A Drenagem Ácida de Mina (DAM) é proveniente da oxidação natural de materiais sulfetados quando em contato com o ar e com a água. Este problema atinge em alto grau a mineração de carvão. A DAM advém principalmente de depósitos de rejeitos de carvão que contém uma alta concentração de pirita (FeS2). Uma das tecnologias de prevenção da geração da DAM consiste no método de aditivos alcalinos. Assim, o objetivo do presente trabalho foi avaliar, em estudos de laboratório, o controle da DAM pela mistura de um rejeito de carvão com um resíduo industrial alcalino. O rejeito de carvão estudado foi obtido de uma mineração de carvão do Rio Grande do Sul - Brasil. Os resíduos alcalinos avaliados foram cinzas leves e de fundos de termoelétricas bem como escórias de uma usina siderúrgica semi-integrada, situadas no mesmo Estado. Determinou-se o potencial de geração de acidez e o potencial de neutralização dos materiais pelo método de contabilização de ácidos e bases. Após, realizaram-se ensaios cinéticos em células úmidas pelo Método ASTM D 5744-96. Os resultados demonstram que o rejeito de carvão gera DAM. Contudo, os problemas ambientais podem ser em grande parte resolvidos pela mistura do rejeito com as cinzas de termoelétrica em uma proporção de 1:4 ou pela mistura do rejeito com a escória de aciaria em uma proporção de 4,8:1. Os ensaios cinéticos demonstram que, nesta condição, ocorre um aumento do pH e uma redução na liberação de acidez, metais e sulfatos na água lixiviada. Desta forma, foi demonstrada que a disposição conjunta de rejeitos de carvão com materiais alcalinos é uma alternativa viável para o controle da geração de DAM em minerações de carvão. / The Acid Mine Drainage (AMD) is the result of the natural oxidation of sulphide minerals when exposed to the combined action of water and oxygen. This problem reaches in high degree the coal mining. Sources of AMD are mainly the coal waste deposits that contain high pyrite (FeS2) concentrations. One of the technologies to prevent the AMD consists in the alkaline additive method. Thus, the aim of this work was to study, at laboratory scale, the AMD control by blending coal tailings with alkaline wastes. A coal-tailing sample was collected from a coal mine in Rio Grande do Sul State, Brazil. The alkaline wastes were bottom and fly ashes from thermoelectric plants and slags from a semi-integrated steel plant, both located in the same State. Static tests were carried out by the acid-base account method to determine the balance between the acid producing and acid consuming (neutralizing) mineral components of the sample. Later, kinetic tests were conducted in humidity cells, following the ASTM D 5744-96 method. The results showed that the coal tailing generates AMD. However, the environmental problems can be minimized by mixing the coal waste with bottom ash in 1:4 proportion or by mixing coal tailing with the metallurgical slag in a 4,8:1 proportion. The kinetic experiments proved that, in this condition, the lixiviate presents a higher pH and lower concentration of acidity, metals and sulphate. Finally, it is possible to conclude that blending coal tailings with alkaline wastes can be a viable alternative for DAM control in coal mining.

A mineração de carvão gera grandes volumes de rejeitos que podem ser responsáveis por graves danos ambientais. A oxidação da pirita (FeS2), na presença de ar e água, promove a formação da drenagem ácida de mina (DAM), uma solução aquosa fortemente ácida e rica em sulfato e ferro (nas formas Fe²+ e Fe³+), além de outros metais associados. Atualmente, poucos estudos têm considerado a possibilidade da produção de materiais de valor econômico agregado a partir da água de percolação em rejeitos de carvão. Neste trabalho, o objetivo foi o desenvolvimento de uma rota hidrometalúrgica para a produção de sulfato ferroso (FeSO4). O trabalho experimental consistiu inicialmente na coleta de amostra de rejeitos de carvão rico em pirita e a sua caracterização. Realizou-se, em laboratório, a lixiviação do material em colunas de percolação em ambiente oxidante, adequado para proporcionar a oxidação da pirita em meio aquoso. A recirculação da lixívia permitiu a obtenção de um extrato rico em ferro. A seguir, procedeu-se a conversão do Fe³+ em Fe²+ para obtenção do sulfato ferroso, utilizandose radiação ultravioleta. O lixiviado, rico em Fe+², foi evaporado para cristalização do sulfato ferroso e purificado com álcool etílico. Os cristais foram caracterizados por análise química elementar, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A recuperação de Fe na forma melanterita (FeSO4.7H2O) em relação ao Fe pirítico existente na coluna (0,30 kg de Fe pirítico por kg de rejeito de carvão) variou de 7,5 a 9,0 %. Os resultados demonstraram que é possível produzir sulfato ferroso n-hidratado tendo como matéria-prima o rejeito rico em pirita resultante da mineração de carvão mineral. / The coal mining generates large volumes of tailings that may be responsible for serious environmental damages. The oxidation of pyrite (FeS2), in the presence of air and water, promotes the formation of acid mine drainage (AMD), an aqueous and highly acid solution rich in sulfate and iron (in the form Fe³+ and Fe²+), along with other associated metals. Currently, few studies have considered the possibility of production of materials with agregated economic value from the percolation of water in coal mining tailings. In this study, the objective was the development of a hydrometallurgical route for its production. The experimental work consisted initially in the collection of samples of coal waste rich in pyrite and its characterization. In the laboratory was performed the leaching of the material in percolation collums in an oxidizing environment, appropriate to provide the pyrite oxidation in aqueous medium. The recirculation of liquor allowed to obtain an extract rich in the iron. Then, the conversion of Fe³+ to Fe²+ for obtaining ferrous sulfate was performed using ultraviolet irradiation. The leached liquor, rich in Fe+², was evaporated for ferrous sulphate crystallization and purified with ethanol. The ferrous sulphate crystals were characterized by x ray diffraction and scanning electron microscopy. The recovery of Fe in the form melanterite (FeSO4.7H2O ) on pyrite Fe existing in the column (0,30 kg of Fe per kg of pyrite tailings and coal) ranged from 7,5 to 9,0 %. The results demonstrated that it is possible to produce nhydrated iron sulfate having as a raw material the waste rich in pyrite produced from the coal mining.

