Tratamento efluentes uranio - run.unl.pt · radionuclídeos, como ácido sulfúrico, cloretos,...

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Departamento de Ciências e Engenharia do Ambiente Tratamento de Efluentes Resultantes da Exploração de Urânio CLÁUDIA DERBOVEN SEQUEIRA Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil Sanitária Orientador Científico Profª. Doutora Leonor Miranda Monteiro do Amaral LISBOA 2008

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    Tratamento de Efluentes Resultantes da Explorao de Urnio

    CLUDIA DERBOVEN SEQUEIRA

    Dissertao apresentada na Faculdade de Cincias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obteno do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil Sanitria

    Orientador Cientfico Prof. Doutora Leonor Miranda Monteiro do Amaral

    LISBOA 2008

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    AGRADECIMENTO

    Agradeo minha famlia e amigos o apoio incondicional e motivao para ir mais alm.

    Aos meus colegas de trabalho, agradeo a disponibilidade para a partilha de

    conhecimentos. E, acima de tudo, agradeo Professora Leonor Amaral pela constante

    motivao, sem a qual no teria chegado at aqui.

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    RESUMO

    Aps um sculo de explorao mineira em Portugal, nomeadamente de componentes

    radioactivos, como o urnio, rdio, polnio, entre outros, resultaram muitas minas,

    escombreiras de minrio pobre e de estreis, bacias de rejeitados, eiras de efluentes e

    lamas resultantes de processos de decantao de efluentes.

    Por outro lado, no cenrio internacional, aposta-se na produo de energia com recurso

    tecnologia nuclear. Esta situao tem vindo a aumentar o valor comercial do urnio e, em

    Portugal, tm surgido interesses para retomar a explorao mineira deste elemento.

    Tanto na componente de reabilitao das reas mineiras abandonadas, como na vertente

    de uma futura explorao mineira de urnio, o tratamento dos efluentes resultantes dos

    processos produtivos assume-se como um elemento determinante. Estes efluentes

    apresentam-se muitas vezes contaminados com urnio e rdio, no entanto, apresentam

    tambm outros subprodutos, representando graves impactes no ambiente em geral e,

    consequentemente, acarretando problemas de sade pblica.

    Neste campo, verifica-se uma grande diversidade de mtodos de tratamento para

    aplicao nos efluentes gerados por esta actividade produtiva. Estes mtodos devero

    ser aplicados, tendo em considerao as caractersticas dos efluentes a tratar, de modo a

    dar cumprimento aos valores de descarga presentes na legislao.

    De um modo geral, aplicam-se mtodos de tratamento activos durante o perodo de

    produo e, aps encerramento e fase de monitorizao, so maioritariamente aplicados

    processos passivos no tratamento do efluente gerado.

    Os sistemas de tratamento activos abordados incluem neutralizao, precipitao (com

    cloreto frrico e/ou cloreto de brio), adsoro atravs de hidrxido de magnsio

    hidratado, tecnologias de membranas (nanofiltrao e osmose inversa), troca inica. Os

    sistemas de tratamento passivos recorrem a leitos de macrfitas, barreiras permeveis

    reactivas, barreiras biolgicas e imobilizao.

    Muitas vezes verifica-se a necessidade de conjugar mais que uma tecnologia de

    tratamento para a remoo dos contaminantes do efluente, de modo a cumprir o disposto

    na legislao.

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    ABSTRACT

    The result of radioactive mining in Portugal during one century, mainly for uranium, radium

    and polonium, were several abandoned mines, low grade or sterile ore tailings, dump

    basins, lakes and effluent treatment sludges.

    Internationally, on the other hand, the energy production using nuclear technology as a

    resource plays an important role. This fact has raised the commercial value of the uranium

    and, as a consequence, the interest on the exploitation of uranium in Portugal.

    In both, remediation of mining areas and uranium production, the treatment of wastewater

    resulting from a diversity of processes, is of most importance. These effluents are often

    contaminated with uranium and radium, but also with other subproducts, causing severe

    impacts on the environmental and, consequently, on public health.

    With that purpose, there are several different treatment methods that can be applied to the

    effluent. These methods should be applied regarding the wastewater composition and the

    discharge standards to be met.

    In general, the active treatment methods are used during production phase and, after

    closure and monitoring phase, the passive treatments are mostly used.

    The active treatment methods include neutralization, precipitation (with iron and/or barium

    chloride), adsorption through hydrated magnesium hydroxide, membrane technology

    (nanofiltration or reverse osmosis), ion exchange. The passive treatment methods

    comprise wetlands, reactive permeable barriers, biological barriers and immobilization.

    There is often the need to combine more then one treatment technology to reach the

    legislated contamination standards.

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    NDICE

    1. ENQUADRAMENTO....................................................................................................1

    2. OBJECTIVOS ..............................................................................................................3

    3. PRODUO DE URNIO ...........................................................................................5

    3.1. Introduo ....................................................................................................................... 5

    3.2. Urnio como matria-prima .......................................................................................... 8

    3.3. Mtodos Produtivos................................................................................................. 10

    3.3.1. Introduo............................................................................................................. 10

    3.3.2. Lixiviao em pilha .............................................................................................. 11

    3.3.3. Lixiviao in situ................................................................................................... 12

    3.3.4. Lixiviao dos depsitos de minrio no local de extraco .......................... 14

    3.3.5. Processamento do minrio em instalao fabril............................................. 14

    3.4. Transferncia de Urnio para o Ambiente ............................................................... 18

    4. CARACTERIZAO QUALITATIVA DOS EFLUENTES ..........................................21

    5. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DISPONVEIS .................................................23

    5.1. Introduo ..................................................................................................................... 23

    5.2. Sistemas de Tratamento Activos ............................................................................... 24

    5.2.1. Neutralizao ....................................................................................................... 24

    5.2.2. Precipitao com cloreto frrico........................................................................ 26

    5.2.3. Precipitao com cloreto de brio .................................................................... 27

    5.2.4. Adsoro atravs de hidrxido de mangansio hidratado atravs de

    arejamento ............................................................................................................................. 30

    5.2.6. Troca Inica.......................................................................................................... 39

    5.3. Sistemas de Tratamento Passivos ............................................................................ 40

    5.3.1. Lagoas de Macrfitas .............................................................................................. 40

    5.3.2. Barreiras permeveis reactivas ............................................................................. 43

    5.3.3. Barreiras biolgicas ................................................................................................. 45

    6. ANLISE SUMRIA DOS PROCESSOS DE TRATAMENTO ............................. 49

    7. CONCLUSES ............................................................................................................ 55

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    NDICE DE TABELAS

    TABELA 1 CRONOLOGIA DA EXPLORAO MINEIRA EM PORTUGAL NO SCULO XX E

    ACONTECIMENTOS IMPORTANTES INTERNACIONAIS. ........................................... 6

    TABELA 2 EXEMPLOS DE LIMITES DE CONCENTRAO DE ALGUNS PARMETROS

    PRESENTES EM EFLUENTES DE MINAS OU INSTALAES FABRIS DE PRODUO

    DE URNIO, PARA DIFERENTES PASES. .............................................................. 8

    TABELA 3 DISTRIBUIO MUNDIAL DE JAZIDAS DE URNIO E RESPECTIVA ESTIMATIVA DE

    PRODUO RELATIVAMENTE AO VALOR TOTAL PRODUZIDO AT 1999.................. 9

    TABELA 4 PERODO DE TEMPO DE DEGRADAO DOS RADIONUCLDEOS, EM MEIA-VIDA..... 19

    TABELA 5 CARACTERSTICAS DO EFLUENTE SUBMETIDO A PROCEDIMENTOS

    EXPERIMENTAIS .............................................................................................. 28

    TABELA 6 ANLISE SUCINTA DAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO ABORDADAS. ................ 50

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    NDICE DE FIGURAS

    FIGURA 1 ESQUEMA DA APLICAO DE UM PROCESSO DE LIXIVIAO SOBRE UMA PILHA

    DE MINRIO E ETAPAS POSTERIORES DE RECUPERAO DO METAL EM

    SOLUO........................................................................................................ 11

    FIGURA 2 ESQUEMA DO PROCESSO DE LIXIVIAO IN SITU. .............................................. 13

    FIGURA 3 ESQUEMA DO PROCESSO DE PRODUO DE URNIO ATRAVS DE LIXIVIAO

    CIDA ............................................................................................................. 17

    FIGURA 4 COMPARAO DO PROCESSO CONVENCIONAL COM O PROCESSO DE

    NEUTRALIZAO COM LAMAS DE ALTA DENSIDADE............................................ 25

    FIGURA 5 DIAGRAMA DE PROCESSO DE REMOO DE CONTAMINANTES DE EFLUENTE

    CIDO DE URNIO, ATRAVS DE CLORETO DE BRIO ........................................ 29

    FIGURA 6 REPRESENTAO ESQUEMTICA DO FUNCIONAMENTO DE UMA MEMBRANA. ...... 32

    FIGURA 7 PROCESSOS DE MEMBRANAS, TIPO E DIMENSO DAS MOLCULAS E/OU

    PARTCULAS SEPARADAS E CONDIES DE PRESSO DE FUNCIONAMENTO........ 34

    FIGURA 8 REPRESENTAO ESQUEMTICA DA DIFERENA DE PERMEABILIDADE ENTRE

    AS MEMBRANAS DE NANOFILTRAO E OSMOSE INVERSA. ................................ 35

    FIGURA 9 MDULOS DE MEMBRANAS DO PROCESSO DE OSMOSE INVERSA. ...................... 36

    FIGURA 10 REPRESENTAO ESQUEMTICA DE UMA LAGOA DE MACRFITAS..................... 40

    FIGURA 11 CONSTRUO DE UM LEITO DE MACRFITAS PARA ESCOAMENTO

    SUBSUPERFICIAL............................................................................................. 41

    FIGURA 12 FOTOGRAFIA DAS ESPCIES VEGETAIS ELEOCHARIS E NYMPHYA SP,

    UTILIZADAS EM SISTEMAS DE PLANTAS AQUTICAS. .......................................... 41

    FIGURA 13 DIAGRAMA ESQUEMTICO DO FUNCIONAMENTO DE UM SISTEMA DE BARREIRAS

    PARA TRATAMENTO DE GUA SUBSUPERFICIAL................................................. 45

    FIGURA 14 ESQUEMA DA CONSTRUO E MODO DE OPERAO DE UMA BARREIRA

    BIOLGICA...................................................................................................... 46

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    1. ENQUADRAMENTO

    Os efluentes resultantes de um sculo de explorao mineira em Portugal,

    nomeadamente de componentes radioactivos, como o urnio, rdio, polnio, entre outros,

    representam um grave problema com repercusses na envolvente destas reas mineiras.

