ESTUDO
ESTEQUIOMÉTRICO DA EXTRAÇÃO DE FERRO NAS ÁGUAS DE POÇO ATRAVÉS DO GÁS CLORO
Matheus Macedo; PriscilaAraújo; Saphire
de Souza
Orientador: Rebeca Piumbato Chaparro
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 encontrada é 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 do ferro
que 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 ferro 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
aumenta 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 ele
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 0,3mg/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 deOrto-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.
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 0,02mg/L a 4,0mg/L, sendo
necessárias diluições das amostras, quando concentradas em valores acima de
4,0mg/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 10mg/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 p 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 Equação3. 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.
2 mol Fe2+ 1
mol Cl2
2 x 55,8 g à 1
x 71,0 g
0,001 gà x
x = 0,64 x 1 x 10-3g ≈
0,00064 g
x = 0,636 mg ≈ 0,64
mg
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 é 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
Olá Professora, as tabelas não estão aparecendo....
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