A mineração de carvão gera milhões de toneladas de rejeitos, contendo pirita (FeS2). A oxidação da pirita, na presença de ar e água, dá origem a um importante problema ambiental comum em regiões de mineração de carvão, a geração de drenagem ácida de mina (DAM). A oxidação da pirita em presença de água promove a formação de H2SO4 (ácido sulfúrico) o que promove a liberação de ferro nas formas de Fe+2 e Fe+3 , sulfatos e uma série de outros metais como Al, Mn e Zn. Esse problema ocorre de forma bastante intensa na região carbonífera do sul do Brasil em especial nos Estados de Santa Catarina e Paraná. A DAM produzida pelos rejeitos da mineração de carvão necessita passar por um processo de tratamento visando diminuir a acidez e a carga de metais despejada no meio, de forma a atender as exigências ambientais. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar a produção de um coagulante, o sulfato férrico, a partir dos seguintes materiais: (a) lodo férrico obtido por precipitação seletiva da DAM; (b) rejeito obtido pela jigagem do carvão da Camada Barro Branco, Santa Catarina; e (c) concentrado de pirita obtido pelo rebeneficiamento do rejeito de carvão da Mina do Cambuí, Paraná. A metodologia para a produção do coagulante a partir do lodo consistiu na inicialmente na precipitação seletiva do ferro em pH 3,8, lavagem do precipitado, adição de ácido sulfúrico e evaporação para obtenção de uma solução com concentração de Fe3+ de até aproximadamente 12%. A metodologia para a obtenção do coagulante a partir da pirita presente no rejeito de carvão ou no concentrado de pirita consistiu na percolação de água sob condições oxidantes para a produção de uma lixívia rica em sulfato férrico. A lixívia também foi evaporada para obtenção de uma solução de sulfato férrico com concentrações de Fe3+ de até aproximadamente 12%. A qualidade do coagulante produzido foi avaliada em termos da concentração de Fe, Al, Ca, Mn, Zn, Cu e sulfatos. Os resultados demonstram que todos os materiais estudados apresentaram potencial de produção do coagulante. Entre os contaminantes encontrados, destacam-se os elementos alumínio, cálcio, manganês e zinco. Entretanto, quanto maior o teor de enxofre da amostra, maior o rendimento e maior pureza do produto. Concluiu-se que o beneficiamento do rejeito de carvão para a concentração da pirita permite a obtenção de sulfato férrico de melhor qualidade. Os coagulantes produzidos foram utilizados no tratamento do esgoto do Campus do Vale da UFRGS e de água de abastecimento da região de Porto Alegre. As idéias de valorização dos rejeitos da mineração de carvão estão em sintonia com os princípios da atualidade no que diz respeito ao desenvolvimento sustentável e aos programas de valoração de resíduos e produção mais limpa. / The coal mining generates millions of tonnes of tailings containing pyrite (FeS2). The oxidation of pyrite in the presence of air and water, gives rise to an important environmental problem common in areas of coal mining, the generation of acid mine drainage (AMD). The oxidation of pyrite in the presence of water promotes the formation of H2SO4 (sulfuric acid) which promotes the release of iron in the form of Fe +2 and Fe +3, sulphates and a host of other metals such as Al, Mn and Zn. This problem occurs quite intense in the coal in southern Brazil in particular in the states of Santa Catarina and Parana. The DAM produced by coal waste mining need to go through a treatment process in order to decrease the acidity and metal load discharged into the environment, in order to meet environmental requirements. The objective of this work was to study the production of a coagulant, ferric sulfate, with the following materials: (a) ferric sludge obtained by selective precipitation of DAM (b) obtained by reject coal concentration of the Layer Barro Branco, Santa Catarina, and (c) pyrite concentrate obtained by concentration of the tailings coal mine of Cambuí, Paraná. The methodology for the production of coagulant from sludge was the first in the selective precipitation of iron in pH 3.8, washing the precipitate with sulfuric acid and evaporation to obtain a solution with Fe 3 + concentration of approximately 12% with Fe2O3. The methodology for obtaining the coagulant from the pyrite present in coal or reject the pyrite concentrate was the percolation of water under oxidizing conditions to produce a liquor rich in ferric sulphate. Leach was also evaporated to obtain a solution of ferric sulphate with concentrations of Fe3 + up to approximately 12%. The quality of the coagulant was evaluated in terms of concentration of Fe, Al, Ca, Mn, Zn, Cu and sulfates. The results show that all the materials studied showed potential for production of the coagulant. Among the contaminants found, highlight the elements aluminum, calcium, manganese and zinc. However, the higher the sulfur content of the sample, the higher the yield and higher purity of the product. It was concluded that the processing of the waste coal to the concentration of pyrite to obtain ferric sulphate better. Coagulants produced were used in the treatment of sewage Campus do Vale UFRGS and water supply in the region of Porto Alegre. Ideas for use of tailings from coal mining are in line with the principles of the present time regarding the development and evaluation programs for waste and cleaner production.