    No entanto, de acordo com as caractersticas das rochas e os processos de extraco do

    minrio, estas jazidas podem apresentar uma diversidade de outros elementos, no

    radionucldeos, como cido sulfrico, cloretos, amnia, mangansio, ferro, nitratos, cobre,

    vandio, etc.

    Como resultado desta actividade encontram-se muitas minas, escombreiras de minrio

    pobre e de estreis, bacias de rejeitados, eiras de efluentes e lamas resultantes de

    processos de decantao de efluentes.

    Todas estas situaes causam impactes importantes no solo, recursos hdricos, ar,

    paisagem ou seja no ambiente em geral e, consequentemente, acarretam problemas de

    sade pblica.

    De acordo com a Lei de Bases do Ambiente, a recuperao de reas degradadas no

    territrio nacional um dever fundamental do Estado. O Decreto-Lei n. 198-A/2001, de 6

    de Julho, estabeleceu o regime jurdico da concesso do exerccio da actividade de

    recuperao ambiental das reas mineiras degradadas, tendo atribudo Exmin

    Companhia de Indstria e Servios Mineiros e Ambientais, S.A. o exclusivo daquele

    servio pblico. No ano de 2005 a EDM Empresa de Desenvolvimento Mineiro, S.A.

    incorporou a Exmin, sendo responsvel, em pouco mais de um ano, pela abertura de

    diversos concursos para reabilitao de diversas reas mineiras no Pas, algumas delas

    j a decorrer.

    No panorama nacional foram exploradas cerca de 62 minas de urnio, nos concelhos de

    Coimbra, Guarda, Viseu e Castelo Branco, tendo esta actividade cessado totalmente no

    ano de 2001. No entanto, devido escalada de preos do urnio nos ltimos tempos,

    verificou-se um interesse no ressurgimento desta actividade mineira, no ltimo ano, esse

    interesse incidiu nomeadamente no jazigo de Nisa, Distrito de Portalegre. Este jazigo

    representa o maior inexplorado alguma vez descoberto no territrio nacional,

    representando 60% do potencial do Alto Alentejo. Como tal, tem sido objecto de interesse

    por alguns investidores estrangeiros.

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    Tanto na componente de reabilitao das reas mineiras abandonadas, como na vertente

    de uma futura explorao mineira de urnio, o tratamento dos efluentes resultantes dos

    processos a decorrentes assume-se como um elemento determinante.

    Neste campo, verifica-se uma grande diversidade de mtodos de tratamento para

    aplicao nos efluentes gerados por esta actividade produtiva. Estes mtodos devero

    ser aplicados, tendo em considerao as caractersticas dos efluentes a tratar, de modo a

    dar cumprimento aos valores de descarga presentes na legislao.

    As metodologias aplicadas gesto dos efluentes do processo produtivo de urnio, ainda

    no se encontram estabilizadas, verificando-se actualmente o desenvolvimento de

    inmeros estudos, nomeadamente em organismos internacionais ligados produo de

    energia nuclear, de modo a tornar os processo de gesto e tratamento o mais eficientes

    possveis, tanto a nvel de cumprimento de descargas, como a nvel econmico.

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    2. OBJECTIVOS

    Tendo em considerao a situao em Portugal do sector mineiro, tanto no que diz

    respeito a reas mineiras abandonadas como numa eventual futura explorao de urnio,

    torna-se importante abordar o assunto do tratamento dos efluentes da resultantes.

    A Agncia Internacional de Energia Atmica (IAEA), sedeada na ustria, um dos

    principais investigadores nesta rea, tendo j diversas publicaes sobre o tratamento

    dos efluentes decorrentes da produo de urnio, com grande actividade na ltima

    dcada.

    No entanto, nesta e noutras entidades, verifica-se a disperso de informao

    relativamente a esta matria, sendo que, se pretende, com esta dissertao, apresentar

    os processos aplicados na indstria de produo de urnio e os fluxos de efluentes

    associados e dar um contributo para a boa compreenso dos diversos tipos de

    tratamento a aplicar a esses efluentes que, para alm de urnio, contm outros

    subprodutos. Ser ainda efectuada uma anlise das suas vantagens e desvantagens,

    produtos envolvidos, bem como a eventual reutilizao da gua tratada.

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    3. Produo de Urnio

    3.1. Introduo

    A explorao de urnio no sculo XX assistiu a trs pocas distintas em termos de

    objectivos. A primeira grande corrida a este minrio deu-se durante a Segunda Guerra

    Mundial at aos anos 60, com objectivo de produo de armamento de acordo com a

    estratgia militar desenvolvida.

    J no final desta poca foi igualmente reconhecido o potencial da energia nuclear para

    fins pacficos e utilizao quotidiana face a outros produtos, ocorrendo uma segunda

    corrida ao urnio at ao incio dos anos 70, j orientada atravs das foras de mercado e

    mercado mundial de matrias-primas.

    A ltima poca de explorao de urnio comea em meados dos anos 70, coincidindo

    com o incio da consciencializao ambiental do impacto negativo da indstria, em geral,

    no ambiente. Assim, em diversos pases produtores de urnio, foram desenvolvidas

    normas de proteco ambiental, estudos de impacte ambiental para as principais

    operaes mineiras, nomeadamente no Canad, Estados Unidos da Amrica, Austrlia e,

    j na dcada de 80, na Alemanha e Brasil. A Agncia Internacional de Energia Atmica

    (IAEA), criada em 1957, integrada na Organizao das Naes Unidas (ONU), tambm

    desenvolveu na dcada de 80 as suas prprias normas e regulamentos de segurana e

    proteco ambiental.

    Ao mesmo tempo que foram desenvolvidos mais estudos e o conhecimento dos riscos

    para sade pblica do combustvel nuclear aumentou, tambm aumentou a preocupao

    com os possveis impactes negativos no ambiente natural tanto dos novos projectos de

    explorao como das minas j em explorao h vrios anos.

    De salientar que a abordagem genrica acima descrita no ocorreu do mesmo modo em

    todos os pases produtores de urnio, pelo que no Tabela 1 apresenta-se um cronograma

    da explorao mineira em Portugal no sculo XX, assinalando igualmente as datas de

    importantes acontecimentos internacionais.

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    Tabela 1 Cronologia da explorao mineira em Portugal no Sculo XX e acontecimentos importantes internacionais. (adaptado de Matos e Burrows, 2001)

    Ano Factos

    1907 Primeira descoberta de jazidas em Portugal

    1909 Primeira concesso mineira a uma empresa

    1911 Instalao da primeira oficina de tratamento e concentrao de minrios de

    urnio do Barraco (junto Estao do Sabugal Linha da Beira Baixa)

    1912 Criao da Sociedade Urnio-Rdio

    1913 Inicio da Explorao do jazigo de urnio da Urgeiria

    1914 Inicio da Explorao da Mina do Alto da Vrzea

    1925 Encerramento da oficina do Barraco

    1928 Criao da Companhia Portuguesa de Rdio, Lda.

    1941 A Companhia Portuguesa de Rdio comea a interessar-se pelo U3O8

    1944 A Companhia Portuguesa de Rdio inicia a prospeco e pesquisa de

    minrios de urnio e termina a produo de rdio

    1945 Primeira exploso nuclear, demonstra o potencial blico da ciso nuclear

    1949 Acordo luso-britnico sobre a exportao de minrios de urnio

    1950-1951 Remodelao das instalaes de tratamento qumico de minrios de urnio

    da Urgeiria

    1951 Alimentao de 4 lmpadas elctricas a partir de um reactor nuclear experimental

    1951 Inicio da produo de concentrados de minrios de urnio da Mina da

    Urgeiria pelo processo de lixiviao, a frio, pelo cido sulfrico e de

    precipitao pela magnsio

    1952 Inicio da exportao de urnio para os EUA

    1954 Criao da Junta de Energia Nuclear

    1955 Lanamento da Junta de Energia Nuclear do Programa de Prospeco de

    minrios de urnio da Metrpole.

    1956 Lanamento da Junta de Energia Nuclear do Programa de Prospeco de

    minrios de urnio de Angola e Moambique.

    1962 Interrupo da actividade privada no sector de explorao de minrios de

    urnio. Os bens, concesso e direitos da Companhia Portuguesa de Rdio

    so transferidos para o Estado.

    1977 Criao da Empresa Nacional de Urnio, ENU-E.P.

    1990 Criao da Empresa Nacional de Urnio, ENU-S.A.

    2001 Criao da Exmin, S.A.

    2005 Integrao da Exmin na EDM, S.A.

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    De acordo com Carvalho et al. (2004), foram exploradas sessenta minas em Portugal

    com o objectivo de recuperao de minrios radioactivos. Na grande maioria, estas minas

    localizam-se nos distritos de Viseu, Guarda e Coimbra. Muitas destas minas eram

    relativamente pequenas e foram exploradas a cu aberto, sendo que apenas algumas

    das maiores eram minas subterrneas ou conjugando este mtodo com a explorao a

    cu aberto.

    Ainda de acordo com o mesmo autor, as maiores exploraes, nomeadamente Urgeiria,

    Bica, Quinta do Bispo, Cunha das Fontes e Castelejo, todas localizadas no distrito da

    Guarda, acolhiam os minrios trazidos das exploraes mais pequenas, onde existiam

    infra-estruturas associadas para a separao de urnio, sendo armazenados como

    xidos de urnio (U3O8). Estima-se que tenham sido produzidas nestas instalaes cerca

    de 4000 toneladas de urnio.

    Em Portugal, a Lei de Bases do Ambiente, datada de 1987, j prev a recuperao de

    reas degradadas no territrio nacional como um dever fundamental do Estado. No

    entanto, apenas em 2001 foi criada a Exmin Companhia de Indstria e Servios

    Mineiros e Ambientais, S.A, no sentido de promover a recuperao ambiental das reas

    mineiras nacionais degradadas. Em 2005, a Exmin foi incorporada pela EDM Empresa

    de Desenvolvimento Mineiro, S.A. e em 2006 foram levados a cabo diversos concursos

    no mbito da reabilitao das minas de urnio em Portugal, estando j a decorrer a

    Reabilitao da rea Mineira da Urgeiria.

    No que se refere descarga de efluentes, a nvel nacional, a legislao a cumprir ser o

    Decreto-Lei n. 236/98, de 1 de Agosto. No entanto, no se prevem valores limite para a

    concentrao dos parmetros urnio e rdio na descarga de efluentes. No entanto, no

    Anexo XIX, este parmetro pertence lista II de substncias que tm um efeito prejudicial

    no meio aqutico, que pode, todavia, ser limitado a uma certa zona e que depende das

    guas de recepo e da respectiva localizao.

