Química. Inativação, Fixação e Remediação de Resíduos de Metais Pesados, em Laboratório.


Pó de Ferro Metálico para Uso Técnico ou Tecnológico.
Pó de Ferro Metálico para Uso Técnico ou Tecnológico, Obtido de Sucata. Fonte Da Imagem, GreenNovo, China.

Autoria: Alberto Federman Neto, AFNTECH.

Revisto e Ampliado em: 29 de Dezembro de 2022.

Neste artigo, descrevo um procedimento novo e simples, para tratamento, REMEDIAÇÃO,  fixação e inativação,  de resíduos de metais pesados, oriundos de  vários experimentos do laboratório Químico.

Se um resíduo não pode ser eliminado, nem disperso na água ou no meio ambiente, as vezes ele pode ser remediado, fixado e inativado, de modo que não vá para a Natureza.

A imagem que ilustra este artigo, é uma amostra de pó de ferro metálico, fabricado a partir de sucata de ferro, pela empresa GreenNovo Environmental Technology Co., Ltd., Província de Yunnan, varias cidades, China.

A empresa recicla e reutiliza resíduos de metais diversos, obtendo pós metálicos, lingotes etc…, de boa qualidade, para usos técnicos e tecnológicos.

1. INTRODUÇÃO:

REMEDIAÇÃO , Link 1, são processos, ou conjuntos de processos, feitos para fixar um resíduo poluente, quando você não pode descartá-lo diretamente no meio ambiente, nem reutiliza-lo. LIU, L.; LI, W.; SONG, W.; GUO, M. Sci. Total Environ. 633, 206 (2018).

Nós Químicos, principalmente em experimentos de Química Inorgânica e Síntese Orgânica, produzimos no laboratório resíduos de metais pesados, que embora sejam gerados em quantidades relativamente pequenas, são muito tóxicos e poluentes, e não devem ser descartados na água ou no meio ambiente.

Uma antiga fonte desses resíduos era a mistura sulfocrômica, hoje banida.

2. PROCEDIMENTO:

Durante meus  vários experimentos químicos publicados Blog,  reuni cerca de 3 litros de água contendo resíduos de metais pesados, sais de mercúrio, chumbo, ferro, manganês, cobre, níquel, molibdênio, antimônio, cádmio, cálcio, bário e muito pequenas quantidades de prata e tálio.

Descrevo meus resultados do processo de remediação desses resíduos. Tive a ideia a uns dois anos (mas não havia testado) e fui guardando os resíduos, para não descartá-los na pia.

Eu ia testar absorver os resíduos em gesso ou em cimento, tornando-os sólidos.

Recentemente vi em literatura que a adsorção de metais pesados em cimento Portland (cimento comum) para remediação, é conhecida e relativamente recente em Química. SHIVELY, W. Et Al.  J. Water  Poll. Cont. Fed. 234 (1986).  PARIA, S.; YUET, P.K. Environ. Rev. 14, 217 (2006). NIU, M. Et Al. Const. Build. 193, 332 (2018). ROY, A. Et Al. Hazard. Wast. Hazard Mat. 8, 33 (1991).

Há uma tendência atual para reduzir a quantidade de resíduos produzidos no laboratório químico. GOH, H.W.;  WONG, W.W.C.; ONG, Y.Y. J. Chem. Educ.  97, 87 (2020).

Cimento Portland foi usado em laboratório, a alguns anos, para fixar os resíduos de metal pesado. IRVING, N.M. J. Chem Educ. 63, 1016 (1986).   NASH, J.J.; MEYER, J.A.R. J. Chem. Educ. 73, 1183 (1996).

Ao ver esses procedimentos descritos, retomei minha antiga ideia, porem operando com silicatos de metais alcalinos, cujos sais de metais pesados devem muito mais insolúveis e fixos (em teoria), do que  o cimento (sulfatos e silicatos de cálcio) e o gesso (sulfato de cálcio hidratado).

Como proceder?

Reúna os resíduos. Se contiverem muita água, volumes altos, precisam se concentrados. Pode faze-lo por ebulição, ou colocando o líquido em uma cuba, ou tigela de cozinha, ou em uma bacia de plástico, larga, e deixando ao sol ou ao relento, para a água evaporar.

Deixar evaporar ao sol, ou no ambiente, até concentrar, reduzir o volume. a seguir, para os resíduos de metais pesados poderem reagir, precisam estar dissolvidos e ionizados. Isso é conseguido acidulando a mistura.

