Dissertations / Theses on the topic 'Drenaje ácido de minas'

Memoria para optar al título profesional de Bioquímico
En el presente trabajo se analizaron seis muestras de residuos mineros provenientes de tranques de relave de la minera Los Pelambres, con el objeto de estudiar el efecto de los microorganismos en los test de predicción de drenaje ácido de minas. El drenaje ácido que afecta una proporción importante de residuos mineros es uno de los principales problemas ambientales que debe enfrentar la actividad minera. Las bacterias ferro y thiooxidantes juegan un rol importante en la generación del drenaje ácido, por su efecto catalítico en la oxidación de los sulfuros. Este efecto es ampliamente reconocido en una etapa avanzada del proceso, a pH ácido, pero no existe consenso sobre su importancia en la etapa inicial cuando el pH todavía se mantiene por sobre 4,0. Los programas de predicción de drenaje ácido involucran generalmente pruebas estáticas y pruebas cinéticas que buscan simular las condiciones de meteorización de los materiales, pero que generalmente se realizan sin la participación efectiva de los microorganismos. El test confirmativo, con inoculación de microorganismos, busca determinar su efecto en la generación de drenaje ácido; sin embargo, esta prueba confirmativa considera un pH muy ácido (pH 2,8), que se aleja de las condiciones de una etapa de transición entre la oxidación química y biológica de los sulfuros. En el presente estudio se estudió el efecto de la inoculación de un cultivo de microorganismos a pH superior a 4,0. Los tests estáticos realizados permitieron una primera clasificación de las muestras de acuerdo a su potencial de generar ácido. Distintas clasificaciones fueron obtenidas a partir de los resultados de cada test, resultando en la clasificación dispar de las muestras. En cuanto al test confirmativo, de tres muestras descritas como potencialmente generadoras de drenaje ácido por el test realizado a pH 2,8, se llegó a sólo una muestra con este potencial al utilizar un pH inicial 4,5. Con el objeto de estimar las especies microbianas que se encontraban presentes en una muestra de relave (M2), se realizó un análisis mediante CARD-FISH a una mezcla de las soluciones provenientes del test confirmativo 3. Los resultados indicaron la presencia de Acidithiobacillus ferrooxidans y Acidithiobacillus thiooxidans en alta proporción, seguida de las otras especies; Leptospirillum y Sulfobacillus, lo que está de acuerdo con la literatura.Las diferencias entre las clasificaciones obtenidas a través de los test estáticos y confirmativos, corroboran que la actividad bacteriana a pH superior a 4,0, debiese ser considerada como complemento para una apropiada predicción del potencial de generación de drenaje ácido de minas.
In the present work, six samples of mining waste from Los Pelambres mining´s tailings were analysed with the purpose of studying the effect of microbial inoculation in the acid mine drainage prediction test. Acid drainage, which affects a significant proportion of mining waste, is one of the major environmental problems that the mining activity has to face. The ferrous and sulphur oxidizing bacteria play an important role in the acid drainage because of its catalytic effect on the oxidation of the sulphides. This process is widely recognized in its advanced stage, acid pH; however there is no consensus on its importance in the initial stage of the process, whenever the pH still remains over 4.0. Acid mine drainage prediction programs, generally involve static and kinetic tests, which seek to simulate weathering conditions of the materials but they are usually carried out without the effective participation of microorganisms. The confirmative test with inoculation of microorganisms, seeks to determine its effect on the generation of acid drainage. Nevertheless, the confirmative test takes into account a very acidic pH level (pH 2,8) which moves away from the conditions in a transitional stage, between the chemical and biological oxidation of sulphides. In the present work, we observed the inoculation effect at a pH above 4.0. Static tests that were previously performed, allowed a first classification of samples in relation to their acid generation potential. Moreover, different classifications were obtained from the results of each test, with dissimilar conclusions. In relation to the confirmative test, of three samples initially described as potentially acid forming by the test at pH 2.8, only one sample had the potential to generate acid when the test was carried out at a higher pH 4.5. With the purpose of estimation of the microbial species that were present in a tailing sample (M2), a CARD-FISH analysis was performed to a mix of solutions coming from the confirmative test. The results showed the presence of Acidithiobacillus ferroxidans, Acidithiobacillus thiooxidans and Leptospirillum ferrooxidans at a similar proportion, followed by Sulfobacillsu sp, which is according to the consulted literature. The classification differences obtained through the static and confirmative tests, corroborates the idea that bacterial activity at pH higher than 4.0, should be considered as a complement to an appropriate classification of the samples regarding to acid rock drainage generation.

Magíster en Bioquímica, área de especialización Bioquímica Ambiental
Memoria de título de bioquímico
No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo
El sulfato es un contaminante presente en aguas residuales de la industria minera y en drenajes ácidos de minas. En altos niveles genera problemas ambientales, como aumentar la producción de ácido sulfhídrico, un gas tóxico, en las etapas anaerobias del tratamiento de aguas. Existen alternativas fisicoquímicas para reducir los niveles de sulfato en agua, siendo ninguna de éstas lo suficientemente rentable y eficiente. El sulfato puede reducirse a ácido sulfhídrico utilizando bacterias reductoras de sulfato (BRS). Los nutrientes directos para las BRS son de bajo peso molecular como lactato, piruvato o etanol; todos de alto costo, lo que impide que un sistema biológico para la reducción de sulfato sea rentable. En esta investigación, se cultivó un consorcio microbiano reductor de sulfato halotolerante usando fuentes de carbono de alto peso molecular, lo que permite disminuir los costos para el tratamiento de aguas con altos niveles de sulfato. En la literatura se ha reportado que bacterias reductoras de sulfato halófitas presentan una alta tasa de reducción de sulfato, por lo que este consorcio microbiano es una buena alternativa para el desarrollo de un sistema de tratamiento de aguas con altos niveles de sulfato. Los resultados obtenidos indican que este consorcio microbiano reductor de sulfato puede utilizar sustratos orgánicos complejos como espirulina, almidón, celulosa y almidón industrial. Además, este consorcio microbiano, al ser cultivado en medios con espirulina, almidón o celulosa, es capaz de remover el sulfato presente en el medio de cultivo. Por medio de hibridación in situ, se determinó que el consorcio microbiano reductor de sulfato está compuesto por microorganismos pertenecientes a distintos grupos filogenéticos, siendo el más importante el de las Proteobacteria delta, grupo al cual pertenecen la mayoría de las BRS. El pH y la concentración de NaCl son factores determinantes de la capacidad del consorcio microbiano de reducir sulfato, de manera que pH menores que 6 o la ausencia de NaCl inhiben la capacidad de reducción de sulfato. Por otro lado, la presencia de zinc y cobre en el medio de cultivo disminuyen la capacidad del consorcio microbiano de reducir sulfato. El consorcio microbiano se escaló a biorreactores con tres configuraciones distintas: sin material de soporte, con piedras de acuario como soporte y Celite R-635 como soporte. Con los tres biorreactores se observó reducción de la concentración de sulfato durante su operación como lote y semicontínuo. Por último, se logró reducir la concentración de sulfato de un drenaje ácido de mina usando un biorreactor basado en la capacidad de este consorcio microbiano de reducir sulfato y utilizar sustratos complejos, como el almidón industrial. El drenaje ácido de mina utilizado se pretrató con cal y biosorción para disminuir la concentración de metales pesados y aumentar el pH. Por lo tanto en esta tesis se propone una alternativa más rentable para la eliminación del sulfato presente en aguas, en comparación a aquellas que utilizan moléculas de bajo peso molecular.
Sulfate is a pollutant present in the mining waste water and acid mine drainage. High levels of sulfate can generate environmental problems like the increase of the production of sulfhidric acid during the anaerobic waste water treatment. There are physicochemical treatments for reducing the levels of sulfate in the water. However, these treatments are too expensive to be applied at large scale. The sulfate can be reduced to sulfhidric acid using sulfate reducing bacteria (SRB). The substrates used by the SRB are low molecular weight as lactate, piruvate and ethanol; all of them are highly expensive. In this investigation a salt tolerant sulfate reducing consortium has been cultured using high molecular weight substrates. The use of these high molecular weight substrates reduces the cost of the treatment of waters with high sulfate concentration. In the literature, it has been reported that halophilic sulfate reducing bacteria present a high sulfate reduction activity. For this reason this sulfate reducing consortium is a good alternative for the treatment of water with high sulfate concentration. The results show that the sulfate reducing consortium can be cultured using complex organic substrates like spirulina, starch, cellulose and industrial starch. Indeed, when this microbial consortium is cultured with spirulina, starch or cellulose, it is able to reduce the sulfate present in the medium. Using fluorescent in situ hybridization it was determinated that the sulfate reducing consortium was composed by phylogentically different microorganisms. However, the most important group is the delta Proteobacteria, which the majority of the SRB belong to. The pH value and the NaCl concentration are determinant factors of the sulfate reducing ability of the consortium. Media with pH values lower than 6 or in the absence of NaCl inhibited the ability of the sulfate reducing consortium to remove sulfate. On the other hand, the sulfate reducing ability was lower in presence of zinc and copper in the culture medium. The sulfate reducing consortium was cultured on three bioreactors with different configurations: without support material, with acuarium stones and with Celite R-635 as support material. Using the three bioreactors it was possible to reduce the sulfate concentration in the culture medium with a batch and semicontinuous operation. Finally, the sulfate concentration present on a acid mine drainage was reduced using a bioreactor with a sulfate reducing consortium able of reduce sulfate and using complex substrates like industrial starch. The acid mine drainage used was pretreated by lime remotion and biosortion in order to reduce the heavy metals concentration and increase the pH This represents a more economic alternative for the remotion of sulfate present on waters rather than the alternatives that use low molecular weight substrate.

El problema ambiental que genera el drenaje ácido de minas (DAM) en general en nuestro país cuando se vierten estos sin ningún tratamiento en los cauces de ríos así como los drenajes ácidos de minas abandonadas (pasivos ambientales) que por años no tuvieron mayor importancia son los que motivaron la presente investigación para la resolución de un problema ambiental y social. Las Bacterias Sulfato Reductoras (BSR) son responsables de la producción de sulfuro de hidrógeno (H2S) en anaerobiosis a partir de sulfatos y un donador de electrones. El sulfuro producido se puede utilizar para precipitar metales catiónicos divalentes, permitiendo la biorremediación de efluentes contaminados. En la presente tesis se pretende demostrar la eficiencia técnico ambiental del empleo de bacterias sulfato-reductoras aisladas de lugares aledaños a los puntos de descarga en los Pantanos de Villa para el tratamiento del drenaje ácido de mina de la Unidad de producción Cerro de Pasco perteneciente a la compañía minera Volcan. Se empleó como fuente principal de sulfato el drenaje ácido de mina, y como donador de electrones y fuente de carbono y de energía para el crecimiento de las BSR los estiércoles de aves de corral, oveja y vaca. Las pruebas experimentales se llevaron a cabo tanto para el tratamiento químico como para el tratamiento biogénico para las primeras en reactores batch y reactores continuos y para el tratamiento biogénico en bioreactores anaerobios tanto en sistemas batch como en sistemas en dos etapas para la generación de BSR y luego en el contactor se producía la reacción de precipitación de los metales pesados.
The environmental problem that generates the Mine Acid Drainage (MAD) in general in our country when these are spilled without any treatment in the riverbeds as well as the acid drainages of abandoned mines (environmental passives) that for years did not have bigger importance are the ones that motivated the present research for the resolution of an environmental and social problem. The Sulfate Reducing Bacteria (SRB) is responsible for the production of hydrogen sulfide (H2S) in anaerobiosis starting from sulfates and a donor of electrons. The sulfide produced can be used to precipitate cationic bivalents metals, allowing the bioremediation of polluted effluents. The present thesis is sought to demonstrate the environmental technical efficiency of the use of sulfate reducing bacteria isolated from places bordering the discharge points in The Villa Wetlands for the treatment of the acid drainage of the Production Unit of Cerro de Pasco belonging to the mining company Volcan. It was used as the main source of the sulfate mine drainage and as donor of electrons and source of carbon and of energy for the growth of the SRB, the manures of corral birds, sheep and cattle. The experimental trials were carried out as much for the chemical treatment as for the biogenic treatment for the first ones in batch reactors and continuous reactors and for the biogenic treatment in bioreactors anaerobes as much in systems batch as in systems in two stages for the generation of SRB and then in the contactor the reaction of precipitation of the heavy metals took place.
Tesis

Geólogo
Uno de los principales métodos de análisis para determinar el potencial de generación de drenaje ácido es la por medio de ensayos de celdas húmedas. Estos ensayos permiten determinar la respuesta de una determinada muestra a ciclos de humedad e inundación en términos de generación de drenaje ácido y carga de metales. Sin embargo, las condiciones de laboratorio son muy distintas de las que se producen en una faena minera, empezando por el propio material objeto de estudio. Para modelar estas diferencias se dispone de tres muestras a las que se les realizaron los ensayos de: microscopía, ensayos de celdas húmedas, ensayos ABA, extracción secuencial, granulometría y análisis de química total. Luego de caracterizar las muestras y usando el modelo "shrinking core model" considerando la modificación de Gbor (2004). Se implementó el modelo y se observó cómo se comportarían las muestras si tuviesen una distribución granulométrica típica de botadero (Mclemore et al., 2004). Para dar validez al modelo se comparó con los resultados de celdas húmedas, considerando para este caso la granulometría de cada muestra. Los resultados mostraron que: debido a las diferencias granulométricas se pueden esperar pHs más altos en un botadero pues posee una fracción fina muy baja en comparación a las muestras sometidas a los ensayos, debido a que estas han sido preparadas. Las diferencias en los valores de una misma muestra pueden ser hasta de un punto en los últimos ciclos. Además de este modelo se propusieron dos variantes, en la primera se limitó a que solo podría reaccionar la pirita expuesta directamente en superficie, en segundo lugar se hizo variar el contenido de pirita, para observar el comportamiento y la sensibilidad respecto a esta variable. Lo que se observó fue que tanto el contenido de pirita como el modo de reacción de las muestras juega un papel importante en el control del pH, pudiendo hacer que este llegue a cifras varios puntos por sobre, o debajo, del modelo anterior. Finalmente, se proponen una serie de mejoras al modelo, con el fin de poder representar lo que en verdad ocurre en un botadero; sin embargo, resulta interesante notar el rol que juega la distribución granulométrica cuando todo el resto de las variables se mantienen constantes.

