Como observado anteriormente, o amido catiônico pré-gelatinizado na dosagem 10 mg/L obteve os melhores resultados de porcentagem de material sedimentado. Logo, foi feita a determinação do potencial zeta, através do método de eletroforese, da hematita e quartzo na presença e ausência do amido catiônico pré-gelatinizado.
Os valores de potencial zeta da hematita na presença apenas de eletrólito indiferente (NaNO3) estão apresentados na Figura 5.13. O valor do ponto isoelétrico (PIE) para a hematita foi por volta de pH 4,5. A diferença observada entre o valor de PIE encontrado experimentalmente e o da literatura se deve a vários fatores, como: diferença mineralógica entre as amostras e impurezas presentes. Para os ensaios de medida de potencial zeta na presença do amido catiônico pré-gelatinizado (Figura 5.13), o amido modificou os valores do potencial zeta da
hematita comprovando a interação do mineral com o amido. O PIE da hematita antes encontrado aproximadamente no pH 4,5 se deslocou para a direita, aproximadamente no pH 11. Na presença do amido testado, o potencial zeta da hematita manteve se sempre positivo. Infere-se que haja adsorção química do amido catiônico com a superfície da hematita, já que nota-se que há reversão e aumento no valor do potencial zeta. A menor densidade de carga da hematita quando comparada ao quartzo também pode reforçar esta conjectura. As camadas de saturação do amido catiônico sobre a hematita e a dependência do pH das películas de saturação também parecem ser menores quando comparados com a interação deste reagente com o quartzo (Lima, 1997).
Figura 5.13: Potencial zeta da hematita condicionada com eletrólito indiferente (NaNO3) e hematita na presença de amido catiônico pré-gelatinizado.
Como pode ser observado na Figura 5.14, os potenciais zeta do quartzo condicionado com água destilada apresentaram valores negativos e crescentes em função do aumento do pH. Os valores de potencial zeta do quartzo condicionado com o amido catiônico foram próximos e positivos. O ponto isoelétrico do quartzo antes abaixo do pH 4 foi deslocado para próximo ao pH 11 com a presença do amido testado. Essa observação coincide com os resultados dos testes de agregação do quartzo com amido catiônico pré-gelatinizado uma vez que o pH não interferiu na eficiência da sedimentação. A dependência do pH para interação do quartzo com o amido catiônico parece ser menor que para a hematita. A superfície do quartzo quando comparada a da hematita, de modo geral, apresenta uma maior densidade de cargas.
-30 -20 -10 0 10 20 30 4 5 6 7 8 9 10 11 P o tê n c ia l Z e ta (m V ) pH
Figura 5.14: Potencial zeta do quartzo condicionado com eletrólito indiferente (NaNO3) e quartzo na presença de amido catiônico pré-gelatinizado.
5.5 Ensaios de Jar Test
A realização dos ensaios de Jar Test utilizando a amostra da alimentação do espessador de lama teve como objetivo observar a influência das variáveis dosagem, tempo de agitação e tempo de sedimentação na turbidez e cor aparente final do sobrenadante da amostra, encontrando por fim os valores otimizados para essas variáveis. De acordo com os resultados dos testes de agregação realizados previamente nesse trabalho, foi decidido analisar o desempenho das dosagens de 10 mg/L e a dosagem intermediárias de 50 mg/L, esse último valor tendo sido baseado nos resultados obtidos por Orumwense e Nwachukwu (2000). Foi realizado também um teste padrão utilizando poliacrilamida na dosagem utilizada industrialmente de 1 mg/L.
Os resultados da turbidez dos sobrenadantes podem ser observados na Figura 5.15. Com 20 minutos de agitação, pode-se observar que o aumento do tempo de sedimentação não influenciou nos resultados da dosagem 50 mg/L e melhorou os resultados de turbidez do sobrenadante da dosagem 10 mg/L. Essa mesma observação pode ser feita para os testes com
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 4 5 6 7 8 9 10 11 P o tê n c ia l Z e ta (m V ) pH
10 minutos de agitação. Porém, os resultados da dosagem 10 mg/L foram significantemente piores e os da dosagem 50 mg/L ligeiramente melhores, quando comparados ao primeiro tempo de agitação.
Figura 5.15: Turbidez dos sobrenadantes dos ensaios de Jar Test utilizando o amido catiônico pré-gelatinizado com dosagem 10 e 50 mg/L e poliacrilamida com dosagem 1 mg/L. Ao analisar os resultados obtidos para a cor aparente dos sobrenadantes (Figura 5.16), observa-se a mesma tendência descrita anteriormente para a turbidez quando o tempo de agitação é de 20 minutos. A principal diferença nos resultados com tempo de agitação de 10 minutos está na tendência do aumento da cor aparente de acordo com aumento do tempo de sedimentação, sendo o tempo de 60 minutos onde foram encontrados os piores resultados para as três dosagens. 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 10 30 60 T u rb id e z (N T U )
Tempo de Sedimentação (min)
A - 20 minutos de agitação Padrão 10mg/L 50mg/L 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 10 30 60 T u rb id e z (N T U )
Tempo de Sedimentação (min)
B - 10 minutos de agitação
Figura 5.16: Cor aparente dos sobrenadantes dos ensaios de Jar Test utilizando o amido catiônico pré-gelatinizado com dosagem 10 e 50 mg/L e poliacrilamida com dosagem 1 mg/L. Na dosagem 10 mg/L foi possível encontrar os menores valores de turbidez e cor aparente entre todos os testes: 66 NTU (Resultado A) e 194,5 uC. Porém, o tempo de agitação foi o padrão de 20 minutos e o tempo de sedimentação foi o mais alto de 60 minutos. Na dosagem 50 mg/L, o tempo de agitação e de sedimentação puderam ser reduzidos para 10 minutos tendo uma turbidez e cor aparente do sobrenadante de 80 NTU (Resultado B) e 247,5 uC, respectivamente. Por fim, foi realizado um último teste com dosagem 50 mg/L, tempo de agitação 10 minutos e diminuindo o tempo de sedimentação para 5 minutos. Os resultados encontrados – turbidez de 80 NTU (Resultado C) e cor aparente de 235 uC – foram extremamente similares aos resultados com 10 minutos de sedimentação, otimizando mais ainda essa variável. Esses valores de turbidez e cor aparente são menores do que os valores encontrados para o padrão da poliacrilamida: 180 NTU (Resultado Padrão) e 410 uC.
