Para o tratamento de metais existem diversas tecnologias todavia o sistema de tratamento com ozônio pode ser selecionado por se tratar de uma tecnologia “eco-friendly” para tratar rejeito da mineração.
O metal recuperado pelo seu alto valor agregado poderá se tornar uma fonte secundária do mineral, uma vez que os minérios podem se tornar fonte limitada.
A descoberta
Ozônio, do grego Ozein (odor) [16] foi descoberto em 1785 pelo químico alemão Van Mauren, a partir do odor das descargas elétricas durante as tempestades. [2] Ele foi utilizado pela primeira vez em 1886 como desinfetante da água contaminada na França e em 1893 foi construída a primeira planta de tratamento de água potável na Holanda. [4]
Infelizmente durante a 1ª Guerra Mundial, o ozônio foi substituído pelo cloro para tratar água, por este apresentar um melhor custo. [4] Entretanto desde que os THM´s trihalometanos foram descobertos na água potável após a cloração, na década de 70, [2] o ozônio voltou a ser alternativa.
Atualmente com os avanços nos sistemas de geração, o ozônio têm se tornado uma tecnologia promissora com a diminuição na demanda da energia e consequente redução nos custos.
Propriedades
O ozônio é uma forma alotrópica do oxigênio, um gás incolor transparente a azul, com odor característico e altamente tóxico. [3,6] É um potente oxidante (E° = 2,07V) quando comparados com aqueles normalmente utilizados para tratamento de água como mostra a Tabela 1.
Tabela 1- Potencial padrão de oxidação de alguns oxidantes
É considerado moderadamente estável. [6] Apresenta tempo de meia vida no ar de 3 dias a 20° C, mas pode diminuir com a umidade, temperatura, contaminantes e circulação. Já dissolvido na água é de 20 minutos em pH 7,0, mas ainda assim é 20 vezes mais solúvel que o oxigênio. [4,9,10]
Devido à sua instabilidade não pode ser transportado e nem armazenado em tanques de gás, deve ser produzido. [13]
Decomposição
A decomposição do ozônio é influenciada pelos tipos de poluentes, concentração dos inibidores e do ozônio, catalisador, altas temperaturas ou radiação UV-B e UV-C e principalmente pelo pH. [2,6,8,18]
Quanto maior a concentração do ozônio e menor a temperatura menor a decomposição. [15]
A temperatura crítica é em torno de 50°C. Reage com água, substâncias orgânicas e inorgânicas. [5]
Impacto Ambiental
Na água não haverá, decompõe-se em oxigênio. [11]
No ar, na zona estratosférica é benéfico, formando a camada de ozônio que protege a Terra contra a radiação dos raios UV. [2,12,16] Entretanto na troposférica pode ser tóxico dependendo da concentração e tempo de exposição O ozônio é formado a partir da queima de combustíveis fósseis, volatilização de combustíveis, criação de animais e agricultura, através de reações entre o dióxido de nitrogênio NOx e compostos orgânicos voláteis VOC´s na presença de radiação solar. [12]
Toxicidade
O ozônio é tóxico na concentração máxima de 0,2mg/L por 2 horas de exposição e em 5mg/L é um risco à vida. Longos tempos de exposição podem causar doenças pulmonares como deficiência respiratória, enfisemas, bronquites e cardiovasculares como arteriosclerose. [12] O ozônio dissolvido pode causar irritação na pele e olhos. [5]
Produção do ozônio
O ozônio pode ser produzido pelos processos de descarga elétrica, eletroquímico, fotoquímico, radiação e térmico. Na indústria e no laboratório são utilizados os processos de descarga elétrica e eletroquímico. [5]Atualmente o processo de descarga elétrica por efeito corona é o método mais eficiente.
No processo corona, o oxigênio passa por uma câmara de descarga, separada de um lado por um dielétrico onde é aplicada uma elevada diferença de potencial e do outro lado um eletrodo de aço-inox. [11] Os elétrons produzidos pela corrente alternada, são acelerados e dispersos no campo elétrico e atraídos para os eletrodos onde o oxigênio é quebrado em átomos de O e O–, um radical altamente reativo, que reage com as moléculas de oxigêniopara formar o ozônio [5,11,16,17] como mostram as Equações 1 e 2 [16]:
O ozônio é produzido a partir do oxigênio que pode ser proveniente do ar ou de cilindros de oxigênio puro 99% de pureza do tipo medicinal. É melhor usar o oxigênio puro, com o ar o rendimento e a concentração de ozônio são menores. [7,11] Além disto, o sistema necessitará de secador e resfriador para evitar que a umidade acelere a decomposição do ozônio e também a formação de um ácido corrosivo, o ácido nítrico HNO3 e do poluente, óxidos de nitrogênio NOx. [4]
Oxidação com ozônio
O ozônio produzido no gerador é injetado em um reator onde é misturado com a solução de metais, como Fe+3 e Mn+2, ocorrendo a oxidação principalmente pela reação direta [18] até seu consumo total, quando o ozônio começa a sua decomposição pela reação indireta. [2]
O processo é controlado basicamente pelo potencial de oxidação dos metais, concentração do ozônio e pH e com o auxílio do diagrama potencial E-pH pode ser verificada a área de estabilidade do metal.
Ao final da reação são formados óxidos dos metais que podem ser separados por processos físico-químicos como: filtração, centrifugação.
O metal solúvel, antes de ser despejado no corpo receptor deve estar de acordo com as exigências da legislação local, no Brasil, o CONAMA 430, para evitar que se torne mais uma potencial fonte de poluição da água. [8]
A reação direta predomina em meio ácido pH< 4 e a indireta pH>10 em meio alcalino. [5] A reação indireta via radical hidroxila OH● é chamada de Processo Oxidativo Avançado (POA) e utiliza normalmente a combinação do ozônio com luz UV, peróxido de hidrogênio H2O2, com ultrassom ou catalisadores como dióxido de titânio TiO2 e o reagente fenton chamados de processos fotocatalíticos para tratamento de pesticidas, fármacos e disruptores endócrinos. [14]
Na tubulação de saída do reator, o ozônio gasoso residual deve ser tratado até atingir a concentração de menos que 1mg/L devido à sua toxicidade. [8]
