Remoção de sulfato por precipitação de hidróxidos duplos formados por Ca-Al-SO4 ou Mg-Al-SO4.

Abstract

A presente tese investigou a viabilidade técnica da remoção íons sulfato a partir de meios aquosos por meio da sua precipitação, em condições neutras de pH, na forma de um hidróxido duplo lamelar (HDL) composto por Mg2+ e Al3+. Além disso, um estudo de remoção de sulfato pela precipitação do hidróxido duplo do tipo etringita foi realizado nas mesmas condições para que as eficiências de ambas as rotas de precipitação pudessem ser comparadas. Os ensaios foram realizados pelo método de coprecipitação utilizando volumes iguais de soluções sintéticas que continham os agentes precipitantes, cujas concentrações apresentavam proporções estequiométricas para a formação das fases sólidas de interesse. Tanto em batelada quanto em sistema contínuo, a concentração de íons sulfato no sistema foi de 1800mg/L (parâmetro de comparação). Em batelada, foi investigada a influência do tempo de contato (30min a 8h), da temperatura (34˚C a 70˚C) e do pH (2 a 12) na eficiência de remoção de sulfato. Nesse caso, a precipitação de etringita e do HDL formado por Mg2+ e Al3+ não foram influenciadas pela variação da temperatura e nem pelo tempo de contato entre os respectivos agentes precipitantes. Porém, o pH do meio se mostrou uma variável importante em ambos os casos, pois a eficiência máxima de remoção de sulfato pela precipitação de etringita (90%) foi alcançada em pH ≥ 10. No caso do HDL formado por Mg2+ e Al3+, foi visto que o pH do meio deve ser mantido acima de 4 para garantir a formação desse composto, já que, uma vez formado, a eficiência de remoção de sulfato se mantém constante (75%, pH de 4 a 12). Em sistema contínuo, a precipitação de etringita foi conduzida em pH = 11,5 ± 0,2 e do HDL formado por Mg2+ e Al3+, em pH = 6,5 ± 0,5. Observou-se que, em ambos os casos, foram obtidas eficiências de remoção de sulfato comparáveis aos ensaios realizados em batelada. A caracterização dos sólidos formados experimentalmente foi feita por difração de raios-X, espectroscopia no infravermelho, microscopia eletrônica de varredura acoplada à técnica de espectroscopia de energia dispersiva e análise térmica e, no caso do HDL formado por Mg2+ e Al3+, também foi feita a análise dos elementos carbono e enxofre. Com base na caracterização, foi possível concluir que: (i) temperatura e tempo de contato, nas faixas empregadas experimentalmente, não interferem na cristalinidade da etringita, mas que o pH do meio interfere; (ii) o aumento na concentração de íons Ca2+ nos ensaios de precipitação de etringita favorece o aumento da eficiência de remoção de sulfato, uma vez que parte do Ca2+ presente no meio é precipitada na forma de calcita (CaCO3); (iii) a decomposição térmica da etringita pode ser subdividida em quatro eventos endotérmicos, para os quais foram propostas equações químicas para representar os fenômenos observados (desidratação da etringita e o colapso da sua estrutura formando sulfato de cálcio e, provavelmente, aluminato de cálcio); (iv) foi confirmada a possibilidade de se remover sulfato em condições neutras de pH, sendo formado experimentalmente o composto Mg6Al2(SO4(0,5),NO3(y))(OH)z.nH2O; (v) a eficiência de remoção de sulfato a partir de sua precipitação pode ser elevada caso se use uma combinação de sais fonte de Mg2+ e Al3+ que favoreça os íons sulfato na competição pelas cargas descompensadas presentes nas lamelas de hidróxido duplo lamelar. Essa rota de remoção de sulfato ainda não tinha sido proposta e se constitui uma alternativa à técnica tradicionalmente aplicada, ou seja, a precipitação de etringita.