Quando comparamos os resultados acima com a turbidez indicada para cada classe proposta pela CONAMA 357/2015 (Tabela 5.6), percebe-se que os valores da amostra inicial e do resultado padrão (poliacrilamida 1 mg/L) não se adequam à classificação de água Classe II. Mas, quando é utilizado o amido catiônico pré-gelatinizado como floculante, obtêm-se um resultado abaixo do exigido.
150 200 250 300 350 400 450 500 550 10 30 60 C o r A p a re n te ( u C )
Tempo de Sedimentação (min)
A - 20 minutos de agitação Padrão 10mg/L 50mg/L 150 200 250 300 350 400 450 500 550 10 30 60 C o r A p a re n te ( u C )
Tempo de Sedimentação (min)
B - 10 minutos de agitação
Tabela 5.6: Comparação dos valores de turbidez (NTU) encontrados com a CONAMA 357/2015 Classe II Classe II Amostra Inicial Resultado Padrão Resultado A Resultado B Resultado C ≤100 >1000 180 66 80 80
A eficiência de floculação e qualidade do sobrenadante é fundamental na etapa de espessamento de lamas para que a água recuperada possa ser reutilizada nos processos de beneficiamento mineral a úmido, reduzindo a necessidade de captação de água nova e consequentemente diminuindo o impacto ambiental das usinas.
6 CONCLUSÕES
A caracterização da amostra da alimentação do espessador de lamas foi realizada com o objetivo de analisar não apenas suas propriedades granulométricas, química e mineralógicas como também seus parâmetros de qualidade para comparação com a CONAMA 357/2005 Classe II. Observou-se uma amostra constituída principalmente de hematita (70%), quartzo (23,6%) e alumina (3,1%). A amostra possuía composição granulométrica de 49,97% de lamas (menor que 10 μm) e 7,67% de colóides (menor que 1 μm) com um total aproximado de 5% de sólidos. Dos parâmetros de qualidade analisados, apenas sua turbidez (>1000) e sólidos sedimentáveis (1 mL/L) estavam acima dos exigidos pela CONAMA 357/2005 Classe II.
A caracterização granulométrica dos minerais majoritários puros indicou que a amostra de hematita era composta por 47,56% de partículas abaixo de 10 μm e a amostra de quarto era composta por 46,25%.
Os testes de agregação evidenciaram que:
• O amido catiônico pré-gelatinizado foi o amido modificado de melhor resultado quanto a porcentagem de material sedimentado tanto para a hematita quanto para o quartzo na dosagem 10 mg/L no pH 7.
• O amido catiônico reticulado obteve bons resultados para a hematita nas dosagens 10 e 100 mg/L, porém houve apenas resultados satisfatórios para o quartzo na dosagem 100 mg/L;
• O amido ceroso não apresentou resultados satisfatórios para nenhum dos minerais, independente das dosagens e pH.
• Foram encontrados valores de resultados similares para os testes de agregação utilizando os minerais majoritários puros separadamente e a mistura de ambos utilizando amido catiônico pré-gelatinizado com dosagem 10 mg/L e pH 7.
• A poliacrilamida é um floculante eficaz para hematita, porém o mesmo não foi observado para o quartzo;
Os resultados dos testes de eletroforese (potencial zeta) corroboram a hipótese de que o sistema parece ser de adsorção química.
Nos ensaios de Jar Test foram encontrados 2 resultados ótimos utilizando o amido catiônico pré-gelatinizado:
• Resultado A: Dosagem de 10 mg/L, 20 minutos de tempo de agitação e 60 minutos de tempo de sedimentação
• Resultado B: Dosagem de 50 mg/L, 10 minutos de tempo de agitação e 10 minutos de tempo de sedimentação
O tempo de sedimentação do Resultado B pode ser otimizado ainda mais para 5 minutos. Porém, é necessário a realização de estudos futuros de viabilidade técnica e econômica para analisar qual dos resultados poderia ser aplicado com melhor eficiência no processo de espessamento de lamas de minério de ferro.
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ANEXO A – CLASSIFICAÇÃO DOS CORPOS DE ÁGUA CONAMA 357/2005
Classificação Destino
Classe I
Abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado;
Proteção das comunidades aquáticas;
Recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA no 274, de 2000; Irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se
desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película;
Proteção das comunidades aquáticas em Terras Indígenas.
Classe II
Abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional;
Proteção das comunidades aquáticas;
Recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA no 274, de 2000; Irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter
contato direto;
Aqüicultura e à atividade de pesca.
Classe III
Abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional ou avançado;
Irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; Pesca amadora;
Recreação de contato secundário; Dessedentação de animais.
Classe IV Navegação;
Harmonia paisagística. FONTE: adaptado de BRASIL (2005)