A Drenagem Ácida de Minas (DAM) é um dos maiores problemas ambientais que enfrenta a mineração e extração de sulfetos metálicos e carvão mineral a nível mundial. Essas águas, oriundas da oxidação de minerais sulfetados presentes na matéria inorgânica (principalmente pirita), contêm altos teores de íons sulfato, metais pesados e acidez. A Região Carbonífera de Criciúma/SC, por exemplo, encontra-se atingida pelas drenagens ácidas e enfrenta problemas de escassez e poluição dos seus recursos hídricos e do solo. O presente trabalho tem por objetivo analisar as alternativas de tratamento ativo de DAM’s no estado de Santa Catarina, em especial a flotação como processo de separação sólido-líquido dos precipitados gerados na neutralização e floculação. Ainda, o estudo visa apresentar e discutir os critérios de qualidade da água sugeridos no Brasil e aqueles exigidos pelos principais países que adotam o reúso. O trabalho compara estes critérios às características de uma DAM tratada pelo processo NF-FADAT (neutralização, floculação e flotação por ar dissolvido de alta taxa), apontando as possibilidades de reúso para a água tratada, de acordo com a legislação vigente. Os estudos em escala piloto (1 m3h-1) foram realizados com um efluente ácido (pH = 3,0±0,5) de uma mina extinta (vazão de 30-200 m3h-1), a pH’s 7 e 9, na estação de tratamento de efluentes SS-16 (São-Simão em Criciúma), para remoção de metais (Fe, Al e Mn) na forma de hidróxidos. Foram realizados ainda estudos em pH 12, como alternativa para precipitação e remoção de íons sulfato (SO4 -2) na forma de etringita (3CaO.3CaSO4.Al2O3.31H2O). As concentrações finais médias dos metais Fe, Mn e Al no tratamento a pH 9 foram 0,2, 0,7 e 2,9 mgL-1, respectivamente. Estes valores atendem a padrões como os da EPA (agência de proteção ambiental dos Estados Unidos) para irrigação por um período de até 20 anos, mas no Brasil ainda não existe legislação a respeito. O custo operacional (aproximado) do tratamento a pH 7 e 9 foi bastante semelhante, sendo, respectivamente, R$m-3 0,86 e 0,88. Estes valores são muito vantajosos quando comparados à tarifa cobrada pela CASAN - Companhia Catarinense de Águas e Saneamento para a água tratada, que no caso de SC custa R$m-3 5,10. O tratamento a pH 12 apresentou uma elevada eficiência, com concentração final de SO4 -2 em torno de 150 mgL-1, valor que atende aos padrões de potabilidade da água, dados pela Portaria MS 518/2004. O custo do tratamento a pH 12 (R$m-3 6,40) não considera o possível reaproveitamento da etringita gerada no processo como, por exemplo, em indústrias cerâmicas, o que poderia reduzir esse custo. Devido a uma maior eficiência na remoção de Mn em relação ao pH 7, a melhor relação custo/benefício foi obtida com o tratamento a pH 9. Neste pH, a qualidade final da DAM após o tratamento atende à padrões para reúso estabelecidos em diretrizes aplicadas no Brasil, como a NBR 13.969 e por órgãos como a Agência Nacional das Águas (ANA), a Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP) e Environmental Protection Agency of United States (EPA). Os resultados comprovaram a eficiência da técnica estudada para o tratamento futuro da DAM-SS16, pois a qualidade da água tratada apresenta bom potencial para reúso na comunidade local ou municipal em diversos fins não-potáveis, urbanos e industriais, como irrigação (de jardins, canteiros de ruas e avenidas, parques e praças, pomares e pastagens), chafarizes e espelhos d’água, lavagem de pisos e calçadas, descarga em sanitários ou construção civil (preparação de concreto, abatimento de poeiras). Entretanto, a prática do reúso é dificultada no Brasil em função de que ainda não existe uma legislação específica visando regular o setor, proteger o meio ambiente e a saúde da população. / Acid Mine Drainage (AMD) is one of the biggest environmental problems faced by metallic sulfides and coal mining and extraction industries worldwide. These water streams come from inorganic matter sulfide minerals (especially pyrite) oxidation and are rich in sulfate ions, heavy metals and acidity. The coalfield of Criciúma/SC, for example, suffers the effects of acid drainage, facing problems like water and soil scarcity and pollution. This work aims to analyze the AMD active treatment alternatives in Santa Catarina, especially the use of flotation as a solid-liquid separation process for the precipitated solids produced during neutralization and flocculation. This study also presents and discusses the water quality criteria suggested in Brazil and those required by the main countries worldwide that adopted water reuse. This work compares these criteria to the characteristics of an AMD treated by the NF-FADAT process (neutralization, flocculation and high-rate dissolved air flotation), pointing the possibilities of the treated water reuse, according to the current laws. The pilot studies (1 m3h-1) were carried out with an acid effluent (pH 3.0 ± 0.5) from an extinct mine (flow rate 30-200 m3h-1), at pH 7 and 9, at the effluent treatment station SS-16 (São Simão at Criciúma), to remove metals (Fe, Al and Mn) as hydroxides. Studies at pH 12 were also carried out, considering it as an alternative to sulphate ions (SO4 -2) precipitation and removal, forming