Memoria para optar al título de Químico
En esta Memoria de Titulo se estudiaron y aplicaron dos metodologías de extracción y/o remoción de metales pesados, específicamente Cu(II) y Zn(II) a partir de soluciones acuosas ácidas que simulan riles de mina. Las metodologías empleadas fueron a) las de microencapsulación de extractantes no-específicos en matrices poliméricas y b) el uso de silicatos de magnesio nano-estructurados. Respecto al uso de las microcápsulas, se requirió sintetizar una matriz sólida porosa mediante un proceso de polimerización radicalaria in situ, empleando los monómeros estireno y etilenglicol-dimetacrilato y los extractantes comerciales LIX 860 N-IC (una hidroxima quelante para Cu) y PC-88A (compuesto alquilfosfónico para Zn). En el caso de la oxima, se sintetizó primero la matriz polimérica y se impregnó posteriormente en ella el extractante. En el caso del compuesto alquilfosforado, el extractante se adicionó directamente durante la síntesis. Ambos tipos de microcápsulas permitieron extraer eficientemente los iones metálicos desde las soluciones acuosas, mediante un proceso de adsorción química basado en la reacción de intercambio iónico entre los cationes a extraer y los hidrógenos ácidos de ambos extractantes. Respecto al empleo de los silicatos de magnesio nano-estructurados, estos fueron preparados mediante un método simple y de bajo costo a partir de Na2SiO3 y Mg(OH)2, generando una nano-estructura de carácter básico que permite remover los iones metálicos mediante los grupos hidróxilos y poli-silanoles generados en su síntesis. Se procedió a caracterizar física y químicamente ambos tipos de compuestos (las microcápsulas y los nano-silicatos) mediante diferentes metodologías analíticas, procediéndose posteriormente a realizar con ellos pruebas de adsorción metalúrgicas, contactándolos con soluciones acuosas contenedoras de los iones metálicos a adsorber, bajo diferentes condiciones experimentales. Las pruebas con las microcápsulas se realizaron tanto en reactores discontinuos en batch, como mediante el empleo de columnas continuas empacadas con las microesferas. En este caso, se efectuaron también pruebas de desorción (stripping) de los metales desde ellas, mediante contacto con soluciones concentradas de H2SO4. Las pruebas de extracción con los compuestos nano-estructurados se efectuaron solamente en reactores discontinuos. Como resultado global se puede indicar que ambas metodologías resultaron ser muy eficientes, presentando particularidades cada una de ellas, que las tornan alternativas promisorias en el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados.

Se plantea un mecanismo de gestión ambiental para el control del drenaje ácido de roca DAR, de un yacimiento polimetálico, ubicado en la Sierra central, este sistema de gestión ambiental SGA, integra todo tipo de acciones para que la actividad minero metalúrgica opera de manera amigable con el entorno social y ambiental. La primera acción es contar con una declaración de principios o postulados ambientales dirigidos a evitar el desarrollo del DAR. Así por ejemplo utilizar la prevención como el mejor mecanismo del control del DAR, respeto a las normas ambientales, armonía con el entorno ambiental y social, y un sistema de mejoras continuas. Los diferentes residuos minerales de las actividades minero metalúrgicas serán evaluadas y valorizadas, con el fin de darle un carácter selectivo en términos de mayor riesgo ambiental y de prioridad en su control, determinando de esta manera los aspectos ambientales mas significativos AAS, los que conjugando con los postulados ambientales poder definir los Objetivos y Metas; además el reconocimiento de actividades críticas, controles operacionales, etc. en resumen, preparar el Plan de Gestión Ambiental PGA, para el control del DAR. A continuación se desarrolla como ejecutar el PGA con la organización necesaria para atender los objetivos devenidos de los AAS (cronogramas y recursos), implementar todas las medidas de control del DAR sean estas para atender de manera inmediata a los materiales en desarrollo del DAR, el empleo de tecnología para minimizar el desarrollo del DAR y acciones para prevenir el desarrollo del DAR. Todas estas tareas serán controladas y vigiladas tanto por los controles operacionales controles de gestión y supervisión tanto interna como externa. Las Auditorias no solo verificaran el desarrollo del PGA sino descubrirán las acciones para aun mejorar el control del DAR y proponer a la Alta Dirección para continuar mejorando el PGA para el DAR
This research proposes a mechanism of Environmental Management to control the Acid Mine Drainage (AMD), from a multi mineral deposit located in the Sierra Central. This Environmental Management System (EMS) integrates several actions to make sure that the mining activity is operating conscientiously taking care not only of the environment, but also the community. The first action is to have a clear declaration of environmental principles or postulates, made with the intention to avoid the development of the AMD. Some of them are: the use of prevention as the best tool to control the AMD, to respect the environmental reglamentation, to be harmonic with the environment and the community and to have a system of continuous improvement. The different types of mineral wastes from mining activities will be evaluated, in order to classify them in terms of environmental risk and priority in its management. In this sense, there will be determined the Significant Environmental Aspects (SEA), that joined to the environmental principles, will define objectives and goals, the recognition of critic activities, control in operations, etc; in summary the Environmental Management Plan (EMP) to control the AMD. The EMP will be developed with the correct organization to attend the objectives derived from the SEA. Then, there will be implemented all the means to control the AMD, to control immediately the materials that develop the AMD, the use of technology to minimize the development of AMD and the actions to prevent the development of AMD. All this tasks will be watched by the operational controls, management controls, and the inside and outside supervision. The audits will verify not only the performance of the EMP, but also will detect the actions to take in order to control the AMD and propose the Directors to continue improving the EMP

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo
Este trabajo presenta y analiza los resultados del estudio geoquímico de los relaves del tranque Ovejería y del embalse Los Leones, provenientes de las faenas mineras de la División Andina de Codelco Chile. Las pruebas aplicadas se clasifican en ensayos estáticos: caracterización química, pH en pasta, test de Balance Ácido Base (ABA), test de Generación Neta de Ácido (NAG) y consumo de ácido, y cinéticos: celdas de humedad estándares y modificadas. A partir del análisis integrado de los resultados de las pruebas aplicadas a las muestras de ambos tranques de relave, y de la investigación bibliográfica sobre el estado del arte de la caracterización y predicción de drenaje ácido, se realizó una propuesta metodológica de predicción de potencial de generación de aguas ácidas (PGAA) de minas provenientes de relaves. Esto representa un aporte en el entendimiento y aplicación de las pruebas de predicción de drenaje ácido a partir de relaves, que conforman una cantidad importante de los desechos del procesamiento de minerales de cobre de Chile. Los resultados indican que el embalse Los Leones presenta características geoambientales diferenciadas a medida que aumenta la profundidad. Las muestras de profundidad menor a 1 metro han sufrido mayor meteorización, por efecto de su exposición al aire, que las zonas del tranque que se han mantenido saturadas durante un mayor tiempo (entre 1 y 3,5 metros). Sin embargo, debe considerarse que las muestras estudiadas no tienen la profundidad suficiente como para establecer en forma precisa el perfil completo del embalse. Sólo se analizó una franja acotada de 3,5 metros del relave de un total de 50 m aproximados de profundidad. Según los resultados del Potencial Neto de Neutralización (PNN), el 72% de las muestras de Los Leones entran en la zona de incertidumbre de generación de drenaje ácido (PNN entre -20 y 20 Kg CaCO3/t relave). De las muestras de alto PGAA, la mayoría (el 83%) se ubica entre 0 y 1 metro de profundidad, corroborando las conclusiones anteriores. Por otra parte, el criterio de Razón de Potencial de Neutralización (RPN) indica que el 87% de las muestras tienen alto PGAA, lo cual apunta a que las muestras catalogadas como “inciertas” según los resultados del PNN pasarían a la categoría de potenciales generadoras de aguas ácidas. Se recomienda por tanto continuar con los estudios del comportamiento geoambiental del embalse, y considerar métodos primarios o preventivos de control de drenaje ácido. Dado que los resultados indican que las zonas inundadas o saturadas han experimentado un menor grado de oxidación, se sugiere el control mediante cubiertas de agua. Los criterios de predicción basados en RPN y NAG aplicados a las muestras de relave fresco del tranque Ovejería indican que todas las muestras tienen un alto PGAA (RPN <1 y NAG positivo). Los resultados de PNN obtenidos según el método de consumo de ácido directo señalan que el 92% de las muestras tienen un potencial de generación de ácido incierto. Los resultados de celdas de humedad revelan que las muestras de lamas o fracción fina presentan una mayor velocidad de liberación de sulfato y menor pH que las muestras de mayor tamaño, indicando un nivel de oxidación más alto. En el tranque, el material fino quedará situado bajo la laguna, quedando saturado y retrasando la generación de DAM. Por el contrario, el material más grueso o arenas conformará el extenso muro del tranque, el cual quedará expuesto a la oxidación por aire debido a que no estará saturado. Se recomienda, por tanto, continuar los estudios de reactividad del tranque, prestando especial atención a los puntos de muestreo correspondientes al muro (fracción más gruesa). Los resultados de los ensayos aplicados a ambos relaves permitieron determinar parámetros importantes que pueden ser alimentados a un futuro modelo de predicción de aguas ácidas, como la velocidad de generación de sulfato, el potencial de neutralización en distintas etapas del proceso y el consumo de ácido. Sin embargo, se recomienda mantener las celdas de humedad de ambos tranques por al menos un año para obtener estabilidad en los resultados.

O principal impacto causado pela atividade de mineração de carvão é a poluição hídrica proveniente da drenagem ácida de minas (DAM), que pode ter efeitos toxicológicos nos ecossistemas aquáticos, como mortalidade, disfunções no crescimento, menores taxas de reprodução, deformidades e lesões. A DAM é formada através da oxidação de minerais de sulfeto, principalmente pirita (FeS2) e caracteriza-se por uma solução de pH ácido e metais dissolvidos (Fe, Al e Mn). Novas metodologias para o tratamento de efluentes contaminados com metais estão sendo estudadas e a eletrodiálise (ED) surge como uma destas tecnologias que tem se mostrado eficaz para a recuperação de água e concentração de eletrólitos. É considerada uma tecnologia atrativa aos mais diversos segmentos, uma vez que apresenta muitas vantagens sobre os processos tradicionais, tais como: não exige mudanças de fases; funciona de forma contínua; não necessita da adição de reagentes e não gera resíduos poluentes ao ambiente. A ED é uma técnica de separação por membranas, no qual espécies iônicas em solução são transportadas através de membranas de troca-iônica por influência da aplicação de um campo elétrico que permite a separação de ânions e cátions metálicos com a vantagem de remover os metais contaminantes e simultaneamente recuperar água e outros compostos de interesse industrial, como o ácido sulfúrico. No entanto, para a aplicação da ED alguns parâmetros devem ser estudados, buscando as melhores condições de uso. O parâmetro mais importante a ser analisado é o transporte dos íons através das membranas, avaliado no presente estudo através da cronopotenciometria e da obtenção das curvas de corrente-potencial (CVCs). Curvas cronopotenciométricas foram obtidas a partir de soluções sintéticas que representavam a composição de uma DAM a fim de se avaliar a passagem de ânions sulfato através de uma membrana aniônica (HDX 200), e o transporte de cátions metálicos, tais como Na+ e Fe3+, através de uma membrana catiônica (HDX 100). E as CVCs foram obtidas a partir das próprias DAMs também para a avaliação do transporte de íons e determinação de densidade de corrente limite a ser empregada na ED. Os resultados mostraram que os cátions avaliados desempenharam um papel significativo para o equilíbrio químico que leva à formação de diferentes espécies de complexos de cargas e mobilidade distintas. Diagramas de especiação em conjunto com os cronopotenciogramas permitiram a identificação de espécies complexas que conduzem a um transporte lento de íons através das membranas. A ED mostrou-se eficaz para a recuperação de água, removendo mais de 97,00 % dos contaminantes, e para a recuperação de ácido sulfúrico a partir da DAM, sendo obtidos percentuais de concentração de sulfatos superiores a 38,55 % e incrementos na acidez de até 236,88 %.
The main impact caused by coal mining activity is water pollution from acid mine drainage (AMD), that can have serious toxicological effects on aquatic ecosystems, such as mortality, growth disorders, lower rates reproduction, deformities and injuries. The AMD is formed by the oxidation of sulfide minerals, mainly pyrite (FeS2) and is characterized by a acid pH and dissolved metals (Fe, Al and Mn). New approaches for the wastewater contaminated with metals treatment are being studied and electrodialysis (ED) emerges as a new technology and has proven effective for the recovery of water and electrolyte concentration. The ED is considered an attractive technology to some segments since it presents several advantages on the traditional processes, such as: does not require phase changes; runs continuously, does not need reagents addition and does not generate waste polluting environment. Electrodialysis is a membrane separation technique in which ionic species in solution are transported, through ion-exchange membranes, under the influence of an electric field which allows anions and metallic cations separation, possessing the advantages of removing contaminant metals and simultaneously recovering water and other compounds of industrial interest, such as sulfuric acid. However, to implement the ED some parameters should be studied seeking the best conditions. The most important parameter to be studied is the ions transport across membranes, assessed in this study by chronopotentiometry and obtaining the current-voltage curves (CVCs). Chronopotentiometry curve were obtained from synthetic solutions representing the AMD composition in order to assess the passage of anions sulfate through a membrane anion (HDX 200), and transport of metallic cations such as Na+ and Fe3+, through a cation membrane (HDX 100). The CVCs were obtained from raw AMD also to evaluate the ions transport and determination of threshold current density to be employed in ED. The results showed that the cations evaluated played a significant role in the chemical balance which leads to the formation of different species of complexes of different fillers and mobility. Speciation diagrams with chronopotentiograms allowed the identification of complex species that lead to a slow ions transport across membranes. The ED was effective for water recovery removing more than 97.00 % of contaminants and to sulfuric acid recovery from the AMD, where has been obtained percentage of sulfate concentration above 38.55 % and an increase in acidity up to 236.88 %.

