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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Remoção de manganês de drenagem ácida de mina utilizando carvão de osso
Authors: Dalila Chaves Sicupira
First Advisor: Marcelo Borges Mansur
First Referee: Sonia Denise Ferreira Rocha
Second Referee: Ana Claudia Queiroz Ladeira
Third Referee: Versiane Albis Leao
Abstract: Um estudo em batelada e em leito fixo foi realizado com o objetivo de avaliar a viabilidade do uso de carvão de osso na remoção de manganês presente em efluentes de drenagem ácida de mina (DAM). Ensaios com solução sintética contendo apenas manganês também foram realizados para fins de comparação. Testes de equilíbrio revelaram que a capacidade máxima de adsorção de manganês baseada na equação de Langmuir foi de 22 mg g-1 para o efluente e 20 mg g-1 para a solução sintética. A cinética de adsorção de manganês em carvão de osso foi descrita pelo modelo de pseudo-segunda ordem. A remoção de manganês foi influenciada pelas variáveis operacionais razão sólido/líquido e pH da fase aquosa, sendo favorecida em valores de pH próximos da neutralidade. O efeito do tamanho das partículas e da temperatura foi não significativo para a faixa investigada. A difusão intrapartícula revelou-se a principal etapa limitante para a adsorção de manganês, mas a difusão da camada limite também pode afetar sua remoção em partículas menores. As seguintes variáveis operacionais foram avaliadas nos testes contínuos em leito fixo: massa de carvão de osso, vazão e pH inicial. Variações significativas na resistência à transferência de massa de manganês no carvão de osso foram identificadas utilizando o modelo de Thomas. Efeito significativo da massa de adsorvente foi observado apenas em testes com a solução sintética. Nenhuma mudança significativa no volume de ruptura foi observada para diferentes vazões. Aumentando-se o pH inicial de 2,96 para 5,50, o volume de trespasse foi aumentado. A capacidade máxima de adsorção de manganês calculado em testes contínuos foi 6,03 mg g-1 para o efluente e 26,74 mg g-1 para solução sintética. O estudo incluiu também testes de dessorção utilizando soluções de HCl, H2SO4 e água, mas resultados não promissores foram obtidos devido aos baixos níveis de dessorção associados a elevada perda de massa. Apesar disso, a remoção de manganês de efluentes de DAM usando carvão de osso como adsorvente é tecnicamente viável, atendendo a legislação ambiental. É interessante notar que utilizando carvão de osso para remover o manganês pode-se evitar a necessidade de correção do pH do efluente pós-tratamento com cal. Além disso, ele pode remover íons flúor e outros metais, sendo um material alternativo bastante interessante para tal aplicação.
Abstract: Batch and continuous fixed bed tests were carried out aiming to evaluate the feasibility of using bone char for the removal of manganese from acid mine drainage (AMD). Tests with laboratory solution containing solely manganese at typical concentration levels were also carried out for comparison purposes. Equilibrium tests revealed that Langmuir based maximum manganese uptake capacity was 22 mg g-1 for AMD effluent and 20 mg g-1 for laboratory solution. Manganese kinetics onto bone char was best described by the pseudo-second order model. Manganese removal was influenced by operating variables solid/liquid ratio and pH of the aqueous phase, and it was favored at nearly neutral pH values. The effect of particle size and temperature was not significant for the operating range investigated. It has been found that intraparticle diffusion is the main rate-limiting step for manganese sorption systems but additional contribution from boundary layer diffusion might also affect removal when bone char particles of smaller sizes are used. The following operating variables were evaluated for continuous fixed bed tests: mass of bone char, flow rate and initial pH. Significant variations in resistance to the mass transfer of manganese into the bone char were identified using the Thomas model. A significant effect of bed height was observed only in tests with laboratory solution. No significant change on the breakthrough volume was observed with different flow rate. Increasing the initial pH from 2.96 to 5.50, the breakthrough volume was increased. The maximum manganese loading capacity calculated in continuous tests using bone char for AMD effluent was 6.03 mg g-1 and for laboratory solution was 26.74 mg g-1. The study included also desorption tests using solutions of HCl, H2SO4 and water but no promising results were obtained due to low desorption levels along with relatively high mass loss. Despite of this, the removal of manganese from AMD effluents using bone char as adsorbent is technically feasible thus attending environmental legislation. It is interesting to note that the use of bone char for manganese removal may avoid the need for pH correction of the effluent after treatment with lime. Also, it can remove fluoride ions and other metals, so bone char is a quite interesting alternative material for the treatment of AMD effluents.
Subject: Engenharia metalúrgica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8TRL4M
Issue Date: 16-Feb-2012
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