Transferir os resíduos para um béquer grande ou alto (Copo de Berzelius) , e acidular o líquido com cerca de 5 % de seu volume de ácido concentrado. Em testes preliminares, usei ácidos clorídrico ou sulfúrico.

Mas os melhores resultados foram obtidos com ácido acético ou nítrico. Não fiz testes rigorosos sobre isso, mas especulo que é porque os acetatos e nitratos de metais pesados são mais solúveis do que os correspondentes cloretos e sulfatos.

Se houver sólido ainda, não filtre. A ideia é fixa-lo, e não remove-lo.  Aos poucos, adicione, em pequenas porções, carbonato de sódio ou bicarbonato de sódio (testei os dois, ambos funcionam), até cessar completamente a efervescência de gás carbônico.Melhor excesso de carbonato do que a falta.

Se desejar reduzir a quantidade de espuma formada, use um antiespumante de silicone.  Uma alternativa simples, para laboratórios amadores, ou pequenos é usar um produto, medicamento tipo Luftal (Dimeticone, Simeticona, dimetilpolisiloxano).

Mas eu usei um solvente de silicone de baixo peso molecular, chamado Hexametildisiloxana (Aldrich), mas que não é fácil de achar no mercado brasileiro.

Ao adicionar o carbonato ou bicarbonato, já notará que parte dos resíduos  começará a precipitar, na forma de carbonatos ou carbonatos básicos, insolúveis ou pouco solúveis. Não os filtre!

Transfira todo o resíduo para garrafas ou frascos de vidro baratos (do tipo que poderiam ser descartados). Por exemplo, potes de palmito ou frascos de maionese velhos ou reutilizados.

Não use vidraria boa de laboratório, pois ela ficará inutilizável, nunca mais poderá ser usada…

Agora, vamos adicionar os precipitantes.

Como vimos é conhecido em literatura, que o cimento comum e o gesso (menos bom) já foram usados anteriormente para isso, por outros autores. Ex.  AL KINDI, G.W. J. Ecol. Res. 20, 91 (2019). DUBROVINA, T.A. Et Al. Chemosphere, 281, 130889 (2021).

Por isso, parti direto para os silicatos. Muito mais fixos e menos solúveis do que os sulfatos, os hidróxidos e os carbonatos. Links: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,  Os silicatos foram usados, bem recentemente, para isso (inativar resíduos), por outros autores. LEMJID, C.B.H.A. Et Al,. Arabian J. Geosc. 14, 591 (2021).

Os silicatos  de sódio  que usei como precipitantes são encontrados no comércio brasileiro de produtos químicos, links 9, 10, 11, 12 e são relativamente baratos. Empreguei o Metassilicato de Sódio, sólido, em pó (marca Henrifarma), Na2Si03,  e  o Silicato de Sódio Alcalino, em solução concentrada comercial (marca Quimisul). (Na2O)x.(SiO2)y

Metassilicato de sódio é vendido embalado em sacos plásticos. É conveniente reembalá-lo, Para isso, use frascos plásticos, porque silicatos atacam vidro.

Nos frascos de vidro reutilizados, com os resíduos, coloque uma boa quantidade, excesso de silicato. Mexa e deixe em repouso para evaporação lenta.

O Material vai endurecer e ficar fortemente aderido e fixo no frasco, porque o vidro também é um silicato. Existe Afinidade Química.

Pronto…. basta guardar permanentemente os frascos de vidro velhos. É uma inativação porque o resíduo de metais pesados, não solubiliza e não vai mais para a água ou a natureza… E é uma “remediação” por que você precisa guardar os frascos e não pode descartá-los.

Na figura abaixo, resíduos nos frascos, “maturando”, evaporando a água, para secarem e ficarem duros e aderidos ao vidro dos frascos.

Remediação e Inativação de Resíduos de Metais Pesados, Através de Precipitação Como Silicatos.
Remediação e Inativação de Resíduos de Metais Pesados, Através de Precipitação Como Silicatos. Foto feita com Câmera Digital Kodak Easyshare C-183. FEDERMAN NETO, A. (2022).

São frascos velhos, reciclados, de palmito e maionese. No frasco da esquerda,  usei metassilicato de sódio, e no frasco da direita, usei silicato de sódio alcalino líquido. Observações iniciais mostram que os resíduos tratados com metassilicato de sódio endurecem mais rapidamente.