Memoria para optar al título de Químico
En esta Memoria se estudió la síntesis y caracterización de silicatos de calcio nano-estructurados modificados con Mg y Fe para su uso como adsorbente para la remoción de iones fosfatos y arseniatos respectivamente, en el tratamiento de aguas ácidas de mina. La modificación con Mg se realizó reemplazando durante la síntesis de los silicatos, átomos de Ca por Mg empleando Mg(OH)2. A su vez, la modificación con Fe se realizó empleando alternativamente FeCl3 o Fe(OH)3 preparado in situ. La síntesis de los silicatos modificados resultó ser sencilla y reproducible, obteniendo rendimientos promedios cercanos al 80-90%. No obstante, se observó un límite de reemplazo de los átomos de Ca por Mg alrededor del 30% molar, y de 13% molar para la modificación con Fe. Ambos adsorbentes fueron caracterizados mediante análisis SEM, difracción de rayos X, porosimetría BET y determinación de distribución de tamaño de partícula. Estos revelaron que los adsorbentes poseen una estructura amorfa y una superficie porosa, con áreas superficiales variables entre 60 y 150 m2/g y una distribución de tamaño de partículas del orden de 350 nm. Análisis químico confirmaron el % de reemplazo de los átomos de calcio por Mg y Fe en la estructura de los silicatos. La adsorción de iones fosfato mediante los silicatos de calcio nanoestructurado modificado con Mg y de arseniatos con los silicatos de calcio nano-estructurado modificado Fe resultó ser eficiente y muy rápida en todo el rango ácido estudiado. Se midieron capacidades de carga variable entre 60- 125 mg PO4 3-/g de silicato y de 2,5-14 mg de arseniato/g de silicato. El mecanismo de adsorción se basa en la presencia en el silicato de átomos de Ca, Mg y Fe que actúan como sitios de enlace para la formación de fosfatos y arseniatos insolubles y estables. La aplicación de un modelo cinético de pseudo-segundo-orden se ajustó a los resultados experimentales obtenidos durante la adsorción de ambos aniones al emplear ambos adsorbentes silicatados modificados. Es claro que estos adsorbentes presentan un gran potencial de uso en el tratamiento de aguas ácidas contaminadas con especies iónicas
In this work is studied the synthesis and characterization of nano-structured calcium silicates modified with Mg and Fe in order to use them as sorbents for removing phosphate and arsenates respectively, as treatment of acid mine waters. The modification with Mg was conducted by replacing during the silicate synthesis, Ca atoms by Mg using Mg(OH)2. In turn, the modification with Fe was carried out employing alternatively FeCl3 or Fe(OH)3 prepared in situ. The synthesis of modified silicates is simple and reproducible being obtained yields close to 80-90%. However, the modification presented some limits: 30% molar for the replace of Ca by Mg atoms and 13% molar for the modification with Fe due a loss of the nano-structure of the sorbents over these values. Both sort of sorbents were characterized using SEM analysis, Xray difraction, BET porosimetry and measurements of distribution of particle size. The analysis revealed that the sorbents present an amorphous structure with a porous surface, having surface areas variable between 60 and 150 m2/g and a particle size distribution around 350 nm. Chemical analysis confirmed the replacing of Mg and Fe atoms by calcium on the silicate structure. The adsorption of phosphate ions by means of nano-structured calcium silicates modified with Mg and that of arsenates by nano-structured calcium silicates modified with Fe were highly efficient and fast in all the studied pH range. It were measured the following sorption loading capacities: 60-125 mg PO4 3-/g silicate and 2.5-14 mg de As/g silicate. The adsorption mechanism is based on the presence in the silicate of Ca, Mg and Fe that act as bonding sited for the formation of very insoluble and stable phosphate and arsenate salts. A pseudo-second-order-kinetic model was applied to explain the experimental results obtained during the sorption process, being observed a very good agreement between the experimental values and those calculated by the model. Finally, it is possible to state that these sorbents present a huge potential for using them in the treatment of acid waters polluted with ionic species
Fondecyt

Memoria para optar al título de Químico
En esta Memoria de Titulo se estudió la remoción de iones fosfatos desde soluciones acuosas que simulan aguas ácidas residuales industriales, mediante adsorción con silicatos de calcio nano-estructurados modificados o no con magnesio, en presencia de otros contaminantes como ion NH4+, Cu(II), Cd(II) y Zn(II). Los silicatos de calcio nano-estructurados modificados con Mg se sintetizaron en base a la reacción de una solución de silicato de sodio e hidróxidos de calcio y magnesio, respectivamente. Los adsorbentes fueron caracterizados física y químicamente, empleando diferentes metodologías, entre ellas, las de microscopía electrónica de barrido, análisis de porosimetría y difracción de rayos X. Los adsorbentes resultaron ser amorfos y de superficie porosa. Los análisis de porosimetría BET indicaron para los silicatos de calcio modificados en un 30% con Mg, un área superficial del orden de 86 m2/g y diámetros de poro promedios de 20 nm,. La adsorción de iones fosfatos con los silicatos nano-estructurados de calcio modificados o no con magnesio fue muy eficiente en todo el rango de acidez estudiado, debido a la formación de fosfatos de calcio y fosfatos de magnesio muy insolubles y estables, determinándose una capacidad de carga variable entre 280 a 300 mg PO43-/g n-silicato. La remoción de fosfato se vio favorecida en presencia de ion NH4+, debido a la formación de precipitados muy insolubles de fosfatos dobles de magnesio y amonio. La presencia de iones fosfatos y amonio no afectó la adsorción de los iones metálicos Cu(II), Cd(II) y Zn(II), la cual ocurriría mediante la formación de hidróxidos y sales básicas silicatadas granulares muy estables. Sin embargo, los resultados experimentales también indican que no es posible modificar el silicato de calcio mediante reemplazo de los átomos de Ca por Mg más allá del 30% molar, al ir perdiéndose la nano-estructura del silicato y por tanto su capacidad adsorbente. Finalmente, se analizaron los resultados experimentales de los experimentos cinéticos mediante estos adsorbentes, utilizando un modelo cinético de pseudo-segundo-orden, el cual está basado en la capacidad de adsorción del adsorbente, más que en la concentración de los contaminantes en solución
In this work was studied the removal of phosphate ions from aqueous solutions that simulate acidic industrial waste waters that also contain other pollutants as NH4+, Cu(II), Cd(II) y Zn(II), by means of an adsorption process onto nano-structured calcium silicates modified or not with magnesium. The magnesium-modified nano-structured calcium silicates were synthesized following a route based on the reaction of a sodium silicate solution and calcium and magnesium hydroxides, respectively. Sorbents were physically and chemically characterized using diverse methodologies, among them, scanning electron microscopy, porosimetry analysis and X-ray diffraction. They resulted be amorphous having a rough surface. BET analysis indicated a surface area of 86 m2/g and an average pore diameter around 20 nm for calcium silicate modified with 30% of Mg. A highly efficient sorption of phosphate ions onto nano-structured calcium silicates modified or not with magnesium throughout the revised acidity range due likely to the generation of insoluble and stable calcium and magnesium phosphates. A 280-300 mg PO43-/g n-silicate phosphate loading capacity was measured. Removal of PO43- ions was enhanced by the presence of NH4+ ions in the treated solution due the production of very insoluble double-magnesium and ammonium phosphate. The existence of PO43- and ammonium ions did not affected the sorption of metallic ions Cu(II), Cd(II) y Zn(II), which would occur through the formation of hydroxides and stable and granular basic silicates salts. However, the experimentally observed results indicate that is no possible modifying the calcium silicates by replacement of calcium atoms by magnesium atoms beyond 30 % (molar) since the nano-structure of silicates is affected being reduced they sorption capacity. Finally, the experimental results of sorption kinetics were analyzed by using a pseudo-second-order model based more in the sorption capacity of solids than in the concentration of pollutants in solution
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Memoria para optar al título de Químico
Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta enero de 2017
Se sintetizó un material adsorbente basado en óxidos de manganeso (MnO2) con propiedades magnéticas para su empleo en la remoción de algunos contaminantes inorgánicos comunes presentes en los drenajes ácidos de mina en Chile. El adsorbente fue preparado en base a magnetita (Fe3O4) recubierto con MnO2, mediante un método de precipitación oxidativa tanto en medio básico como en medio ácido, y utilizando diferentes proporciones de MnO2:Fe3O4. La capacidad de adsorción del compósito preparado en medio básico resultó ser superior, obteniéndose rendimientos de síntesis sobre el 93%, preparación que no involucra evolución de gases ni requiere energía térmica, siendo este adsorbente así sintetizado químicamente más estable. El compósito adsorbente fue caracterizado química, física y magnéticamente. Las imágenes SEM revelan que estaría compuesto de estructuras muy pequeñas de forma esférica, con formación de aglomerados de partículas de tamaño inferior a 1 μm. Las micrografías TEM indicaron que el tamaño promedio de las partículas varían entre los 6 y 9 nm. Los análisis de porosimetría BET señalan que el adsorbente posee un área superficial del orden de 100 m2/g o levemente inferiores, disponiéndose así de un número importante de sitios activos para el proceso de adsorción. Análisis mediante difracción de rayos X señalaron que el compósito consta de un núcleo cristalino de magnetita, recubierto por capas nanométricas de MnO2 amorfas. El análisis de magnetismo demostró que las nanopartículas presentan características de ser superparamagnéticas. Se realizaron pruebas preliminares de adsorción con soluciones de Cu+2,Cd+2,Zn+2 y Pb+2, estableciéndose que la adsorción aumenta a medida que aumenta el pH, hecho coherente con el potencial zeta medido para el adsorbente. Un modelo cinético de adsorción de pseudo-segundo-orden ajustó muy bien los datos experimentales observados. Se concluye también, que se requiere de una fuerza iónica mínima en la fase acuosa, para asegurar una adsorción suficiente del metal
In this work was synthesized a sorbent material based on MnO2 which presents magnetics properties to be used for removing some common inorganic pollutants existent in samples of Chilean acidic mine. The sorbent was prepared using magnetite (Fe3O4) covered with MnO2, using oxidative precipitation methods, one in acid medium, the other under basic conditions, using different MnO2:Fe3O4 proportions. The sorption capacity of the composite synthesized in basic medium was higher being achieved a synthesis yield around 93%. This synthesis method is better because does not present gas evolution neither thermal energy is requested, being the sorbent so prepared more chemically stable. The sorbent was chemical, physical and magnetically characterized. SEM micrographs show that the material would be comprised of very tiny spherical structures with particles agglomeration whose size is less than 1 μm. TEM analysis indicated that the average particle size varies between 6 and 9 nm. BET porosimetry analysis pointed out that sorbent has a surface area around 100 m2/g or slightly lower, comprising this way an important number of active sites for the sorption process. DRX analysis showed that the composite consists of a magnetite crystalline nucleus covered by nanometric layers of amorphous MnO2. Measurements of magnetic saturation demonstrated that the nanoparticles have superparamagnetic characteristics. Preliminary sorption tests were carried out using aqueous solutions containing Cu2+,Cd2+,Zn2+ and Pb2+ ions, being stablished that the sorption of metals increases with the augment of the solutions pH, which is coherent with the zeta potential values measured for the sorbent. A pseudo-second-order sorption kinetics model fitted well the observed experimental data. It was also concluded that a minimum ionic strength is required in the aqueous phase to ensure an adequate metal sorption
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Memoria para optar al título de Químico
El propósito general de esta Memoria se inserta en el marco del Proyecto Fondecyt Nº 1040567 cuyo objetivo general es recuperar o remover en forma práctica y eficiente los contenidos de los metales pesados cobre y cinc existentes en soluciones acuosas ácidas diluidas de tipo natural o generadas en la actividad industrial y minera del país, mediante un proceso basado en la moderna tecnología de Membranas Líquidas Emulsificadas (MLE). Específicamente en esta etapa del estudio se requería obtener información básica y fundamental respecto al equilibrio y la cinética de extracción y relativa a parámetros de transferencia de masa que rigen el mecanismo de transporte de los metales en la MLE. Con este fin se realizaron experimentos de transporte en una Celda de Transferencia Agitada (CTA) empleando soluciones preparadas en laboratorio que simulan las de origen industrial. Se estudió la estabilidad de la membrana en la CTA, observando y midiendo la eventual ruptura de la emulsión en función de las variables que afectan al proceso, incluido el uso de compuestos tensoactivos adecuados. Se realizó un estudio de optimización de las variables que afecta el transporte de los metales en la Celda de Transferencia Agitada. La celda de transferencia agitada diseñada para este estudio resultó ser adecuada, logrando obtener una interfase clara entre la fase de alimentación y la emulsión primaria, lo que permitió definir el área interfacial del proceso y disminuir fenómenos de ruptura de emulsión. Respecto a la influencia de las variables químicas que afectan la extracción y el flujo de Cu(II) con el extractante transportador LIX-860 N-IC y el del ion Zn(II) con D2EHPA a través de la membrana líquida, se puede indicar que el transporte de ambos iones se beneficia con el aumento de la concentración del extractante en la fase orgánica y con el aumento del pH de la fase acuosa de alimentación lo que señalaría que la reacción de extracción entre el metal y el transportador ocurriría en la interfase que separa la solución acuosa alimentadora y la emulsión primaria. La velocidad inicial de extracción aumentó con el incremento de la concentración del metal a extraer en dicha interfase. La concentración del agente de retroextracción (H2SO4) en la fase acuosa interna aceptora del metal, no presentó un efecto marcado indicando la limitada influencia que tiene esta etapa sobre la velocidad global del proceso. A su vez, se observó que aumenta la extracción de cobre y de cinc a medida que se aumenta la velocidad de agitación en la celda de transferencia hasta cierto valor (40 rpm) tras lo cual el transporte del metal se hace independiente de esta variable. Se requiere además una razón en volumen Vorg/Vac interna de 2,0. Ambas condiciones en la emulsión primaria aseguran un adecuado movimiento de las gotas de la fase acuosa interna lo que beneficia el fenómeno de transporte del metal en la MLE. Una mayor velocidad de agitación en la preparación de la emulsión y del sistema alimentación-emulsión primaria en la celda de transporte agitada generó gotas de la emulsión de menor tamaño, incrementando por tanto el área interfacial para la reacción del extractante con el metal, por aumento de los sitios de reacción. Sin embargo, una excesiva velocidad de agitación produciría fenómenos de coalescencia y ruptura de los glóbulos de la emulsión tornándola inestable. Se proponen probables reacciones químicas de los iones metálicos a extraer con los respectivos extractantes transportadores utilizados. Finalmente es posible indicar que los resultados presentados en este estudio señalan lo promisorio de esta tecnología de Membrana Líquida Emulsionada (MLE) en el tratamiento de efluentes industriales y soluciones naturales diluidas que contienen metales pesados. A partir de dichos resultados, se está trabajando en un mecanismo de transporte del metal en la MLE, el cual considera un fenómeno de trasferencia de masa con reacción química
The general purpose of this Thesis is inserted in the development of the Research Project FONDECYT Nº 1040567, whose objective is the practical and efficient recovery or removal of contents of copper and cinc existent in natural or waste dilute acid aqueous solutions by means of the novel process based on emulsified liquid membrane (ELM). Specifically in this step of the study is required to obtain basic and fundamental information with respect to the equilibrium and kinetics extraction and related with mass transfer variables that govern the metal transport mechanism in the ELM. With this aim, experiments were carried out in a stirring transfer cell-type reactor using synthetic aqueous solutions prepared in laboratory which simulate those of industrial origin. It was studied the membrane stability at the transfer cell, being observed and measured the eventual break down of emulsion as a function of the variables that affect the process, including the employment of an appropriate surfactant compound. It was accomplished an optimization study of all variable that influence the transport of metals through the membrane in the stirring cell. This stirring transfer cell designed for this study was adequate being achieved a neat and clear interface between the aqueous feed solution and the primary emulsion, which let to define the interfacial area for the process and diminish emulsion break down troubles. The extraction and flux of copper with the oximic carrier (LIX-860 N-IC) and that of cinc with D2EHPA through the membrane were enhanced as the carrier extractant concentration in the organic phase were increased. The same effect presented the rise of pH of aqueous feed. Both facts are indicating that the extraction reaction between the metals and the carriers would occur in the interface that separates the feed and the primary emulsion. Furthermore, the initial extraction rate increased with the increment of metals content to be uptaken in such interface. The concentration of sulfuric acid (back-extraction agent) in the acceptor inner aqueous phase did not present any marked effect on transport indicating the limited influence that this step has on the global rate of process.Moreover, it was observed that the metals extraction is enlarged as the stirring speed in the transfer cell is increased as far as 40 rpm and that over this value the transport of metals become independent of this variable. It is also required use a volume rate Vorg/Vac inner of 2.0. Both conditions in the primary emulsion assure an adequate movement of inner aqueous phase droplets which improve the transport of metals in the ELM. A higher stirring speed to prepare the primary emulsion and in the transfer cell generated emulsion globules of smaller size, being in this way increased the interfacial area for the chemical reaction between the carrier extractant and metals, due to the augment of reaction sites. However, an excessive increment of stirring speed would produce coalescence of emulsion droplets and break down of emulsion globules turning it unstable. Probably extraction chemical reactions between the extractant and metals are proposed. Finally, it is possible to indicate that the results shown in this study are indicating how promissory is the ELM technology for treatment of dilute industrial effluents and natural solutions containing heavy metal ions. From these results, a metal transport mechanism through the membrane is being analyzed which considers a mass transfer-with chemical reaction model

