Otimização da remoção de fluoreto e alumínio de efluente de barragem de mina de cobre
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Monografia de especialização
Título alternativo
Optimization of fluoride and aluminum removal from copper mine dam effluent
Primeiro orientador
Membros da banca
Andréia Bicalho Henriques
Ruberlan Gomes da Silva
Ruberlan Gomes da Silva
Resumo
Este trabalho compreende o estudo da metodologia de tratamento físico-químico do efluente
líquido bruto de uma barragem de uma mina de cobre da região de Carajás (Pará), para verter
este efluente tratado em um corpo hídrico que passa na área da mina. As concentrações de
fluoreto total e alumínio dissolvido no efluente da barragem estão acima dos limites máximos
permitidos pela norma aplicável (Resolução CONAMA nº 357/05 – Água Doce – Classe 2,
com limite máximo para fluoreto total de 1,4 mg/L e para alumínio dissolvido de 0,1 mg/L).
Concentrações elevadas de fluoreto e alumínio em águas que possam ser utilizadas para
consumo humano, representam riscos à saúde. O processo de tratamento do efluente contempla
as etapas de complexação do fluoreto com sal de alumínio, coagulação, floculação, decantação
e filtração. A operação da Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) indicou que o efluente
líquido bruto frequentemente estava sendo alimentado com turbidez abaixo da condição mínima
de projeto de 2 NTU e o efluente líquido tratado continuava não atendendo à norma aplicável
para fluoreto total e alumínio dissolvido. Verificado que a ineficácia do processo poderia ser
devida à grande quantidade de flocos suspensos no decantador que estavam sendo carreados
para os filtros, colmatando-os e prejudicando a remoção dos contaminantes. A solução proposta
foi aumentar a turbidez inicial do efluente líquido bruto com o uso de bentonita (argila composta
por minerais esmectíticos) para que os flocos pudessem ter mais peso e sedimentação mais
eficiente. Ensaios de bancada em Jar Test foram realizados para avaliar o comportamento do
efluente com adição de bentonita e otimizar a dosagem dos reagentes utilizados, bem como para
tentar compreender melhor o mecanismo de remoção do fluoreto e do alumínio. Os ensaios em
Jar Test mostraram que a rota de processo de tratamento de efluente da ETE é eficaz quando
se utiliza a bentonita combinada com um polímero aniônico em pó (polímero B). As
concentrações de fluoreto total (1,01 mg/L) e alumínio dissolvido (0,08 mg/L) no efluente
tratado ficaram abaixo dos valores máximos permitidos. A concentração de fluoreto total no
efluente após a etapa de decantação foi de 1,65 mg/L, acima do limite, mas próximo a ele.
Quanto menor a concentração de fluoreto total no efluente após a etapa de decantação melhor
é para o processo, pois indica que a sedimentação está eficiente e não estão sendo carreados
flocos em excesso para os filtros. Utilizando o mesmo polímero aniônico em emulsão (polímero
A) que é utilizado na ETE industrial, não se conseguiu a mesma eficiência. Importante ressaltar
que a concentração máxima de alumínio prevista na norma é muito baixa e há risco de o
alumínio residual do processo ultrapassá-la, mesmo com o polímero B.
O mecanismo previsto de remoção do fluoreto e do alumínio é a coagulação com complexação,
no qual o fluoreto é primeiro complexado com o sulfato de alumínio e o complexo Al-F atua
como precursor da coagulação gerando o coprecipitado Al-F-OH, e promovendo a remoção dos
elementos desejados, que ficam retidos nas etapas de decantação e filtração.
Abstract
This work comprises the study of the methodology for treating the raw liquid effluent from a
dam of a copper mine in the region of Carajás (Pará) to discharge this treated effluent into a
water stream that passes in the mine area. The levels of total fluoride and dissolved aluminum
were above the maximum limit allowed by the applicable standard (CONAMA Resolution No.
357/05 - Fresh Water - Class 2 with maximum limit for total fluoride of 1.4 mg/L and for
dissolved aluminum of 0.1 mg/L). The presence of fluoride and aluminum in high levels, and
in water that can be used for human consumption, represent health risks. The effluent treatment
process includes the steps of fluoride complexation with an aluminum salt, coagulation,
flocculation, sedimentation and filtration. The Effluent Treatment Station (ETE) operation
indicated that the raw liquid effluent was frequently arriving for treatment with turbidity below
the minimum design condition of 2 NTU and the treated liquid effluent was not meeting the
applicable standard for total fluoride and aluminum dissolved. It was verified that the
inefficiency of the process could be due to the large number of flocs suspended in the decanter
that were being carried to the filters, clogging them and impairing the removal of contaminants.
The proposed solution was to increase the initial turbidity of the raw liquid effluent with the
use of bentonite (a clay composed by smectite minerals) so that the flakes could have more
weight and better sedimentation. Bench tests in Jar Test were carried out to evaluate the
behavior of the effluent with the bentonite and to optimize the dosage of the reagents, as well
as to try to better understand the mechanism of fluoride and aluminum removal. Bench tests in
Jar Test showed that the ETE methodology for treating the dam effluent to remove fluoride and
aluminum is effective when using bentonite combined with an anionic polymer powder
(polymer B). The levels of total fluoride (1.01 mg/L) and dissolved aluminum (0.08 mg/L) in
the treated and filtered effluent were below the maximum allowed values. The fluoride content
in the treated and decanted effluent was 1.65 mg/L, above the limit, but close to it. The lower
the fluoride content in the decanted effluent, the better it is for the process, as it indicates that
the sedimentation is efficient and not many flocs are being carried to the filters. Using the same
anionic polymer in emulsion (polymer A) that is used in the industrial ETE, the same efficiency
was not achieved. It is important to note that the maximum aluminum content allowed for in
the standard is very low and there is a risk that the residual aluminum from the process will
exceed it, even with polymer B.
The predicted mechanism of fluoride and aluminum removal is coagulation with complexation,
in which fluoride is first complexed with aluminum sulfate and the Al-F complex acts as a
precursor to coagulation, generating the Al-F-OH coprecipitate, and promoting the removal of
the desired elements, which are retained in the sedimentation and filtration stages.
Assunto
Minas e recursos minerais, Tecnologia mineral, Alumínio, Coagulação, Fluoreto
Palavras-chave
Efluente de barragem, Fluoreto, Alumínio, Coagulação, Complexo Al-F, Coprecipitação