)3 + 12H+ ...............(3)
FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O 15Fe2- + 2SO2-4 + 16H+ .....(4)
Resultados Obtidos
Célula 1: Condutividade elétrica forte: alta concentração de espécies químicas dissolvidas.
Célula 4: Condutividade elétrica fraca: baixa concentração de espécies químicas dissolvidas
Resultados Obtidos
Condutividade
Redução do volume percolado na célula 4, o que corrobora o excelente desempenho da cobertura seca, cujas finalidades são reduzir a um mínimo o volume a ser tratado, bem como inibir a formação de ácido, refletindo PRINCIPALMENTE na redução dos custos .
Resultados Obtidos
2000
4000
30000
90%
Volume percolado acumulado (lisímetro)
- O presente trabalho faz parte de um estudo mais amplo
de modelos experimentais que vem sendo desenvolvido
na unidade piloto pioneira no Brasil, cuja operação teve
início em outubro de 2007 na Carbonífera Criciúma S.A.,
e ainda encontra-se em operação.
- Os parâmetros físico–químicos, temperatura e volumes
de efluentes percolados apresentados, referem-se
somente ao ano de 2009 bem como a duas das quatro
condições que vem sendo estudadas:
Rejeito “in natura” sem cobertura (célula 1),
Rejeito coberto com barreira capilar dupla (célula 4).
Considerações Finais
.
- Os resultados obtidos revelaram uma excelente redução
dos efeitos associados à drenagem ácida com a aplicação
da cobertura do tipo barreira capilar dupla (célula 4).
- Os parâmetros físico - químicos refletiram a melhor
qualidade do efluente percolado da célula 4 (pH= 6-7; Eh=
250 - 400mV; CE < 5mS/cm), comparados aos da célula 1
(0,85 - 1,3 faixa extremamente ácida) e Potencial Redox
(600 - 700mV), significando enorme redução de custo com
tratamento com cal (se houver necessidade desse tipo de
tratamento).
- A célula 4 reduziu o volume percolado em 90% em
relação à célula 1, o que também acarreta em uma enorme
redução de custo posteriores de tratamento de efluentes.
Considerações Finais
- Os parâmetros físico-químicos servem como indicativo da
ocorrência da DAM e somente estes não caracterizam este
mecanismo. Dados adicionais estão sendo obtidos
(geoquímica e balanço hídrico) e serão publicadas
posteriormente.
- A caracterização completa do mecanismo da DAM vem
sendo feita por meio da análise das espécies químicas
presentes nas águas percoladas (ferro, sulfato, metais
pesados etc) que estão sendo monitoradas durante o
período de operação da unidade piloto.
- Para uma melhor compreensão dos fenômenos que vêm
ocorrendo, será estudado o acoplamento do modelo de
fluxo com o modelo geoquímico.
Considerações Finais
Agradecimentos
Os autores agradecem
- Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico - CNPq
- Rede de Pesquisa Desenvolvimento Tecnológico e
Inovação do Carvão Mineral - Rede Carvão