Memoria para optar al título de Químico
En esta Memoria de Título se estudió la recuperación de cobre y zinc desde soluciones acuosas ácidas similares a las encontradas en drenajes ácidos de mina y aguas residuales industriales, mediante las metodologías de membranas liquidas emulsificadas (MLE) y mediante microencapsulación de extractantes (MC). Respecto al uso de las MLE, el estudio fue definido en función de las variables que afectan la recuperación y/o remoción de los metales presentes en las soluciones a tratar mediante MLE, en un sistema extractor discontinuo del tipo Tanque Agitado Batch (TAB) que funciona con formación de la doble emulsión. Se estudió el efecto de las variables químicas que afectan el proceso, siendo posible indicar que el aumento de la concentración de los extractante en la fase orgánica favorece el equilibrio y la velocidad de extracción del metal de interés. El aumento del pH de la fase acuosa de alimentación benefició la reacción de extracción entre los metales y los extractantes transportadores y la fuerza ácida de la solución de stripping (concentración del H2SO4) presentó una gran importancia, al generar una gran diferencia de concentración de los protones a ambos lados de la membrana, activando el transporte del metal y permitiendo la ruptura del complejo en la interfase de retroextracción. Se determinó que se requiere de un contenido mínimo del tensoactivo en la solución orgánica para estabilizar la membrana, hecho que fue cuantificado mediante la determinación de valores de constante de ruptura de las emulsiones KR. Respecto a la metodología de encapsulación de extractantes, se estudió la microencapsulación del extractante alquilfosforado PC-88A con el propósito de estudiar la remoción de Cu y Zn. Se probaron diferentes proporciones de monomeros – divinilbenceno y estireno – en la conformación de la matriz polimérica. Se determinó la cantidad de extractante retenido en las microcapsulas y se verificó la capacidad hidrometalúrgica de las microcapsulas mediante experimentos de equilibrio de adsorción en “batch”. La extracción de Zn(II) con el extractante fosfónico resultó ser superior a la medida para Cu(II). En base a los resultados experimentales obtenidos y su discusión, se puede indicar que ambas metodologías estudiadas (MLE y MC) son muy promisorias y atractivas, siendo particularmente eficientes en el tratamiento de remoción de metales pesados desde soluciones diluidas de origen industrial y minero
It is studied the recovery of copper and zinc from aqueous acid solutions that simulate acid mine drainages and industrial residual waters by both emulsion liquid membranes (ELM) and microencapsulation of extractans (MC). With respect to the use of ELM technology, the aim was to determine the variables that affect the recovery and removal of metals present in the solutions to be treated, by using a stirred tank-type emulsion liquid membrane contactor that operates in batch in which the double emulsion is formed. It was studied the influence of chemical variables that affect the extraction process, being possible to indicate that the increasing of extractant content in the organic phase favored the extraction equilibrium and kinetics of metals. The increase of feed aqueous phase pH favored the extraction chemical reaction between the metals and the carrier extractants. The acidity strength of stripping solution (H2SO4 concentration) presented a great importance by generating a big hydrogen-ion concentration gradient at both side of membrane which activate the metal transport and letting the rupture of the metal-extractant complex at the back-extraction interface. It was determined that is required a minimum amount of surfactant compound at the organic solution to stabilize the membrane which was confirmed by measuring values for the emulsion breakdown constant, KR. With respect to the use of MC technology, it was studied the microencapsulation of the alkylphosphonic extractant, PC-88A, with the purpose to investigate the removal of Cu and Zn. It were testes different monomer proportions – divinylbenzene and styrene –to conform the polimeric matrix. It was measured the extractant amount held in the microcapsules and was verified the hydrometallurgic capacity of them by carrying out adsorption equilibrium runs in a batch system. The extraction of Zn(II) with the phosphonic extractant was higher than those of Cu(II). From the experimental results and their discussion, it can indicate that both methodologies (ELM and MC) are very promising techniques, specially efficient in the treatment of heavy metals removal from dilute solutions originated in industrial and mining works

Ingeniero Civil, Mención Hidráulica, Sanitaria y Ambiental
El presente estudio busca cuantificar la eficiencia de remoción de sulfato y metales pesados de agua sintética símil a un drenaje ácido de mina, a través de una instalación experimental con columnas compuestas de piedra caliza como medio filtrante. De dichas columnas, la mitad se encuentra inoculadas con bacterias sulfato reductoras que utilizan corteza de pino como fuente de carbono. La experiencia presentó una remoción de 50% en la concentración de sulfato, mientras que para metales pesados tales como el hierro, arsénico, aluminio, plomo y zinc se obtuvieron eficiencias en la remoción cercanas al 100%. Las bacterias sulfato reductoras no tuvieron una buena adecuación al sistema de columnas, teniendo actividad sólo en los períodos cercanos a la inoculación. Se proponen lineamientos para próximas investigaciones y se recomiendan soluciones que favorezcan experiencias futuras relacionadas con el uso de bacterias sulfato reductoras en filtros.

La descarga de efluentes como el drenaje ácido de mina (DAM), provoca la contaminación de aguas superficiales y subterráneas con metales pesados. Para remover estos contaminantes se emplean tratamientos pasivos, como los humedales artificiales. Este estudio tiene el objetivo de optimizar la remoción de metales pesados del drenaje ácido de la mina “La Esperanza” empleando humedales anaeróbicos artificiales a escala de laboratorio. Primero, se seleccionaron consorcios nativos de bacterias sulfato reductoras (BSR). Luego, se eligió el consorcio con la mayor reducción de sulfatos en el menor tiempo, para ser el inóculo bacteriano de los humedales artificiales. Se realizaron variaciones de pH y volumen de inóculo de las BSR para verificar la capacidad de remoción del cadmio. Todos los sistemas mostraron una diferencia significativa (p < 0,05) entre los valores iniciales y finales de las concentraciones de cadmio. Sin embargo, los mejores porcentajes de remoción de cadmio fueron los que superaban al 50% como el de DAM pH 6 + BSR 35% (83,61%), DAM pH 5 + BSR 35% (59,43%), DAM pH 4,5 + BSR 35% (62,70%). Se concluyó que el volumen de inóculo de BSR al 35% y el pH inicial de 6 eran los parámetros óptimos para la remoción de metales pesados.
Perú. Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Vicerrectorado de Investigación y Posgrado. Programa de Trabajos de Investigación para obtención de grado académico de bachiller. PTI B20100140a

El presente trabajo trata de hallar un método para la medición del potencial de generación ácida de un relave minero en la zona central del Perú, mediante muestras recolectadas de la zona y análisis de laboratorio a escala. Se trata además de encontrar una metodología que simplifique el proceso de medición de potencial de generación ácida y aumente la confiabilidad de los resultados obtenidos a comparación de los métodos que actualmente se utilizan. Se complementará el trabajo tratando de hallar posibles métodos de solución y neutralización a la problemática producto de la generación de acidez de estos relaves. El primer capítulo describirá las características del fenómeno de formación de aguas ácidas explicando: las reacciones, la influencia de los factores que apoyan, los métodos de transporte y migración y la metodología actual de estimación. Se complementará explicando los ensayos utilizados para la predicción del DAM, ensayos estáticos y cinéticos. En el segundo capítulo se describirá la metodología de trabajo a utilizar, describiendo detalladamente los trabajos a realizar. También se hará la descripción de las muestras de relave recolectadas del centro del Perú, estas incluyen las zonas de: San Miguel, Mar Túnel, Yanacancha, Chaupimarca, Quilacocha y Yauli. El tercer capítulo se centrará en el análisis y en los resultados obtenidos producto de los ensayos realizados. Se mostrará el desarrollo experimental y la presentación y discusión que se llevó a cabo a partir de los valores hallados. La presentación de cada muestra de relave a tratar incluirá los resultados de los ensayos por análisis químico, la difractometría de rayos X y la evaluación por microscopio petrográfico mientras que en la discusión de resultados se definirán los contenidos de: especies neutras, especies generadoras de ácido y las especies de tipo básico; además del análisis de la influencia de estas en los resultados finales a mostrar comparando estos con la legislación peruana vigente. Se encontrará que las muestras tienen un mayor contenido de especies neutras, entre 50 e incluso 97% de peso, mientras que las especies de tipo básico y las de tipo ácido están presentes en menor cantidad, entre 0 y 33% las básicas y entre 2.7 y 17% las ácidas. Según los análisis químicos se encontró además que las muestras de relave contienen valores de elementos que pueden presentar algún potencial de contaminación (As, Fe, Mn, Pb, Sb, etc.). En el cuarto capítulo se tratarán los métodos propuestos para la neutralización y/o control del potencial ácido en las muestras seleccionadas describiendo los métodos potencialmente aplicables y luego eligiendo las opciones de tratamiento a través de la adición de sustancias básicas sobre las muestras de relave durante la operación minera. Para el proceso por adición química se describirá el procedimiento realizado a partir de muestras de material neutralizante recolectadas en zonas aledañas a los puntos de medición de relaves, realizando los cálculos para encontrar la cantidad necesaria de carbonatos para neutralizar una tonelada de relave. En el quinto y último capítulo se analizará todo el proyecto en conjunto. Una vez que se obtuvieron todos los resultados, tanto teóricos como prácticos, y los cálculos necesarios producto de los ensayos realizados a las muestras de relave, se podrán trabajar las conclusiones finales. En conclusión, el siguiente trabajo determina el potencial que podrían tener diferentes tipos de relave de generar contaminantes ácidos sobre las aguas aledañas a las operaciones mineras en la zona central del Perú (antiguas y/o en actividad), realizando varios ensayos de laboratorio y tratando de encontrar una metodología que brinde mayor confiabilidad a los resultados tradicionales.
Tesis

Hoy en día los problemas generados sobre el medio mutílenle por la explotación de los recursos naturales, especialmente los yacimientos de minerales, tienen repercusiones a nivel global. La extracción de minerales metálicos que contienen sulfuras y del carbón, han generado agua ácida de mina, que contamina el agua subterránea y superficial; produciendo impactos ambientales negativos sobre la fauna y la flora de los ecosistemas acuáticos y terrestres y, aún sobre la especie humana. Además, genera un impacto socio¬económico a los habitantes del entorno. En el presente trabajo se desarrollaron los fundamentos teóricos del drenaje ácido de mina y del proceso de neutralización; se hizo un muestreo representativo del agua de mina y del río Mongui, de las diferentes unidades litológicas de rocas y de mantos de carbón; se realizaron análisis y pruebas necesarias para plantear el modelo de predicción y selección del método de tratamiento del agua de mina; diseño y calculo de costos de la planta de neutralización; además, se efectuaron visitas oculares y encuestas para detectar en parte el impacto ambiental generado por el agua ácida. Finalmente, se hace un análisis e interpretación de la información obtenida. Los objetivos de la investigación son: Identificación de los factores que influyen en la generación del drenaje ácido en la minería del carbón, formulación de un modelo de predicción para la prevención y control del impacto ambiental generado por el agua ácida. Para esta región no existen estudios sobre el proceso de generación de agua acida en la minería del carbón ni la determinación de los efectos ambientales sobre el suelo y red hídrica. Por esta razón, el modelo de predicción planteado y el método de neutralización desarrollado no solamente sirve para solucionar el problema a nivel local, también se puede extrapolar a otras regiones carboníferas del país con miras n la prevención y mitigación del impacto ambiental generado por el drenaje ácido de mina. Sin embargo para aplicar el modelo de predicción a nivel regional es necesario aumentar el número de muestras, análisis y pruebas del carbón y rocas de la región. La solución planteada está en manos de algún ente del estado. Los propietarios de la mina no poseen los recursos financieros para la ejecución del proyecto, por ser minería de subsistencia.