etringite (3CaO.3CaSO4.Al2O3.31H2O). The Fe, Mn and Al final average concentrations at pH 9 were 0.2, 0.7 and 2.9 mgL-1, respectively. These results are in agreement with standards such as the EPA’s (United States Environmental Protection Agency) for irrigation for a 20 years period, but in Brazil there is no such kind of law. The treatment operational costs (approximately), at pH 7 and 9, were very similar, respectively R$m-3 0.86 and 0.88. These results are advantageous when compared to the CASAN’s (Company for Water and Sanitation of SC) fee for water treatment, which is R$m-3 5.10. Treatment at pH 12 presented a high efficiency, with a SO4 -2 final concentration around 150 mgL-1, which meets drinking water standards given by the Health Ministry’s Order 518/2004. The cost of such treatment (R$m-3 6.40) doesn’t take into account the possibility of reusing the etringite generated during the process, such as in ceramic industries, which could lead to its reduction. The best cost-benefit relation was reached with the treatment at pH 9 due to a higher efficiency in removing Mn if compared to pH 7. At pH 9, the AMD final quality after treatment meets the standards for reuse established in Brazil, as the NBR 13.969 and the ones from organizations such as ANA, SABESP and EPA. Results confirmed the efficiency of the studied method for future treatment of the AMD-SS16, because the treated water presented a high potential for reuse at local or municipal community for several urban and industrial, non-drinking uses, such as irrigation (of gardens, parks and squares, orchards and pastures), fountains, washing floors and sidewalks, disposal flush, or civil construction (concrete preparation, dust abatement). However, the practice of water reuse is not growing in Brazil, because there is no specific legislation regulating the sector to protect the environment and people’s health.

Muitos locais de mineração de carvão estão próximos a centros urbanos, coexistindo, nestas regiões, a drenagem ácida de minas (DAM) e os esgotos domésticos, sendo que, ambos os efluentes afetam a qualidade da água dos corpos receptores se ali lançados sem o devido tratamento. A drenagem ácida de minas afeta a qualidade da água baixando o pH, aumentando a acidez e acrescendo quantidades indesejáveis de ferro, manganês, alumínio, sulfatos e outros metais enquanto que o esgoto doméstico caracteriza-se pela presença de alcalinidade, matéria orgânica e microrganismos potencialmente patogênicos. Estudos anteriores demonstraram que a DAM pode ser utilizada como agente coagulante no tratamento físico-químico dos esgotos e, baseado nisto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o tratamento combinado da DAM com o esgoto doméstico de modo que também ocorra a redução dos metais e acidez presentes na DAM. O processo baseia-se no fato de que a alcalinidade do esgoto pode, pelo menos em parte, neutralizar a acidez da DAM, proporcionando uma economia no consumo de reagentes para a correção do pH. Com a elevação do pH, o ferro e o alumínio presentes na DAM sofrem hidrólise e coagulam na forma de hidróxidos dos referidos metais, separando-se da fase líquida na forma de um precipitado gelatinoso que carrea consigo os sólidos suspensos presentes no esgoto constituídos, principalmente, de matéria orgânica e microrganismos patogênicos, fósforo e nitrogênio. Assim, a metodologia do presente trabalho consistiu em realizar o tratamento em laboratório de ambos os efluentes considerando diferentes proporções de mistura. Nas condições empregadas no presente trabalho, obteve-se um efeito coagulante ótimo, em pH próximo a 7,0, para a proporção DAM:esgoto de 1:2, correspondendo a concentrações de Fe e Al acima de 80 mg/L na mistura. Para estas condições a redução de carga orgânica, nutrientes, metais e microrganismos foi elevada. A remoção de carga orgânica em termos de DQO foi 67%, a redução de nitrogênio foi de 40%, a redução de fósforo foi de 90% e a remoção de bactérias do grupo coliforme comparável aos processos convencionais de tratamento de esgoto sanitário. Dos metais presentes na DAM, o Fe e Al sofreram reduções de 99% e o Zn de 95%. O Mn, reduziu apenas 13 % na faixa de pH 7,0 utilizada no trabalho, sendo necessário tratamento adicional para atingir os limites de emissão previstos em legislação.A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que a mistura dos fluxos é uma alternativa para o tratamento combinado dos efluentes DAM e esgoto doméstico, onde coexistam em proporções e características físico-químicas definidas neste trabalho. / Many coal mining places are close to inhabited concentrations, where there are the acid mine drainage (AMD) and domestic sewage and both effluent affect the quality of water bodies if released without proper treatment. The AMD affects water´s quality decreasing pH, increasing acidity and the concentration of undesirable metals such as iron, manganese, aluminum, sulphates and other metals while the domestic sewage is characterized by the presence of alkalinity, organic matter and microorganisms, with possible presence of pathogenic. Previous studies have shown that the AMD can be used as an coagulant agent on physico-chemical treatment of sewage and, based on this, the