TRATAMENTOS
INTERFACIAIS
DO
ADSORVENTE
LUFFA
CYLINDRICA PARA REMOÇÃO DE ÉTER-AMINAS DE EFLUENTES
DE FLOTAÇÃO DE MINÉRIOS DE FERRO
BASTOS, P.C.1, CUNHA, J.T.2, VIANA, P.R.M 3, ROCHA, S.D.F. 4
1 Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Departamento de Engenharia de
Minas email: patriciaeng.bastos@gmail.com
2 Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Departamento de Engenharia de
Minas email: tavares.jessicac@gmail.com
3 Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Departamento de Engenharia de
Minas email: pviana@demin.ufmg.br
4 Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Departamento de Engenharia de
Minas email: sdrocha@demin.ufmg.br
RESUMO
A água é um recurso indispensável para a atividade industrial. Cerca de 21% do consumo de água no mundo é destinado para as atividades industriais. Dentre elas, a mineração, mais precisamente a etapa de flotação, que é hoje um dos grandes consumidores desse bem no Brasil; para cada tonelada de minério de ferro processada são necessários, em média, 4 m³ de água. Assim, diante desse elevado consumo e problemas com escassez do recurso, muitas indústrias vêm adotando práticas de economia de água e melhorando a gestão a respeito das águas residuais através do reciclo/reuso dentro das operações unitárias dos processos. O efluente da flotação apresenta quantidades consideráveis de espécies dissolvidas a partir da dissolução de minerais e concentração de orgânicos devido à presença de quantidades residuais de depressores, floculantes e coletores que, se tratados, podem retornar ao processo como água de reuso. A eteramina, coletor catiônico usado na flotação de minério de ferro no Brasil, é um reagente que pode ser considerado toxico podendo afetar o ambiente aquático. Caso eliminada, o efluente resultante poderá ter condições para ser utilizado novamente no processo. Assim, dentre os processos de tratamento de efluentes para essa etapa, a adsorção, se enquadra como um método eficaz, econômico, alta seletividade, e baixo consumo energético e, a escolha de um adsorvente adequado é ideal para garantir a viabilidade do método. A Luffa Cylindrica, conhecida popularmente como bucha vegetal é uma fibra vegetal lignocelulósica proveniente de fonte renovável, extremamente barata e abundante na natureza. É um bioadsorvente promissor podendo ser uma alternativa sustentável em comparação com os adsorventes hoje utilizados como por exemplo o carvão ativado. Devido ao seu caráter hidrofílico, um tratamento interfacial será necessário para a adsorção de compostos de caráter orgânico e, consequentemente, aumentar sua capacidade de sorção em compostos apolares.
PALAVRAS-CHAVE: reuso; flotação; efluente; eteramina; adsorção; Luffa Cylindrica. ABSTRACT
Water is an indispensable resource for the industrial activity. About 21% of the consumption of water in the world is destined to industrial activities. Among them, the mining industry, more precisely the flotation stage is today one of the major consumers
of those goods in Brazil; for every tonne of iron ore is needed on average 4 m ³ of water. Thus, because of the high consumption and problems with resource scarcity, many industries became to adopt water-saving practices and improving the management of wastewater recycle/reuse through the inside of the unit operations of the industrial process. The effluent of the flotation contains considerable amounts of dissolved species from the dissolution of minerals and organic concentration due to the presence of residual quantities of depressants, flocculants and collectors who, if treated, can return to the process like water reuse. The eteramines, cationic collector used in the flotation of iron ore in Brazil, is a reagent that can be considered toxic and can affect the aquatic environment. If eliminated, the resulting effluent may be able to reuse in the process. One of the effluent treatment processes for this step, the adsorption, is an effective method, economical, high selectivity, and low power consumption. The choice of a suitable adsorbent is ideal to ensure the feasibility of the method. The Luffa Cylindrica, known as Loofa is a vegetable lignocellulosic fiber originated from renewable source, extremely cheap and abundant in nature. Bioadsorvente is a promising and could be a sustainable alternative in comparison with the adsorbents used today such as activated charcoal. Due to the hydrophilic character, an interfacial treatment will be required for the adsorption of organic nature and, consequently, increase your ability to sorption in nonpolar compounds.
KEYWORDS: reuse; flotation; effluent; eteramine; adsorption; Luffa Cylindrica
1. INTRODUÇÃO
A água é considerada um recurso indispensável à manutenção da vida humana e também para a realização de grande parte de suas atividades. Por ser um recurso cada vez mais escasso e, muitas vezes utilizado de forma incorreta, práticas de reuso da água vem sendo adotadas com o intuito de diminuir a captação e a geração de efluentes e, consequentemente, lançar menores volumes nos corpos hídricos, contribuindo assim para evitar a contaminação dos mesmos e possíveis desastres ambientais (Souza et al., 2016).