Tesis presentada para optar al grado de Magíster en Química área de Especialización en Químico Minero Metalúrgico y Memoria para optar al Título de Químico
En esta Tesis de Magíster se estudió la síntesis y caracterización de nuevos adsorbentes de bajo costo correspondientes a silicatos de calcio nano-estructurados modificados con hierro (FeNanoCSH) y aluminio (AlNanoCSH), en los cuales se reemplaza una fracción del calcio contenido por átomos de Fe y Al. Estos adsorbentes fueron aplicados en soluciones acuosas ácidas para remover algunos contaminantes inorgánicos propios de las aguas de mina. La síntesis del adsorbente modificado con Fe(III) se logró mediante la reacción química de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, una solución acuosa de silicato de sodio (Na2SiO3) y la fuente de hierro, FeCl3 o Fe(OH)3. La modificación con aluminio siguió un procedimiento similar empleando como fuente de Al(III), policloruro de aluminio (PAC) o aluminato de sodio (NaAlO2). Las síntesis fueron rápidas, eficientes y reproducibles. Sin embargo se observó un límite en el reemplazo de átomos de Ca, al aumentar el riesgo de pérdida de la nano-estructura del sólido. Los adsorbentes fueron caracterizados empleando diversas metodologías. Resultaron ser amorfos con tendencia a la aglomeración de partículas que incluyen micro, meso y macroporos, presentan un gran área superficial, conformando una estructura en la cual se disponen un gran número de sitios activos disponibles para la adsorción. Se evidenció mediante FTIR y DSC la presencia de moléculas de agua libres en su estructura y la presencia de enlaces OH- propios de los grupos silanoles y la presencia de los enlaces O-Si-O y Al-O. Los análisis químicos reflejaron contenidos de Ca entre un 22% y un 26%, una presencia de hierro variable entre 2,6% y 6,2% y contenidos de silicio variables entre 19% y 22%. Los adsorbentes presentaron una adecuada estabilidad química al contactarlos con soluciones acuosas ácidas. El adsorbente modificado con Fe, particularmente aquel preparado con FeCl3, presentó un excelente comportamiento para remover As(V), independiente de la acidez de la solución acuosa tratada, generándose silicatos de calcio y hierro muy insolubles y estables, al actuar el adsorbente como un buffer que mantiene la solución en medio fuertemente alcalino. Se observó también una excelente co-adsorción de los iones metálicos Cu(II), Zn(II) y Cd(II), en base a la formación de los hidróxidos respectivos con los OH- de los grupos polisilanoles e hidróxidos de los nano-silicatos, los cuales se formarían sobre la superficie de las partículas de los silicatos o bien como partículas discretas en la propia solución. El adsorbente modificado con Al presentó también una eficiente capacidad de remover iones sulfatos, mediante la formación de etringita, Ca6[Al(OH)6]2(SO4)3.26H2O, una sal doble básica muy insoluble, de alto peso molecular, que precipita en medio alcalino generando un sólido granular y muy estable. También se observó con estos adsorbentes modificados con Al(III) una excelente co-adsorción de los iones metálicos anteriormente señalados. El adsorbente modificado con PAC resultó ser mejor adsorbente que el preparado al modificarlo con NaAlO2. Se midieron capacidad de carga variable entre 80 y 140 mg SO4-2/g de silicato, las cuales permiten generar refinos que cumplen con la norma de descarga a cuerpos de aguas superficiales. Se realizaron pruebas de equilibrio y de cinética de adsorción para As(V) y iones SO42- empleando los adsorbentes modificados con Fe y Al, respectivamente. Los resultados experimentales de equilibrio de adsorción de As(V) y de iones sulfato con el adsorbente modificado con PAC ajustaron bien al modelo de la isoterma de Redlich-Peterson, obteniéndose una buena correlación entre los valores de capacidad de carga de los contaminantes “q” calculados por el modelo y los observados experimentalmente. Sin embargo, para los experimentos de equilibrio de adsorción de iones sulfatos con el adsorbente modificado con NaAlO2, fue el modelo de Langmuir el que mejor ajustó los datos experimentales. La cinética de adsorción de As(V) con los adsorbentes modificados con Fe(III) y la de iones sulfatos con el adsorbente modificado con policloruro de aluminio en todos los casos es muy rápida y siguen un modelo teórico de pseudo-segundo-orden, dependiente de los sitios disponibles para la adsorción
In this Thesis is studied the synthesis and characterization of new low-cost adsorbents consisting in nano-structured calcium silicates modified with Fe (FeNanoCSH) and Al (AlNanoCSH), in which a fraction of the calcium content are replaced by Fe or Al atoms. These adsorbents were applied in acid aqueous solutions in order to remove some inorganic contaminants normally found in mine waters. The synthesis of the Fe-modified adsorbent was conducted by means of the chemical reaction between calcium hydroxide (Ca(OH)2) , an aqueous solution of sodium silicate (Na2SiO3) and as Fe-source, FeCl3 o Fe(OH)3. The modification with Al(III) was carried out using a similar procedure but employing aluminium polychloride (PAC) or sodium aluminate (NaAlO2). The synthesis were fast, efficient and reproducibles, however, it was observed a maximum extent for replacing Ca atoms by Fe and Al, since over that limit, a risk of loss of the nano-structure of the solid can occur. The adsorbents were characterized using diverse methodologies. They are amorphous showing tendency to agglomeration of particles that include micro, meso and macroporous, having a high surface area, generating a structure full of available active adsorption sites. FTIR and DSC analysis confirmed the presence of free-water molecules in its structure as well as the existence of OH- groups associated to the polysilanol groups of the silicate. O-Si-O and Al-O bond signals were also observed. The chemical analysis indicated for the adsorbents, calcium contents between 22% and 26%, iron contents variable between 2,6 % and 6,2 % and silicon levels variable around 19 % and 22 %. The adsorbents showed a suitable chemical stability towards acid aqueous solutions. The Fe-modified adsorbent, especially that prepared using FeCl3, showed an excellent behavior for removing As(V), adsorption that was independent of the acidity of the aqueous solution, being produced very insoluble and stable calcium and iron arsenate precipitates, acting the adsorbent as buffer keeping a strong alkaline medium. It was also observed a great co-adsorption of the metallic ions Cu(II), Zn(II) and Cd(II), in a mechanism based on the formation of hydroxides with the OH- ions of polysilanols groups of the nanostructured silicates, which would be formed on the surface of the silicate particles or as discrete hydroxides species in the aqueos solution. The Al-modified adsorbent also showed and effucient capability to remove sulphate ions by means of the formation of etringite Ca6[Al(OH)6]2(SO4)3.26H2O, a double basic salt very insoluble of high molecular weight, that tends to precipitat in alkaline medium generating a granular and very stable solid. It was also observed with this type of adsorbent, a very high co-adsorption of the above indicated metallic ions. However, the adsorbent modified with PAC was better than that modified with NaAlO2. It were measured sulphate loading capacities around 80 and 140 mg SO4-2/g of silicate, what allows producing raffinates that accomplish with the environmental discharge norms to supperficial water bodies. Several tests of As(V) and SO42- adsorption equilibrium and kinetics were conducted using the silicated adsorbent modified with Fe and Al, respectively. The experimental results of As(V) and sulphates ions adsorption equilibrium were well explained by using the Redlich-Peterson isotherm model, be obtained a good correlation of the adsorption loading capacities “q” values experimentally observed and those calculated by the equilibrium model. However, the experimental results of the adsorption equilibrium of sulphate ions using the adsorbent modified with NaAlO2, were well fitted using the Langmuir isotherm model. The adsorption kinetics of As(V) with the adsorbent modified with Fe and the adsorption kinetics of the sulphate ions with the adsorbent modified with PAC were very fast in all cases, whose experimental results were explained through a theoretical pseudo-second-order-kinetic model, which is highly dependent of the available adsorption sites
Fondecyt
31/12/2019

Muitos locais de mineração de carvão estão próximos a centros urbanos, coexistindo, nestas regiões, a drenagem ácida de minas (DAM) e os esgotos domésticos, sendo que, ambos os efluentes afetam a qualidade da água dos corpos receptores se ali lançados sem o devido tratamento. A drenagem ácida de minas afeta a qualidade da água baixando o pH, aumentando a acidez e acrescendo quantidades indesejáveis de ferro, manganês, alumínio, sulfatos e outros metais enquanto que o esgoto doméstico caracteriza-se pela presença de alcalinidade, matéria orgânica e microrganismos potencialmente patogênicos. Estudos anteriores demonstraram que a DAM pode ser utilizada como agente coagulante no tratamento físico-químico dos esgotos e, baseado nisto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o tratamento combinado da DAM com o esgoto doméstico de modo que também ocorra a redução dos metais e acidez presentes na DAM. O processo baseia-se no fato de que a alcalinidade do esgoto pode, pelo menos em parte, neutralizar a acidez da DAM, proporcionando uma economia no consumo de reagentes para a correção do pH. Com a elevação do pH, o ferro e o alumínio presentes na DAM sofrem hidrólise e coagulam na forma de hidróxidos dos referidos metais, separando-se da fase líquida na forma de um precipitado gelatinoso que carrea consigo os sólidos suspensos presentes no esgoto constituídos, principalmente, de matéria orgânica e microrganismos patogênicos, fósforo e nitrogênio. Assim, a metodologia do presente trabalho consistiu em realizar o tratamento em laboratório de ambos os efluentes considerando diferentes proporções de mistura. Nas condições empregadas no presente trabalho, obteve-se um efeito coagulante ótimo, em pH próximo a 7,0, para a proporção DAM:esgoto de 1:2, correspondendo a concentrações de Fe e Al acima de 80 mg/L na mistura. Para estas condições a redução de carga orgânica, nutrientes, metais e microrganismos foi elevada. A remoção de carga orgânica em termos de DQO foi 67%, a redução de nitrogênio foi de 40%, a redução de fósforo foi de 90% e a remoção de bactérias do grupo coliforme comparável aos processos convencionais de tratamento de esgoto sanitário. Dos metais presentes na DAM, o Fe e Al sofreram reduções de 99% e o Zn de 95%. O Mn, reduziu apenas 13 % na faixa de pH 7,0 utilizada no trabalho, sendo necessário tratamento adicional para atingir os limites de emissão previstos em legislação.A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que a mistura dos fluxos é uma alternativa para o tratamento combinado dos efluentes DAM e esgoto doméstico, onde coexistam em proporções e características físico-químicas definidas neste trabalho.
Many coal mining places are close to inhabited concentrations, where there are the acid mine drainage (AMD) and domestic sewage and both effluent affect the quality of water bodies if released without proper treatment. The AMD affects water´s quality decreasing pH, increasing acidity and the concentration of undesirable metals such as iron, manganese, aluminum, sulphates and other metals while the domestic sewage is characterized by the presence of alkalinity, organic matter and microorganisms, with possible presence of pathogenic. Previous studies have shown that the AMD can be used as an coagulant agent on physico-chemical treatment of sewage and, based on this, the aim of this work was to study the combined treatment of AMD and domestic sewage so that also occur metals and acidity reduction present in the AMD. The process is based on the fact that the sewage´s alkalinity could neutralize part of the AMD acidity, providing an economy in reagents for pH correction. At the same time, the pH increasing provides that the iron and aluminium present in the AMD, became hydrolyzed in the form of hydroxides of these metals, and provide a coagulation effect separating themselves from the liquid phase like as gelatinous precipitate which carry on suspended solids present in domestic sewage constituted mainly of pathogenic micro-organisms and organic matter, nitrogen and phosphorus. Thus, the methodology of the present work consisted of laboratory experiments considering different proportions of mixtures. Over the conditions employed in this work, the best coagulant effect was obtained with pH value around 7,0 and effluent proportion of 1:2 (DAM:sewage) corresponding to concentrations of Fe and Al above 80 mg/L in the mixture. For these conditions the organic load reduction, nutrients, metals and microorganisms was high. Removal of organic load in terms of COD was 67%, the reduction of nitrogen was 40%, phosphorus was 90% and the removal of bacteria of coliform bacteria group comparable to conventional processes for the treatment of sewage. The metals present in the AMD also was removed; the Fe and Al cut of 99% each and the Zn cut of 95%. The Mn, reduced only 13% in the range of pH 7.0 used at work, and additional treatment is needed to achieve the emission limits laid down in legislation for this metal. It was concluded that the combined treatment of AMD and sewage can be an alternative to reduce the pollutants load in sanitary effluents. From the results obtained, it can be concluded that the mixture flows is an alternative to the combined treatment of domestic sewage and DAM effluents, where they could coexist in the proportions and physico-chemical properties defined in this work.

O presente trabalho aborda o problema relacionado a gestão para controle de drenagem ácida gerada em uma mineração de carvão, assim como as principais ações ambientais tomadas para o controle deste efluente no âmbito da unidade mineira pertencente a Carbonífera Criciúma S.A., identificada como UM II – Verdinho. Conduziram-se estudos de caracterização dos rejeitos da mineração e da qualidade da água gerada nas diferentes localidades do empreendimento, tendo sido desenvolvido um sistema capaz de tratar tanto as águas drenadas de subsolo quanto as águas captadas na superfície ou aquelas geradas pela lixívia verificada nos depósitos de rejeitos sulfetados. Ensaios para determinação dos potenciais de neutralização e de acidificação demonstram que os rejeitos do beneficiamento do carvão nda UM II – Verdinho, apresentam alto poder de acidificação. Neste contexto, é avaliada a flexibilidade operacional do sistema implantado para tratamento da drenagem ácida em termos de concentração da acidez tratada, bem como do tipo de reagente a ser empregado, enfocando neste caso o emprego de reagentes alternativos provenientes do descarte de diferentes industrias como agente neutralizante da drenagem ácida de mina. Por fim, avaliou-se o desempenho e custos do sistema de tratamento de efluentes. As principais águas ácidas identificadas no complexo mineiro foram os efluentes de galerias inativas e a drenagem dos depósitos de rejeitos. As ações empregadas na mitigação do impacto ambiental consistiram na redução do número de vazios nas pilhas de rejeitos, implementação de procedimentos de impermeabilização do topo e taludes laterais das pilhas de rejeitos com argila e cobertura vegetal e manutenção dos fluxos de água do complexo em circuitos fechado, com descarte somente após o tratamento do efluente. O tratamento do efluente foi eficientemente realizado com dois resíduos alcalinos, a cal extinta, gerada a partir da produção de acetileno, e a soda aluminizada, provenientes da produção de peças de alumínio. O processo de tratamento de efluentes pela adição dos agentes alcalinizantes na entrada da usina de beneficiamento apresenta como vantagens o uso das operações de bombeamento para promover a homogeneização do reagente, o aproveitamento das bacias de decantação de finos de minério para a remoção do lodo e melhoria das taxas de sedimentação dos finos pela presença dos hidróxidos de ferro e alumínio. O tratamento do efluente permite a neutralização do pH, redução da acidez e remoção de grande parte dos metais pesados, atingindo todos os padrões de lançamento exigidos pela legislação. A relação entre a produção de carvão e o volume de efluentes líquidos tratados e a produção de carvão foi de 2,5 m3 de efluente por tonelada de minério ROM, o que representou em 2005 um custo total equivalente a R$ 1,07/ton bruta, ou, R$ 0,44/m3 de efluente tratado.
The aim of this work was to control de environmental problems of the Coal Mine named UM II – Verdinho, of Carbonífera Criciúma, located in Santa Catarina, Brazil. It was carried out studies of tailings and waters characterization in different parts of the mine. It was developed a managing plan to treat the effluents, where alkaline industrial wastes were applied in the control of the acid mine drainage. After, the efficiency and costs of the wastewater treatment system were estimates. The results show that the coal tails on UM II – Verdinho are huge generator of acidity. The main acidic waters identified were the drainage collected from inactive galleries and tailing piles. The actions applied to the environmental impact mitigation consisted of reduction of the porosity in tailing deposits, clay impermeabilization of tailing deposits and the maintenance of the water flows in close circuited in the mine, with discharge conditioned to the effluent treatment. The treatment of acid mine drainage was efficiently conducted with two alkaline wastes, “extinct lime” provided by acetylene production and “sodium hydroxide” from aluminum production. The effluent treatment process by alkaline reagents in the inflow o the coal preparation plant presents the following advantages: the use o the same pumping system for coal preparation and effluent treatment, the use of the same ponds to promote solid-liquid separation and improvement of the settling rates of particles. This effluent treatment system allows pH neutralization, acidity reduction and metals removal, reaching the emission standards. The relationship among coal production and the volume of treated effluent was calculated to be 2.5 m3 of effluent by metric tones of ROM, witch represents on the year of 2005 the equivalent of R$ 1,07 / t ROM. The cost of the treated effluent process is of about R$ 0,44 / m3.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1941930 bytes, checksum: 80e8b8ebe4fad32ac1f784e76da7f29c (MD5) Previous issue date: 2006-02-01
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Acid drainage arises from oxidation of sulfide minerals. Currently it can be foreseen the effects of the acid drainage from analytical techniques, but, it should be taken into account the limitations at such techniques and so studying sustable alternatives to specific conditions. This way, the present work aimed to test kinetic methods for sulfide oxidation in different geomateriais in order to obtain a predictive technique to overcome the limitations of the conventional techniques. Three experiments were performed: Experiment 1 - Leaching columns with and without of bacterium Acidithiobacillus ferrooxidans; Experiment 2 - Successive extractions by a chemical oxidizer (different doses of H2O2) and Experiment 3 - Successive extractions by a biological oxidizer (Acidithiobacillus ferrooxidans). This way, it was possible to evaluate the efficiency of the bacterial oxidation on the sulfides. Results showed a clear increase on the oxidation rate of the sulfides due to bacteria in general, the size and the form of the pyrite influenced oxidation rate. With relationship obtaining of a predictive method of the acid mine drainage, it is ended that is possible to foresee the generation of acid drainage starting from the relationship among the results obtained in the experiment developed in the present work. It was observed that the method of the successive extractions with chemical oxidation is more suitable, due to the transport easiness and speed in obtaining the results, being compared with the method of biological oxidation.
A drenagem ácida é causada a partir da oxidação de minerais sulfetados. Atualmente pode-se prever os efeitos da drenagem ácida a partir de técnicas analíticas, mas, deve-se levar em consideração as limitações que cada técnica apresenta e a partir daí estudar. Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo testar métodos cinéticos de oxidação de sulfetos em diferentes geomateriais tendo em vista a obtenção de uma técnica preditiva capaz de superar as limitações encontradas nas técnicas convencionais. Foram desenvolvidos três experimentos: Experimento 1 Colunas de lixiviação com e sem a inoculação da bactéria acidófila Acidithiobacillus ferrooxidans; Experimento 2 Extrações sucessivas utilizando um oxidante químico (diferentes doses de H2O2) e Experimento 3 - Extrações sucessivas utilizando um oxidante biológico (Acidithiobacillus ferrooxidans). Com isso também foi possível avaliar a eficiência da oxidação bacteriana sobre os sulfetos. Os resultados obtidos, revelaram um aumento marcante na taxa de oxidação dos sulfetos devido a presença bacteriana, sendo que o tamanho e a forma dos cristais de pirita influenciaram nas taxas de oxidação em todos os experimentos. Com relação obtenção de um método preditivo da drenagem ácida, conclui-se que é possível prever a geração de drenagem ácida a partir da relação entre os resultados obtidos nos experimento desenvolvidos no presente trabalho. Observou-se que o método das extrações sucessivas com oxidação química é mais indicado, devido à facilidade de condução e rapidez em se obter os resultados, comparando-se com o método de oxidação biológica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal, Florianópolis, 2014.
Made available in DSpace on 2015-02-05T20:41:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327326.pdf: 1450678 bytes, checksum: 9c7b752b221e24860c82152c70b2eba6 (MD5) Previous issue date: 2014
A poluição da água causada pela drenagem ácida de mina (DAM) é, provavelmente, o impacto mais significativo na região sul do estado de Santa Catarina. A DAM é caracterizada pela alta acidez, alta concentração de metais pesados e deposição de óxidos metálicos. Nestas condições, a diversidade biológica é restrita e dominada por organismos acidófilos e ácido tolerantes. Apesar das condições físicas e químicas serem extremas, algumas algas crescem bem, podendo formar grandes biomassas nestes locais. Este trabalho teve como objetivo conhecer a composição da ficoflora e aspectos fisiológicos de Chlamydomonas sp. que ocorrem em duas DAM no município de Siderópolis/SC. A determinação taxonômica da ficoflora foi realizada através da observação das amostras em microscópio óptico e com auxílio de bibliográfica especializada. Para os estudos fisiológicos de Chlamydomonas sp., a cepa foi isolada e cultivadas em Meio Ácido para Euglenas (MAE). Foi determinada as taxas de crescimento da cepa em diferentes valores de pH, temperatura e concentrações de zinco. Foram identificados 22 táxons distribuídos em 13 gêneros. Euglena mutabilis e Euglena sp. foram dominantes e exclusivas do ponto DA-01, formando um biofilme sobre o substrato e Klebsormidium sp. e Mougeotia sp. foram dominantes e exclusivas do ponto amostral DA-02, formando densos tufos de filamentos. Com relação aos aspectos fisiológicos de Chlamydomonas sp., foi verificado que a cepa é capaz de crescer em valores de pH que vão do 2 ao 8 com crescimento ótimo em pH 3,6 caracterizando-a como uma espécies acidofílica; seu crescimento ótimo foi em 22ºC e apresentou alta tolerância ao zinco. As taxas de crescimento da cepa foram semelhantes em diferentes concentrações de zinco e diferentes valores de pH, evidenciando uma adaptação ao ambiente de ocorrência da espécie que apresenta altas concentrações de metais.

