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Type: Dissertação
Title: Estudo da adsorção de eteraminas de soluções aquosas pela bucha vegetal (Luffa Cylindrica) em sistema batelada
Authors: Karla Brandão Franco
First Advisor: Sônia Denise Ferreira Rocha
First Referee: Sônia Denise Ferreira Rocha
Second Referee: Kátia Cecilia de Souza Figueiredo
Third Referee: Wanderlene Ferreira Nacif
Abstract: A flotação catiônica reversa é um processo de separação largamente aplicado na indústria mineral visando a concentração de minérios. Para o minério de ferro, a eteramina é um reagente utilizado com função de coletor e espumante, possibilitando a separação do quartzo da hematita, mineral-minério. Desde o rompimento da Barragem de Fundão, intensificou-se o questionamento sobre a toxicidade dos rejeitos e da fase líquida associada, além de outros reagentes utilizados no processamento mineral. A mitigação de impactos e biorremediação em caso de lançamento inadequado destes rejeitos em cursos d’água é de suma importância visando manter a qualidade e vida dos recursos hídricos. Adicionalmente, o tratamento de efluentes contendo eteraminas, para permitir o reuso de água no processo, pode elevar o desempenho ambiental na atividade mineral. Este trabalho teve como objetivo estudar a capacidade de remoção de eteraminas contidas em soluções aquosas sintéticas e soluções residuais da flotação de minério de ferro, através do uso da bucha vegetal (Luffa Cylindrica) com foco tanto no tratamento do efluente gerado de forma sustentável, quanto no desenvolvimento de biofiltros naturais para biorremediação. A bucha vegetal Luffa cylindrica foi preparada através do corte em pedaços de cerca de 3 cm, e lavada em três estágios a 25oC com água destilada. A liberação de orgânicos provenientes da lavagem da bucha foi medida através da demanda química de oxigênio (DQO). Ensaios de adsorção com soluções contendo 200 mg/L de eteramina e em diversas razões de massa de adsorvente/solução permitiram a escolha da condição de 4 g/L para o estudo. Variou-se o pH em 7,5; 9,5 e 11,0 e também as concentrações iniciais de eteramina tanto para os estudos cinético e termodinâmico quanto para determinação das isotermas de adsorção a 35oC. O efeito da presença de amido na solução também foi avaliado em ensaios de adsorção com um efluente proveniente de ensaios de flotação em escala de bancada foram realizados. A quantificação da amina foi realizada pelo método de extração com clorofórmio e análise colorimétrica com verde de bromocresol. A DQO também foi medida ao longo dos experimentos. Obteve-se uma remoção de até 95% da eteramina e uma capacidade máxima de adsorção de 41,02 mg/g em pH=9,5 e 35oC. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem teve um ajuste de R2=0,993 a análise enquanto para pseudo-primeira ordem foi obtido R²=0,991 não sendo possível afirmar a etapa determinante da velocidade da reação, mas sendo descartada a quimissorção pela análise do modelo de Elovich que apresentou R² máximo de 0,988, inferior aos demais. Um tempo de equilíbrio de 60 minutos foi escolhido para os ensaios visando determinar as isotermas de adsorção. Os modelos de isotermas propostos por Freundlich e Temkin apresentaram ajustes gráficos bem similares fornecendo coeficientes de correlação iguais a R2=0,957 e R2=0,958, respectivamente. A curva no formato em S, somada aos resultados obtidos, indicou que ocorre a formação de multicamadas, com interação eletrostática entre as moléculas do adsorvato, que são favorecidas pelo aumento do pH e também pelo aumento da concentração de eteramina. O amido, usualmente utilizado como depressor na flotação, apresentou um resultado positivo na adsorção da eteramina. Entretanto, quando se utilizou o efluente da flotação realizada em escala de bancada, a remoção de eteramina caiu, e observou-se 61% de remoção em pH=11,0, 4 g/L de bucha vegetal, 35oC. O presente estudo apresenta resultados positivos e animadores considerando o uso de um insumo vegetal renovável, com possibilidade de incentivo a outros setores econômicos associado ao tratamento de efluentes e biorremediação de corpos d’água contendo reagentes residuais do processamento de minério de ferro quando a flotação é utilizada como método de concentração.
Abstract: Reverse cationic flotation is a separation process widely applied in the mineral industry for the concentration of ores. Etheramine is a reagent used as collector and foaming in iron ore flotation, allowing the separation of quartz from hematite, the interest mineral. Since the disaster of the Fundão Dam, diverse inquiries on the toxicity of the tailings and the associated liquid phase have been intensified, as well as the toxicity of the other reagents used in the mineral processing. The impacts mitigation and bioremediation when it occurs inappropriate discharge of these wastes into watercourses is of paramount importance aiming at keeping the good quality of hydric resources. In addition, the treatment of effluents containing these substances aiming at the reuse of water in the process can increase the environmental performance of the mineral activity. This work aims to study the affinity of vegetal sponge (Luffa Cylindrica) to remove etheramines from pure aqueous solutions and also those contained in wastewater from lab scale iron ore flotation, aiming to get sustainability at both the treatment of the effluent and the development of natural biofilters for water bodies bioremediation. The Luffa cylindrica was prepared by cutting the dried sponge into pieces of about 3 cm, washed in three stages with 10 g/L of solid liquid ratio in distilled water at 25oC. The release of organic compounds from washing step was performed by chemical oxygen demand (COD) measurements. Adsorption tests with 200 mg/L of etheramine at various adsorbent/solution ratios allowed the choice of the 4 g / L condition for the subsequent studies. The pH was varied in 7.5; 9.5 and 11.0 as well as it was the initial concentration of etheramine for both the kinetic study and the determination of adsorption isotherms at 35oC. The effect of the presence of starch in the solution was also evaluated. Adsorption tests with an effluent from bench scale flotation test were performed and the residual solution was also submitted to adsorption tests. The amine quantification was performed by the chloroform extraction method and colorimetric analysis with bromocresol green. The COD was also measured throughout the experiments. Up to 95% removal of etheramine and a maximum adsorption capacity of 41.02 mg/g at pH = 9.5 and 35°C were obtained. An ajust of R2=0.993 for the pseudo-second order kinetic model was obtained, at the same time for the pseudo-first order the graphic ajust of R²=0.991 could not affirm the slower step to this reaction. Instead of the Elovich model analysis allow to conclude that quimissorption is not the best model, since R²=0.988 was obtained. An equilibrium time of 60 min was chosen for adsorption isotherms experiments. The isotherms models proposed by Freundlich and Temkin showed very similar graphical adjustments providing correlation coefficients equal to R2 = 0.957 and R2 = 0.958, respectively. The curve in the S format, supplementary to the obtained results, indicated the formation of multilayers as well as the electrostatic interaction between adsorbate molecules which were favoured by the increase in pH and also by the increase of the etheramine concentration. The starch usually used as a depressant in the flotation showed a positive result in the adsorption of the etheramine. However, when the bench scale flotation effluent was used, the removal of etheramine was lowered, and 61% removal was observed in pH = 11.0, 4 g/L of vegetable sponge at 35oC. The present study grants positive and encouraging results aiming at the use of a renewable vegetal resource, with possibility to stimulus other economic sectors associated to the treatment of effluents and bioremediation of water bodies contaminated with residual reagents from iron ore processing when flotation is used as the concentration method.
Subject: Engenharia química
Adsorção
Flotação
Efluente - Qualidade
Reagentes para flotação
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/30282
Issue Date: 12-Jul-2019
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