    , ainda de salientar que, no Anexo VI do Decreto-Lei n. 236/98, de 1 de Agosto,

    referente qualidade da gua para consumo humano, esto definidos os valores

    mximos recomendados para parmetros radiolgicos, sendo, no caso da actividade

    parcial, 0,1 Bq/l e, em caso de actividade total, 1,0 Bq/l.

    De acordo com IAEA e OECD Nuclear Energy Agency (2002), diversos pases definem

    normas de descarga para as guas residuais provenientes de minas ou instalaes fabris

    de produo de urnio, nomeadamente no que diz respeito a radionucldeos.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

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    Na Tabela 2 apresentam-se alguns exemplos de valores mximos admissveis de descarga destes parmetros.

    Tabela 2 Exemplos de limites de concentrao de alguns parmetros presentes em

    efluentes de minas ou instalaes fabris de produo de urnio, para diferentes pases. (adaptado de IAEA e OECD Nuclear Agency, 2002)

    U 226Ra Pb Zn Cu Ni As SO4 Cl pH Pas mg/l Bq/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l -

    Repblica Checa 0,1 0,3 0,1 0,2 0,1 0,15 0,1 300 350 6-9

    Frana 1,8 0,37 0,1 2000 6,5-9

    Alemanha 0,2-0,5 0,2-0,4 0,1-0,3 2500 -

    7500

    1000 -

    1500 6,5-8,5

    Espanha 0,2 3 0,2 2 0,5 2000 2000 5,5-9,5

    EUA 0,18 0,015 5 1, 0,05 250 250 6,5-8,5

    Portugal 1 1 2 1 2000 6-9

    Importa, a este ponto, salientar que a unidade que define a actividade de uma quantidade

    de material radioactivo o Becquerel (Bq), traduzindo o decaimento de um ncleo por

    segundo, equivalendo, assim, s-1.

    3.2. Urnio como matria-prima

    O urnio actualmente apresenta uma cotao no mercado de $64,50/lb de U3O8 (valores

    tabelados pela Ux Consulting Company, LLC (UxC) para 1 de Setembro de 2008).

    De acordo com a UxC, uma das duas entidades que indica o preo de urnio de acordo

    com a procura no mercado, no final do ano de 2007, verificou-se um grande aumento do

    valor desta matria-prima para um valor prximo dos $95/lb de U3O8. Este perodo foi

    seguido de outro de declnio deste valor para prximo dos $55/lb de U3O8, em meados de

    Junho de 2008. Desde essa altura que se tem assistido a um aumento gradual do valor

    desta matria-prima.

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    A sua valorizao prende-se essencialmente com a sua utilizao como combustvel

    nuclear em centrais de produo de energia elctrica e tambm para a fabricao de

    armas nucleares, apesar de ser tambm utilizado em corantes para esmaltes em

    cermica ou vidro, mas em menor escala.

    No entanto, de facto, a sua utilizao para a produo de energia nuclear que o torna

    valioso e, tambm, polmico.

    A IAEA mantm na sua base de dados 582 locais onde existem minrios de urnio,

    distribudos por 49 pases, estimando-se uma produo cumulativa total at ao ano de

    1999 de 1.966.900 toneladas.

    Assim, na Tabela 3, apresentam-se os valores percentuais da distribuio mundial de

    jazidas de urnio e a sua importncia na produo mundial at 1999.

    Tabela 3 Distribuio mundial de jazidas de urnio e respectiva estimativa de produo relativamente ao valor total produzido at 1999. (adaptado de IAEA, 2003)

    Regio Distribuio das jazidas de

    urnio Percentagem de produo de

    urnio

    Europa 25,1% 28,2%

    Amrica do Norte 29% 33,1%

    sia 19,2% 13,5%

    Austrlia 6% 3,1%

    frica 10% 17,1%

    Amrica do Sul 3% 0,2%

    Federao Russa 5% 4,8%

    Actualmente, prev-se a construo de 27 novas instalaes de produo de energia

    nuclear em todo o mundo. Em Portugal, de momento, aposta-se na produo de energia

    elctrica atravs de energias renovveis, em detrimento da energia nuclear. De qualquer

    modo, como j foi referido no captulo 1 existe um crescente interesse de investimento

    estrangeiro em Portugal nas jazidas de Nisa, para produo de urnio.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    10

    3.3. Mtodos Produtivos

    3.3.1. Introduo

    A explorao da mina efectuada de acordo com as caractersticas morfolgicas do local

    ou da rocha que incorpora o minrio. Deste modo, a explorao do minrio pode recorrer

    aos diferentes mtodos, explorao a cu aberto, subterrnea ou combinando os dois

    mtodos.

    O processo de obteno do urnio a partir do minrio explorado pode ser efectuado de

    diversas formas e atravs de diferentes produtos. E, ainda, poder ser efectuado sem

    recurso a uma explorao efectiva do minrio, no caso da lixiviao in situ. Este tipo de

    produo de urnio aplicado quando o minrio no se encontre to superficialmente,

    tornando pouco vivel, tcnica e economicamente, qualquer outro mtodo de explorao.

    No caso de uma efectiva explorao de minrio para posterior obteno de urnio, este

    poder ser encaminhado para uma instalao fabril onde ocorre o processo de lixiviao

    ou, ento, o processo de lixiviao ser efectuado no local da explorao, com recurso

    construo de um leito devidamente impermeabilizado, onde empilhado o minrio e

    posteriormente aplicado o lixiviante.

    A lixiviao pode ocorrer por via cida ou bsica, sendo que normalmente so escolhidos

    o cido sulfrico ou carbonato, respectivamente, sendo que a utilizao da via cida em

    rochas calcrias desaconselhada, devido ao consumo excessivo de reagente. No

    entanto, podero tambm ser utilizadas bactrias, como o caso da biolixiviao. Este

    processo, de custos baixos, tanto a nvel econmico como ambiental, aplicado,

    geralmente a minrios pobres ou a resduos provenientes da obteno de outros metais.

    Independentemente do mtodo de lixiviao utilizado, aps este processo, a soluo de

    lixiviao ser sujeita a extraco de solvente, stripping e evaporao, para a remoo do

    urnio.

    Durante o sculo XX, foi muito utilizado o mtodo de lixiviao de depsitos de minrio no

    local de extraco com recurso a cido sulfrico, sem recurso a qualquer conteno de

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    11

    modo a prevenir contaminao dos solos, aquferos e guas superficiais na sua rea de

    influncia. Este mtodo, actualmente j abandonado, , no entanto, responsvel pela

    contaminao das zonas adjacentes a reas mineiras j encerradas, pelo que a sua

    remediao urgente.

    3.3.2. Lixiviao em pilha

    No processo de lixiviao em pilha, o minrio empilhado e o lixiviante pulverizado no

    topo, de modo a que este percole por toda pilha, solubilizando os metais contidos no

    minrio. Para que tal seja possvel, o local dever ser ligeiramente inclinado e coberto

    com uma tela plstica impermevel, ou mesmo asfaltado, aps forte compactao do

    solo. Este local drena para uma lagoa, possibilitando, assim, a recolha do lixiviado, que

    posteriormente encaminhado para as restantes fases de recuperao de urnio, ou

    outro metal que possa ter interesse econmico.

    A Figura 1 representa esquematicamente o processo de lixiviao de uma pilha de

    minrio, com as restantes etapas de recuperao de urnio.

    Lixiviado

    Vala de drenagem

    Extraco Stripping Evaporao

    Pulverizador cido

    Tela impermevel

    Recirculao

    Figura 1 Esquema da aplicao de um processo de lixiviao sobre uma pilha de minrio e etapas posteriores de recuperao do metal em soluo (adaptado de http://wiki.biomine.skelleftea.se/wiki/index.php).

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    12

    Este processo pode tambm estar associado utilizao de bactrias como lixiviante,

    num mtodo denominado de biolixiviao. Este mtodo utilizado, essencialmente, para

    recuperao de metais de minrios pobres, com custos mais baixos do que as tcnicas

    convencionais e com um custo ambiental, tambm, mais baixo.

    De acordo com Devasia e Natarajan, na biolixiviao de minrios para obteno de

    urnio utilizado o mtodo indirecto, com a aplicao da bactria Acidithiobacillus

    Ferroxidans, que serve de intermedirio na reaco:

    OHSOFeSOHOFeSo 23424224 2)(224 +++

    O sulfato frrico obtido , assim, um oxidante forte com capacidade de dissoluo de uma

    grande variedade de minerais de sulfatos de metais, como no caso do urnio:

    + ++++ HFeSOSOUOSOHSOFeUO 42)(2)( 43442423422

    O enxofre, gerado pela lixiviao indirecta, convertido pela bactria em cido sulfrico:

    42220 2232 SOHOHOS ++ , mantendo, deste modo, o pH de modo a favorecer o

    crescimento das bactrias, completando tambm, por outro lado, a seguinte equao:

    + +++ HOHSOUOSOHUO 4)(3 23442423

    3.3.3. Lixiviao in situ

    O processo de lixiviao in situ permite remoo de urnio do subsolo, sendo utilizado

    em locais de prospeco de minrio pobre, onde a sua recuperao no seria

    economicamente vivel atravs dos mtodos acima descritos.

    De acordo com a IAEA (2005), a lixiviao in situ caracterizada pela remoo de urnio

    de um arenito, atravs de solues qumicas e a recuperao do urnio extrado

    superfcie. Este processo efectuado com recurso injeco do lquido lixiviante na zona

    onde se localiza o minrio, por baixo do lenol fretico, permitindo a oxidao,

    complexao e mobilizao do urnio. A soluo com o urnio , assim, recolhida em

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    13

    poos, de onde bombeada para a superfcie para o processamento final de

    recuperao do urnio.

    A lixiviao in situ envolve a extraco do minrio do local onde se encontra o seu

    depsito natural, de modo a que esta actividade tenha o mnimo impacte nas condies

    naturais da superfcie ou sub-superficie do solo. Em comparao com mtodos que

    envolvem escavao, este um processo que origina muito menos resduos e efluentes

    para tratamento e, como tal, menor impacto ambiental, desde que seja convenientemente

    planeado, operado e encerrado de acordo com as melhores prticas.