Abstract : Water pollution caused by acidic mine drainage (AMD) is probably the most significant impact in the southern region of the state of Santa Catarina - Brazil. The AMD is characterized by high acidity, high concentration of heavy metals and deposition of metal oxides. In these conditions, biological diversity is restricted and dominated by acidophilic species. Although the physical and chemical conditions are extreme, some algae grow well and can form large biomasses in these environments. This study aimed to know the composition of the microalgal assemblages and to determine physiological aspects of Chlamydomonas sp. occurring in two AMD sites at the municipality of Siderópolis/SC. The taxonomic determination of microalgae was performed by qualitative analysis under an optical microscope using proper specialized literature. For the physiological studies a strain of Chlamydomonas sp. was isolated and cultured in Euglena Acidic Media (EAM), and growth rates of the strain under different pH, temperature and concentrations of zinc was determined. Taxonomic analysis showed 22 microalgal taxa distributed in 13 genera. Euglena mutabilis and Euglena sp. were dominant in one station (DA-01), forming a biofilm on the substrate and Klebsormidium sp. and Mougeotia sp. were in the other station (DA-02), forming dense tufts of filaments. Regarding the physiological aspects of Chlamydomonas sp., it was found that the strain is able to grow at pH values ranging from 2-8 with optimum growth at pH 3.6 characterizing it as an acidophilic species; its optimum growth was at 22°C and showed high tolerance to zinc. The growth rates of the strain were similar at different zinc concentrations and different pH values, indicating an adaptation to the extreme environment.

Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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A extração de minerais como ouro, carvão, níquel, urânio, cobre, assim como execução de obras civis de grande porte, pode provocar sérios danos ambientais, caso ocorra a exposição de minerais sulfetados à atmosfera. Esses materiais na presença de oxigênio reagem e se inicia a Drenagem Ácida de Rocha (DAR). Se devidamente prevista e planejada, a DAR pode ser prevenida e controlada por métodos de tratamento passivos. O método passivo proposto nesse trabalho é uma Cobertura Seca com caráter reativo e com função de bloquear o fluxo de oxigênio. O caráter reativo do sistema foi obtido utilizando Escória de Aciaria que é um resíduo da indústria Siderúrgica. Esse material libera, por um longo período de tempo, um lixiviado que contém altas taxas de alcalinidade e alta concentração de cálcio. Os ensaios de caracterização geoquímica realizados nesse trabalho foram: Difração de Raio-X, Composição química pela Digestão Total, Ensaio de Adsorção do Azul de Metileno e determinação do pH, ΔpH e Condutividade Elétrica. Diferentes proporções de escória de aciaria e material sulfetado foram testadas em um ensaio de lixiviação no qual estudou-se a melhor concentração de Escória de Aciaria na neutralização da DAR. Além disso, os ensaios de caracterização geotécnica foram: Granulometria, Limites de Atterberg e Peso Específico dos Grãos. Outros ensaios mais complexos foram realizados para o estudo do fluxo em meio não-saturado que são: Adensamento, Permeabilidade Saturada e Ensaio de Sucção pelo método do Papel-Filtro. Finalmente, o fluxo em meio não-saturado foi analisado numericamente com auxílio computacional do software Vadose/w. Essa análise permitiu definir a disposição das camadas, avaliar a eficiência relacionada ao bloqueio dos fluxos e dimensionar suas espessuras. A solução encontrada é uma barreira ao ingresso de oxigênio que, ao mesmo tempo, permite o fluxo de água da chuva para tratamento do rejeito sulfetado. ________________________________________________________________________________
ABSTRACT : The extraction of gold, coal, nickel, uranium, copper and large constructions may cause serious environmental damage, in case of exposure of sulfide minerals to the atmosphere. These materials react in the presence of oxygen and produce Acid Rock Drainage (ARD). If properly planned and scheduled, the ARD can be prevented and controlled by methods such as passive treatments. The passive method proposed in this paper is a Reactive Dry Cover that has still the function of blocking the oxygen flow. The reactive nature of the system was achieved using steel slag that is a waste of the Steel Industry. This material releases for a long period a leachate that contains high levels of alkalinity and high calcium concentration. The geochemical characterization tests were X-ray diffraction, Chemical Composition by Total Digestion, Absorption Test of Methylene Blue and determination of pH, ΔpH and Electrical Conductivity. Different proportions of steel slag and sulfide material were studied in a leaching test to search the optimal concentration of steel slag that neutralizes the ARD. In addition, the geotechnical characterization tests were Particle Size, Atterberg Limits and Specific Gravity of Grains. Other more complex tests were conducted to study the flow in the vadose-zone as follow: Soil Consolidation, Saturated Permeability and Suction Test by the method of Filter Paper. Finally, the non-saturated flow was numerically analyzed with the computer aid of the software Vadose / w. This analysis allowed how to define the arrangement of layers, to evaluate their flow blocking efficiency and calculate their thicknesses. The solution founded is an oxygen barrier that, at the same time, allows the flow of rain water to treat the sulfide waste.

Proveniente das atividades de mineração, a drenagem ácida de minas (DAM) é uma solução aquosa caracterizada por valores de pH menores que 3 e diversidade de metais dissolvidos com concentrações que variam de 100 a 300mg.L-1, representa riscos ambientais, em especial, impactos hídricos, em conseqüência da solubilização e mobilização de metais pesados. A pesquisa por novos processos de tratamento de efluentes contaminados com metais tem focado sua atenção na capacidade que certos materiais biológicos têm de fixar íons metálicos. A biossorção é um processo vantajoso quando comparado aos tratamentos convencionais porque não requer custos de investimento e operação, é um processo rápido e pode ser seletivo, além disso, o metal pode ser recuperado e o biossorvente reutilizado. Rhodococcus opacus é uma bactéria, gram-positiva, não patogênica, de fácil aquisição que apresenta em sua parede celular compostos que lhe conferem hidrofobicidade, características que tornam esta espécie microbiana um potencial agente de sorção. O objetivo deste trabalho é avaliar a capacidade do Rhodococcus opacus como biossorvente destinado ao tratamento da drenagem ácida de minas proveniente da mineração de carvão. As características da superfície do microrganismo e os possíveis mecanismos de interação envolvidos na sorção dos metais pelo Rhodococcus opacus foram avaliados através da medida de potencial zeta, análise de espectroscopia de infravermelho e análise de imagens obtidas no icroscópio eletrônico de varredura (MEV). A porcentagem de metais presentes na composição das células de Rhodococcus opacus foi obtida através do ensaio de erda ao fogo e é de aproximadamente 1,8%. O equilíbrio do processo biossortivo em sistema multimetálico foi atingido em cerca de 1minuto, captando 48,2mg.g-¹ o que correspondo a aproximadamente 11,7% de remoção. O PIE da Rhodococcus opacus ocorreu em pH próximo a 2,6.
Originating from mining and mineral industry activities, the acid mine drainage (AMD) is an aqueous solution with pH lower than 3 and diversity of dissolved metals, with concentrations about 100 to 300mg.L-1, leads to serious environmental problems, specially on acquatic ecosystems, due to the solubilization of heavy metals. The search for new technologies on the treatment of effluents contaminated with metals is focused on some biological materials capacity of binding metallic ions. Treatment by biosorption is worthwhile when compared with conventional processes because it does not require high investiments, it is faster, metals can be recovered and biosorbent can be regenerated. Rhodococcus opacus is a gram-positive, nonpathogenic bacteria, that is easily obtained. Its hydrophobicity is due to compounds present in its surface. Such characteristics turn these microorganisms into a potential sorption agent. This paper aims to evaluate the Rhodococcus opacus capacity as a biosorbent in AMD treatment by batch experiments. The characteristics of the microorganism surface and the involved interaction mechanisms in the heavy metals sorption by Rhodococcus opacus, was evaluated based in the potential zeta measurements, infrared spectroscopy and electron microscopy scanning analysis. The metals percentage present in the composition of Rhodococcus opacus cells was obtained by loss on ignation technique, and was approximately 1.8%. The equilibrium of biosorptive process in the multi-metallic system was achieved at about 1 minute, uptake 48.2mg.g-1 corresponding to approximately 11.7% of removal. The Rhodococcus opacus IEP occurred at pH around 2.6.

A drenagem ácida de minas (DAM) é um importante problema ambiental na mineração de carvão. O tratamento convencional da DAM envolve a adição de reagentes alcalinos para aumentar o pH e precipitar os metais dissolvidos como hidróxidos. Embora o tratamento ativo seja eficiente, apresenta as desvantagens de um alto custo operacional e problemas relacionados com a disposição do lodo gerado. Uma possível maneira de minimizar esses problemas é com o tratamento da DAM de forma a recuperar os elementos metálicos na forma de produtos com valor agregado. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar o processo de precipitação seletiva para recuperar o ferro e/ou ferro + alumínio para a produção de coagulantes e pigmentos. A DAM foi coletada em canal próximo a um depósito de rejeitos de carvão no estado de Santa Catarina e caracterizada com relação a pH, vazão, sólidos totais, acidez, sulfatos e metais (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Ca, Ni, Cd, Pb e Cr). O ferro foi recuperado da DAM por precipitação seletiva em pH 3,6 ± 0,1 e ferro + alumínio em pH 5,1 ± 0,1. O precipitado obtido em pH 3,6 ± 0,1 foi utilizado para a produção do coagulante sulfato férrico e dos pigmentos amarelo (goetita), vermelho (hematita) e preto (magnetita). O precipitado obtido em pH 5,1 ± 0,1 foi utilizado para a produção do coagulante sulfato férrico-aluminoso. Ambos os coagulantes foram obtidos e caracterizados em termos de sua composição química e mostraram-se eficientes no tratamento de água para abastecimento público quanto aos parâmetros pH, S.S, turbidez, cor, condutividade, dureza, sulfatos e metais (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Zn). Os pigmentos produzidos foram caracterizados em função de suas propriedades granulométricas, termogravimétricas, químicas e colorimétricas, podendo ser aplicados na produção de tintas e concretos cromados. Pode-se concluir que pelo processo de precipitação seletiva é possível reduzir em mais de 80% o volume de lodo produzido nas atuais estações de tratamento de efluentes, obtendo-se materiais com valor econômico. A produção de reagentes e materiais com valor agregado a partir da DAM é tecnologicamente viável, podendo até tornar o tratamento de efluentes da mineração superavitário. O processo reduz o desperdício de materiais, minimiza o impacto ambiental e pode se tornar uma fonte de recursos alternativa dentro da cadeia de produção de carvão mineral no Brasil.
Acid mine drainage (AMD) is an important water pollution problem in coal production. The active treatment of AMD involves the addition of alkaline reagents to increase the pH and precipitate the dissolved metals as hydroxides. Although active treatment can provide effective remediation, it has the disadvantages of high operational costs and problems related to the disposal of the bulky sludge that is produced. One potential way to extend the use of natural resources is to recover potentially valuable products, such as some of the precipitated metals from the AMD. The aim of this work was to study the process of selective precipitation for the recovery or iron and/or iron + aluminum for the production of chemical coagulants and iron pigments. The AMD was collected from a drainage channel near a tailing deposit in Santa Catarina State (Brazil) and characterized. Iron was recovered from the AMD by a selective precipitation at pH 3.6 ± 0.1 and iron + aluminum at pH 5.1 ± 0.1. The precipitate obtained at pH 3.6 ± 0.1 was used for the production of the coagulant ferric sulfate and the pigments yellow (goethite), red (hematite) and black (magnetite). The precipitate obtained at pH 5.1 ± 0.1 was used for the production of an aluminum-iron sulfate coagulant. Both coagulants was characterized in terms of their chemical composition and showed to be efficient for water treatment. The pigments were characterized in terms of their particle size, thermal behavior, chemical composition and colorimetric properties. The pigments produces were successfully applied for the production of paints and colored concretes. It was possible to conclude that the process of selective precipitation reduced in about 80% the volume of sludge in AMD treatment plants, allowing producing valuable materials. The technology is feasible and can be economically profitable. The process reduces the material loss, minimizes environmental impacts, and should be considered as an economical activity by the Brazilian coal industry.

