Estudo da injeção de ozônio em pilhas de estéreis de mineração de carvão e urânio

Abstract

A atividade de mineração gera impactos ambientais. Na extração de carvão e urânio, um problema potencialmente grave é a geração da drenagem ácida de mina (DAM), que ocorre ao se expor minerais sulfetados à atmosfera e à circulação de água. Tal geração é agravada pela ação de microrganismos do tipo ferroxidantes. Uma possível saída para mitigação da DAM pode estar associada à inativação microbiológica do estéril de mineração por meio do gás ozônio que possui potente ação antimicrobiana, além de ser facilmente produzido. Por outro lado, sua ação oxidante gera oxigênio como subproduto. Assim, sua aplicação deve ser otimizada para não ocorrer oxidação dos minerais expostos. Neste sentido foram desenvolvidos experimentos que levaram à criação de um modelo de previsão de avanço do ozônio em pilhas de estéreis de mineração. Foram propostas duas cinéticas de primeira ordem para descrever o consumo do ozônio à medida que permeia o estéril. A primeira é relativa à autodecomposição do ozônio sendo o coeficiente cinéticoestabelecido em 1,07.10-3s-1 com correlação de 98%. A segunda é inerente às diversas reações entre o ozônio e o estéril. Para isso, ensaios com coluna permitiram determinar os respectivos coeficientes cinéticos de interação entre o ozônio e o estéril de mineração de carvão e urânio chegando-se a um valor da ordem de 10-6 m3.kgestéril-1.s-1. Utilizando a mesma coluna, dados importantes para o transporte do gás como permeabilidade e porosidade do material teste foram obtidos. De posse dos parâmetros adquiridos em escala de bancada, experimentos em pilhas-piloto determinaram o alcance do ozônio no estéril em escala de campo. Simulações numéricas em simetria axial mostraram que ozônio tende a ascender pela região próxima ao local de injeção. Este comportamento sugere a implantação de sondas de injeção igualmente espaçadas com distâncias dependentes das condições de aplicação.<br>

Abstract : Mining activity generates serious environmental impacts. In coal mining, a potentially serious problem is the generation of acid mine drainage (AMD), which occurs when sulfide minerals are exposed to the atmosphere and water. This generation is greatly aggravated by the action of iron-oxidizing microorganisms. A possible solution for mitigating the AMD may be associated with microbial inactivation in sterile solid wastes from mining operations through ozone gas, easily produced and with potent antimicrobial activity. However, its action and self-decomposition in parallel generate oxygen as byproduct. Thus, ozone application must be optimized so as to avoid oxidation of the exposed minerals. Then experiments were developed that led to the creation of an ozone breakthrough prediction model in sterile solid waste. It was proposed two first order kinetics to describe the ozone consumption. The first relates the self-decomposition of ozone with the kinetic coefficient of 1.07x10-3s-1 obtained with agreement of 98%. The second determined the kinetic coefficient of interaction between ozone and the sterile mining solid waste. For this, tests on column determined the respective kinetic coefficients as being the order of 10-6 m3.kgsterile-1.s-1. By using the same column, important data for transport gas as the permeability and porosity of the test material were obtained. With the parameters obtained in bench scale were conducted experiments in pilot stack determining the ozone breakthrough in field scale. Numerical simulation with axial symmetry showed that ozone tends to rise in a region near the injection site. This behavior suggests the implementation of equally spaced injection probes distances dependent on application conditions.