    Neste sentido, este processo tem a condicionante de apenas se poder utilizar nos casos

    em que os depsitos de urnio esto localizados num aqufero em rocha permevel

    (arenito), confinado em rocha impermevel, assegurando um eficiente controlo

    hidrolgico da soluo lixiviante durante a operao e facilitando a recuperao da

    qualidade da gua subterrnea no perodo de encerramento.

    Na Figura 2 pode observar-se um esquema do processo de lixiviao in situ.

    Poo de gua

    Potvel Fbrica Rado

    Lagoa de evaporao

    Aqufero Superior

    Aqufero de profundidade contaminado

    Soluo lixiviante

    Minrio

    Figura 2 Esquema do processo de lixiviao in situ. (adaptado de http://www.wise-uranium.org/uwai.html)

    Este processo poder, apesar das restries sua aplicao, ser pouco controlado,

    sendo o maior risco a fuga do lquido lixiviante atravs dos depsitos de minrio,

    possibilitando a contaminao da gua superficial e solo, mas tambm de guas

    subterrneas adjacentes.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    14

    3.3.4. Lixiviao dos depsitos de minrio no local de extraco

    Durante a explorao mineira no decurso do sculo XX, um dos mtodos mais utilizados

    de explorao de minrio foi a lixiviao do minrio no prprio local de explorao da

    mina, de um modo muito semelhante ao processo de lixiviao em pilha, no entanto sem

    recurso a condies controladas.

    Assim, verificou-se durante muito tempo a lixiviao, em geral com recurso a cido

    sulfrico, do minrio directamente no local dos seus depsitos, para posterior recolha

    desta soluo, para extraco do urnio.

    Verifica-se que a falta de condies controladas e o abandono de algumas reas

    mineiras sem um encerramento que permite a sua recuperao ambiental, origina

    processos de lixiviao natural devido exposio aos elementos das rochas. Por

    exemplo, se o minrio incluir na sua constituio pirite mineral (FeS2), poder ocorrer

    uma biolixiviao (ver captulo 3.3.2), decorrente da produo bacteriolgica de cido

    sulfrico atravs da presena de gua e oxignio, resultando na lixiviao de urnio e

    outros contaminantes durante sculos e possivelmente originando contaminao de gua

    superficial, solo e aquferos.

    Esta situao , assim, particularmente importante e urgente de ser controlada

    principalmente nas reas mineiras j encerradas, uma vez que este processo

    actualmente foi abandonado e substitudo pelos outros acima descritos.

    3.3.5. Processamento do minrio em instalao fabril

    Aps a explorao do minrio atravs de minas a cu aberto ou subterrneas, este

    material encaminhado para as instalaes de processamento com o objectivo de, da,

    extrair urnio. Normalmente estas fbricas esto localizadas perto da zona de explorao

    mineira, de modo a minimizar custos de transporte, tornando a produo mais rentvel.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    15

    O processo de remoo de urnio do minrio explorado atravs de lixiviao, mais

    comummente atravs de cido sulfrico, no entanto tambm pode ser utilizado um

    processo alcalino, sendo esta a principal diferena entre as diversas instalaes fabris.

    A seguir descreve-se o processo de extraco de urnio, por via cida, realizado na

    Instalao de White Mesa (Utah, EUA) com exemplo.

    O processo comea com a pesagem e descarga do minrio em pequenas pilhas onde

    so recolhidas amostras para determinao do teor de humidade. De seguida o material

    esmagado at cerca de 1% do seu tamanho inicial, sendo este processo completado

    em quatro estgios, aps o qual o minrio misturado com gua. A lama ou mistura

    apresenta cerca de 50% de slidos e 50% de gua.

    Esta mistura sujeita a uma pr-lixiviao, com a adio de um cido forte, de modo a

    neutralizar o excesso de acidez do segundo estgio de lixiviao do minrio bruto, como

    se poder perceber mais frente. Esta mistura , ento encaminhada para

    espessamento, onde adicionado um floculante, de modo a promover a separao

    slido-lquido. A fase lquida encaminhada para um clarificador e depois filtrada. Os

    slidos removidos sofrem uma segunda lixiviao, com adio de cido, calor e um

    oxidante, cloreto de sdio) com um tempo de reteno de 24 horas. Aps este perodo o

    minrio sujeito a lavagem e nova separao slido-lquido, atravs do circuito de

    decantao em contracorrente. Neste circuito a mistura passa por sete espessadores que

    vo lavar os slidos lixiviados da sua componente lquida portadora de urnio,

    adicionando gua ou uma soluo estril aos slidos em contracorrente.

    Com este mtodo, do primeiro ao ltimo espessador, o urnio vai sendo removido dos

    slidos, ficando assim livres at cerca de 99% de urnio solvel, sendo ento,

    encaminhados para as escombreiras.

    O clarificado do espessador n. 1 encaminhado para o circuito de pr-lixivio e para o

    espessador de pr-lixiviao e posteriormente para o decantador, conferindo um

    espessamento adicional para remoo dos slidos suspensos, antes de se avanar com

    a extraco do solvente.

    Aps a clarificao, a soluo filtrada em carvo de modo a assegurar a remoo das

    partculas slidas.

    Para a remoo selectiva do urnio da soluo aquosa cida utiliza-se o mtodo de

    extraco do solvente atravs de troca inica, deixando em soluo os metais

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    16

    indesejveis. O urnio concentrado atravs da adio de querosene ao longo do

    circuito. Assim, a soluo aquosa cida de urnio encaminhada para o

    misturador/decantador onde se mistura com o querosene, sendo o urnio, ento,

    transferido da soluo aquosa para a fase solvente orgnica.

    Depois da mistura, a parte orgnica e aquosa so separadas, atendendo a que a

    querosene flutua.

    Ocorrem neste processo quatro estgios de extraco, em que as solues aquosas e

    orgnicas seguem continuadamente e em contracorrente uma da outra. Deste modo, a

    componente orgnica passa a conter o urnio, sendo nesta fase encaminhada para o

    circuito de stripping.

    De salientar, que a soluo aquosa contm outros metais para alm do urnio, sendo que

    muitos podero ser removidos tambm por extraco de solvente, aplicada nesta fase, se

    o seu valor comercial o justificar. Caso no sejam aproveitados, esta soluo poder ser

    includa no espessador do circuito de contracorrente de modo a ser aproveitado ainda o

    urnio remanescente ou encaminhada para tratamento.

    Na fase de stripping adicionada gua com cloreto de sdio acidificada na proporo de

    1:10 soluo orgnica. Deste modo, esta soluo sai do processo com cerca de 40

    vezes a concentrao de urnio, em comparao com a soluo aquosa do circuito de

    extraco.

    A soluo orgnica, j livre de urnio, no constitui um efluente pois integrada

    novamente no circuito de extraco.

    A soluo com o urnio ento enviada para o circuito de precipitao e com a adio de

    amnia, ar e calor, o urnio fica insolvel na soluo. A soluo ento encaminhada

    para um espessador, onde as partculas slidas vo estabilizando e geram-se lamas com

    cerca de 50% de slidos. A recuperao efectuada a partir de dois estgios de

    centrifugao, sendo posteriormente sujeito a secagem, onde desidratado e as

    impurezas dos produtos so queimadas.

    Na Figura 3 apresenta-se, de forma esquemtica, o processo de produo de urnio

    acima descrito.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    17

    Explorao de

    Minrio

    Pesagem

    Descarga

    Esmagamento do Minrio

    Mistura

    Pr-lixiviao

    Espessamento Fase lquida

    Clarificao

    Filtrao

    Fase slida

    Lixiviao

    Lavagem/Decantao em contra-corrente

    Fase lquida

    Filtrao Fase lquida

    Mistura/ Decantao Soluo

    Fase solvente orgnica

    Stripping Soluo orgnica

    Soluo com urnio

    Espessamento

    Centrifugao

    Secagem

    gua

    Floculante

    cido, Calor e Oxidante

    gua ou soluo

    Querosene

    gua Salgada Acidificada

    Amnia, Ar e Calor

    Clarificado do Espessador n.1

    cido forte

    Figura 3 Esquema do processo de produo de urnio atravs de lixiviao cida

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    18

    Em muitas instalaes, e na acima referenciada no excepo, os resduos slidos e

    lquidos so depositados em lagoas artificiais, sob a forma de areias lixiviantes e

    solues estreis, que so tambm depsito de escombros da mina em explorao. Da

    os efluentes so bombeados para uma lagoa de evaporao para a secagem das areias.

    No entanto, este processo requer tempo e espao, pelo que poder no ser vivel em

    muitas situaes.

    3.4. Transferncia de Urnio para o Ambiente

    Qualquer um dos tipos de explorao mineira, a cu aberto ou subterrnea, acarreta

    impactes negativos para o ambiente, sendo alguns comuns a ambas tipologias,

    nomeadamente atravs do colapso ou exposio aos elementos naturais.

    De acordo com a Agencia Internacional de Energia Atmica, as escombreiras de

    produo de urnio so especialmente preocupantes em termos ambientais porque

    mantm grande parte da radioactividade do minrio da retirado, sendo persistente ao

    longo do tempo, para alm de conterem uma grande diversidade de metais pesados e

    outros compostos biotxicos, podendo igualmente conter sulfuretos que, sujeitos a

    oxidao, podem desencadear drenagem acida da mina.

    A consistncia das escombeiras poder variar de granular a lamacenta, estando sujeita a

    fenmenos de lixiviao, eroso ou colapso. O mtodo de deposio superficial,

    comummente utilizado, expe uma grande rea aos elementos naturais, aumentando o

    risco de libertao de radiao, poeiras radioactivas e geoquimicamente txicas e

    interaco com sistemas aquticos superficiais.

    Na Tabela 4 pode observar-se o perodo de tempo que leva um elemento radioactivo a

    reduzir para metade a sua actividade inicial. Esta medida denominada meia-vida de um

    elemento.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    19

    Tabela 4 Perodo de tempo de degradao dos radionucldeos, em meia-vida. (adaptado de IAEA(2003))

    238U 235U

    Nucldeo Meia-Vida Unidade Nucldeo Meia-Vida Unidade

    238U 4,468x109 anos 235U 703,8x106 anos 234Th 24,1 dias 231Th 25,52 horas

    234mPa 1,17 minutos 231Pa 32 760 anos 234U 244 500 anos 227Ac 21,773 anos

    230Th 77 000 anos 227Th 18,718 dias 26Ra 1 600 anos 223Ra 11,434 dias 222Rn 3,8235 dias 219Rn 3,96 segundos 218Po 3,05 minutos 215Po 778 seg 214Pb 26,8 minutos 211Pb 36,1 minutos 214Bi 19,9 minutos 211Bi 2,13 minutos 214Po 63,7 seg 207Tl 4,77 minutos 210Pb 22,26 anos 207Pb estvel - 210Bi 5,013 dias 210Po 138,378 dias 206Pb estvel -

    Saliente-se que se estima que sejam necessrias 10 meias-vidas, em mdia, para que os

    elementos passem a atingir um valor insignificante, no permitindo a distino das suas

    radiaes das do ambiente.