aim of this work was to study the combined treatment of AMD and domestic sewage so that also occur metals and acidity reduction present in the AMD. The process is based on the fact that the sewage´s alkalinity could neutralize part of the AMD acidity, providing an economy in reagents for pH correction. At the same time, the pH increasing provides that the iron and aluminium present in the AMD, became hydrolyzed in the form of hydroxides of these metals, and provide a coagulation effect separating themselves from the liquid phase like as gelatinous precipitate which carry on suspended solids present in domestic sewage constituted mainly of pathogenic micro-organisms and organic matter, nitrogen and phosphorus. Thus, the methodology of the present work consisted of laboratory experiments considering different proportions of mixtures. Over the conditions employed in this work, the best coagulant effect was obtained with pH value around 7,0 and effluent proportion of 1:2 (DAM:sewage) corresponding to concentrations of Fe and Al above 80 mg/L in the mixture. For these conditions the organic load reduction, nutrients, metals and microorganisms was high. Removal of organic load in terms of COD was 67%, the reduction of nitrogen was 40%, phosphorus was 90% and the removal of bacteria of coliform bacteria group comparable to conventional processes for the treatment of sewage. The metals present in the AMD also was removed; the Fe and Al cut of 99% each and the Zn cut of 95%. The Mn, reduced only 13% in the range of pH 7.0 used at work, and additional treatment is needed to achieve the emission limits laid down in legislation for this metal. It was concluded that the combined treatment of AMD and sewage can be an alternative to reduce the pollutants load in sanitary effluents. From the results obtained, it can be concluded that the mixture flows is an alternative to the combined treatment of domestic sewage and DAM effluents, where they could coexist in the proportions and physico-chemical properties defined in this work.

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre. / Estudou-se a adsorção dos íons de ferro e manganês presentes em drenagem ácida de mineração (DAM) no Sul Catarinense, utilizando-se zeólitas do tipo 4A. As zeólitas foram obtidas a partir de um caulim comercial passando por uma reação hidrotermal. Para a realização dos estudos cinéticos foram coletadas amostras de DAM na mina A na cidade de Criciúma no estado de Santa Catarina. A remoção dos metais foi investigada variando a massa de zeólita e o tempo, com volume de DAM de 1,2 L, com concentração inicial de ferro e manganês de 100,49 mg/L e 4,54 mg/L. As massas de zeólita utilizadas foram de 5, 10, 15, 20 e 30 g. A concentração final dos íons de metais pesados na fase aquosa foi determinada usando Espectroscopia de Absorção Atômica. Os testes de absorção atômica ocorreram nos intervalos de tempo de: 5, 10, 15, 20, 30, 50, 70, 180, 360, 720 e 1440 min. O tempo de contato ideal para a remoção do ferro e do manganês foi de 60 min para as massas de 15, 20 e 30 g de zeólita. A análise dos resultados cinéticos evidencia que a zeólita 4A é eficiente na adsorção dos íons de ferro e manganês presentes na DAM. A modelagem que melhor descreve o comportamento da adsorção com relação aos metais estudados são as curvas de Langmuir. / In this work, it was studied the adsorption of iron and manganese present in acid mining drainage (AMD) in Southern of Santa Catarina, using type 4A - zeolite. The zeolites were obtained from a commercial kaolin through a hydrothermal reaction. To perform the kinetic studies, samples of DAM in the mine in the town of Criciúma in the state of Santa Catarina. The removal of metals was investigated by varying the mass of zeolite and time with a volume of 1.2 L of AMD, and initial concentration of iron and manganese 100.49 mg/L and 4.54 mg/L, respectively. The used zeolite masses were 5, 10, 15, 20 and 30 g. The final concentration of heavy metal ions in the aqueous phase was determined by atomic absorption spectroscopy. The tests occurred in atomic absorption times of 5, 10, 15, 20, 30, 50, 70,180, 360, 720 and 1440 min. The optimum contact time for removing iron and manganese was 60 min to the zeolite masses 15, 20 and 30 g. The results showed that the kinetic Type 4A - zeolite is efficient in adsorption of iron and manganese, present in AMD. The model that best describes the behavior of adsorption with respect to the metals studied was Langmuir curves.