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Title: Remoção do manganês e do sulfato de água de mina.
Authors: Silva, Adarlêne Moreira
metadata.dc.contributor.advisor: Leão, Versiane Albis
Keywords: Engenharia de materiais
Carbonato de sódio
Manganês
Sulfato
Calcário
Issue Date: 2012
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: SILVA, A. M. Remoção do manganês e do sulfato de água de mina. 2012. 127 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2012.
Abstract: As remoções de manganês e de sulfato são importantes desafios no tratamento de águas de mina. O manganês é de difícil remoção devido a sua alta solubilidade em meio ácido ou neutro e pode ser encontrado em altas concentrações nessas águas, conforme a mineralogia das rochas. Por outro lado, a presença de íons sulfato é normalmente devida à oxidação de minerais sulfetados e também pode ser encontrado em concentrações elevadas nas drenagens de mina. Portanto, este trabalho investigou a remoção do manganês e do sulfato das águas neutras de mina, com experimentos em tanques agitados e em colunas de leito fixo. Para a remoção de manganês, este estudo envolveu a precipitação dos íons Mn (II) presentes em águas de mina com concentração de 140 mg.L-1 e pH 6,5, aplicando misturas do carbonato de sódio e do calcário. Observou-se que, além da concentração total do carbonato, o pH também influenciou na precipitação do carbonato de manganês. Uma remoção de 99,9% do manganês foi alcançada com íons carbonatos, para pH da solução acima de 8,5. Avaliou-se também a aplicação do calcário para adsorção do manganês nas águas de mina para baixa concentração do elemento (1,5 e 15,0 mg.L-1). Observou-se que o equilíbrio da adsorção pode ser descrito pelas equações de Freundlich ou de Langmuir, sendo o carregamento máximo alcançado de 0,91 mgMn.g-1 calcário em sistemas agitados. Os modelos de Thomas, de Yoon e Nelson e de Dose-resposta apresentaram uma boa correlação com os resultados obtidos em coluna de leito fixo. O modelo BDST conformou o baixo carregamento de manganês, ou seja 0,057 mgMn.mL-1 leito, para concentração de 15,0 mgMn.L-1 e vazão de 1 mL.min-1. Nos experimentos de remoção do sulfato, em sistema contínuo a concentração deste íon foi reduzida de 588 para 87 mg.L-1, em 210 minutos. Os experimentos de equilíbrio mostraram que o carregamento do sulfato no calcário pode ser descrito pela isoterma de Langmuir, com carregamento máximo de 23,7 mgSO4 2-.g-1 de calcário. O processo de adsorção em leito fixo pode também ser descrito por modelos de Thomas, de Yoon e Nelson e de Dose-resposta. Nestes sistemas, para partículas de calcário na faixa granulométrica entre 0,42-0,59 mm, o carregamento foi de 20 mgSO42-.L-1 leito. A espectrofotometria no infravermelho indicou a presença de íons sulfato e de carbonato do manganês na superfície do calcário. Observou-se que o calcário é efetivo na remoção do manganês somente para baixa concentração do metal (1,5 mg.L-1). Entretanto, pode ser utilizado como etapa de polimento para água neutra de mina contendo entre 250 e 1200 mg.L-1 de sulfato, onde a precipitação de gesso não é mais efetiva.
metadata.dc.description.abstracten: Both sulfate and manganese removals are important challenges in the treatment of mine waters. Manganese is difficult to remove due its high solubility in acid or neutral effluents. It can be found in high concentrations in mine waters, depending on the rock mineralogy. On the other hand, the presence of sulfate ions is normally due to the oxidation of sulfide minerals. Therefore, this work investigated the removal of manganese and sulfate from neutral mine waters, through experiments in agitated tanks and fixed-bed columns. The study addressed Mn(II) precipitation in mine waters containing 140 mg.L-1 Mn at pH 6.5, applying mixtures of sodium carbonate and limestone. It was observed that, in addition to the carbonate concentration, pH also influenced manganese precipitation as MnCO3. A removal of 99.9% Mn was reached with carbonate ions, provided the solution pH was above 8.5. In addition, the application of limestone as a sorbent for low concentration Mn waters (1.5 mg.L-1 and 15.0 mg. L-1) was also assessed. It was observed that sorption can be described by either Freundlich or Langmuir equations with 0.91 mgMn.g-1 limestone as the maximum value. The models of Thomas, Yoon and Nelson and Dose-response were able to describe manganese sorption in fixed-bed columns. The BDST model confirmed the low manganese loading on limestone, as a maximum of 0.057 mgMn.mL-bed-1 was observed for a 15.0 mgMn.L-1 mine water, at a flow rate of 1 mL.min-1. In the experiments of sulfate removal, the concentration of this ion was reduced from 588 mg.L-1 to 87 mg.L-1, in 210 minutes. Sulfate sorption on limestone was described by the Langmuir isotherm, with maximum loading of 23.7 mgSO42-.g-1. The adsorption process was also modeled with the Thomas, Yoon and Nelson and Dose-response models, whereby sorption parameters were determined. With a limestone particle size between 0.42 and 0.59 mm, a bed loading of 20 mgSO42-.L-1 was observed. Infrared spectrofotometry indicated the presence of sulfate ions and manganese carbonate on the limestone surface. It was observed that the limestone is effective in the removal of manganese only at low metal concentration (1.5 mg.L-1). However, it can be applied in sulfate removal from neutral mine waters containing between 250 mg.L-1 and 1200 mg.L-1, for which gypsum precipitation is not effective.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2472
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