Aproveitamento de resíduos da mineração de carvão para fabricação de produtos com elevado valor agregado

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Aproveitamento de resíduos da mineração de carvão para fabricação de produtos com elevado valor agregado

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Title: Aproveitamento de resíduos da mineração de carvão para fabricação de produtos com elevado valor agregado
Author: Madeira, Vivian Stumpf
Abstract: Os resíduos do processo de beneficiamento do carvão mineral contém minerais sulfetados, como a pirita, a pirolusita e a calcopirita. Quando estes minerais são expostos ao ar e em presença de umidade oxidam-se gerando a drenagem ácida de mina (DAM), e produzindo um efluente líquido com elevada concentração de acidez e de metais dissolvidos. O impacto ambiental decorrente desta carga poluidora ao longo dos anos, fez com que a região Sul catarinense fosse considerada como uma das 14 áreas críticas de poluição do país. A utilização dos resíduos líquidos gerados na indústria de mineração de carvão é exaustivamente explorada nesta tese de doutorado, que tem como objetivo principal recuperar e desenvolver materiais de elevado valor agregado, baseados no ferro e no sulfato, ambos presentes no rejeito líquido da mineração de carvão. O monitoramento da concentração de metais e de sulfato na DAM de uma indústria de mineração de carvão no município de Forquilhinha/SC foi realizado no período de 5 anos, indicando que este efluente líquido pode servir de matéria prima para a obtenção de coagulante químico férrico aluminoso, gesso para a construção civil e pigmentos amarelo e vermelho de óxido de ferro. Dois tipos de tratamento da DAM, denominados tratamento simples ou tratamento seqüencial, foram aplicados nesta tese. No tratamento simples, a DAM é neutralizada soda, causando a precipitação dos óxidos hidróxidos de ferro na concentração de 45% de Fe2O3 e 5% de Al2O3, quando a relação molar Fe/NaOH =0,45. A solubilização deste lodo com quantidade estequiométrica de ácido sulfúrico resulta na formação do coagulante férrico aluminoso contendo 24% de Fe2(SO4)3 e 8% de Al2(SO4)3. O lodo químico produzido no tratamento simples pode também ser utilizado na produção de pigmento de óxido de ferro de baixa cristalinidade. O tratamento seqüencial foi aplicado para a obtenção de produtos com maior valor agregado, especialmente os pigmentos amarelo e vermelho de óxido de ferro. Neste processo, a DAM é inicialmente neutralizada com cal, onde se formam os precipitados de sulfato de cálcio com impurezas de alumínio e ferro. Este gesso amarelo possui como fase cristalina somente o sulfato de cálcio dihidratado, (CaSO4.2H2O) e possui 80% em massa de CaSO4.2H2O e 20% de Al2O3+Fe2O3. As impurezas de alumínio e ferro do gesso Amarelo foram eficientemente removidas pelo tratamento ácido, através do qual se obtém o gesso com características adequadas para o seu uso na construção civil, e um subproduto líquido concentrado, o sulfato férrico aluminoso, que também pode ser utilizado como coagulante químico no tratamento de águas e efluentes líquidos. Dois diferentes processos de produção de pigmentos de óxidos de ferro foram aplicados ao sobrenadante do processo de neutralização com cal, denominados métodos do crescimento e método com formação de intermediário. No método do crescimento, o processo inclui uma etapa de neutralização da solução aquosa contendo sulfato ferroso (6 a 10 g/L) com tempo total de reação de 7 a 8 horas, com dosagem contínua de peróxido de hidrogênio e soda cáustica, resultando na remoção de 83% do ferro contido na fase aquosa e 80% da acidez. O pigmento produzido através deste processo possui 74-80% de Fe2O3. Os ensaios de colorimetria indicam o valor do .Eab (amarelo)>10 e .Eab(vermelho)>34, e a difração de raios X indicou que as principais fases cristalinas são a hematita e goetita. No método com formação de intermediário, a DAM com concentração de Fe2+ 4 g/L é rapidamente neutralizada com adição de soda, na razão molar molFe+2/molOH-: 1,0 - 1,5, que resulta na formação de um lodo intermediário por decantação e espessamento. Em seguida, este lodo intermediário é oxidado lentamente para a formação do pigmento amarelo, que é então espessado, filtrado, lavado e seco, seguindo-se as operações de moagem e classificação granulométrica. O pigmento amarelo foi produzido em escala industrial, com características de fase cristalina de goetita (sem calcinação) ou hematita (após calcinação). O teor de Fe2O3 das amostras produzidas na planta obedeceu aos parâmetros especificados na NBR 5.801; ou seja, %Fe2O3 = 83,0%, e o pico temperatura associado à mudança de fase gira entre 270 e 280 0C com uma perda de massa total em torno de 10%.
Description: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010
URI: http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/94319
Date: 2012-10-25


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