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2025086 bytes, checksum: 4b8a9719d9068a6aa6993d1cb7bce487 (MD5) Previous issue date: 2013-07-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Brazil has important mineral deposits which significantly contribute to the economy. However, mining can cause serious negative impacts to the environment. Acid mine drainage (AMD) stands out among these problems, because this process reduces the pH and increases the solubility and mobilization of trace elements. In this context, the aim of this study was to assess the risk of acid generation and environmental contamination by mobilization of elements such as Al, As, Co, Fe, Mn, Ni, S and V in materials from mining areas in the states of Bahia and Minas Gerais. Particularly, this study sought to adjust successive extraction methods to assess the kinetics of AMD process, saving time in relation to dynamic methods. Samples were collected from a vanadium mine in Maracás, Bahia, and from a uranium mine in Caldas, Minas Gerais. Static tests to assess acidification and neutralization potentials were conducted on the samples in order to determine the acid-base accounting (ABA). Dynamic tests were also conducted in leaching columns and leaching piles. Successive extractions analyses were performed using diluted H2O2 solutions as oxidant. Moreover, sequential extraction was carried out to some selected samples in order to identify the phases associated with the arsenic. Samples from Maracás were also submitted to solubilization and leaching tests as reported by ABNT NBR 10.004/04. For Maracás samples, in general pH varied between 7 and 8 during the entire period on solutions leached from the columns. Only one sample showed pH near to 4,5 indicating AMD generation, but the titratable acidity was small in the period considered, even the ABA has indicated potential for such sample. Furthermore, some samples showed high concentrations of As, Co, Ni and V in the leaching solutions. These concentrations were above the limit established by CONAMA 430 (2011) and 357 (2005) resolutions. Results for sequential extraction showed that the arsenic mobilized in leaching columns was in the sulfides phase, probably sulfoarsenides of Co and Ni, and also adsorbed onto iron oxides. The correspondence between leaching columns and successive extractions for mobilization of As and S was described by the regression adjusted to Boltzmann model. For samples from Caldas pH values were below 4.5 in the leaching solutions, indicating the generation of acidity by the oxidation of sulfides, as previously suggested by the ABA static test. In addition, there was mobilization of Fe and S from leaching piles, suggesting the oxidation of the pyrite present in the samples and consequent acidity generation. There was no correspondence between mobilization of elements insuccessive extractions and leaching piles. / O Brasil é um país cujas riquezas minerais contribuem de forma expressiva para a economia. No entanto, a mineração pode ocasionar sérios impactos negativos ao meio ambiente. Dentre os problemas decorrentes dessa atividade, a drenagem ácida de mina (DAM) apresenta grande destaque, pois durante o processo ocorre a redução do pH e aumento da solubilidade e mobilização de elementos traço. Nesse contexto, o objetivo do trabalho consistiu em avaliar o risco de geração de drenagem ácida e contaminação ambiental pela mobilização de elementos como Al, As, Co, Fe, Mn, Ni, S e V em materiais provenientes de uma mineração do estado da Bahia e Minas Gerais. Particularmente, este estudo buscou ajustar métodos de extração sucessiva para avaliar a cinética da DAM e a mobilização dos elementos estudados com economia de tempo em relação aos métodos dinâmicos. Para isso, foram coletadas amostras em uma mina de vanádio em Maracás, Bahia, e em uma mina de urânio em Caldas, Minas Gerais. Foram realizados, nas amostras coletadas, testes estáticos por meio do potencial de acidificação e neutralização, determinando o balanço acido-base e testes testes dinâmicos através de colunas de lixiviação e pilhas de lixiviação. As extrações sucessivas foram feitas utilizando como oxidante o H2O2. Além disso, realizou-se uma extração sequencial para identificar as fases associadas ao As de algumas amostras. As amostras de Maracás também foram submetidas aos testes de solubilização e lixiviação conforme determinação da ABNT pela norma NBR 10.004/04. Para as amostras de Maracás, o pH ao longo das lixiviações oscilou entre 7 e 8, somente uma amostra apresentou valores de pH próximos a 4,5. Isso indica que nessa amostra a geração da drenagem ácida foi pequena no período considerado, mesmo o BAB indicando potencial para a ocorrência de tal problema. Além disso, algumas amostras apresentaram, ao longo das lixiviações, altas concentrações de As, Co, Ni e V acima do limite estabelecido pelo CONAMA através das resoluções n° 430 (2011) e 357 (2005). Por meio dos resultados da extração sequencial e de outros trabalhos realizados, foi constatado que o As mobilizado em uma das amostras de Maracás é proveniente dos sulfoarsenetos de Co e Ni e também do As adsorvido nos óxidos de Fe presentes. As correspondências entre colunas de lixiviação e extrações sucessivas para a mobilização de As e S de uma das amostras de Maracás foram feitas a partir das equações de regressão ajustadas pelo modelo de Boltzmann. Para as amostras de Caldas, ao longo das lixiviações realizadas, os valores de pH apresentaram-se abaixo de 4,5, indicando a geração de acidez pela oxidação dos sulfetos, conforme sugerido pelo BAB positivo encontrado para as amostras. Além disso, houve mobilização de Fe e S durante as lixiviações, sugerindo a oxidação da pirita presente nas amostras liberando Fe, S e acidez na solução lixiviada. Após a realização das extrações sucessivas para uma das amostras percebeu-se que não houve correspondência entre as mobilizações dos elementos nas extrações sucessivas e nas pilhas de lixiviação.