No mundo, a indústria é responsável por um consumo de aproximadamente 21%, quase o triplo dos 6% de uso exclusivamente humano. Dentro dos 21 % da água consumida pela totalidade da indústria mundial se insere a parte utilizada pela mineração. A indústria mineral está entre as maiores usuárias de água no Brasil (IBRAM, 2016). No caso do beneficiamento do minério de ferro, a flotação é um dos maiores consumidores de água; para cada tonelada de minério de ferro processada utiliza-se, em média, 4 m³ de água, (Leal, 2010).
O efluente gerado no processamento do minério de ferro apresenta espécies dissolvidas oriundas da dissolução de minerais contidos no minério, e concentração de compostos orgânicos devido à presença de quantidades residuais de depressores, ativadores, dispersantes, floculantes e coletores, podendo afetar significativamente os custos e a eficiência, se retornado ao processo sem tratamento, além de impedir um reuso maior da água (Oliveira et al.,2001). Grande parte desses produtos químicos acabam sendo carreados para as barragens de rejeitos juntamente com uma quantidade significativa de água (Neder et al., 2005). Como exemplo desses reagentes, estão as eteraminas, amplamente utilizadas como coletor catiônico de
quartzo na flotação de minério de ferro no Brasil (Peres et al., 2000; Araújo et al., 2010).
Na tentativa de um aumento do reuso na indústria mineral, através de processos de concentração para o tratamento de efluentes líquidos, a adsorção; baseado no princípio de transferência de massa, é o avaliado no presente trabalho. É um processo que tem atraído bastante a atenção, pois apresenta como um método eficaz, econômico, com alta seletividade em nível molecular além de um baixo consumo energético em relação aos demais processos de concentração (Ruthven, 1984). Na busca por processos ambientalmente amigáveis, fibras vegetais vêm se destacando como um potencial na escolha de novos adsorventes RIBEIRO et al. (2003). A Luffa Cylindrica, conhecida popularmente como bucha vegetal, é uma fibra vegetal lignocelulósica proveniente de fonte renovável extremamente barata e abundante na natureza. É um bioadsorvente promissor de acordo com estudos de Altinisik et al. (2010) e Demir et al. (2008), podendo ser uma alternativa sustentável em comparação com os adsorventes hoje utilizados, como por exemplo o carvão ativado. Por ser constituída de forma majoritária pela celulose, polissacarídeo de cadeia longa que apresenta em sua constituição grupos hidroxila (-OH), a bucha vegetal apresenta natureza polar e altamente hidrofílica (Tanobe et al., 2005).
Para propiciar a adsorção de compostos como as éter-aminas, que apresentam duplo caráter, um tratamento interfacial pode modificar o grau de hidrofobicidade da bucha vegetal. Esse processo de hidrofobização deve ser realizado com substâncias que transformem a superfície do sólido de polar para apolar, no presente estudo o ácido oleico, um reagente tensoativo, biodegradável e não perigoso que apresenta uma longa cadeia carbônica.
Dessa maneira, o presente trabalho visa avaliar a eficácia da hidrofobização da bucha vegetal com ácido oleico, focando-se a posterior adsorção de compostos presentes em rejeitos da flotação de minério de ferro, como por exemplo, éter-aminas e assim, incrementar a qualidade da água a ser reutilizada no processo.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Caracterização da bucha vegetal in natura.
A bucha vegetal in natura, apresentada na Figura 1, foi caracterizada através das seguintes técnicas e ensaios:
a) Espectrometria no infravermelho utilizando o método de reflectância total atenuada (ATR) visando-se à identificação dos principais grupos que compõem a bucha vegetal. Foi utilizado o equipamento Bruker modelo Alpha.
b) Área superficial específica e porosimetria, para caracterização do tamanho de poros e a área superficial específica pela técnica do BJH e BET, respectivamente, em equipamento Quantachrome.
c) Determinação da carga superficial da bucha vegetal ao longo de uma faixa de pH, através da medida do potencial zeta em equipamento Zeta Meter 3.0+, modelo ZM3 - D-G, importante para os estudos de hidrofobização e adsorção.
d) Avaliação do grau de hidrofobicidade, através de metodologia descrita por RIBEIRO et al. (2003), para a confirmação do caráter hidrofílico da bucha vegetal. A Figura 2 apresenta a montagem do ensaio utilizando-se como meio hidrofóbico o petróleo e o meio hidrofílico a água de torneira.
