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Título: Coagulação/floculação de águas superficiais de minerações de ferro com turbidez elevada.
Autor(es): Guedes, Claudia Dumans
Orientador(es): Lena, Jorge Carvalho de
Bottero, Jean Yves
Palavras-chave: Geoquímica ambiental
Rio Piracicaba - MG
Águas superficiais de minerações de ferro
Moringa oleífera
Coagulação/floculação de óxidos de ferro
Data do documento: 2004
Membros da banca: Turcq, Bruno Jean
Bottero, Jean Yves
Thomas, Fabien
Nalini Júnior, Hermínio Arias
Reis, Cesar
Varajão, Angélica Fortes Drummond Chicarino
Referência: GUEDES, Claudia Dumans. Coagulação/floculação de águas superficiais de minerações de ferro com turbidez elevada. 2004. 228 p. Tese (Doutorado em Evolução Crustal e Recursos Naturais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Resumo: A região do Quadrilátero Ferrífero, no estado de Minas Gerais, Brasil, sedia alguns dos depósitos de minério de ferro mais importantes do mundo. Nesta região localiza-se a Bacia Hidrográfica do rio Doce e a sub-Bacia do rio Piracicaba. A área em torno do alto e médio rio Piracicaba concentra um grande nú-mero de empresas mineradoras de ferro. A atividade mineira é considerada uma das responsáveis pelo aumento das taxas de lixiviação química e erosão dos solos e rochas da região. Neste trabalho investigou-se preliminarmente a dispersão de óxidos de ferro nos sedimentos do leito do alto e médio rio Piracicaba buscando uma possível correlação entre o acúmulo de sedimento e a existência de atividade de mineração na região. As amostras coletadas nas proximidades da nascente do rio mostraram os teores mais elevados de minerais de ferro, provavelmente carreados por afluentes do rio que drenam áreas de mineração. As concentrações de hematita nestes pontos são cerca de quatro vezes mais altas do que as concentrações médias observadas ao longo do trecho do rio estudado. Os resultados desta avaliação justificam o interesse pelo estudo da coagulação das águas superficiais de minerações por aqueles envolvidos com o equilíbrio ambiental e hidrológico do rio. O estudo empregou dois coagulantes: o tradicional sulfato de alumínio (alúmen) e um biopolímero natural Moringa oleífera. As águas superficiais consistem em suspensões de uma mistura mineral de goethita, hematita, cau-linita e quartzo, que apresentam carga superficial resultante positiva nas condições ambientais de pH. O alúmen apresentou um excelente desempenho na desestabilização destas suspensões ricas em óxidos de ferro. Seu mecanismo de atuação foi estudado e provavelmente envolve a adsorção específica dos produ-tos catiônicos da hidrólise do sal de alumínio sobre a superfície das partículas, sucedida por um processo de heterocoagulação que envolve partículas negativas e positivas presentes na suspensão. No entanto, desde os anos setenta, o emprego de alumínio vem encontrando severas restrições devido às suspeitas de sua associação com doenças neurodegenerativas, como o mal de Alzheimer e a doença de Parkinson, e câncer. O coagulante natural Moringa oleífera provem de uma árvore muita bem adaptada ao solo e às condições climáticas do Norte e Nordeste brasileiros, e amplamente empregada em países pobres da Áfri-ca como um eficiente coagulante para águas de alta turbidez. Não existem, até o momento, trabalhos pu-blicados sobre o emprego deste coagulante na desestabilização de suspensões ricas em óxidos de ferro. A eficiência e o mecanismo de coagulação/floculação do extrato aquoso das sementes de Moringa foram investigados por isotermas de adsorção, infravermelho, difração de Raios-X, espectroscopia Mössbauer, análise termogravimétrica, potencial Zeta e análise granulométrica. A fração ativa deste coagulante é constituída por proteínas catiônicas que adsorvem sobre a superfície das partículas de óxido. O mecanismo envolvido parece incluir duas etapas: a formação de uma monocamada de proteína que desestabiliza as partículas, sucedida pela formação de multicamadas responsáveis pela redispersão das partículas.