Efluentes contaminados por lixiviados de resíduos sólidos urbanos (LRSU), proveniente de aterros sanitários, ou a drenagem ácida de minas (DAM), originados pela oxidação da pirita em rejeitos de carvão, são problemas atuais em termos de impacto ambiental, especialmente na região do Município de Butiá, no Estado do Rio Grande do Sul. O tratamento destes efluentes, via de regra, é bastante oneroso, mas necessário, uma vez que a liberação in natura destas fontes poluidoras pode ser responsável pela degradação severa do ambiente. Em geral, metodologias convencionais de tratamento (como a precipitação/sedimentação, no caso da DAM, e processos biológicos, no caso do LRSU) mostram-se economicamente custosas ou tecnicamente deficientes. Frente a este desafio, esta pesquisa baseou-se na avaliação do tratamento conjunto de DAM e LRSU, via homogeneização, a fim de diminuir custos tradicionais decorrentes. O processo consiste no aproveitamento da alcalinidade do LRSU para neutralizar a acidez da DAM. Ao mesmo tempo, o ferro e o alumínio presentes na DAM permitem a coagulação dos sólidos suspensos, removendo uma significativa carga de poluentes. Resultados obtidos em laboratório no tratamento inicial destes efluentes permitiram uma significativa redução de carga orgânica, nutrientes, metais pesados e bactérias do grupo coliforme. O efluente final apresentou redução na carga lançada de 100% para sólidos suspensos, 36% para DBO, 56% para DQO, 11% para N, 72% para Fe, 73% para Al e 9% para Mn, atenuando suas características iniciais em consonância a alguns padrões de emissão de efluentes líquidos estabelecidos para o Estado do Rio Grande do Sul (Resolução número 128/2006 do CONSEMA). / Municipal landfills wastewaters (MLW) and acid mine drainages (AMD) from coal mines are environmental issues faced, in special case at the city of Butia, in Rio Grande do Sul State. The treatment of such effluents is necessary to avoid undesirable environmental degradation. The conventional treatment techniques (e.g. chemical neutralization for DAM and biological processes for municipal landfills wastewaters) are costly and sometimes inefficient. This work considered a new alternative based in the combined treatment of MLW and AMD. The alkalinity of MLW can neutralize the acidity of the AMD while the iron and aluminum present in the AMD allow the coagulations of the suspended solids of the MLW, reducing considerably the amount of pollutants. The initial results obtained at laboratory scale allowed the reduction of organic load, nutrients, heavy metals and bacteria. The final effluent showed reduction at the charge reaching 100% to solids in suspension, 36% to BOD, 56% to COD, 11% to N, 72% to Fe, 73% to Al e 9% to Mn, without addiction of coagulations polymers, and improving its characteristics considering the emission standards established in the Rio Grande do Sul State, Brazil (Resolution number 128/2006 from CONSEMA).

A drenagem ácida de minas (DAM) é formada quando certos minerais sulfetados são expostos a condições de oxidação. A DAM é normalmente associada com a mineração de carvão, principalmente de depósitos de rejeitos de carvão, que possuem alta concentração de pirita (FeS2). A neutralização da DAM usando materiais alcalinos, como calcário e escórias de aciaria é uma das técnicas utilizadas para remediação deste problema. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar o desempenho da escória de aciaria elétrica do forno-panela na neutralização da DAM em leitos de percolação em comparação com calcário, material tradicionalmente empregado para tal fim. A metodologia de trabalho consistiu na construção de dois sistemas em escala de laboratório, um leito em canal aberto e um reator de leito empacotado. Estudos foram conduzidos para avaliar a capacidade de neutralização e a qualidade do efluente tratado, considerando os seguintes parâmetros: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, dureza, sulfatos, condutividade e efeitos toxicológicos para microcrustáceos e peixes. Adicionalmente, foram conduzidos estudos de caracterização da escória antes e após aplicação na neutralização da DAM, visando sua futura destinação. O uso de reator de leito empacotado para tratamento da DAM obteve melhores resultados do que o sistema de canal aberto. O reator evita a percolação do efluente por caminhos preferenciais, aumentando a relação volume tratado/volume de leito. Os ensaios realizados com a escória do forno-panela no reator de leito empacotado demonstraram que esse material apresenta uma alta basicidade, permitindo equalização do efluente de saída para que seja descartado na faixa neutra de pH com a remoção dos metais, enquanto com calcário a remoção dos metais foi parcial, ficando o Fe e Mn com valores acima do permitido pela legislação para o descartes de efluentes. Em ambos os casos, o efluente tratado não apresentou toxicidade. Um dos problemas identificados, para ambos os materiais, foi o recobrimento das partículas pelos hidróxidos metálicos na superfície dos materiais, que reduziu a vida útil dos sistemas e o volume de efluente tratado. O ensaio de expansibilidade demonstra que a escória do forno-panela, na sua forma original, apresenta característica expansiva. Após a neutralização do efluente, a escória apresentou expansão menor que o limite estabelecido na norma ASTM C1260, o que poderia viabilizar sua utilização como agregado na construção civil. Os estudos realizados neste trabalho permitiram