    Observando-se a Tabela 4, verifica-se que muitos dos elementos radioactivos

    permanecem com grande actividade durante muitos anos, provocando atravs da sua

    contaminao em ambientes naturais, risco de degradao, reduzida biodiversidade,

    viabilidade de ecossistemas, esttica, utilizao pblica e disponibilidade de terrenos.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    20

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    21

    4. CARACTERIZAO QUALITATIVA DOS EFLUENTES

    No seguimento de investigaes efectuadas em reas mineiras abandonadas, Nero et al

    (2004) concluiu que a produo de minrio permitiu obter concentrados com cerca de

    80% de U3O8, sendo que os resduos resultantes dessa produo incluem, para alm de

    pequenas quantidades de urnio, quantidades significativas de outros radionucldeos.

    Estes resduos podero igualmente incluir diversas quantidades de outros elementos,

    como os que foram utilizados nas operaes de produo ou no tratamento final dos

    resduos, assim como os elementos associados mineralogia do jazigo. No primeiro

    grupo esto includos cido sulfrico, sulfatos, cloretos, carbonatos, nitratos, amnia,

    hidrxido de clcio, mangans e solventes orgnicos, enquanto os elementos associados

    com a componente mineralgica so ferro, cobre, vandio e arsnio, entre outros.

    A Empresa Nacional de Desenvolvimento Mineiro (EDM) efectuou diversos estudos nas

    reas de minrios radioactivos, EDM (2003), nomeadamente na rea mineira da

    Urgeiria, para caracterizao dos efluentes produzidos.

    De acordo com esse estudo, a rea mineira da Urgeiria, actualmente a sofrer obras de

    reabilitao promovendo a sua selagem e tratamento de guas residuais, apresentava

    duas situaes com carncias de tratamento, por um lado as guas cidas na zona onde

    existiu explorao a cu aberto e subterrnea, em que se verificaram processos de

    lixiviao, por outro, escorrncias superficiais e infiltraes de guas cidas resultantes

    da lixiviao efectuada pelas guas pluviais sobre as escombreiras de lixiviao,

    barragens de rejeitados e depsitos de lamas.

    Ambos os efluentes foram sujeitos a campanhas de amostragem com a realizao das

    respectivas anlises a diversos parmetros e comparados com os valores mximos

    admissveis (VMA) e valores mximos recomendados (VMR) para guas para rega, de

    acordo com o Decreto-Lei n. 236/98, de 1 de Agosto. de salientar que na referida

    legislao no esto definidos limites para o rdio e urnio.

    Assim, no efluente do interior da mina foram detectados os seguintes constituintes U,

    226Ra, ambos radioactivos, e Br, Cl, F, SO4, As, B, Ca, Fe, Mn, Ni, K, Na e Zn e no

    efluente da escombreira foram detectados os mesmos constituintes excepo do

    226Ra, e ainda mais Al, Be, Ce e com variao sazonal B e Ba.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    22

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    23

    5. TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO DISPONVEIS

    5.1. Introduo

    De acordo com a IAEA (2004), tendo em considerao a diversidade dos ambientes de

    explorao e produo e potencial de contaminao dos elementos e compostos, apenas

    uma tecnologia de tratamento poder no ser suficiente na remoo dos diversos

    contaminantes. De um modo geral, aplicam-se mtodos de tratamento activos durante o

    perodo de produo e, aps encerramento e fase de monitorizao, so

    maioritariamente aplicados processos passivos no tratamento do efluente gerado.

    O tratamento de grandes caudais de gua contaminada (> 50 m3/h) , actualmente,

    efectuado com recurso a processos qumicos convencionais. Para caudais menores, so

    utilizados processos menos tecnolgicos, de menor manuteno, como o caso dos

    tratamentos passivos (IAEA e OECD Nuclear Energy Agency, 2002).

    No caso da rea mineira da Urgeiria, j referenciado no captulo 4, promove-se a juno

    dos efluentes produzidos em dois pontos, mina e poo de recolha de infiltraes cidas

    provenientes da zona das barragens de rejeitados, numa estao de neutralizao. De

    acordo com informao da EDM (2003), mistura dos efluentes adicionada leite de cal

    para neutralizao do pH. Este processo seguido por um mtodo de precipitao, com

    adio de soluo de cloreto de brio, aps uma decantao inicial, para

    descontaminao radfera. Aps o tratamento o efluente descarregado com a presena

    de U, Cl, F, SO4, Ca, Mn, K, Na e, sazonalmente, Br, NO3, Ba, Al e Ni.

    de salientar que, independentemente de se tratar de uma rea mineira em explorao

    ou j encerrada, dever promover-se a minimizao da entrada de guas pluviais nas

    zonas de contaminao, no sentido de serem minimizados os caudais de efluente

    contaminados a enviar para tratamento.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    24

    5.2. Sistemas de Tratamento Activos

    5.2.1. Neutralizao

    Um dos mtodos de tratamento de lamas ou licores cidos em instalaes de produo

    de urnio mais utilizados a neutralizao atravs da adio de cal, previamente sua

    descarga. Inclusivamente, este foi o mtodo utilizado em Portugal no final da dcada de

    80 (rea da Urgeiria) e incio da dcada de 90 (Cunha Baixa e Quinta do Bispo), tendo

    permanecido at hoje, de acordo com a EDM (2003).

    O mtodo de neutralizao simples, necessitando apenas de um reactor onde

    adicionada a cal e um decantador para estabilizao de slidos e deposio de lamas.

    Contudo, este mtodo apresenta uma diversidade de limitaes e problemas e, por si s

    no suficiente para remover do efluente os metais e radionucldeos e sais dissolvidos,

    de modo a dar cumprimento aos limites de descarga.

    Segundo Ring et al (2004), o volume de lamas produzido por este mtodo elevado,

    requerendo grandes volumes de armazenamento, sendo que a lama produzida apresenta

    elevada quantidade de gua, limitando desta forma a quantidade de gua disponvel para

    reciclagem no processo produtivo.

    Os estudos efectuados por Ring et al (2004) permitiram concluir que este sistema poder

    ser melhorado, de modo a obter lamas de maior densidade, permitindo menores volumes

    de armazenamento e consequentemente uma maior percentagem de efluente reciclado.

    O mtodo baseia-se na recirculao das lamas, juntando-as a cal antes da sua mistura

    com o efluente bruto. Deste modo obtm-se um material mais denso em vez de um

    precipitado como acontece com o mtodo convencional.

    De acordo com Ring et al (2004), vrios estudos apontam para que estes resultados

    sejam melhorados com recurso a vrios estgios de neutralizao em reactores

    sequenciais, sendo essencial o controlo da dosagem aplicada no sentido de se obter uma

    precipitao heterognea, favorecendo a formao de partculas cristalinas mais densas

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    25

    e no um precipitado amorfo. Para tal, ser necessrio determinar o pH ptimo para a

    soluo de acordo com a sua constituio.

    Na Figura 4 apresenta-se um diagrama de processo comparativo dos dois processos,

    convencional e com lamas de alta densidade.

    REACTORES DE NEUTRALIZAO

    LEITE DE CAL (agente neutralizador)

    GUA RESIDUAL

    MISTURA

    MISTURA E AREJAMENTO

    MISTURA E AREJAMENTO

    DECANTAO

    FLOCULANTE

    GUA TRATADA

    ARMAZENAMENTO DE LAMAS

    AMACIAMENTO DE LAMAS

    Tratamento convencional

    Processo de neutralizao com lamas de alta densidade

    Figura 4 Comparao do processo convencional com o processo de neutralizao com lamas de alta densidade (adaptado de Ring et al, 2004)

    Das experincias levadas a cabo pelo programa de investigao da Organizao

    Australiana de cincia e Tecnologia Nuclear (ANSTO), por Ring et al (2004), consegue-se

    com este processo uma diminuio entre 50 a 65% dos volumes de lamas, estimando-se

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    26

    um aumento na recuperao de efluente para reciclagem na ordem dos 7 a 16%. Esta

    uma reduo importante porque implica poupana de recursos no processo produtivos e

    uma diminuio de risco de infiltraes do efluente das lamas depois da sua deposio

    em leitos de secagem. No entanto, os resultados da aplicao deste mtodo nos

    efluentes provenientes da mina apresentam maior potencial de reciclagem do que no

    processo de produo de urnio. Esta situao deve-se ao facto de estes efluentes

    apresentarem uma maior concentrao de sais, do que os da mina, no possibilitando

    assim uma recuperao to eficiente da gua para reciclagem e reutilizao.

    Observa-se um maior consumo de cal por este processo, no entanto, a experincia

    demonstrou que se verifica uma reduo dos sais presentes no efluente, para o mesmo

    pH, relativamente neutralizao convencional. No se verifica, no entanto, um

    acrscimo de densidade nas lamas na aplicao do sistema de lamas de alta densidade

    com mltiplos estgios relativamente ao convencional, concluindo-se pela adopo de

    neutralizao convencional com mltiplos estgios ou mtodo de lamas de alta

    densidade simples. Ambos estes processos foram eficazes na remoo dos ies

    metlicos e radionucldeos do efluente.

    5.2.2. Precipitao com cloreto frrico

    A aplicao de cloreto frrico efectuada quando o processo de neutralizao no

    permite a reduo da concentrao de arsnio de modo a cumprir os limites de descarga

    do efluente No entanto, permite a remoo de outros radionucldeos e metais pesados,

    por adsoro.

    O cloreto frrico actua de duas formas, segundo a IAEA e OECD Nuclear Energy Agency

    (2002), em primeiro lugar, combina-se com o arsenato, AsO43-, formando o precipitado de

    arsenato de ferro, FeAsO4, cuja solubilidade muito baixa (para que esta reaco ocorra

    o arsnio ter que ser pentavalente e o pH

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    27

    5.2.3. Precipitao com cloreto de brio

    A aplicao de cloreto de brio ao efluente cido da indstria de produo de urnio,

    um mtodo clssico utilizado em diversas fbricas.

    O princpio base deste mtodo aplicao de cloreto de brio, que ao entrar em contacto

    com o io sulfato presente no efluente forma sulfato de brio, sob a forma de precipitado.

    O rdio presente no efluente, atravs de substituio isomorfa com o BaSO4, forma um

    co-precipitado de Ba(Ra)SO4.

