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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.3.2012.tde-19072013-111743
Documento
Autor
Nombre completo
Daniella Cardoso Buzzi
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2012
Director
Tribunal
Tenório, Jorge Alberto Soares (Presidente)
Bernardes, Andrea Moura
Espinosa, Denise Crocce Romano
Riani, Josiane Costa
Rodrigues, Marco Antonio Siqueira
Título en portugués
Aplicação da eletrodiálise no tratamento da drenagem ácida de minas visando a recuperação de ácido sulfúrico.
Palabras clave en portugués
Drenagem ácida de minas
Eletrodiálise
Recuperação de ácido sulfúrico
Tratamento de efluentes ácidos
Resumen en portugués
O principal impacto causado pela atividade de mineração de carvão é a poluição hídrica proveniente da drenagem ácida de minas (DAM), que pode ter efeitos toxicológicos nos ecossistemas aquáticos, como mortalidade, disfunções no crescimento, menores taxas de reprodução, deformidades e lesões. A DAM é formada através da oxidação de minerais de sulfeto, principalmente pirita (FeS2) e caracteriza-se por uma solução de pH ácido e metais dissolvidos (Fe, Al e Mn). Novas metodologias para o tratamento de efluentes contaminados com metais estão sendo estudadas e a eletrodiálise (ED) surge como uma destas tecnologias que tem se mostrado eficaz para a recuperação de água e concentração de eletrólitos. É considerada uma tecnologia atrativa aos mais diversos segmentos, uma vez que apresenta muitas vantagens sobre os processos tradicionais, tais como: não exige mudanças de fases; funciona de forma contínua; não necessita da adição de reagentes e não gera resíduos poluentes ao ambiente. A ED é uma técnica de separação por membranas, no qual espécies iônicas em solução são transportadas através de membranas de troca-iônica por influência da aplicação de um campo elétrico que permite a separação de ânions e cátions metálicos com a vantagem de remover os metais contaminantes e simultaneamente recuperar água e outros compostos de interesse industrial, como o ácido sulfúrico. No entanto, para a aplicação da ED alguns parâmetros devem ser estudados, buscando as melhores condições de uso. O parâmetro mais importante a ser analisado é o transporte dos íons através das membranas, avaliado no presente estudo através da cronopotenciometria e da obtenção das curvas de corrente-potencial (CVCs). Curvas cronopotenciométricas foram obtidas a partir de soluções sintéticas que representavam a composição de uma DAM a fim de se avaliar a passagem de ânions sulfato através de uma membrana aniônica (HDX 200), e o transporte de cátions metálicos, tais como Na+ e Fe3+, através de uma membrana catiônica (HDX 100). E as CVCs foram obtidas a partir das próprias DAMs também para a avaliação do transporte de íons e determinação de densidade de corrente limite a ser empregada na ED. Os resultados mostraram que os cátions avaliados desempenharam um papel significativo para o equilíbrio químico que leva à formação de diferentes espécies de complexos de cargas e mobilidade distintas. Diagramas de especiação em conjunto com os cronopotenciogramas permitiram a identificação de espécies complexas que conduzem a um transporte lento de íons através das membranas. A ED mostrou-se eficaz para a recuperação de água, removendo mais de 97,00 % dos contaminantes, e para a recuperação de ácido sulfúrico a partir da DAM, sendo obtidos percentuais de concentração de sulfatos superiores a 38,55 % e incrementos na acidez de até 236,88 %.
Título en inglés
Electrodialysis application of acid mine drainage treatment aiming sulfuric acid recovery.
Palabras clave en inglés
Acid mine drainage
Electrodialysis
Sulfuric acid recovery
Wastewater treatment acids
Resumen en inglés
The main impact caused by coal mining activity is water pollution from acid mine drainage (AMD), that can have serious toxicological effects on aquatic ecosystems, such as mortality, growth disorders, lower rates reproduction, deformities and injuries. The AMD is formed by the oxidation of sulfide minerals, mainly pyrite (FeS2) and is characterized by a acid pH and dissolved metals (Fe, Al and Mn). New approaches for the wastewater contaminated with metals treatment are being studied and electrodialysis (ED) emerges as a new technology and has proven effective for the recovery of water and electrolyte concentration. The ED is considered an attractive technology to some segments since it presents several advantages on the traditional processes, such as: does not require phase changes; runs continuously, does not need reagents addition and does not generate waste polluting environment. Electrodialysis is a membrane separation technique in which ionic species in solution are transported, through ion-exchange membranes, under the influence of an electric field which allows anions and metallic cations separation, possessing the advantages of removing contaminant metals and simultaneously recovering water and other compounds of industrial interest, such as sulfuric acid. However, to implement the ED some parameters should be studied seeking the best conditions. The most important parameter to be studied is the ions transport across membranes, assessed in this study by chronopotentiometry and obtaining the current-voltage curves (CVCs). Chronopotentiometry curve were obtained from synthetic solutions representing the AMD composition in order to assess the passage of anions sulfate through a membrane anion (HDX 200), and transport of metallic cations such as Na+ and Fe3+, through a cation membrane (HDX 100). The CVCs were obtained from raw AMD also to evaluate the ions transport and determination of threshold current density to be employed in ED. The results showed that the cations evaluated played a significant role in the chemical balance which leads to the formation of different species of complexes of different fillers and mobility. Speciation diagrams with chronopotentiograms allowed the identification of complex species that lead to a slow ions transport across membranes. The ED was effective for water recovery removing more than 97.00 % of contaminants and to sulfuric acid recovery from the AMD, where has been obtained percentage of sulfate concentration above 38.55 % and an increase in acidity up to 236.88 %.
 
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TESE_DaniBuzzi.pdf (7.08 Mbytes)
Fecha de Publicación
2013-07-23
 
ADVERTENCIA: El material descrito abajo se refiere a los trabajos derivados de esta tesis o disertación. El contenido de estos documentos es responsabilidad del autor de la tesis o disertación.
  • BUZZI, DANIELLA CARDOSO, et al. Water recovery from acid mine drainage by electrodialysis [doi:10.1016/j.mineng.2012.08.005]. Minerals Engineering [online], 2013, vol. 40, p. 82-89.
  • BUZZI, D. (Daniella Buzzi), et al. Determinação da densidade de corrente limite em sistema de eletrodiálise para o tratamento de drenagem ácida de minas. In Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Campos do Jordão, 2010. Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais., 2010.
  • BUZZI, D. (Daniella Buzzi), et al. Treatment of acid mine drainageby electrodialysis. In TMS 2011 - 140th Annual Meeting & Exhibition, San Diego, 2011. Supplemental Procedings: Materials Processing and Energy Materials., 2011.
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