Ensaios cinéticos para previsão e prevenção de drenagem ácida : estudo de caso das Indústrias Nucleares do Brasil (INB), Caldas, MG.
| dc.contributor.advisor | Lena, Jorge Carvalho de | pt_BR |
| dc.contributor.author | Abreu, Adriana Trópia de | |
| dc.date.accessioned | 2013-06-07T15:43:24Z | |
| dc.date.available | 2013-06-07T15:43:24Z | |
| dc.date.issued | 2012 | |
| dc.description.abstract | A drenagem ácida de mina é o resultado do processo de oxidação de rochas que contêm minerais sulfetados. Este processo ocorre quando o material sulfetado é exposto a condições atmosféricas. Nestas condições, sucessivas reações de oxidação dos sulfetos levam à formação de águas ácidas. Isto é agravado quando as rochas existentes no local não têm capacidade de neutralizar o ácido formado. A condição de baixo pH da água drenada acelera o processo de solubilização de materiais sólidos (rochas, solos e sedimentos) e favorece a lixiviação de metais e metalóides tornandoos disponíveis no ambiente podendo comprometer a qualidade dos cursos d’águas adjacentes. Este quadro é muito comum em minas abandonadas onde o material retirado fica exposto como é o caso da mina Osamu Utsumi em Caldas, MG. Trata-se do primeiro complexo mínero-industrial de urânio instalado no Brasil. Este complexo foi inaugurado em 1982 e atualmente está em fase de desativação sob o controle da INB (Indústrias Nucleares do Brasil). Os métodos de controle e tratamento da DAM podem ser divididos em três vias de ação: previsão, prevenção e remediação. Nos métodos de predição ou previsão são utilizados diferentes procedimentos de ensaios estáticos e cinéticos para avaliar a capacidade ou a probabilidade de determinado material gerar ácido e bases sob determinadas condições. Quando a DAM já se encontra instalada, normalmente, são aplicados métodos de prevenção e/ou remediação. Nas metodologias de prevenção tenta-se encontrar maneiras de prevenir a sua geração ou mesmo diminuir a quantidade de ácido gerada. Na remediação são aplicadas técnicas de contenção e/ou tratamento das águas ácidas geradas. O objetivo desse trabalho foi avaliar e comparar diferentes tipos de ensaios cinéticos para previsão e prevenção da geração ácida de amostras de estéril e de rocha da mina Osamu Utsumi. Os ensaios para previsão da DAM foram realizados em colunas de lixiviação e extratores Soxhlet. Já nos ensaios para prevenção da DAM foram estudados e avaliados sistemas de coberturas secas alcalinas contendo como agentes de neutralização a lama vermelha, o calcário e a cal. Além disso, foi realizado um planejamento experimental aplicado ao ensaio de cobertura alcalina utilizando a lama vermelha no sistema de cobertura. Os lixiviados obtidos nos ensaios foram analisados para parâmetros físicoquímicos (pH, Eh, condutividade elétrica e temperatura) e metais e metalóides por ICP OES. Para entender os resultados obtidos nos ensaios cinéticos foi realizada, inicialmente, uma caracterização detalhada (física, química e mineralógica) das amostras de estéril e rocha. Nos dois tipos de ensaios cinéticos avaliados com estéril, colunas de lixiviação e extrator Soxhlet, foi observada uma diminuição nas concentrações da maioria dos elementos maiores e traços com o tempo, exceção foi observada para o Ba. A diminuição progressiva dos elementos avaliados se deve a um processo de esgotamento de sulfetos no estéril que implicam no aumento progressivo do pH. O ensaio com extrator Soxhlet impossibilitou a avaliação de alguns elementos traços, que estiveram abaixo do limite de quantificação da técnica utilizada, devido à quantidade limitada de material utilizada. Duas metodologias de ensaio cinético com extrator Soxhlet foram aplicadas a rocha: sem troca da água (ES1) e com troca diária da água (ES2). Na prática, o efluente mais concentrado gerado na primeira metodologia (ES1), poderia refletir o que ocorre na cava da mina, por exemplo. Neste ensaio foi observado uma diminuição do pH ao longo do ensaio, e como esperado, um aumento das concentrações da maioria dos elementos avaliados com o tempo. Exceções foram observadas para Ba e Fe. Já na segunda metodologia (ES2), foi observado um aumento significativo do pH, que é comparável a resultados de ensaios em colunas. No entanto, avaliação dos elementos traços eluídos ficou comprometida e grande parte deles apresentou resultados abaixo do limite de quantificação da