A cor escura dos resíduos é porque usei uma mistura de resíduos em solução aquosa, uma mistura complexa de metais pesados, mas principalmente contendo ferro e cobre. Os silicatos de ferro são acinzentados e os de cobre, verdes ou azuis.

A medida que passa o tempo, os silicatos ficam cada vez mais aderidos ao frasco de vidro. Evitando que o resíduo vá contaminar o solo e os cursos d’água. Links: 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20. 21, 22.

Veja que nada falei sobre as reações que ocorrem no processo e nem a estequiometria dos silicatos. Isso porque depende muito da natureza do metal do resíduo, do pH e da quantidade de silicato usada. Não há uma estequiometria simples ou definida. Dependendo do metal (ex. silicatos de aluminio são mais solúveis), do pH etc… podem se formar  hidróxidos, óxidos, silicatos diversos  silicatos hidratados e até sílica, SiO2.

O importante é que os resíduos serão fixados e inativados no frasco e não irão mais para o meio ambiente.

3. ALTERNATIVAS AOS SILICATOS:

Eu não testei ainda, mas você pode substituir os silicatos que usei, pelo Silicato de Sódio Neutro Líquido e pelo Tripolifosfato de sódio . Ou pelo Fosfato Trissódico.  Os fosfatos, muitos são insolúveis.

Ou mesmo se quiser, usar os procedimentos mais antigos, usando o cimento ou o gesso.

Uma observação: Se você quiser usar a cal de pintura, hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, Links: 13, 14, 15, 16, lembre que os hidróxidos são menos fixos, e o seu resíduo de metais pesados não pode conter matéria orgânica ou solventes clorados, porque em presença de cal e calor, pode se formar    a tetraclorodibenzodioxina, um composto cancerígeno.

Caso os resíduos que tenha nunca serão jogados em água corrente e nem deitados ao solo, usando esse método dos frascos de vidro, outros precipitantes ou inativantes podem ser testados,

Sabão comum em barra, ou sabão de coco, raspados. Os sabões contém sais de sódio ou potássio de ácidos graxos de cadeia longa. No sabão comum, principalmente ácido esteárico   e ácido láurico, e no sabão de coco, principalmente ácido láurico e também outros: ácido cáprico, caprílico, mirístico, palmítico, esteárico, oléico e linoleico.

Os sabões precipitam os metais pesados, na forma de estearatos e lauratos insolúveis. Essa reação foi descoberta bem antes da data da publicação, 1823,  pelo Químico Francês  Michel Eugène Chevreul . O mesmo do “Sal de Chevreul

CHEVREUL, M.E. “Recherches Chimiques sur Les Corps Gras D’Origine Animale. Editora e Livraria  F.G. Levrault, Paris, França (1823). CHEVREUL, M. Ann. Chim. Phys. 23, 16 (1823)

Esses sais insolúveis poderão ser deixados no frasco reutilizado, como com os silicatos, mas também você pode incinerar os resíduos (desde que não contenham mercúrio), e guardar os óxidos. Em todo o caso, não testei ainda.

3. RESUMO, RESULTADOS E CONCLUSÃO:

Neste Artigo, procedimentos simples são descritos para a fixação, inativação e remediação de resíduos de metais pesados provenientes dos experimentos feitos no laboratório químico.

Os resíduos são evaporados para reduzir o volume e acidulados com ácidos acético ou nítrico, para garantir a solubilização dos metais pesados.

A seguir, são neutralizados ou alcalinizados com bicarbonato de sódio ou carbonato de sódio, colocados em frascos de vidro velhos e reciclados (tipo ex. os de palmito ou maionese) e adiciona-se o precipitante.

Nestes experimentos, silicatos de sódio foram usados como precipitantes e são vantajosos pois aderem firmemente ao vidro.

Mas outros precipitantes como fosfatos e os próprios carbonatos, assim como sabões em barra e de coco são sugeridos, mas ainda não foram testados. Em literatura, cimento comum, gesso e cal são conhecidos para processos similares.

Esses procedimentos são ecológicos, pois o Químico não vai poluir o meio ambiente com resíduos de metais provenientes das reações que fizer no laboratório.

Mas são apenas “remediação”, pois você continua tendo o resíduo, mas ele não vai mais para a Natureza.

Muitos resíduos de metais pesados podem ser remediados por incineração, mas por exemplo, o cádmio e o mercúrio não podem, porque vaporizam o metal livre e tóxico por incineração.

 

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