Efluentes contaminados por lixiviados de resíduos sólidos urbanos (LRSU), proveniente de aterros sanitários, ou a drenagem ácida de minas (DAM), originados pela oxidação da pirita em rejeitos de carvão, são problemas atuais em termos de impacto ambiental, especialmente na região do Município de Butiá, no Estado do Rio Grande do Sul. O tratamento destes efluentes, via de regra, é bastante oneroso, mas necessário, uma vez que a liberação in natura destas fontes poluidoras pode ser responsável pela degradação severa do ambiente. Em geral, metodologias convencionais de tratamento (como a precipitação/sedimentação, no caso da DAM, e processos biológicos, no caso do LRSU) mostram-se economicamente custosas ou tecnicamente deficientes. Frente a este desafio, esta pesquisa baseou-se na avaliação do tratamento conjunto de DAM e LRSU, via homogeneização, a fim de diminuir custos tradicionais decorrentes. O processo consiste no aproveitamento da alcalinidade do LRSU para neutralizar a acidez da DAM. Ao mesmo tempo, o ferro e o alumínio presentes na DAM permitem a coagulação dos sólidos suspensos, removendo uma significativa carga de poluentes. Resultados obtidos em laboratório no tratamento inicial destes efluentes permitiram uma significativa redução de carga orgânica, nutrientes, metais pesados e bactérias do grupo coliforme. O efluente final apresentou redução na carga lançada de 100% para sólidos suspensos, 36% para DBO, 56% para DQO, 11% para N, 72% para Fe, 73% para Al e 9% para Mn, atenuando suas características iniciais em consonância a alguns padrões de emissão de efluentes líquidos estabelecidos para o Estado do Rio Grande do Sul (Resolução número 128/2006 do CONSEMA).
Municipal landfills wastewaters (MLW) and acid mine drainages (AMD) from coal mines are environmental issues faced, in special case at the city of Butia, in Rio Grande do Sul State. The treatment of such effluents is necessary to avoid undesirable environmental degradation. The conventional treatment techniques (e.g. chemical neutralization for DAM and biological processes for municipal landfills wastewaters) are costly and sometimes inefficient. This work considered a new alternative based in the combined treatment of MLW and AMD. The alkalinity of MLW can neutralize the acidity of the AMD while the iron and aluminum present in the AMD allow the coagulations of the suspended solids of the MLW, reducing considerably the amount of pollutants. The initial results obtained at laboratory scale allowed the reduction of organic load, nutrients, heavy metals and bacteria. The final effluent showed reduction at the charge reaching 100% to solids in suspension, 36% to BOD, 56% to COD, 11% to N, 72% to Fe, 73% to Al e 9% to Mn, without addiction of coagulations polymers, and improving its characteristics considering the emission standards established in the Rio Grande do Sul State, Brazil (Resolution number 128/2006 from CONSEMA).

A drenagem acida de minas (DAM) gerada durante a mineração do carvão decorre em dano ambiental significativo nos ecossistemas associados à mesma. Atualmente, para resolver esta situação, sistemas ativos de tratamento, valendo-se de processos de neutralização/precipitação/sedimentação, têm sido implementados. Esses sistemas proporcionam bons resultados no tratamento da água, principalmente na correção do pH e na remoção de ferro e alumínio. No entanto, por vezes são parcialmente eficientes na remoção de manganês e sulfato. Métodos passivos de tratamento têm sido empregados como alternativa aos ativos. Destes destacam-se os banhados construídos (ou "constructed wetlands") os quais podem operar isoladamente ou associados a sistemas ativos e/ou demais sistemas passivos. Os banhados construídos, mediante mecanismos físicos e químicos controlados por meio de critérios construtivos, têm sido capazes de remover ferro, alumínio e o íon sulfato e mesmo manganês ou outros metais. Tendo-se que a DAM é um grave problema ambiental que afeta a região carbonífera do sul de Santa Catarina objetivou-se, através do presente estudo, verificar o potencial de tratamento da DAM por meio de banhados construídos enquanto etapa complementar ao processo ativo de tratamento instalado na Mina Verdinho de propriedade da empresa Carbonífera Criciúma SA. Avaliou-se o desempenho de lagoa de polimento (tratamento secundário) instalada após o tratamento ativo. Em escala piloto, observou-se o efeito do sistema construtivo (aeróbico ou anaeróbico seguido de aeróbico - misto) e do tempo de detenção (1, 10 e 20 dias) sobre parâmetros de qualidade do efluente durante o período inicial (start up) do sistema para analise da viabilidade da implantação de banhados construídos. Os parâmetros analisados foram: pH, potencial redox, oxigênio dissolvido, teor de ferro, manganês e sulfatos e demanda química de oxigênio. Os resultados demonstraram que, nas condições do experimento, o sistema mais conveniente mostrou ser a lagoa de polimento ora empregada, pois acrescentou oxigênio dissolvido e equalizou o efluente final. Em termos dos banhados construídos o sistema misto com tempo de detenção de 10 dias mostrou ser o mais adequado ao remover 21% do sulfato.
Acid mine drainage (AMD), generated during coal mining, causes a significant environmental damage over ecosystems associated. Nowadays, in order to solve this issue, active treatment systems based on neutralization/ precipitation/ sedimentation have been implemented. These systems provide favorable results on water treatment, especially over pH adjustment and iron and aluminium removal. However, are partially effective on manganese and sulfates removal. Passive treatment systems have been used as an alternative to active treatment systems. Among them, constructed wetlands stand out operating independently or associated to active and/or other passive treatment systems. Constructed wetlands, through physical and chemical mechanisms controlled by constructive criteria, have been able to remove iron, aluminium as well as sulphate ion and sometimes manganese and even other metals. According that AMD is a serious environmental hazard that affects the south coal production region of Santa Catarina it has been the objective of the present study verify the potential treatment of AMD by constructed wetlands as a complementary step of an active treatment system installed at Verdinho Mine witch belongs to Carbonifera Criciúma SA. It has been evaluated the performance of the polishing pond (secondary treatment) installed right after an active treatment plant. At pilot scale, it has been observed the effect of the constructive system (aerobic or anaerobic followed by aerobic - composed) and the detention time (1, 10 and 20 days) over some effluent parameters during the start up period of the implemented experiment in order to analyze the viability of installing constructed wetlands. The analyzed parameters were: pH, redox potential, dissolved oxygen, concentrations of iron, manganese and sulphate and chemical oxygen demand. Results demonstrated that, under experiment conditions, the most convenient system has proven to be the polishing pond in use since it increased the dissolved oxygen concentration and equalized the effluent. In terms of constructed wetlands the composed treatment system with 10 days of detention time has shown being the most convenient since it has removed 21% of sulphate concentration. Key-words: constructed wetland, acid mine drainage (AMD), mining, coal.

Este trabalho analisa a situação tecnológica do tratamento ativo de Drenagens Ácidas de Minas (DAM´s) de carvão de SC, e apresenta estudos de tratamento ativo de DAM´s na região de Criciúma-SC pelo processo NFSL-Neutralização-Floculação e Sedimentação Lamelar. Os estudos piloto (1 m³.h-¹) de neutralização com cal, floculação dos precipitados coloidais e sedimentação lamelar, com tubos inclinados em 55°, foram realizados com as DAM´s provenientes de uma boca de mina de carvão extinta (São Simão, SS-16 - 20-200 m³.h-¹) e de uma bacia de descarte de efluentes (~12.000 m³) do lavador de carvão da carbonífera COMIN e Cia Ltda (região nordeste de Criciúma). O tratamento ativo inclui etapas de neutralização da acidez das DAM´s, precipitação dos íons metálicos e conseqüente remoção dos principais íons alvo: Fe+³, Al+³ e Mn+². Na floculação foram aplicados dois reatores hidráulicos em série; o primeiro para a dispersão do polímero e geração dos flocos (Floculador Serpentinado-FS), operando com uma gradiente de velocidade (G) maior que 1.800 s-¹ (tempo de residência inferior a 6 s) e o segundo para aumentar o tamanho dos flocos, o Reator Gerador de Flocos-RGF, G ~ 1.000 s-¹. Foram realizados estudos de laboratório de parâmetros químicos e de design do sedimentador lamelar (SL) visando avaliar o efeito do ângulo de inclinação das lamelas (40, 50 e 60°) na separação sólido-líquido de flocos de hidróxidos de ferro gerados a partir da neutralização de uma solução sintética de FeC3.6H2O. Ainda, esses estudos de bancada permitiram avaliar a capacidade de neutralização (das duas DAM´s) de dois tipos de cal calcíticas comerciais e também medir a eficiência de floculação usando diferentes polímeros comerciais. Os resultados mostraram que o consumo de cal (similar com os dois agentes alcalinizantes) para neutralizar (pH 9) a DAM-SS-16 foi da ordem de 250 mg.L-¹ e de 9.300 mg.L-¹ no caso da DAM-COMIN. Foi estudada a relação entre o consumo de cal e a acidez da DAM-COMIN e foi possível determinar uma relação linear (R² = 0,999) que serve de parâmetro importante para comparação de custos operacionais no tratamento de DAM´s, já que é o insumo de maior valor. A remoção dos flocos de precipitados coloidais (Fe(OH)3) não foi eficiente para o ângulo de inclinação das lamelas em 40° devido ao arraste dos flocos para a corrente de água tratada (overflow). Entretanto, a remoção dos flocos em lamelas de inclinação 50 e 60° foi eficiente devido à melhor formação e deposição dos flocos na superfície das lamelas e, portanto promove uma maior fluidez na componente horizontal. Os estudos piloto (DAM-SS-16) foram realizados em um período de 6 meses para avaliar, entre outros o efeito do pH na remoção dos íons principalmente o íon manganês (quatro meses na DAM-COMIN). A remoção desse íon, nas condições operacionais ótimas foi da ordem de 85% em pH 7 (ficando sempre próximo dos limites de emissão do CONAMA no efluente tratado) mas foi quase completa (> 99%), para valores do pH do meio > 9. Esses resultados eram esperados pela não precipitação do hidróxido de manganês a valores de pH < 9. Por outro lado, os íons sulfato são precipitados na forma de CaSO4 (entre outras espécies hidratadas) que são sais semi-solúveis e, portanto, a remoção deste ânion fica limitada pelo equilibro em concentrações da ordem de 1800-2000 mg.L-¹, não atingindo os valores de 250 mg.L-¹ estabelecidos por alguns órgãos nacionais (CONAMA 357/05). A poliacrilamida catiônica (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) foi o floculante mais eficiente na floculação dos precipitados coloidais em ambos efluentes e o polímero aniônico Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) apresentou similar eficiência na DAM-COMIN provavelmente devido às elevadas concentrações de cátions metálicos contidos no efluente (> 3.000 mg.L-¹). Os estudos piloto mostraram ainda que o tempo de sedimentação não foi um parâmetro influente no arraste dos flocos na saída de água clarificada do SL e a qualidade da água tratada manteve-se elevada durante os 80 minutos de operação (4 vezes o tempo de residência do tanque). Foi realizado um estudo da influência da razão entre a velocidade de sedimentação dos flocos (Vs), gerados pelos reatores hidráulicos em série, e a taxa de aplicação superficial (ou velocidade de escoamento superficial, Ve) do tanque de sedimentação, no arraste de flocos no interior dos tubos inclinados Os resultados mostraram que uma razão mínima crítica de 4,5 Vs/Ve foi necessária para obter uma eficiente clarificação; ou seja, valor equivalente a uma taxa de aplicação superficial crítica do tanque igual a 5,5 m³.m-².h-¹. Para valores maiores dessa razão a remoção dos íons foi ineficiente (< 25% para Mn+²). Em função da qualidade dos dados e a estabilidade da planta piloto foram estimados os custos operacionais para o tratamento de ambas as DAM´s: 0,5 R$.m-³ no caso da DAM-SS-16 e 3,45 R$.m-³ no tratamento da DAM-COMIN. Este último valor pode ser reduzido após introduzir uma diluição da DAM-COMIN, com a própria água tratada, porém operando a menores taxas de aplicação. É estimada uma redução dos gastos diários de operação em aproximadamente 3,5 vezes (1,00 R$.m-³). Os resultados desse trabalho revelam que o processo NFSL apresenta-se como uma alternativa eficiente e economicamente viável ao tratamento de DAM de minas de carvão e confirma as expectativas desta alternativa na região sul do Brasil. As principais vantagens do processo NFSL são as reduzidas áreas ocupadas pelos reatores de floculação, junto com uma rápida separação sólido-líquido. A qualidade das águas tratadas pelo processo apresenta-se adequada aos limites de emissão determinados pelas resoluções nacionais (CONAMA 357/05) e estaduais (CONSEMA 128/06), podendo ainda ser aplicada em atividades urbanas e industriais de uso não nobre (lavagem de pátios e ruas, irrigação de canteiros, combate a incêndios etc.) como ser reciclada na usina de beneficiamento de carvão ou rejeito de carvão.
This work examines the technological situation of the active treatment of Coal Acid Mine drainage (DAM's) from SC and RS, and also presents studies of DAM´s active treatment in the region of the Criciúma-SC by the NFSL process: Neutralization-Flocculation and Lamella Settling. The pilot studies (1 m³.h-¹) with stages of neutralization with lime, flocculation of the colloidal precipitates and lamellar settling, with tubes inclined at 55 °, were performed (6 months) in the DAM's from a extinct coal mine (São Simão , SS-16 - 20-200 m³.h-¹) and from a disposal basin of wasted coal washing effluents (four months at COMIN Cia Ltda - Northeast Criciúma). This active staged treatment includes the neutralization of the acidity, precipitation of metal ions and subsequent removal of the main target ions Fe+³, Al+³ and Mn+². Two reactors in series were applied at the flocculation stage: the first for a rapid dispersion of the polymer and generation of flocs (Serpentina Floculator-SF, operating with a velocity gradient (G) > 1800 s-¹) and a second to increase the size of flocs formed, the Flocs Generator Reactor-FGR, (G) ~ 1000 s-¹. Studies were conducted in laboratory to evaluate chemical parameters and the effect inclination angle (40, 50 and 60 °) of the lamellae on the separation efficiency of the iron hydroxides flocs generated from the neutralization of a synthetic solution (FeCl3.6H2O). The laboratory studies comprised the neutralization capacity (in both DAM's) of two commercial hydrated limes and the measurements of the efficiency of flocculation using various commercial polymers. The results showed that the consumption of lime (similar with the two alkalizing agents) to neutralize (pH 9) the acid effluent SS-16, was the order of 250 mg.L-¹ and 9300 mg.L-¹ in the case of DAM -COMIN. More, the relationship between the lime and the acidity in DAM-COMIN was determined and a linear relationship (R² = 0.999) was obtained. This served as an important parameter for calculating the operating costs between the two different DAM's. The removal of colloidal precipitates flocs (Fe(OH)3) was not efficient for the 40 ° inclination angle of the lamella due to the drag of the flocs toward the treated water (overflow). However, an efficient removal of flocs was observed for the 50 and 60° inclination angles, this because of the rapid formation of flocs onto the plates surface and a better flocs drainage in the horizontal axis. The pilot studies were conducted in a period of 10 months to assess, among others, the effect of pH on removal of ions, mainly manganese. The removal of this ion was the order of 85% at pH 7 (always exceeding the emission standards limits in the treated effluent - CONAMA) but was almost complete (> 99%) at pH values > 9. These results were expected because of the incipient formation of manganese hydroxide at pH values < 9. The sulfate ions removal it is limited by the solubility of de CaSO4 and hydrates species, at 1800-2000 mg.L-¹ sulfate ions, this explains low removal values down to about 250 mg.L-¹. The cationic polyacrylamide (Flonex 9045, 5 mg.L-¹) was the most effective flocculant for the colloidal precipitates flocculation in both effluents and the anionic polymer Flonex 905 SH (5 mg.L-¹) showed similar efficiency in the DAMCOMIN, due to high concentrations of metal ions in the effluent (> 3000 mg.L-¹). The pilot studies showed that the settling time was not an important parameter in the drag of flocs towards the treated water outlet. Thus, the quality of the treated water by NFSL remained high during the 80 min of operation (four residence time of the tank). Also, the drag of the flocs inside the inclined tubes was found to be dependent on the ratio between the flocs settling rate (Vs) and the superficial load rate (or flow loading capacity, Ve) of the settling tank. The results showed that a minimum critical ratio of 4.5 Vs/Ve was necessary for efficient water clarity, this being equivalent to a critical superficial loading rate equals to 5.5 m³.m-².h-¹. Higher values than this ratio were deleterious for the ions removal (<25% for Mn+²). Following the quality of data obtained and stability of the pilot plant the operating costs for the treatment of both DAM's were calculated, yielding R$ 0.5 m-³ in the case of DAM-SS-16 and R$ 3.45 m-³ for the treatment of DAM-COMIN. However, if dilution of the feed acid rate is practiced, by employing the same treated water, and working at lower loading capacities, a reduction of the order of 3.5 times (R$ 1.00 by m³) can be reached. Results obtained in this study proved that the NFSL process is as an efficient and economically viable alternative for the treatment of DAM-coal mining and confirms the expectations for the application of this process in Southern Brazil. Main advantages of NFLS process are the small foot print areas required (equipments) and the rapid solid-liquid separation observed in the LS. The quality of treated water appears to be suitable and within the emission standards limits determined by National (CONAMA 357/05) and State (CONSEMA 128/06) regulations. Because of this, the treated water may be reused in urban and industrial activities such as washing of courtyards and streets, irrigation and a dust depressant or can be recycled to the same coal beneficiation plants (including tailings).

