ESTUDO ESTEQUIOMÉTRICO DA EXTRAÇÃO DE FERRO NAS ÁGUAS DE POÇO ATRAVÉS DO GÁS CLORO

ESTUDO ESTEQUIOMÉTRICO DA EXTRAÇÃO DE FERRO NAS ÁGUAS DE POÇO ATRAVÉS DO GÁS CLORO 

Matheus Macedo; Priscila Araújo; Saphire de Souza 

Orientador: Rebeca Piumbiato Chaparro

E-mail: prismaraujo@hotmail.com

FACULDADES OSWALDO CRUZ

Bacharelado e Licenciatura em Química

RESUMO: Este artigo tem como objetivo demonstrar métodos de identificação e o cálculo estequiométrico da remoção do ferro ferroso nas águas de poços. Mostra como o cloridrato de hidroxilamina e a orto-fenantrolina trabalham em conjunto para a identificação e como o gás cloro é bastante utilizado para oxidação do ferro e assim possibilitando sua filtragem. Também aborda complicações causadas pela alta quantidade de ferro na água usada principalmente para abastecimento. 

PALAVRAS-CHAVE: ferro; água de poço; estequiometria; gás cloro 

1 INTRODUÇÃO

Para atender a demanda de abastecimento de água que cresce diariamente, recorre-se a diversos meios. Da água que se tem disponível no planeta, a abundância é encontrada nas águas de poço (águas subterrâneas). Mesmo sendo onde se encontra menos elementos tóxicos e ser um recurso de baixo custo, há ainda a questão de que o ferro é encontrado em altas concentrações. Segundo a Norma Técnica da SABESP 010 de 2001 “o método colorimétrico da fenantrolina é adequado para análises de águas naturais ou tratadas e efluentes domésticos.”.

Com base nessas premissas, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo estequiométrico da remoção do ferro através do uso do gás cloro, por ser um processo simples e de baixo custo utilizado para a o tratamento das águas.

2 FONTES DE FERROS NAS ÁGUAS

A principal forma de ferro encontrada é como óxido férrico insolúvel. O ferro na água é gerado a partir da reação de ferro com gás carbônico dando carbonato de ferro II, que é solúvel em água e facilmente encontrado em águas de poço com alta concentração de ferro.

A erosão do solo e chuvas aumenta o nível de ferro em água assim como efluentes industriais. Indústrias metalúrgicas costumam usar o método da decapagem para remoção da camada oxidada (ferrugem); esta que é procedida por banho ácido. O tratamento de água para abastecimento público, em vezes, é com coagulantes à base de ferro, o que gera aumento na sua concentração na água.

3 PRESENÇA DE ÍONS DE FERRO NA ÁGUA

O ferro é encontrado na água na forma de íons ferroso (Fe2+) e íons férrico (Fe3+). A forma ferroso é a mais frequente por ser solúvel, logo, tem maior concentração em água. A filtragem para trabalhar apenas com os íons ferroso é feita para determinar a concentração de ferro na água.

4 IMPORTÂNCIA NOS ESTUDOS DE CONTROLE DE QUALIDADE DAS ÁGUAS

Ainda que o ferro não seja tóxico, a alta concentração nas águas pode gerar danos à saúde humana, pois pode desenvolver ferro-bactérias contaminando biologicamente as águas que chegam para consumo humano, deixando-as com sabor e cor (amarelada). Além disso, pode formar depósitos nas canalizações e causar manchas em roupas e objetos.

A portaria 36 do Ministério da Saúde estabeleceu como padrão a concentração limite de ferro para 0,3 mg/L para a água ser considerada potável. De acordo com a NTS 010 da SABESP de 2001 “a determinação do ferro é importante no controle do tratamento da água e da conservação da rede de distribuição. É importante na exploração de novos suprimentos de água, podendo levar à rejeição de uma fonte. Se houver a presença de ferro deve-se decidir a necessidade de tratamento e o tipo a ser adotado”.

5 IDENTIFICAÇÃO DO FERRO NA ÁGUA 

A identificação do ferro nas águas se inicia com a redução do Fe3+ em Fe2+, com uma solução de Cloridrato de Hidroxilamina, um agente redutor, que auxilia na estabilidade do ferro dissolvido, mantendo-o sob a forma de ferro (II), conforme apresentado na Equação 1, por mais tempo, para reagir com a solução de Orto-Fenantrolina. Esta, ao reagir com Fe2+ oxida-o a Fe3+, formando um complexo de coloração vermelho alaranjado, característico, indicando a presença do metal, conforme Equação 2. 

