Avaliação do potencial de sorção de corantes e elementos potencialmente tóxicos em rejeito da mineração de ferro

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Resumo

Ao mesmo tempo em que mineração gera muitas riquezas, a atividade também resulta em impactos ambientais importantes, como a grande quantidade de rejeitos gerados armazenados em barragens. Sem uma destinação ambiental e economicamente viáveis, torna-se necessário realizar novas construções dessas estruturas sujeitas a acidentes. Em razão das características do material, rico em oxi-hidróxidos de Fe, Al e Mn, o rejeito de minério de ferro poderia, por exemplo, ser utilização na sorção de contaminantes. Assim, com a realização do presente trabalho, objetivou-se caracterizar o rejeito de minério de ferro extraído de uma barragem presente no Quadrilátero Ferrífero e avaliar seu potencial sorvente de corantes e de elementos-traço. A caracterização do rejeito abrangeu as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS), difração de raios-X (DRX), análise textural e também avaliações física, química e físico-química do material. Nos ensaios com corantes, foram utilizados dois corantes, um catiônico (azul de metileno) e outro aniônico (vermelho do congo), submetidos a diversos pH (3-10), concentrações (50-500 μmol L-1) e tempos de contato (0-72h). Os ensaios com elementos potencialmente tóxicos contemplaram os elementos arsênio, chumbo e manganês, elementos químicos encontrados em concentrações relativamente mais elevadas em cursos d’água próximos a áreas de exploração de minério de ferro em Minas Gerais. Com base nos resultados obtidos, foi observado que o rejeito apresenta características de um material de alta massa específica, baixa porosidade, elevado teor de areia, heterogêneo, com predominância das frações mineralógicas hematita, magnetita e quartzo; elevada presença de Fe e Mn; baixa CTC e boa saturação por bases; ponto de carga zero (PCZ) de 6,5; e pode ser classificação como resíduo Classe IIA. Com base nas características, o resíduo apresenta ser de interessante uso como sorvente (importante presença de oxi-hidróxidos de Fe e Mn). Houve melhor eficiência sortiva do corante catiônico em pH alcalino (acima do PCZ), enquanto que para o corante aniônico, as eficiências foram superiores em pH ácido. As eficiências chegaram a 96% para o azul de metileno (concentração inicial de 50 μmol L-1, pH = 10 e 48 h de tempo de contato) e 94% para o vermelho do congo (50 μmol L-1, pH = 3 e 48 h). No que diz respeito aos elementos potencialmente tóxicos, a adsorção de Pb foi a maior dentre os contaminantes avaliados, obtendo eficiência máxima de 45% (pH = 6,5 e tempo de contato de 48 h), tendo 30 e 15% de remoção de As e Mn, respectivamente, nas mesmas condições. Com base nos resultados obtidos, verifica-se que o rejeito apresenta constituintes com potencial de uso na remoção de contaminantes de águas residuárias de indústrias têxteis e de efluentes que contenham elementos potencialmente tóxicos. Podendo, assim, ser melhor aproveitado, como foi o caso de outros resíduos sólidos industriais, tendo exemplo a escória de aciaria. Espera-se que o trabalho possa contribuir para o desenvolvimento de tecnologias adsorventes que possam ser inseridas na cadeia produtiva, atuando como destinação secundária de rejeitos de minério, valorizando então, o subproduto.

Abstract

While mining generates a lot of wealth, the activity also results in major environmental impacts, such as the large amount of tailings stored in dams. Without an environmentally and economically viable destination, it becomes necessary to carry out new constructions of these structures subject to accidents. Due to the characteristics of the material, rich in Fe, Al and Mn oxhydroxides, the iron ore tailings could, for example, be used in the sorption of contaminants. Thus, the present study aimed to characterize the iron ore tailings extracted from a dam in the Iron Quadrangle and evaluate its potential sorbent of dyes and potentially toxic elements. The characterization of the tailings included scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), textural analysis and also physical, chemical and physical-chemical evaluations of the material. In the tests with dyes, two dyes were used, one cationic (methylene blue) and the other anionic (Congo red), submitted to different pH, concentrations and contact times. The tests with potentially toxic elements included the elements arsenic, lead and manganese, chemical elements found in relatively higher concentrations in waterways near areas of iron ore mining in Minas Gerais. Based on the results obtained, it was observed that the tailings present characteristics of a material with high specific mass, low porosity, high sand content, heterogeneous, with predominance of the mineralogical fractions hematite, magnetite and quartz; high presence of Fe and Mn; low CEC and good base saturation; Zero Load Point (PCZ) of 6.5; and can be classified as Class IIA waste. Based on these characteristics, the residue can be used as sorbent (important presence of Fe and Mn oxyhydroxides). There was a better sorption efficiency for the cationic dye at alkaline pH (above the PCZ), while for the anionic dye, the efficiencies were higher at acid pH. The efficiencies reached 96% for methylene blue (initial concentration = 50 μmol L-1, pH = 10 and 48 h contact time) and 94% for congo red (50 μmol L-1, pH = 3 and 48 h). Regarding potentially toxic elements, the adsorption of Pb was the highest among the contaminants evaluated, obtaining maximum efficiency of 45% (pH = 6.5 and contact time of 48 h), presenting 30 and 15% removal of As and Mn, respectively, in the same conditions. Based on results, it can be seen that the tailings have constituents with potential use in the removal of contaminants from wastewater from textile industries and effluents that contain potentially toxic elements. Thus, it can be better used, as was the case with other solid industrial wastes, such as steel mill slag. It is hoped that this work can contribute to the development of adsorptive technologies that can be inserted into the production chain, acting as a secondary destination for ore tailings, thus valorizing the by-product.

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Arquivo retido, a pedido do autor e orientador, até março de 2026.

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CRIPPA, R. A. Avaliação do potencial de sorção de corantes e elementos potencialmente tóxicos em rejeito da mineração de ferro. 2023. 91 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.

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