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
A mineração é apenas um dos caminhos pelos quais os metais são liberados no ambiente, sendo que a principal fonte de contaminação por metais tem sido as pilhas de rejeitos e materiais estéreis. A presença de minerais sulfetados em depósitos de minério é fonte de drenagem ácida de minas (DAM), a qual é reconhecida como poluente multifator, sendo a importância de cada fator dependente dos sistemas afetados. Os principais fatores de poluição são pH, sais, íons metálicos e não-metálicos, além dos processos de sedimentação. A presença de metais pesados no meio ambiente é o principal problema relacionado à drenagem ácida de mina, pois pode afetar os sistemas aquáticos de diversas formas, sendo que os efeitos podem ser categorizados como químicos, físicos, biológicos e ecológicos. A recuperação de ambientes contaminados requer tecnologias, muitas vezes de custo elevado, entretanto a fitorremediação apresenta-se como uma tecnologia eficiente e de baixo custo. Esta tecnologia pode ser aplicada in situ com a utilização de espécies vegetais e microorganismos associados, que degradam e seqüestram elementos contaminantes presentes no meio. Devido à inerente capacidade das espécies Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes e Spirodela polyrrhiza de absorverem diferentes metais, é possível que as mesmas sejam capazes de absorver e acumular, simultaneamente, metais e arsênio presentes na água de drenagem ácida, sem o possível comprometimento do crescimento e do desenvolvimento das plantas. O presente estudo teve como objetivos avaliar o acúmulo de Cu, Fe, Mn, Ni, Zn e As no tecido vegetal, além da tolerância e o desenvolvimento de E. crassipes, P. stratiotes e S. polyrrhiza expostas a sistema artificial de cultivo contendo soluções diluídas de drenagem ácida de minas. Dentre as espécies estudadas, E. crassipes foi a mais tolerante às referidas soluções, seguida por S. polyrrhiza e, por fim, P. stratiotes. No entanto, E. crassipes e P. stratiotes se destacaram por apresentar sistemas radiculares bem desenvolvidos e, desta forma, permitir acúmulo substancial de metais em suas raízes, favorecendo a rizofiltração. Porém, apenas E. crassipes apresentou capacidade de sobreviver em soluções contendo DAM sem que fosse registrado o surgimento de danos severos na morfologia externa e anatomia, embora seu crescimento tenha sido inibido com o aumento na concentração de DAM.
Mining is one of the paths in which metals are released into the environment, tailings piles and sterile materials are the main source of metal contamination. The presence of sulfide minerals in ore deposits is a source of acid mine drainage (AMD), which is recognized as a multifactor pollutant, and each factor varies depending on the systems affected. As main factors can be quoted pH, salts, metal and non-metallic ions, and sedimentation processes. The presence of heavy metals in the environment is the main problem related to acid mine drainage due to its effects on aquatic ecosystems. The effects may be categorized as chemical, physical, biological and ecological. The recovery of contaminated environments requires technologies, often expensive, however the phytoremediation is an efficient and low cost technology. It can be applied in situ using plants and microorganisms, which degrade and uptake contaminants. Due to the inherent ability of Eichhornia crassipes, Pistia stratiotes and Spirodela polyrrhiza to uptake different metals, it is possible that they are able to uptake and accumulate both metals and arsenic, without compromising growth and plant development in solutions with acid mine drainage. This study aimed to evaluate Cu, Fe, Mn, Ni, Zn and As accumulation, tolerance and development of three species of macrophyte (E. crassipes, P. stratiotes and S. polyrrhiza) exposed to aqueous solutions containing acid mine drainage. Among the studied species, E. crassipes was the most tolerant to acid mine drainage solutions, followed by S. polyrrhiza, and finally, P. stratiotes. E. crassipes and P. stratiotes stood out for its well-developed root system that allows substantial metals accumulation in their roots, benefiting rhizofiltration. But, only E. crassipes showed ability to survive in solutions containing acid mine drainage without severe damages on its morpholoy and anatomy, and growth was inhibited with increasing concentration of acid mine drainage.

Acid Mine Drainage (AMD) is recognized as one of the most important problem facing the mining industry as it can cause chemical degradation of the aqueous environments. In this study, a hydraulic-kinetic-diffusive model has been developed to describe the AMD phenomena in leaching columns incorporating hydrodynamic and chemical processes. The hydraulic model comprises the 1-D analytic solution of Richards equation assuming the existence of a similarity relationship between thewater retention function and the water content profiles taken at fixed times. The chemical description was developed assuming that pyrite oxidation occurs according to the shrinking core model and that sulfide minerals are uniformly distributed within spherical grains of the host rock that fills the column. The model consists of oxygen balance to evaluate the intrinsic oxidation rate, and pyrite mass balance to evaluate the pyrite fraction reacted with time and column position. A leaching column operation during six months was simulated assuming that the pyriticmaterial was exposed to successive weekly cycles of dry and wet periods. Simulation results demonstrate the formation of acid effluent and consequent increase on the sulfate concentration; both results are comparable with experimental results obtained in columns at laboratory scale, so the model can be a helpful tool in order to propose developing strategies for controlling AMD.
A Drenagem Ácida de Mina (DAM) é reconhecida como um dos problemas mais importantes para a indústria de mineração, pois pode causar a degradação química dos ambientes aquosos. Neste estudo, um modelo hidráulico-cinético-difusivo foi desenvolvido para descrever o fenômeno da drenagem ácida em colunas de lixiviação incorporando processos hidrodinâmicos e químicos. O modelo hidráulico compreende a resolução analítica unidimensional da equação de Richards admitindo a existência de uma relação de semelhança entre a função de retenção de água e os perfis de teor de água tomados em tempos fixos. A descrição química foi desenvolvida supondo que a oxidação da pirita ocorre de acordo com o modelo do núcleo não reagido e assumindo que minerais sulfetados encontram-se uniformemente distribuídos no interior da matriz mineral que preenche a coluna. O modelo consiste no balanço de oxigênio para avaliar a taxa intrínseca de oxidação da pirita e balanço de massa para avaliar a fração de pirita reagida com o tempo e a posição da coluna. A operação de uma coluna de lixiviação durante seis meses foi simulada assumindo que o material piritoso foi exposto a sucessivos ciclos semanais de períodos secos e molhados. Os resultados das simulações demonstram a formação de efluentes ácidos e conseqüente aumento da concentração de sulfato,ambos os resultados são comparáveis com os resultados experimentais obtidos em colunas em escala de laboratório, de modo que o modelo pode ser uma ferramenta útil a fim de propor o desenvolvimento de estratégias para o controle da DAM.

Mestrado em Geoquímica
Na mina do Lousal foi explorada, durante 88 anos, a pirite para extracção de enxofre, tendo cessado a sua actividade em 1988. A drenagem ácida proveniente da mina e das escombreiras abandonadas provoca alterações das características físico-químicas da água e consequentemente biológicas na ribeira de Corona, devido, essencialmente, ao seu pH baixo e às elevadas concentrações de metais. Com o intuito de compreender estas alterações efectuaram-se 4 campanhas de amostragem, uma por estação do ano, em 7 locais de amostragem previamente seleccionados. As amostras de água superficial foram caracterizadas do ponto de vista físicoquímico mediante a determinação de pH, condutividade e oxigénio dissolvido, carência química de oxigénio (CQO) e da análise de elementos maiores e vestigiais por ICP-MS. As amostras de sedimento de corrente (fracção <170 μm) foram analisadas por ICP-OES. Quando presentes foram caracterizadas as comunidades epilíticas, epipsâmicas e epífitas de diatomáceas em cada local amostrado. A caracterização geoquímica das águas de superfície e dos sedimentos de corrente revelou valores muito acima do fundo geoquímico local, valores esses que de acordo com o critério estabelecido pela “Contaminated Sediment Standing Team” conferem uma elevada toxicidade ao meio aquático. Este trabalho mostra que a mina também está a provocar um impacto negativo nas comunidades de diatomáceas na área em estudo. Devido às drenagens ácidas as comunidades de diatomáceas apresentam não só modificações na sua estrutura como também anomalias na sua morfologia. ABSTRACT: Pyrite was explored for 88 years in Lousal mine for sulphur extraction. The mining activities finished in 1988. The acid mine drainage from the mine spring and the abandoned tailing deposits induce physical, chemical and biological changes in Corona stream. Those changes are due to the acidic environment and high trace metal concentration. In order to understand these changes seasonal sampling took place at 7 sites previously selected. Superficial water samples were characterized by the determination of some physical and chemical parameters (pH, conductivity, dissolved oxygen, chemical oxygen demand (COD) and trace elements by ICP-MS). Stream sediment samples (fraction <170 μm) were analysed by ICP-OES. When present the epilithic, epipsamic and epiphytic diatom communities where characterized at each sampling site. The geochemical characterization of the superficial water and stream sediments revealed much higher concentrations than the local geochemical background values, which according to the “Contaminated Sediment Standing Team” make the aquatic environment very toxic. Negative impacts on the diatom communities where also observed in the surroundings of the mine. Structural changes were detected in the diatom communities as well as morphological anomalies probably due to the acid mine drainage.

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
A escassez qualitativa e quantitativa de água associada aos impactos ambientais impostos por águas residuárias tem agravado o cenário da situação ambiental brasileira. Um setor que merece destaque é o de mineração de urânio visto que o Brasil é a sexta maior reserva mundial deste elemento e existe grande quantidade de rejeitos acumulados contendo íons metálicos, semimetálicos e radiotóxicos. A biossorção tem se mostrado eficiente no tratamento das águas residuárias com íons que mesmo em baixas concentrações são tóxicos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a redução da concentração de urânio em soluções e em amostras de águas de drenagem ácida de minas da mina Osamu Utsumi das Indústrias Nucleares do Brasil por meio da biossorção. As biomassas escolhidas para uso como biosorvente foram cascas de banana, sementes de moringa e borra de café. Ensaios de decomposição térmica, porosimetria de adsorção de nitrogênio e microscopia eletrônica de varredura foram efetuados de modo a caracterizar fisicamente os biosorventes. As variáveis analisadas para os ensaios em batelada como tamanho e massa do biosorvente, temperatura do ensaio, tempo de contato, pH e concentração inicial da solução de urânio foram definidas com o planejamento fatorial de experimentos. A partir dos ensaios em batelada realizados, pôde-se observar que as biomassas com maior área superficial e menor volume de poros resultaram em maiores valores de eficiência de remoção, sendo a ordem crescente destes parâmetros: cascas de banana < borra de café < sementes de moringa. Dentre os biosorventes estudados as sementes de moringa apresentaram os maiores valores de eficiência de remoção, seguida pela borra de café e cascas de banana. Em soluções de 100 mg L-1 as eficiências de remoção das sementes de moringa e cascas de banana foram iguais a 0,7429 e 0,2483, respectivamente; em valores de concentração de 25 mg L-1 as borras de café apresentaram eficiência de remoção igual a 0,9358. Em amostras de efluente com concentrações de urânio na ordem de 5 mg L-1 , as sementes de moringa apresentaram-se como o biosorvente com melhor eficiência de remoção (~0,8) quando comparadas as cascas de banana (~0,5) e borra de café (~0,7).
The qualitative and quantitative water scarcity associated with environmental impacts posed by wastewater has worsened the brazilian environmental scenario. Uranium mining is a prominent sector in Brazil context, since this country owns the sixth biggest uranium reserve in the world and there is large amount of accumulated tailings containing metallic, semi-metallic and radiotoxic ions. In general, biosorption has shown significant efficiency on effluent treatment, removing ions which even in low concentrations present toxicity. This work aimed to reduce the concentration of uranium by using biosorption in both cases, lab scale solutions and acid mining drainage effluent samples from Osamu Utsumi mine, wich belongs to Usinas Nucleares do Brasil. The selected biomasses used as biosorvent were banana peels, moringa’s seeds and coffee waste. Thermal decomposition, nitrogen adsorption porosimetry and scanning electron microscopy were performed for physical characterization. The studied variables for the batch tests as size and mass of biosorvent, temperature of tests, contact time, pH and initial concentration of solutions of uranium were defined by using design of experiments. From the tests carried out it was observed that the biomasses with a higher surface area and smaller pore volume resulted in higher removal efficiency values, with an ascending order of these parameters: banana peels