4Fe3+ + 2NH2OH.HCl à 4Fe2+ + N2O + H2O + 4H++H2O (Equação 1)

(Equação 2)

O método colorimétrico em questão é aplicado para todas as formas de ferro, segundo método de ensaio da ABNT, para determinação de ferro em concentrações de 0,02 mg/L a 4,0 mg/L, sendo necessárias diluições das amostras, quando concentradas em valores acima de 4,0 mg/L, para leitura em espectro, em curva de transmitância ou absorbância em comprimento de onda de 510 nm construída a partir de padrões de construção de 0,5 mg/L a 4 mg/L de Fe, conforme mostra a Tabela 1.

Tabela 1: Construção da curva 

Padrão com comprimento de onda 510 nm, cubeta de 10 mm ou 20 mm

Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT

6 REMOÇÃO DE FERRO ATRAVÉS DO GÁS CLORO

O ferro pode se removido das águas por diversas formas, podendo escolher processos como aeração e filtração, aeração, sedimentação e filtração, coagulação química, sedimentação e filtração, entre outros. A escolha do método mais eficaz varia de acordo com as concentrações do metal, adquirida após sua identificação, em análises para o tratamento das águas.

O processo de sedimentação e filtração, por exemplo, é indicado preferencialmente quando as concentrações de ferro excedem a 10 mg/L, pois a carga excessiva de depósitos podem se acumular nos filtros, atrasando o processo, necessitando de mais lavagens para remoção. A troca iônica é utilizada para a remoção dos sais de ferro, através de zeólitos de sódio (minério com estrutura porosa, com capacidade de retenção seletiva).

O processo de tratamento mais comum e utilizado no Brasil é o de oxidação do ferro com o cloro, seguido da remoção do precipitado formado, através de filtração por areia ou carvão. Além de simples, a utilização do cloro auxilia na inibição de algas. A Tabela 2 mostra os processos mais adequados para a remoção do ferro.

Tabela 2: Processo adequado para remoção do ferro nas águas

Todas as quantidades requeridas para a oxidação do ferro solúvel (Fe2+) com cloro podem ser obtidas a partir de um cálculo estequiométrico, conforme apresentado na Equação 3. Segundo Cleasby (1983, apud MORUZZI, 2012, p. 34), para a oxidação de 1 mg/L de Fe2+ são necessários aproximadamente 0,64 mg/L de Cl2. Para representar estequiometricamente (Equação 3) foi adotado 0,001 g de Fe2+ para saber quanto se obtém de Cl2.

2Fe2+ + Cl2 + 6H2O à 2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ (Equação 3)

7 CONCLUSÃO

Água e o ferro são cruciais para a vida humana, porém em alta concentração o ferro pode gerar complicações ao organismo. O cloridrato de hidroxilamina ao reduzir o Fe3+ em Fe2+ o estabiliza para que possa reagir com a orto-fenantrolina e assim ser identificado o teor de ferro contido na água. Identificado a quantidade de ferro, o estudo estequiométrico mostra qual a quantidade de gás cloro necessária para o tratamento e remoção, ou seja, a cada 1 mg de ferro é necessário a utilização de 0,64 mg de gás cloro para a remoção.

8 REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13934: 1997. Água - Determinação de ferro - Método colorimétrico da ortofenantrolina. Rio de Janeiro. 3 Páginas

MORUZZI, R. B. Oxidação e remoção de Ferro e Manganês em Águas para fins de Abastecimentos Público ou Industrial–Uma Abordagem Geral. Revista de Engenharia e Tecnologia. V. 4, No. 1, Abril/2012 - Página 29 à 43

Norma Técnica SABESP NTS 010. Determinação de Ferro Total: Método da 1,10 Fenantrolina. São Paulo. Maio de 2001. Páginas 1, 3. Disponível em: http://www2.sabesp.com.br/normas/nts/nts010.pdf. Acesso em 13/09/01 

PIVELI, R. P. Aula 8 Ferro, Manganês e Metais Pesados em Águas. Disponível em: www.phd.poli.usp.br/LeArq.aspx?id_arq=736. Acesso em: 10/09/2015