    Este processo um complemento do processo de neutralizao, descrito no captulo

    5.2.1, sendo este vital para que a precipitao ocorra. No processo de neutralizao, os

    caties mangans, magnsio e outros formam depsitos floculentos, que so essenciais

    para a agregao do precipitado de Ba(Ra)SO4, acelerando a sua deposio.

    Segundo Jianguo et al (2004), este mtodo apresenta tambm o problema da gerao de

    lamas com grande percentagem de gua, necessitando de um rgo de espessamento

    com dimenses significativas.

    Tal como foi descrito no processo de neutralizao, experincias recentes demonstram

    bons resultados na recirculao das lamas geradas no processo, poupando custos com

    reagentes e a produo de menos lamas, com melhoria da sua precipitao e

    propriedade filtrante.

    No Instituto de Investigao de Engenharia Qumica e Metalurgia de Pequim, de acordo

    com Jianguo et al (2004), foram realizados diversos procedimentos experimentais para

    um efluente com as caractersticas apresentadas no Tabela 5, com o objectivo de definir

    o pH ideal, tempo de mistura e dose de cloreto de brio de modo a tornar o processo o

    mais eficiente possvel e, tambm, para avaliar as vantagens da reciclagem de lamas do

    processo.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    28

    Tabela 5 Caractersticas do efluente submetido a procedimentos experimentais (adaptado de Jianguo et al, 2004)

    Parmetro Unidade Concentrao presente em soluo

    U mg/l 5,8

    Th mg/l 1,7As mg/l 1,0

    Ra mg/l 31

    Cd mg/l

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    29

    Na Figura 5 apresenta-se o esquema de tratamento aplicado ao efluente.

    Circuito de Reciclagem

    Armazenamento de Lamas

    Efluente cido de urnio

    BaCl

    Mistura

    Mistura (20 min)

    Mistura (10 min)

    pH 11

    pH 11

    Decantao

    Cal

    Descarga da soluo sobrenadante

    Lamas

    Figura 5 Diagrama de Processo de Remoo de contaminantes de efluente cido de urnio, atravs de Cloreto de Brio (adaptado de Jianguo et al, 2004)

    De acordo com os procedimentos experimentais realizados foi possvel concluir que o

    controlo do pH imprescindvel na remoo de radionucldeos, urnio e rdio, assim

    como de outros constituintes do efluente. Assim, aplica-se sempre um processo de

    neutralizao prvio adio de cloreto de brio.

    Com o pH a 8, so removidos facilmente o trio e os outros elementos constituintes

    excepo do urnio, rdio, e flor. No entanto, estes constituintes apresentam uma

    elevada taxa de precipitao e a sua presena em soluo sofre um grande decrscimo.

    Se se pretender baixar a concentrao de flor presente no efluente, este objectivo ser

    facilmente obtido com a precipitao atravs da adio de sulfato de alumio.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    30

    O passo seguinte para a remoo eficiente de urnio e rdio ser a adio, ao efluente,

    de cloreto de brio. Aps a mistura durante 20-30 minutos, so includas as lamas

    recicladas do processo e adicionada cal at atingir valores de pH na ordem de 11 e

    novamente misturada durante 10-20 min. Verifica-se que a dose recomendada para a

    remoo eficiente de urnio e rdio ser entre 5 e 10 mg BaCl/l de efluente, sendo que o

    limite superior j conservativo.

    De acordo com a IAEA e OECD Nuclear Energy Agency (2002), no caso de aplicao

    simples deste processo, sem reciclagem de lamas, so necessrios 30 a 60 mg BaCl2/l

    de efluente, para atingir eficincias de remoo de 95 a 99%.

    Verificou-se, durante o procedimento experimental, a poupana de cal em cerca de 10%,

    com a reciclagem das lamas, sendo que este processo permite obter lamas com maior

    concentrao, tornando o seu espessamento mais eficaz.

    5.2.4. Adsoro atravs de hidrxido de mangansio hidratado atravs de arejamento

    Este mtodo preferencialmente adoptado em guas residuais com alto teor de

    mangansio, essencialmente de uma perspectiva econmica, que permitir utilizar o io

    mangans presente na gua residual sem haver necessidade de adicionar ao efluente.

    De acordo com investigaes no Instituto de Investigao de Engenharia Qumica e

    Metalurgia de Pequim (IIEQM), China, por Jianguo et al (2004), se o efluente tiver muitos

    contaminantes, como alumnio, slica e magnsio, dever ser submetido a uma prvia

    neutralizao, com adio de leite de cal at obter um valor de pH entre 7 e 8.

    De acordo com o mesmo documento, para valores de rdio entre 3 e 40 Bq/l ou 180 Bq/l,

    o io mangans dever estar presente em soluo acima de 100 mg/l ou 200 mg/l,

    respectivamente, para que o rdio seja removido por adsoro. Deste modo, caso a

    concentrao de mangansio seja insuficiente, dever ser adicionado ao efluente para

    que o processo seja eficiente.

    De seguida, o pH do efluente dever ser ajustado entre 10,5 e 11 para que seja formado

    o precipitado de hidrxido de mangansio, de acordo com a equao

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    31

    22 )(2 OHMnOHMn + + . Nesta fase j foram removidos do efluente o urnio, trio,

    flor e outros contaminantes presentes no efluente. Este precipitado facilmente oxidado

    para formar hidrxido de mangansio hidratado, 222 )(2

    1)( OHMnOOOHMn +, com o

    arejamento do efluente durante 30 minutos. de salientar que quanto maior o tempo de

    arejamento, mais elevada ser a formao deste composto e como tal, maior capacidade

    de remoo de rdio.

    A adsoro do rdio por este complexo efectuada de acordo com a seguinte equao:

    O=Mn

    OH

    OH

    + Ra2+ O=Mn

    O

    O

    Ra2++ 2H+

    Para tal a fase de adsoro dever ter um tempo de reteno de cerca de 5 minutos.

    Segue-se a fase de decantao, cujo tempo necessrio depende da quantidade de rdio

    e io mangans presentes no efluente e da presena, ou no, de contaminantes como

    alumio, slica e magnsio. Se no se verificarem estes contaminantes, esta etapa dever

    ter um tempo de reteno entre 1 a 5 horas, para uma remoo eficiente de rdio. Se

    permanecerem os contaminantes no efluente, sero precisos 8 a 9 dias, pelo que

    aconselhvel o pr-tratamento de neutralizao neste processo de modo a aumentar a

    eficincia da decantao.

    De acordo com as investigaes do IIEQM de Pequim (Jianguo et al, 2004), este um

    complexo estvel, no se verificando a libertao do rdio das lamas e com propriedades

    de re-adsoro para remoo de rdio de efluente de urnio.

    Este mtodo particularmente vantajoso porque utiliza o contaminante do efluente,

    Mn2+, no tratamento, evitando assim custos adicionais no caso de este existir em

    soluo em quantidade suficiente e no adiciona outros elementos para alm dos

    existentes no efluente original, beneficiando tambm a proteco ambiental.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    32

    5.2.5. Tecnologia de membranas

    5.2.5.1. Introduo

    A tecnologia de membranas constitui a forma de filtrao mais fina conhecida at data

    destina-se a remover partculas com tamanhos entre os 0,00005 e os 10 m. Esta

    tecnologia divide-se em quatro tipos diferentes: osmose inversa, nanofiltrao e

    ultrafiltrao e microfiltrao.

    As membranas so barreiras sintticas atravs das quais se poder efectuar uma

    permeao selectiva das espcies necessrias de remover, atravs da combinao das

    caractersticas fsico-quimicas da superfcie da membrana e fora motriz. Os materiais

    separados no so, assim, modificados.

    De um modo geral, o processo de operao de membranas, poder-se- descrever como

    um filtro (Figura 6).

    Efluente Concentrado

    Permeato Membrana

    Figura 6 Representao esquemtica do funcionamento de uma membrana. (adaptado de

    Pinnekamp e Friedrich, 2003)

    Os processos de tratamento por membranas baseiam-se em dois modelos de transporte

    distintos, transporte de partculas e molculas de dimenso muito reduzidas atravs dos

    poros da membrana, no caso da microfiltrao e ultrafiltrao, e transporte de molculas

    e ies por difuso, aplicados na nanofiltrao e osmose inversa.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    33

    A fora motriz do processo de separao a diferena de presso entre a entrada do

    efluente e a zona do permeato, denominao presso transmembrana, sendo,

    normalmente aplicada uma sobrepresso entrada ou uma presso baixa na zona do

    permeato. Dependendo do tipo de membrana, poder ser aplicada uma presso entre 0,1

    e 70 bar, podendo ir at 120 bar, em casos especiais (Pinnekamp e Friedrich, 2003).

    A selectividade e a capacidade so os factores mais importantes para a eficincia

    econmica desta tecnologia. A selectividade a caracterstica da membrana que permite

    a diferenciao entre os componentes de uma mistura e a sua separao entre fases. A

    capacidade ser o caudal de acordo com as condies de operao especficas. Outra

    caracterstica ter em conta a permeabilidade, sendo o quociente entre o caudal e a

    presso transmembrana (Pinnekamp e Friedrich, 2003).

    De acordo com Ramachandhran, et al (2004), estas tecnologias apresentam boas

    potencialidades para sua aplicao na concentrao de efluentes radioactivos. Os

    processos com recurso a operao atravs da presso tm sido muito utilizados muito

    utilizados devido sua operacionalidade temperatura ambiente, aplicao a

    operaes com grande volume e, comparativamente com algumas outras tecnologias,

    pouco consumo energtico.

    Na Figura 7 apresentam-se esquematicamente as condies de operao e

    funcionamento dos diversos tipos de tecnologia de membranas.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    34

    Filtrao

    Microfiltrao

    Ultrafiltrao Nanofiltrao

    Osmose Inversa

    Peso molecular g/mol

    Tamanho m

    1.000.000 200.000 20.000 200

    100 10 1 0,1 0,01 0,001

    Flocos de lamas activadas

    Bactrias Vrus cidos Orgnicos

    Presso bar 0,1 - 3 2 - 40 0,5 - 10 5 - 70 (at 120)

    Figura 7 Processos de Membranas, Tipo e dimenso das molculas e/ou partculas separadas e condies de presso de funcionamento. (adaptado de Pinnekamp e Friedrich, 2003)

    No tratamento de efluentes da indstria de produo de urnio, os processos de osmose

    inversa e nanofiltrao so os mais utilizados, pelo que so focados com mais pormenor

    nos captulos 5.2.5.2 e 5.2.5.3.

