USO DE TURFA NA REMOÇÃO DE METAIS DE UM .Tabela ll -Composição química da turfa e suas cinzas

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  • VI SHMMT I XVIII ENTMME- 2001 -Rio de Janeiro/Brasil

    USO DE TURFA NA REMOO DE METAIS DE UM EFLUENTE CIDO

    Maria Dionsia C. dos Santoi, Carlyle Torres B. de Menezei, Laurinda de S. Leal Filho3

    1. Centro de Tecnologia Mineral- CETEM/MCT . Rua Ip 900, Ilha da Cidade Universitria, 21.941-590, Rio de Janeiro-RJ, Brazil.

    2. Ncleo de Pesquisas Ambientais-NUPEA/Universidade do Extremo Sul Catarinense. Av. Universitria, 1105, Bairro Universitrio, 88806-000, Cricima-SC, Brazil

    3. Escola Politcnica da Universidade de So Paulo/ Departamento de Engenharia de Minas. A v. Prof. Mello Moraes, 2373, Cidade Universitria, 05508-900, So Paulo-SP, Brazil.

    RESUMO

    Turfa de Saquarem!I-RJ foi usada para remover metais pesados de um efluente cido oriundo de minerao de carvo. Resultados de ensaios de adsoro mostraram a seguinte seqncia de remoo (%):Cu2+ >> Fe2+ > Zn2+ > Mn2+.

    A amostra de turfa em estudo apresenta avanado estgio de humificao (H8-H9, escala de Von Post), baixo contedo de cinzas (3% ), alto teor de matria orgflnica (65,3%), CTC de 53,7 cmol/kg, textura pouco porosa c baixa rea superficial (0,92 m2/g). Diversos grupos funcionais foram identiticados por espectroscopia no infra-vermelho: carbonila, carboxila, hidroxila (fenlica e alcolica) e sulfnico.

    Palavras-chave: turfa, caracterizacio, metais pesados, adsoro.

    INTRODUO

    Turfas so materiais naturais formados a partir da sedimentao de matria orgamca (vegetal) parcialmente decomposta, em ambiente redutor. Entre seus constituintes, destacam-se a celulose, lignina e cidos hmicos/flvicos. A estes ltimos, a literatura aponta como os principais responsveis por sua notvel capacidade de remover metais a partir de solues aquosas (Fuchsman, 1980; Couillard, 1992). Uma extensiva reviso bibliogrfica sobre esta aplicao foi reportada por Santos ( 1998).

    Devido ao fato das turfas exibirem altos teores de substncias hmicas, assim como sua grande abundftncia ao longo de quase todo o litoral brasileiro, tais materiais apresentam enorme potencial de serem usados como adsorventes naturais para remoo de metais pesados de efluentes industriais . De acordo com dados apresentados por Couillard (1994 ), enquanto

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    adsorventes comerciais convencionais apresentam custos que variam de 1,1 O US$/kg (carvo ati v o vegetal) at 20,0 US$/kg (resinas de troca-inica), as turfas apresentam custos muito menores: 0,09 US$/kg.

    Na situao particular apresentada neste trabalho, estuda-se a viabilidade tcnica de se utilizar uma turfa oriunda de Saquarema-RJ para remoo de metais pesados de um efluente produzido por drenagem cida de minerao de carvo (Forquilhinha-SC). Busca-se tambm contribuir para um maior conhecimento dos mecanismos de fixao de metais pesados na interface turfa/soluo e, por conseguinte, gerar subsdios para melhor controle do processo.

    FUNDAMENTAO TERICA

    cidos hmicos so compostos poliaromticos onde, aos anis benznicos, encontram-se ligados vrios grupos funcionais de carter polar, como hidroxila (-OH), carboxila ( -COOH) e carbonila ( -COH). Alm desses, a literatura tambm prev que, mediante condies bioqufrrticas e geolgicas favorveis, outros grupos funcionais polares contendo enxofre, nitrognio e fsforo podero estar presentes na estrutura dos componentes das turfas, como -S03H, -CS2H, -SH, -NH3 dos arrtinocidos, alm de fosfatos e hidroxamatos (Fuchsman, 1980; Stevenson, 1994 ).

    O comportamento cido de substncias hmicas geralmente atribudo ionizao dos grupos polares COOH e OH (fenlico) que so predorrtinantes em sua estrutura, embora outros tambm possam estar envolvidos (-OH, -SH, -S03H, -NH etc). Segundo Szalay (1969), Morgan & Stumm (1991) e Couillard (1992), a interao entre tais grupos polares e ctions metlicos constitui fator determinante para que turfas (e outras substncias orgnicas presentes na natureza) sejam capazes de remover metais pesados de etluentes aquosos, concentrando-os na interface slido/lqido

  • Maria Dionsia C. dos Santos, Carlyle Torres B. de Menezes, Laurinda de S. Leal Filho

    (turfa/soluo). Raciocnio semelhante foi adotado por Reed e M atsumoto (1993) para explicar mecanismos de adsoro de cdmio em carvo ativado.

    O fato de um metal (adsorvato) se adsorver na interface turfa/soluo (adsorvente) significa que o mesmo desenvolveu algum tipo de interao com stios dessa interface. Tais interacs adsorvcntc/adsorvato podem ser de natureza diversa, como: atrao cletrosttica, pontes de hidrognio, rcao qumica ( complexao, formao de sal, etc) ou intcraes hidrofhicas (foras de disperso de London), etc. A energia livre total de adsoro (L)Gads) seria, ento, o somatrio das diversas contribuies particulares:

    L)Gektrosttica + L)GPontes de Hidrognio + L)GQufmica. etc (Parks, 1975).