técnica utilizada. Os sistemas de coberturas alcalinas avaliados apresentaram uma eficiência satisfatória quanto à capacidade de neutralização. As misturas realizadas com estéril do BF4 e aditivos alcalinos (cal, calcário e lama vermelha) foram suficientes para gerar águas com pH básico durante o tempo avaliado. Apesar da cobertura com calcário gerar um pH básico, esta condição não foi suficiente para neutralizar a acidez do estéril presente dentro da coluna. Assim, a cal e a lama vermelha possuíram um maior potencial neutralizador. No entanto, estes agentes neutralizantes ofereceram o inconveniente de introduzir material solúvel no lixiviado. Neste ensaio, considerando os parâmetros avaliados, foi demonstrado que o uso de mistura de lama vermelha com estéril poderia ser uma alternativa viável para o controle de geração de DAM associada à reciclagem de resíduos industriais alcalinos. No planejamento experimental aplicado ao ensaio de coberturas alcalinas com lama vermelha foi possível construir uma superfície de resposta que indicou a faixa ótima de pH em função das variáveis estudadas (concentração de lama vermelha e altura da cobertura). Além disso, este estudo tem importância na visualização da robustez do experimento. Isto possibilita alteração de cada uma das variáveis para uma mesma resposta de pH. Também foram construídas superfícies de respostas para a condutividade elétrica e Eh. Para estes parâmetros não foi obtida uma faixa ótima. Os resultados obtidos na análise das superfícies destas respostas mostram que os valores mínimos da faixa ótima de pH parecem apresentar melhores condições para controle de DAM. Os resultados das concentrações dos elementos maiores e traços avaliados nos lixiviados provenientes dos ensaios do planejamento experimental com lama vermelha revelaram que o uso da lama vermelha pode aumentar a concentração da maioria dos elementos químicos em solução, levando a uma diminuição na qualidade do efluente gerado. Isto mostra a importância de estudos que utilizem uma quantidade adequada de lama vermelha que venha limitar adição de metais e metalóides ao lixiviado. | pt_BR |
| dc.description.abstracten | The Acid Mine Drainage is the result of the oxidation of sulfide bearing rocks. This process occurs when this material is exposed to atmospheric conditions. Under these conditions, successive oxidation reactions yield sulfuric acid generating acid waters. This problem becomes more serious when the surrounding rocks are not able to neutralize the acid. The low pH condition of the drained water accelerates the solubilization process of solid materials (rocks, soils and sediments) and favors the metal and metalloid leaching making them available to the environment impairing the hydrical system quality. This is a quite common situation at abandoned mines where the material is exposed as at Osamu Utsumi mine at Caldas MG. It is the first industrial mining complex of uranium established in Brazil. It started operating in 1982 and nowadays is being closed and it is under the INB (Indústrias Nucleares do Brasil) administration. The AMD control and treatment methods can be divided in three courses of action: prediction, prevention and remediation. In the prediction methods different static and kinetic test procedures are used to assess the capacity of a given material to generate acids and bases under specific conditions. When the AMD is already in course, prevention and or remediation methods are applied. In the prevention methodologies the goal is to find ways to prevent its generation or even to minimize the generated amount of acid. In the remediation methodology containment and/or treatment techniques of the acid waters are used. The goal of this work was to assess and compare different kinds of kinetic tests for prevention and prevision of acid generation of waste rock from the Osamu Utsumi mine. The tests for the AMD prevision were carried out using leaching columns and Soxhlet extractors. For the AMD prevention tests it was studied and assessed dry alkaline covers containing red mud, limestone and lime as neutralizing agents. In addition to that it was used and experimental factor planning applied to the alkaline cover with red mud. The obtained leachate were analyzed for the physical chemical parameters (pH, Eh, electrical conductivity and temperature), metals and metalloids by ICP OES. In order