    Na Figura 8 apresenta-se esquematicamente as diferenas entre os dois processos, no que diz respeito s suas caractersticas de remoo.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    35

    Nanofiltrao Tamanho dos poros:

    0,001 0,01 m

    Macromoleculas orgnicas

    Pequenas molculas orgnicas

    Io Multivalente

    Io Monovalente

    Tamanho dos poros:

    0,004 m

    Tamanho dos poros:

    0,0004 m

    Figura 8 Representao esquemtica da diferena de permeabilidade entre as membranas

    de nanofiltrao e osmose inversa. (adaptado de Pinnekamp e Friedrich, 2003)

    As membranas apresentam um tempo de vida til que depende de um conjunto de

    factores limitantes, os quais devem ser cuidadosamente estudados uma vez que a

    substituio das membranas constitui uma componente muito importante dos custos de

    explorao associados ao sistema de tratamento.

    Deste processo resulta um concentrado, representando cerca de 20 a 30% do total

    afluente, que dever ser armazenado num tanque, sendo que devero ser estudas as

    solues possveis a dar a este resduo.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    36

    5.2.5.2. Osmose Inversa

    Como se pode observar pela Figura 8, a tecnologia osmose inversa permite a remoo, de um modo geral, da totalidade dos ies em soluo, pelo que usualmente utilizada

    para efluentes muito carregados em termos de metais pesados e quando o objectivo

    obter eficincias de remoo muito elevadas.

    Deste modo, permite utilizar a gua tratada, incorporando-a de novo no processo de

    fabrico ou, tambm, por exemplo para rega ou lavagens.

    Existem no mercado uma diversidade de solues com recurso a esta tecnologia. Na

    Figura 9, apresentam-se alguns tipos de sistemas utilizados.

    Permeato

    Retido

    Permeato

    Efluente

    Membrana

    Espao para alimentao,

    definido por filtro

    Reactor

    Efluente

    Efluente

    Tubagem de recolha

    Permeato

    Concentrado

    Concentrado

    Membrana

    Espaamento

    Espaamento

    (a) Modulo de placas (b) Modulo em espiral

    Efluente

    Concentrado

    Permeato

    Concentrado

    Permeato

    Efluente

    Resina Porosa

    Tubagem de permeato

    Membrana capilar

    (c) Modulo tubular (d) Modulo de disco

    Figura 9 Mdulos de membranas do processo de osmose inversa. (adaptado de Ramachandhran et al, 2004)

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    37

    De acordo com Pinnekamp e Friedrich, (2003), os sistemas de osmose inversa trabalham

    com presses entre 5 a 70 bar (podendo atingir, em casos especiais, 120 bar de presso

    transmembrana).

    5.2.5.3. Nanofiltrao

    A nanofiltrao uma tcnica de separao por membrana, encaixada entre a

    ultrafiltrao e a osmose inversa, de acordo com as espcies que separa. Nesta tcnica

    utilizam-se membranas com poros de 0,5 nm a alguns nanmetros de dimenso, sendo

    as membranas carregadas aquando do contacto com soluo aquosa. A separao ,

    assim, efectuada tendo em considerao a carga e o tamanho da espcie presente em

    soluo (Ring et al, 2004).

    De um modo geral, este mtodo promove a remoo de espcies com um dimetro

    superior ou igual a 1nm. Este mtodo eficaz na remoo de ies multivalentes, pelo que

    dever se aplicado em efluentes mais carregados com este tipo de ies. A vantagem

    relativamente osmose inversa, que permite a remoo quase a totalidade dos ies,

    que funciona com presses mais baixas para atingir as mesmas taxas de permeabilidade

    (2 a 40 bar), sendo, assim, uma opo mais econmica e que permite a reutilizao do

    efluente tratado no processo produtivo.

    O funcionamento da membrana depende da soluo em que mergulhada e do seu

    ponto isoelctrico (quando a carga zero). Assim, se o pH da soluo for superior ao

    ponto isoelctrico da soluo, a membrana apresentar carga negativa, ou vice-versa. As

    membranas com carga negativa, geralmente, apresentam grupos de cido sulfnico,

    enquanto as de carga positiva apresentam grupos de aminas ou iminas.

    A nanofiltrao permite a remoo de solutos orgnicos e inorgnicos, sendo que nos

    primeiros a remoo efectuada com base na carga e no tamanho, e nos segundos

    apenas efectuada com base no tamanho.

    Os factores que limitam a separao so, assim, o tamanho, a carga do io, tamanho do

    poro da membrana, material e carga da superfcie da membrana, as caractersticas da

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    38

    soluo (pH, fora inica), a natureza dos contra-ies, e as condies de operao (fluxo

    de membrana, velocidade de passagem e presso) (Ring et al, 2004).

    O processo de nanofiltrao aplicado na indstria dever ser precedido de um pr-

    tratamento de microfiltrao de modo a proteger as membranas contra uma colmatao

    precoce.

    A percentagem de rejeio das espcies pelas membranas definida pela equao:

    1001

    =

    f

    p

    CC

    R, onde Cp a concentrao do permeado e Cf a concentrao de

    entrada, sendo calculada atravs da anlise de amostras de ambos efluentes.

    De acordo com procedimentos experimentais de Ring et al, 2004, a eficincia de remoo

    dos caties multivalentes (urnio, mangans, sulfato, rdio, clcio, etc) em soluo , no

    geral, acima de 95%.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    39

    5.2.6. Troca Inica

    A tecnologia de troca inica muito utilizada no tratamento de efluentes industriais. O

    processo baseia-se na capacidade qumica reactiva de slidos orgnicos e inorgnicos,

    que quando dissociados apresentam carga inica negativa ou positiva. Deste modo, as

    resinas de troca inica podem agregar caties, se carregadas negativamente, ou anies,

    se, pelo contrrio, apresentarem carga positiva (IAEA e OECD Nuclear Energy Agency,

    2002).

    A troca inica um processo reversvel, atravs do qual os contra-ies da resina, so

    trocados pelos ies dissolvidos em soluo com a mesma carga. Quando as resinas

    estiverem totalmente carregadas com os ies que se pretende remover da soluo, estas

    so regeneradas. A regenerao efectuada atravs da aplicao de um cido forte, que

    permite a recuperao dos ies removidos da soluo (IAEA e OECD Nuclear Energy

    Agency, 2002).

    Neste processo, os ies so trocados por outros com os quais haja uma maior afinidade

    inica, sendo esta caracterstica funo do raio inico e da natureza qumica do grupo

    reactivo da resina. Assim, estas resinas so produzidas de acordo com as caractersticas

    do efluente para o qual sero aplicadas.

    Esta tecnologia poder ser conjugada com outro tipo de tratamento preliminar,

    normalmente mtodos de precipitao, de modo a tornar as resinas mais especficas

    para um determinado elemento de mais difcil remoo pelos mtodos clssicos,

    permitindo assim uma diminuio dos custos de explorao com a regenerao.

    Este mtodo aconselhado para a recuperao de metais com algum valor comercial, e

    permite tambm a reutilizao da gua tratada no processo produtivo.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    40

    5.3. Sistemas de Tratamento Passivos

    5.3.1. Lagoas de Macrfitas

    As lagoas de macrfitas so ecossistemas construdos, especificamente concebidos para

    o tratamento de gua residual, guas drenadas de minas e outras guas, atravs da

    optimizao de processos biolgicos, fsicos e qumicos que ocorrem em sistemas

    naturais. A Figura 10 representa esquematicamente uma lagoa de macrfitas.

    Substrato orgnico

    Tela impermevel

    Gravilha, areia

    Entrada Sada

    Figura 10 Representao esquemtica de uma lagoa de macrfitas (adaptado de IAEA, 2004)

    A construo destas lagoas pode ser efectuada de trs formas diferentes, originando

    sistemas de superfcie livre, sistemas de fluxo subsuperficial e sistemas de plantas

    aquticas.

    Os sistemas de superfcie livre, ou sistemas de substrato slido, esto associados a

    plantas enraizadas no solo de um leito construdo, normalmente com solo

    impermeabilizado. Estes sistemas esto concebidos para receber o efluente com um grau

    de tratamento preliminar, com baixa velocidade, em fluxo contnuo sobre o meio de

    suporte ou uns centmetros abaixo (2 a 45 cm).

    Os sistemas de fluxo subsuperficial consistem na utilizao de lagoas cujo meio de

    suporte das plantas gravilha, totalizando 30 a 60 cm, sendo as espcies vegetais

    plantas cerca de 15 com abaixo da superfcie do meio (Figura 11). Deste modo, no

    muitas vezes visvel um fluxo superficial.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    41

    Figura 11 Construo de um leito de macrfitas para escoamento subsuperficial (IAEA, 2004.

    Os sistemas de plantas aquticas so semelhantes aos sistemas de superfcie livre, no

    entanto, as lagoas so mais fundas e, geralmente, recorre-se aplicao de plantas

    aquticas flutuantes ou plantas submersas.

    Nestes sistemas so frequentemente utilizadas plantas como eleocharis e nymphya sp

    (Figura 12), no entanto de salientar que muitas vezes necessrio recorrer

    importao de plantas, processo que poder tornar-se dispendioso.

    Figura 12 Fotografia das espcies vegetais eleocharis e nymphya sp, utilizadas em sistemas de plantas aquticas.

  • TRATAMENTO DE EFLUENTES RESULTANTES DA EXPLORAO DE URNIO

    42

    De acordo com o suporte utilizado, ocorrem diversos processos tais como sedimentao,

    filtrao, precipitao e adsoro na matriz do meio filtrante, bem como fenmenos

    biolgicos tais como degradao microbiolgica e assimilao pelas plantas.

    As plantas tm uma capacidade considervel para adsoro de metais pesados,

    removendo deste modo a sua concentrao no efluente final a descarregar no meio

    receptor. No entanto, esta capacidade limitada, pelo que esta soluo dever ser

    cuidadosamente estudada tendo em conta as concentraes de metais pesados e

    materiais radioactivos no efluente actual.

    De acordo com a IAEA (2004), na experincia de operao de uma instalao de

    tratamento deste tipo aplicada gua que inunda a mina de Phla Tellerhuser em

    Wismut, na Alemanha, verifica-se a eficiente remoo de ferro, arsnio, mangans e

    rdio, sendo que a remoo destes dois ltimos elementos da responsabilidade da

    formao de biofilme no meio de suporte do leito. No se tem, no entanto, verificado a

    remoo de urnio do efluente, devido ao pH elevado e a presena de concentraes de

    bicarbonato.

