Sais de boro comuns em soluções aquosas e tecnologias para a sua remoção e purificação
O boro em águas naturais e industriais é medido como boro total, mas a sua forma dissolvida varia com o pH e a composição química da água. O ácido bórico e as espécies de borato são as principais formas aquosas; os minerais de borato e os sais que contêm boro podem ser fontes de boro nas águas subterrâneas, nas águas de processo e nas salmouras concentradas.
Está a lidar com níveis elevados de boro numa fonte de abastecimento de água, numa corrente de processo ou numa salmoura? A escolha do tratamento depende da especiação do boro, da salinidade, da qualidade da água exigida e da forma como serão geridos o concentrado ou os resíduos de regeneração.
Sais e formas de boro comuns na água
A tabela distingue os compostos utilizados ou encontrados como sólidos das espécies dissolvidas medidas na água. Um resultado laboratorial é normalmente expresso como boro (B); não demonstra que um determinado sal intacto esteja presente na amostra.
| Composto ou forma de boro | Fórmula | Aplicação, setor ou utilização habitual | Correntes aquosas típicas em que ocorre | Solubilidade e comportamento na água |
|---|---|---|---|---|
| Ácido bórico | H3BO3 ou B(OH)3 | Vidro, cerâmica, produtos químicos e compostos de boro. | Água do mar, águas subterrâneas influenciadas por formações geológicas com boratos, águas geotérmicas e águas de processo industriais. | Solúvel em água; cerca de 4,72% m/m a 20 °C, segundo a ficha técnica citada. A solubilidade aumenta com a temperatura. Na maioria das águas doces com pH próximo da neutralidade, é a principal forma dissolvida. |
| Tetraborato de sódio deca-hidratado (bórax) | Na2B4O7·10H2O | Fabrico de vidro e esmaltes, produtos de limpeza e processamento de boratos. | Águas de escoamento ou de processo nas proximidades de depósitos de boratos, operações de manuseamento de bórax e atividades industriais de limpeza ou fabrico. | Solúvel em água; cerca de 4,71% m/m a 20 °C, segundo a ficha técnica citada. A forma hidratada e a temperatura afetam este valor. O bórax dissolvido contribui com sódio e espécies relacionadas com boratos. |
| Outros hidratos de tetraborato de sódio | Na2B4O7·5H2O; Na2B4O7 | Produtos industriais à base de boratos, vidro, detergentes e fabrico de produtos químicos. | Águas de enxaguamento de processos, dissolução de produtos e salmouras ricas em boratos. | Solúveis, com solubilidade dependente da temperatura e do estado de hidratação; os valores não devem ser comparados sem especificar a forma sólida e a base de medição. |
| Metaborato de sódio (formas hidratadas) | NaBO2·nH2O | Fabrico de produtos químicos especializados e formulações de limpeza alcalinas. | Águas de lavagem industriais e soluções de processamento de boratos. | Facilmente solúvel; a especiação aquosa depende da concentração, do pH e da temperatura. |
| Tetraborato de potássio (formas hidratadas) | K2B4O7·nH2O | Vidros especiais, cerâmica e utilizações laboratoriais ou químicas. | Correntes resultantes da dissolução de produtos e de processos de fabrico especializados; menos comum do que os boratos de sódio. | Solúvel; é necessário especificar o hidrato e a temperatura para indicar um valor quantitativo. |
| Colemanite e ulexite (minerais naturais de borato) | Ca2B6O11·5H2O; NaCaB5O6(OH)6·5H2O | Minérios naturais de boratos extraídos para a produção de produtos à base de boro. | Águas subterrâneas, águas de drenagem e lixiviados em contacto com depósitos de boratos, escavações mineiras ou rejeitados de mineração. | A dissolução dos minerais é mais lenta e mais limitada do que a dos boratos de sódio solúveis; as velocidades dependem do pH, da temperatura, do tamanho das partículas e da composição da água. |
| Iões borato em solução | Principalmente B(OH)4− a pH mais elevado | Espécie aquosa, e não um sal seco distinto. | Águas subterrâneas alcalinas, águas de processo industriais e salmouras concentradas. | Dissolvido. A sua proporção relativamente ao ácido bórico neutro aumenta à medida que o pH sobe; a especiação aparente também depende da salinidade. |
Nota sobre a fórmula: A ulexita é geralmente representada por NaCaB5O6(OH)6·5H2O (equivalente a NaCaB5O9·8H2O). Utilize a fórmula do mineral, sem afirmar que a ulexita permanece como uma molécula intacta em solução.
Porque é que o pH é importante para a remoção de boro
O ácido bórico é um ácido fraco. A um pH próximo do neutro, o boro dissolvido encontra-se predominantemente na forma neutra B(OH)3; o ião borato de carga negativa B(OH)4− torna-se mais importante à medida que o pH se aproxima de cerca de 9,2 e ultrapassa esse valor em água doce. A salinidade e a força iónica podem deslocar a transição aparente. Como muitas análises apresentam o boro total expresso como B, a conceção do tratamento deve considerar o pH e a composição completa da água, em vez de pressupor a presença de um único sal.
Opções de remoção, separação e recuperação
| Objetivo | Tecnologia possível | Notas para a seleção |
|---|---|---|
| Reduzir o boro na água potável ou de processo | Osmose inversa (RO) | Em geral, o ácido bórico neutro é rejeitado com menor eficácia do que o borato carregado. O tipo de membrana, o pH, a salinidade e a taxa de recuperação afetam o desempenho. Uma segunda passagem com ajuste de pH ou uma membrana selecionada para a rejeição de boro pode melhorar a remoção; ensaie a água de alimentação real. |
| Efetuar o polimento da água para atingir um baixo teor de boro | Permuta iónica seletiva para o boro ou adsorção | Meios específicos podem captar boro, mas a capacidade e a seletividade dependem da composição da água. A regeneração produz um fluxo residual que exige uma gestão adequada. |
| Remover o boro de salmoura concentrada ou recuperar um produto de boro | Adsorção seletiva ou permuta iónica; extração por solventes; precipitação ou cristalização | Estas são opções possíveis, não soluções universais. Os sais concorrentes, a concentração de boro, as especificações do produto, o consumo de reagentes e a gestão dos resíduos determinam a viabilidade. Pode ser adequado realizar ensaios-piloto ou laboratoriais. |
| Reduzir o teor total de sais dissolvidos | Eletrodiálise (ED) ou um sistema de descarga zero de líquidos (ZLD) | Estes processos destinam-se à concentração de iões ou à gestão de salmouras, mas não são necessariamente etapas seletivas de remoção de boro. É necessário avaliar a especiação do boro e o objetivo pretendido para o produto ou a descarga. |
A coagulação, a sedimentação, a filtração e a cloração convencionais geralmente não removem o boro dissolvido em quantidade significativa. Selecione o processo com base numa análise representativa que inclua boro total, pH, TDS, iões principais, alcalinidade, sílica, temperatura e caudal. Considere o destino do concentrado da RO, dos meios esgotados ou das soluções de regeneração na conceção global.
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Fontes e leituras complementares
- OMS: Boro — ocorrência e eficácia do tratamento
- Health Canada: Boro — considerações analíticas e relativas ao tratamento
- USGS: Química e ocorrência do boro nas águas naturais
- National Pesticide Information Center: Ficha técnica sobre o ácido bórico
- Kim et al. (2023): Recuperação de boro de salmouras de lagos salgados, água do mar e águas residuais — uma revisão