Resumo em outra língua: La région de Quadrilateros Ferrifero , située dans l'état de Minas Gerais au Brésil, dispose de quelques uns des plus importants gisements de minerai de fer du monde. Dans cette meme région se trouve le Bassin Hydrographique du rio Doce et le sub-Bassin du rio Piracicaba (rivière Piracicaba), un affluent du rio Doce. Plusieurs entreprises d'exploitation des minerais de fer se concentrent en amont et le long de ce cours d'eau. Les exploitations minières sont souvent responsables de l'augmentation des taux de lixiviation chimique et d'érosion mécanique des sols. Dans ce travail, les teneurs en oxydes de fer dans les sédiments présents au fond de la rivière Piracicaba ont été étudiées afin de tenter d'établir une corrélation entre l'accumulation des sédiments et les activités minières dans la région. Les échantillons prélevés sur des sites proches des sources de la rivière Piracicaba ont présentés les teneurs en minéraux de fer les plus importantes, probablement apportés par les affluents de la rivière qui traversent et drainent les zones minières. Les concentrations en hématite de ces échantillons sont quatre fois plus importantes que la valeur moyenne observée dans les sédiments le long de la rivière Piracicaba. Ainsi, l'étude des conditions physico-chimiques favorisant la coagulation et la sédimentation des eaux superficielles troubles, issues des zones d'exploitation des minerais de fer, est une étape importante et primordiale pour ceux qui s'inquiètent de l'équilibre environnemental et hydrologique de cette rivière. Des tests de coagulation/floculation ont été réalisés avec deux agents coagulants : le traditionnel sulfate d'aluminium (alumen) et un biopolymère naturel appellé Moringa oleífera. Les eaux superficielles chargées sont formées essentiellement d'une suspension naturelle de goethite, hematite, kaolinite et quartz, qui présente une charge superficielle nette positive dans les conditions de pH de l'étude. Le sulfate d'aluminium a fournit de bons résultats lors des essais de coagulation des suspensions riche en oxydes de fer. Les mécanismes de coagulation/ flocula-tion, responsable de la baisse de la turbidité des suspensions traitées, ont été étudiés. Il semblerait qu'une première étape d'adsorption spécifique des produits de l'hydrolyse des sels d'aluminium sur la surface des oxydes, soit ensuite suivie par un processus d'hétérocoagulation entre des parti-cules portant des charges opposées. Pourtant, depuis les années 1970, l'aluminium est soupçonné d'être responsable de cancers et de maladies neurologiques telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. Moringa oleifera est un coagulant naturel extrait des graines d'un arbre bien adapté au climat du Nord et du Nord-Est du Brésil, qui sont largement utilisées en Afrique afin de clarifier les eaux chargées à forte turbidité. Aucune étude, utilisant la Moringa comme coagulant d'eaux riches en oxydes de fer, n'a pour l'instant été publié. Les mécanismes mis en jeu lors de la coagulation/floculation avec cet agent naturel ont été étudiés à l'aide d'isothermes d'adsorption, par spectroscopie IR, par diffraction des rayons-X, par spectroscopie Mössbauer, par des analyses gravimétriques thermiques, par des mesures du potentiel Zeta et enfin par granulométrie laser afin de suivre l'évolution de la taille des agrégats formés. Les protéines cationiques, présentes dans les graines de Moringa oleifera et qui s'adsorbent sur les particules d'oxydes sont à l'origine de son pouvoir coagulant. Le mécanisme de réaction proposé comprend deux étapes: tout d'abord, il y a formation d'une monocouche de polymères (ou polypeptides), puis l'apparition de multicouches (dont les couches externes exposent leurs sites cationiques vers la solution) provoque la redispersion des particules déstabilisées.
Descrição: Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/10446
Licença: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 23/10/2018 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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