    OBTENO E CARACTERIZAO DA AMOSTRA DE TURFA

    A amostra em estudo foi obtida em turfeira localizada em Jacon, Municpio de Saquarcma-RJ. Informaes detalhadas sobre a geologia do depsito foram publicadas por Martins & Silva ( 1982); enquanto que os detalhes sobre o processo de amostragem foram rerortados por Santos ( 1998).

    No local da amostragem, a turfa foi submetida ao ensaio qualitativo de Von Post (Fuchsman, 1980) para determinao do grau de degradao/humificao, recebendo a classi ticao H8-H9, que indica alto grau de decotnposio de seus constituintes orgnicos originais. A umidade natural da amostra era de 74% em peso .

    Em laboratrio, a turfa foi secada cm estufa a 60 C, com recirculao de ar. Aps secagem, o material sofreu desagregao em peneiras seguida de homogeneizao cm pilha alongada, de onde foram retiradas alquotas para caracterizao fsico-qumica c ensaios tecnolgicos . O teor de umidade das amostras aps preparao (secagem, desagregao e homogeneizao) foi de 10%.

    A caracterizao fsica da amostra constou de anlise granulo mtrica (peneiramento ), determinao do peso especfico aparente (picnmetro), assim como rea cspectica, dimetro mdio e volume dos poros (isotermas BET).

    Anlise granulomtrica foi executada por peneiramento a mido, utilizando-se peneiras da srie Tyler. Os resultados so apresentados na Tabel a I, onde se veritica que 43% da massa da amostra apresenta diflmetro inferior a 0,074mm; fato este que corrobora o

    avanado estado de degradao indicado pelo ensaio qualitativo de Von Post.

    Tabela I - Granulometria da turfa

    450

    Peneira Abertura %Retida (mm) (peso)

    28 0,590 29,9

    65 0,210 17,8

    100 0,149 4,6

    150 0,105 2,7

    200 0,074 2,2

    400 0,037 24,2

    - < 0,037 18,6 Total - 100,0

    A amostra apresentou peso cspec!ico aparente de 960 kg/m3, valor este inferior ao de outras turfas brasileiras mais ricas em constituintes inorgftnicos (cinzas).

    Os resultados obtidos atravs de isotermas BET indicaram que a turfa em estudo um material pouco poroso (volume total de poros = 0,0039 cm3/g), apresentando poros com diftmetro mdio de 171,1 nm e rea especfica de apenas O, 919 m2/g.

    A caracterizao qumica constou de anlises qumicas (absoro atmica, via mida e esrectrografia tica de emisso), an{llise mineralgica qualitativa (difrao de raios-x), microscopia tica e elctrnica de varredura (acoplada com EDS). A identificao dos grupos funcionais orgnicos presentes na amostra foi efctuada com auxlio da espectroscopia no infra-vermelho .

    Anlises qumicas foram executadas de acordo com as normas da ABNT (NBR8290 e NBR 8299) e ensaios especficos para material carboncco (Karr J r, 197R). Os resultados encontram-se na Tabela TI, onde se constata um teor baixo de cinzas aliado a um mais alto teor de matria orgftnica, se comparados aos de outras turfas brasileiras (Caio et alii , 1979). Constituintes menores foram analisados por espectrograti a tica de emisso, onde os elementos Ti , Ba e Mn foram encontrados cm concentraes acima dos limites de deteco do aparelho.

    A composio qumica das cinzas (Tabela II) se mostrou coerente com a composio mineralgica da amostra (obtida por difratometria de raios-X) , onde foram identificados os seguintes minerais, apresentados cm ordem decrescente de abundncia relativa: quartzo, feldspatos (ortoclsio, anortita e albita), xidos de ferro

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    e/ou titnio (goethita, magnetita, ilmenita e rutilo), pirita, zirconita e hidroxiapatita. T;s minerais, quando observados ao microscpio tico e cletrnico, mostraram-se completamente liberados c recobertos (total ou parcialmente) por matria orgnica.

    Atravs de microscopia elctrnica de varredura (acoplada com EDS) foi possvel observar partculas com grande variedade de textura, forma e estgio de decomposi\,:o. Partculas maiores (diftmetro superior a 0,590 mm) exibiam textura muito semelhante de fibras de celulose, enquanto que as menores exibiam textura semelhante de carves com mais alto teor de macerais. Vrias fotornicrogratias foram reportadas por Santos ( 199X).

    Tabela ll -Composio qumica da turfa e suas cinzas

    Espcies Turra

    A identi ticao dos grupos funcionais orgnicos presentes na turfa (Tabela III) foi efetuada por espectroscopia no infra-vermelho (pastilha de KBr), utilizando-se espectros catalogados para turfas com grau de decomposio similar (Mare, Beutelspacher, 1976). Observou-se grande concordncia entre as bandas de absoro da amostra em estudo com as do padro alemo "black peat". Tal similaridade corroborada pelo fato de ambas as turfas se situarem no mesmo intervalo da escala de Von Post para grau de degradao/humificao: "Black Peat" entre H6 c H I O versus H8-H9 para a turfa cm estudo.

    Cinzas Analisadas Carbono Matria Cinzas Total Si02 Al203 C aO MgO K20 Fe203 PzOs S04

    2. Outros Fixo Voltil

    Teor 33.3 63.7 3,0 100 54,6 11.3 3.5 4,3 o.x 9,2 0.3 5.4 10.6 . (%)

    Tabela III- Principais bandas de absoro no infravermelho encontrad