Figura 1: Amostra da Luffa Cylindrica
Figura 2. Ensaio de hidrofobicidade dinâmica
2.2 Ensaios preliminares de hidrofobização.
No intuito de reduzir o caráter hidrofílico da bucha vegetal, a mesma é submetida a
um tratamento interfacial utilizando-se o surfactante ácido oleico (C18H33O2Na)
(GONZALEZ et al., 2012) em três faixas de pH pré-definidas (meio ácido, básico e neutro). O gráfico de especiação do ácido oleico, apresentado na Figura 3, foi base para determinação dos valores de pH a ser avaliados: 3,5 e 9. A solução preparada contendo ácido oleico em concentração variada de 25 a 100 g/kg foi agitada em um béquer, por agitador magnético, em um tempo de contato fixo de 1 hora com 1g de bucha cominuída e classificada abaixo de 45 µm. Após o tempo determinado, a bucha é filtrada, lavada com água e secada em estufa a 100°C, por 24 horas. A torta é analisada através da técnica de infravermelho e o conteúdo de ácido oleico residual foi estimado com base da determinação do Carbono Orgânico Total (TOC).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Caracterização
A Figura 4 apresenta o espectro de infravermelho da bucha vegetal in natura. Os picos principais são representados por 3330 cm-1 (hidroxilas da celulose), 2290 cm-1 (C-H
dos grupos metila), 1730 cm-1 (ligações C=O das aldoses) e 1022 cm-1(ligações C-O).
O caráter hidrofílico da Luffa Cylindrica se deve justamente ao grupo -OH da celulose.
Figura 4. Espectro de infravermelho da Luffa Cylindrica
A área superficial medida pelo método de BET a partir da regressão linear de multipontos determinou uma área de 22,5 m²/g, valor similar a área de adsorvente natural como a casca de banana 21 m²/g (Demir et al., 2008) e superior a área da serragem in natura 0,5m²/g (Asadi et al., 2008). Os poros apresentam diâmetro de 2,16nm, classificados segundo a IUPAC como mesoporos, em um volume de 0,011 cm³/g.
A Figura 5 apresenta o gráfico do potencial zeta (mV) avaliado na faixa de pH de 4,0 a 10,0. A bucha vegetal apresenta carga negativa em todo o estudo exibindo assim uma grande afinidade por cátions. Esse caráter negativo da superfície do material lignocelulósico está associado aos grupos -OH (VIEIRA et al., 2012).
A Figura 6 apresenta a imagem da bucha vegetal ao final do ensaio de avaliação da hidrofobicidade. Depois de 60 minutos nota-se que a bucha vegetal se encontra abaixo da interface petróleo-água sem estar coberta por um filme de petróleo evidenciando assim, juntamente com o espectro de infravermelho, o seu caráter hidrofílico.
Figura 6. Resultado final do ensaio de hidrofobicidade
3.2 Hidrofobização
A Figura 7 apresenta para um dos estudos avaliados, os espectros de infravermelho da bucha vegetal, bucha vegetal hidrofobizada na dosagem de 75 (g ácido/ kg bucha vegetal) respectivamente e o espectro para o ácido oleico puro no pH igual a 3,00. Neste pH, de acordo com o gráfico de especiação apresentado na Figura 3, o ácido oleico apresenta-se em maior quantidade na forma molecular e a bucha vegetal apresenta o potencial zeta negativo.
O ácido oleico apresenta 2 (dois) picos bem característicos na faixa de [2850-3050
cm-1] que seriam as vibrações simétricas e assimétricas da ligação C-H e 1 (um) pico
no comprimento de onda 1710 cm-1 referente a ligação C=O.
Observa-se que a bucha vegetal com a solução de ácido oleico apresentou um espectro com diferenças com relação ao espectro da bucha vegetal in natura. O
aparecimento das bandas nos comprimentos na faixa de [2850-3050]cm-1 e 1710 cm
-1 são provenientes da adsorção do ácido oleico e uma alteração na banda de 1730
cm-1 é também identificada. Uma avaliação mais profunda da natureza da adsorção
será realizada.
Houve uma redução de 90% do carbono orgânico da solução de ácido oleico na condição da dosagem de 75 g/kg, o que indica uma adsorção de 67,5 mg ácido oleico/g bucha e uma efetividade da adsorção do ácido oleico pela bucha vegetal. 4. CONCLUSÕES
Através dos resultados preliminares do presente trabalho, pode-se concluir que a bucha vegetal foi adsorvida pelo ácido oleico a partir de uma dosagem de 75 g/kg, sendo um indicativo de uma possível alteração interfacial.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem às instituições Capes, CNPq e Fapemig pelo apoio financeiro. 6. REFERÊNCIAS
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6.2. Conferências, Simpósios e Congressos
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6.3. Livros
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RUTHVEN, D.M.; Adsorption –Theory &Practice., Fortaleza, 1996 6.4. Homepage
IBRAM - INSTITUTO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO [homepage on the internet], 2016 [acessado em 17 de novembro, 2016]. Disponível http://www.ibram.org.br. 6.5. Teses e dissertações
LEAL, P.V.B. Estudo da adsorção da eteramina em adsorventes naturais e sintéticos. [Dissertação de Mestrado]. Universidade Federal de Lavras. 2010.