    Deste modo, pode tambm concluir-se que a eficincia da aplicao de lagoas de

    macrfitas no tratamento de efluentes provenientes de explorao mineira de urnio,

    depende da constituio prprio efluente em termos de radionucldeos e o controlo dos

    parmetros, como pH, podendo, eventualmente haver necessidade de aplicao de

    aditivos, ou pr-tratamento com recurso a solues activas (capitulo 5.2).

    Neste sentido, de salientar, que Ring, et al (2004) afirma que, de acordo com Hedin,

    R.S. et al, apesar de se pensar durante muito tempo que o processo de remoo de

    metais e sulfato em leitos de macrfitas seria mediado pelas plantas, na realidade este

    deve-se h reduo de sulfato pelas bactrias, sendo a chave do tratamento dos

    efluentes provenientes de minas de urnio.

    Deste modo, a limitao da fonte de carbono e a competio com bactrias redutoras de

    ferro por carbono e energia, constituem factores limitadores para a reduo de sulfato em

    leitos de macrfitas (Ring et al, 2004).

    As bactrias sulfato-redutoras so bactrias heterotrficas, que necessitam de uma fonte

    orgnica de carbono e energia para a reduo de sulfato, no entanto se o carbono

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    limitado, estas vo perder na competio com as bactrias redutoras de ferro, porque

    estas so mais eficientes na sua transformao.

    Deste modo, a limitao da fonte de carbono poder implicar um aumento de custos de

    operao da instalao, se houver necessidade de incluir uma fonte de carbono externa

    gua residual a tratar, para dar cumprimento aos parmetros de descarga do efluente.

    Assim, uma soluo barata e cujo desenvolvimento depende da luz solar, a aplicao

    de algas verdes como fonte de carbono para o desenvolvimento das bactrias sulfato-

    redutoras. Os procedimentos experimentais de Ring et al (2004) demonstraram que a

    espcie de alga Scenedesmus apresenta uma maior ligao com a reduo de sulfato

    em soluo, por mg de algas adicionadas, obtendo-se uma proporo de 10kg de algas

    para uma reduo de sulfato em 1t.

    De qualquer modo, o tratamento de efluentes de minas atravs de lagoas de macrfitas

    dever ser aplicado a efluentes com cargas baixas de contaminantes, da a sua aplicao

    para escorrncias em minas cuja produo j foi cessada.

    de salientar que estas plantas apresentam um perodo limitado de vida, altura em que

    devero ser removidas e repostas. As plantas removidas sero consideradas um resduo

    perigoso, para o qual dever equacionar-se o seu destino.

    5.3.2. Barreiras permeveis reactivas

    O sistema de aplicao de barreiras permeveis reactivas baseia-se no gradiente natural

    do lenol fretico como fora motriz para potenciar a passagem pelo material constituinte

    desta parede artificial, que permitir a reaco com os elementos metlicos

    contaminantes da gua e sua remoo.

    Os processos de tratamento envolvidos podero ser diversos incluindo adsoro,

    precipitao e transformaes por intermdio biolgico.

    Este material dever ser escolhido de modo a permanecer activo durante o mximo de

    tempo possvel, sendo este um dos principais desafios desta tcnica, na opinio da IAEA

    (2004) a par com a manuteno da permeabilidade da barreira, de modo a possibilitar a

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    passagem da gua. Esta ltima situao poder ser despoletada pela colmatao de

    algumas zonas com precipitados decorrentes da interaco entre material reactivo e gua

    contaminada. Deste modo, ser necessria uma monitorizao cuidada, para que um

    eventual problema desta ordem possa ser detectado e corrigido.

    As barreiras permeveis reactivas so instaladas atravs de escavao de uma parcela

    do aqufero e reposio desta parcela com material permevel destinado a reagir com os

    contaminantes presentes na gua e remov-los. Assim, o contaminante convertido

    numa forma estvel para o ambiente geoqumico, permanecendo no aqufero.

    Apesar de ser uma tecnologia cuja implementao acarreta custos significativos, estes

    podero ser recuperados a mdio prazo, com baixos custos de explorao associados,

    comparativamente com a bombagem e tratamento das massas de gua em instalaes.

    Csvri, et al (2004) investigou o efeito atenuante de barreiras reactivas com aplicao

    de cal, tendo verificado que bastante eficiente na remoo de urnio no perodo

    imediatamente posterior sua aplicao, assistindo-se a uma diminuio da

    concentrao de urnio de 40-60 mg/l para 1mg/l. A construo desta barreira , assim,

    efectuada com cal viva espalhada sobre uma superfcie onde colocado o resduo numa

    camada com alguns centmetros, de seguida efectua-se uma mistura entre os resduos e

    a cal totalizando cerca de 10-20 cm, sendo os restantes resduos depositados at 5m,

    altura em que se dever construir outra barreira. Esta uma tcnica bastante eficaz para

    tratamento das escorrncias de uma escombreira.

    Segundo a IAEA, o ferro zero-valente tambm muito utilizado em sistemas de barreiras

    permeveis reactivas para tratamento de urnio e outros metais associados indstria de

    produo de urnio, como so exemplo arsnio, molibdnio, selnio, vandio e zinco,

    atingindo-se excelentes taxas de remoo desses elementos sob a forma reduzida ou

    minerais de enxofre.

    De acordo com o mesmo organismo, alguns redutores orgnicos so tambm bastante

    utilizados, como a serradura, para precipitao de urnio e tambm para a remoo de

    azoto, assim como materiais de soro, como zeolitos, adsorventes ligados a fosfatos e

    xidos de ferro hidratados.

    Estas barreiras, aplicadas a guas subsuperficiais, so instaladas ao longo da largura da

    pluma de contaminao, sendo que esta tambm poder ser encaminhada para a

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    barreira reactiva atravs da instalao de barreiras no permeveis, com recurso a lodo.

    Este processo denominado Sistema Funil-Porta, pela sua configurao (Figura 13).

    FUNIL

    PORTA

    Ex. Carvo Activado

    gua no contaminada

    PLUMA

    Figura 13 Diagrama esquemtico do funcionamento de um sistema de barreiras para tratamento de gua subsuperficial. (adaptado de IAEA, 2004)

    O volume do material a empregar nas barreiras reactivas depende da concentrao dos

    elementos contaminantes em gua, caractersticas geoqumicas da gua e caudal. De

    um modo geral, a quantidade de material envolvido ser praticamente similar,

    independente do sistema de tratamento escolhido.

    De acordo com a IAEA, 2004, o sistema de construo da barreira ao longo da pluma

    mais comummente aplicado, pois a sua instalao mais barata e, com esta soluo,

    tambm ocorrem com menos frequncia entupimentos resultantes de fenmenos de

    precipitao, pela sua configurao mais larga.

    5.3.3. Barreiras biolgicas

    Outra soluo com recurso a barreira a utilizao de paredes biolgicas, cujos

    microrganismos restringem a migrao dos radionucldeos. A aplicao da tecnologia ,

    segundo a IAEA, essencialmente apropriada em formaes geolgicas com

    permeabilidade significativa (areias, arenitos e calcrios permeveis) e sem caminhos

    preferenciais como rachas ou fissuras.

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    O desenvolvimento desta estrutura implica a introduo de microrganismos adequados e

    a fornecimento de nutrientes e elementos essenciais sua propagao, inclusivamente

    poder haver necessidade de ajustar o pH ou potencial redox para que possa ocorrer

    desenvolvimento de biomassa. Na Figura 14 pode observar-se esquematicamente o

    funcionamento de uma barreira biolgica.

    Furo para injeco de microrganismos ou reagentes

    Microrganismo Geo-matriz

    Substancia polimrica extracelular (limo)

    Bioparede

    Contaminante

    Aqufero

    Figura 14 Esquema da construo e modo de operao de uma barreira biolgica (adaptado de IAEA, 2004)

    Assim, a eficcia das paredes biolgicas resulta de diversas possveis aces levadas a

    cabo pelos microrganismos introduzidos ou cultivados na massa de gua. Destas aces,

    so exemplo a reduo fsica, atravs da populao microbiolgica, da permeabilidade e

    consequentemente do fluxo de gua, sendo esta aco potenciada pela presena de

    microclulas (< 100 nm) que medida que se verifica o seu crescimento vo colmatando

    os espaos porosos; o desenvolvimento de limos (substancias polimricas extracelulares)

    capazes de restringirem a migrao dos radionucldeos atravs desta barreira, sendo que

    tambm eles colmatam os espaos porosos, reduzindo, assim a permeabilidade; as

    bactrias redutoras de sulfato apresentam potencial para diminuir a acidez da gua e

    possibilitar a precipitao dos metais pesados, como urnio, entre os outros presentes

    numa gua contaminada em resultado de operaes ligadas produo deste

    componente.

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    5.3.4. Imobilizao

    O processo de imobilizao dos contaminantes uma das tcnicas utilizadas para

    recuperao de um local sujeito a lixiviao in situ. O objectivo da imobilizao a

    mudana da forma do contaminante para outra, cuja capacidade de migrao seja

    diminuda.

    Segundo a IAEA (2004), os tratamentos in situ baseiam-se em reaces qumicas e

    bioqumicas com os contaminantes presentes no efluente.

    A imobilizao por via qumica efectuada com a injeco de imobilizantes, como a calda

    de cimento, silicato de sdio, sulfato hidratado de clcio ou polmeros orgnicos (resinas

    epoxy ou acrlicas) ou alterando ou pH e/ou as condies redox (polissulfureto de clcio)

    da gua contaminada.

    A imobilizao bioqumica e biolgica efectuada com recurso a microrganismos que

    tenham a capacidade de alterar as caractersticas qumicas da gua, sendo o seu

    funcionamento muito semelhante ao das barreiras biolgicas (capitulo 5.3.2).

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    6. ANLISE SUMRIA DOS PROCESSOS DE TRATAMENTO

    Na Tabela 6 apresenta-se uma anlise resumida das tecnologias de tratamento

    abordadas no captulo 5, tendo em considerao os produtos utilizados, a linha de

    tratamento proposta, as suas eficincias e desvantagens e as possibilidades de utilizao

    da gua tratada, para cada uma delas.

    Pretende-se, assim, que a Tabela 6 constitua uma forma rpida de consulta, sem prejuzo

    para a consulta mais aprofundada das tecnologias descritas no captulo 5. de salientar

    que as doses apresentadas so, em muitos casos decorrentes de casos experimentais e

    podero necessitar de algum acerto em condies reais e que esto realados a bold os

    contaminantes para os quais a tecnologia de remoo foi especificamente desenvolvida,

    sendo que os restantes elementos so removidos por acrscimo.