to understand the results obtained from these tests a detailed characterization (physical, chemical and mineralogical) of the rock and waste rock was carried out. In both types of kinetic tests, assessed with waste rock (leaching column and Soxhlet extractor) it was observed the lowering of concentration of the majority of analyzed elements with time, exception for Ba. The progressive lowering of the concentration of the analyzed elements is due to the exhaustion process of the sulfides present in the waste rock which lead to the raise in the pH. The test with the Soxhlet extractor made impossible assessment of the trace element, which were below the quantification limit of the analytical technique, due to the limited amount of material used in the tests. Two kinetic test methodologies using the Soxhlet extractor were used to the rock: without changing the water (ES1) and with daily change of water (ES2). In practice, the most concentrated effluent generated in the first methodology (ES1) could reflect what occurs in the mine trench for example. In this test lowering of pH was observed, and as expected, the concentration of the majority of the assessed elements raised with time. Exceptions were observed for Ba and Fe. In the second methodology (ES2) a significant raise of pH was observed. This test is comparable for test columns. However, the assessment of the eluted trace elements was not achieved and part of them showed results which were below the quantification limit of the analytical technique. The alkaline cover system presented a satisfactory efficiency regarding the neutralization capacity. The mixture with waste rock from BF4 and alkaline additives (lime, limestone and red mud) were sufficient to generate water with basic pH during the time of assessment. In spite of the limestone cover generating basic pH, this condition was not sufficient to neutralize the waste rock acidity in the column. Therefore lime and red mud presented a higher neutralizing potential. However these neutralizing agents show the inconvenient of introducing soluble material in the leachate. In this test, considering the assessed parameters, it was demonstrated that the use of the mixture of red mud and waste rock could be a feasible alternative for the control of the AMD generation associated to the recycling of alkaline industrial tailings. In the factor experimental planning used in the test if alkaline covers with red mud it was possible to build a response surface that indicated the optimum pH range as function of the studied variables (concentration of the red mud and height of the cover). Besides, this study is important to visualize the robustness of the experiment. This makes it possible the alteration of each of the variables for the same pH answer. Response surfaces for electrical conductivity and Eh were also obtained, which lead to a optimum range for these parameters. These results show that the minimum values for the optimum pH range seem to present the best conditions for the control of the AMD. The results of the major and trace element concentrations assessed in the leachates from the factor experimental planning with red mud showed that the use of this agent may raise the concentration of the majority of elements, leading to the lowering of the quality of the generated effluent. This shows the importance of studies which use the adequate amount of red mud to restrict the addition of metals and metalloids to the leachate. | |
| dc.identifier.citation | ABREU, A. T. de. Ensaios cinéticos para previsão e prevenção de drenagem ácida : estudo de caso das Indústrias Nucleares do Brasil (INB), Caldas, MG. 2012. 245 f. Tese (Doutorado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2012. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2885 | |
| dc.language.iso | pt_BR | pt_BR |
| dc.publisher | Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. | pt_BR |
| dc.subject | Minas - drenagem | pt_BR |
| dc.subject | Lixiviação | pt_BR |
| dc.subject | Extrator soxhlet | pt_BR |
| dc.subject | Urânio - minas e mineração | pt_BR |
| dc.subject | Geologia ambiental | pt_BR |
| dc.title | Ensaios cinéticos para previsão e prevenção de drenagem ácida : estudo de caso das Indústrias Nucleares do Brasil (INB), Caldas, MG. | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
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