concluir que o uso de escórias do forno-panela para neutralização de DAM é uma solução, no sentido de melhorar a qualidade da água em depósitos de rejeitos de carvão, possibilitando um destino para a escória de aciaria elétrica após o tratamento da DAM. / The acid mine drainage (AMD) is formed when certain sulfide minerals are exposed to oxidizing conditions. The AMD is commonly associated with coal mining, especially in coal waste deposits that contain high pyrite (FeS2) concentration. The neutralization of AMD using alkaline materials, like limestone and steel slag is one of the useful remediation techniques. The aim of this work was to study the performance of an electric steel slag of a ladle furnace in the neutralization of the AMD in a percolation bed in a comparative way with limestone, material normaly used for this purpose. The methodology of this work is based in the set up of two systems at labotatory scale, one with open channel bed and the other with bed packed reactor. The studies were directed in order to evaluate the neutralization capacity and the quality of the treated effluent, considering the following parameters: pH, Fe, Al, Cr, Mn, Zn, Ca, Mg, hardness, sulphate, conductivity, and toxicological efects to microcrustacean and fish. Addicionaly, some studies was carried out to caracterize the slag before and after application in the neutralization of the AMD, looking for a future destination. The use of the packed bed reactor for the AMD treatment showed better results than the open channels. The reactor avoids the percolation of the effluent to preferential ways, increasing the volume treated/volume of the bed ratio. The tests carried out with slag of the ladle furnace in the packed bed reactor proves that this material have great basicity allowing the equalization of the effluent output to be discharged in a neutral pH degree with metals removal, while with limestone the metals upstake is partial, remainig Fe and Mn with values above than the allowed by the legislation to effluent discharge. In both cases, the efluent didn’t show toxicity. One of the identified problems to both materials was the metalic hidroxid recovering in the surface, reducing the useful life of the system and the volume of treated effluent. The expansibility tests showed that the ladle furnace slag in the original form have expansive characterists. After the neutralization of the effluent, the slag expansion remains below of the standard border ASTM C1260, and could be possible the use as an aggregate in the civil construction. The results showed in this work allows the conclusion that the use of the ladle furnace slag for neutralization of the AMD is a possible solution to improve the water quality in coal waste deposits.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de diferentes tipos de coberturas secas utilizadas em células experimentais preenchidas com rejeitos piritosos de carvão mineral. Quatro células de igual dimensão foram preenchidas com rejeitos piritosos, provenientes do beneficiamento de carvão mineral da Unidade Mineira II – Verdinho, pertencente à Carbonífera Criciúma S.A., situada no município de Forquilhinha, Estado de Santa Catarina. Em relação à composição das células, a primeira foi construída sem cobertura; a segunda, com somente pré-cobertura, constituída de mistura de rejeitos; a terceira, com cobertura de argila compactada; e a quarta elaborada com sistema de barreira capilar dupla. Todas foram expostas às mesmas condições meteorológicas. Para avaliação do desempenho das coberturas analisou-se o volume e características químicas e físico-químicas da água de percolação no período compreendido entre 2009 e 2010. Os parâmetros físicoquímicos considerados foram os seguintes: pH, Eh, acidez, alcalinidade e condutividade enquanto que os parâmetros químicos foram Fe, Al, Mn, Zn e sulfato. A partir dos resultados obtidos, fez-se uma análise técnica dos diferentes tipos de cobertura seca utilizados. De acordo com análise técnica constatou-se que o melhor desempenho no tocante ao volume e à qualidade da água percolada ocorreu na célula em que se utilizou cobertura com argila compactada e na célula em que se empregou cobertura do tipo barreira capilar dupla. / This work aimed to evaluate the performance of different types of dry cover employed in experimental cells filled with pyritic waste of mineral coal. Four cells with the same dimension were filled with coal tailings from the coal preparation plant of Unidade Mineira II –Verdinho, which belongs to Carbonífera Criciúma SA, located in Forquilhinha, Santa Catarina State. The first cell was constructed without any kind of cover, the second one was built with a cover composed by a mixture of coal wastes, the third one was built with a layer of compacted clay, and the forth one was constructed with a system composed by a dual-capillary barrier. All were exposed to the same meteorological conditions. To evaluate the performances of dry covers we analyzed the volume and the chemical and physicochemical characteristics of seepage between 2009 and 2010. The water was analyzed in terms of pH, Eh, acidity, alkalinity, conductivity and the concentration of Fe, Al, Mn, Zn, and sulfate. The experimental results showed that the best performance concerning the volume and the quality of the percolated water was obtained in the cell that received a cover of compacted clay and in the one that received a cover composed by dualcapillary barrier.