Sais de magnésio comuns em soluções aquosas e tecnologias para a sua remoção e purificação
Os sais de magnésio contribuem para a dureza da água e ocorrem naturalmente nas águas subterrâneas e na água do mar. Na água, encontram-se principalmente sob a forma de iões de magnésio dissolvidos (Mg2+) cuja carga é equilibrada por iões como cloreto, sulfato e bicarbonato; a composição da água e as condições existentes determinam que minerais podem precipitar.
Precisa de gerir a dureza causada pelo magnésio, uma salmoura rica em magnésio ou depósitos na água de processo? O tratamento adequado depende de uma análise completa da água, da qualidade pretendida para a água ou para o produto recuperado e da forma como serão geridos os resíduos e o concentrado.
Da análise da água à definição de um tratamento
Caracterizar a corrente (magnésio, cálcio, alcalinidade, sulfato, cloreto, sílica, sólidos dissolvidos totais — TDS, pH, temperatura e caudal) → definir o objetivo (abrandamento, dessalinização, reutilização ou recuperação de magnésio) → comparar as opções de tratamento → avaliar os resíduos e o concentrado. Este é um quadro de apoio à decisão; a sequência de processos depende da composição química efetiva da água.
Sais de magnésio comuns e onde ocorrem
| Sal ou forma de magnésio | Fórmula | Aplicação / setor / utilização típica | Correntes aquosas típicas em que ocorre |
|---|---|---|---|
| Cloreto de magnésio | MgCl2 | Produção de magnésio, fabrico de produtos químicos, descongelamento e controlo de poeiras. | Água do mar, águas subterrâneas salinas, salmouras residuais do processamento de potassa, água de processos químicos e algumas águas de escorrência provenientes do descongelamento. O magnésio e o cloreto ocorrem como iões dissolvidos, não como moléculas intactas do sal. |
| Sulfato de magnésio | MgSO4 | Produção de fertilizantes e produtos químicos; processamento de minerais. | Água do mar, águas subterrâneas ricas em sulfato, salmouras de mineração e de processos industriais, correntes associadas a fertilizantes e concentrados da dessalinização. |
| Bicarbonato de magnésio em água dura | Mg2+ com HCO3− | Química natural das águas carbonatadas; normalmente não é isolado como sal seco estável. | Águas subterrâneas em contacto com dolomite ou outras rochas carbonatadas que contêm magnésio. O aquecimento ou as alterações do pH podem modificar os equilíbrios dos carbonatos e favorecer a formação de depósitos. |
| Água que contém magnésio e nitrato | Mg2+ com NO3− | Produção de fertilizantes e de produtos químicos especializados. | Águas de escorrência e águas de processo associadas a fertilizantes. O nitrato e o magnésio são iões dissolvidos; não se deve presumir que a água contém um composto distinto de nitrato de magnésio. |
| Minerais de carbonato de magnésio / precipitados | MgCO3 e fases de carbonato hidratado | Magnesite e minerais relacionados; possíveis sólidos recuperados em algumas operações de tratamento ou processamento de minerais. | Pode ocorrer como sólido mineral em suspensão ou formar-se quando a composição química da água favorece a precipitação; em geral, não é uma fonte altamente solúvel de magnésio dissolvido. |
| Precipitado de hidróxido de magnésio | Mg(OH)2 | Formado durante a precipitação a pH elevado, o abrandamento ou a recuperação de magnésio. | Produzido como sólido em alguns processos de tratamento após o ajuste do pH; normalmente não está presente como sal dissolvido em água neutra. |
Como referência, a água do mar contém, em média, cerca de 1.350 mg/L de magnésio. As concentrações em água doce variam consoante a geologia local; a água que interage com depósitos de carbonatos, sulfatos ou cloretos ricos em magnésio pode conter substancialmente mais magnésio do que a água proveniente de formações ricas em silicatos.
Solubilidade, dureza e depósitos
O cloreto de magnésio e o sulfato de magnésio são muito solúveis, pelo que podem permanecer em solução à medida que a água é concentrada. Em contrapartida, o carbonato de magnésio e o hidróxido de magnésio são sólidos pouco solúveis nas condições relevantes para o tratamento da água. Um resultado relativo ao magnésio, por si só, não permite prever a formação de incrustações: o pH, a alcalinidade, a temperatura, a força iónica e outros iões dissolvidos afetam a saturação e a precipitação dos minerais.
Nas águas naturais e industriais, o magnésio dissolvido faz parte de um sistema com vários iões. Avalie a análise completa e as condições de operação antes de tirar conclusões sobre a formação de depósitos, a recuperação ou o desempenho de um processo de tratamento.
Soluções de separação, abrandamento e concentração
As possíveis opções de tratamento da água que contém magnésio têm finalidades diferentes. A seleção do processo deve ter em conta os iões concorrentes, a recuperação de água, os resíduos e o eventual produto de magnésio pretendido.
| Desafio no tratamento da água | Possível opção de tratamento | Considerações para a seleção |
|---|---|---|
| Reduzir a dureza causada pelo magnésio e pelo cálcio | Abrandamento da água ou permuta catiónica | O abrandamento pode remover a dureza por precipitação ou permuta iónica. A permuta iónica substitui os iões responsáveis pela dureza por outros catiões e produz uma corrente de regeneração que requer gestão. |
| Reduzir os sais dissolvidos em água salobra ou salgada | Osmose inversa (RO) | Retém os iões dissolvidos num concentrado. O pré-tratamento e a recuperação dependem da dureza, do sulfato, da alcalinidade, da sílica, da salinidade e da forma de gerir o concentrado. |
| Separar preferencialmente muitos iões divalentes dos sais monovalentes | Nanofiltração (NF) | A NF pode reter magnésio e outros iões multivalentes em diferentes graus; o desempenho varia consoante a membrana, a pressão e a composição da água de alimentação. Por si só, não produz um produto de magnésio puro. |
| Concentrar ou separar correntes de iões dissolvidos | Eletrodiálise (ED) ou eletrodiálise reversa (EDR) | O transporte de iões depende da escolha da membrana e da composição da mistura. Confirme o transporte de magnésio, a seletividade e o controlo da formação de incrustações para a aplicação específica. |
| Recuperar magnésio ou gerir salmoura de elevada concentração | precipitação com controlo do pH, seguida, quando adequado, de separação sólido-líquido; ou evaporação e cristalização numa linha de descarga líquida zero (ZLD) | A precipitação pode produzir hidróxido de magnésio em condições adequadas. A presença de sais mistos, a pureza do produto, a necessidade de reagentes e a gestão dos resíduos devem ser avaliadas para cada corrente. |
Avaliação de uma corrente que contém magnésio
Uma análise representativa deve incluir magnésio, cálcio, sódio, potássio, cloreto, sulfato, alcalinidade, sílica, sólidos dissolvidos totais (TDS), pH e temperatura, bem como o caudal e a qualidade exigida para a água tratada. Num projeto de recuperação, devem também definir-se as especificações do produto e os requisitos de gestão dos resíduos. Ensaios laboratoriais ou uma operação-piloto podem ajudar a avaliar o desempenho quando a variabilidade da água de alimentação, a precipitação ou a colmatação forem fatores importantes. A avaliação de viabilidade do processo da Lenntech descreve a sua abordagem à avaliação.
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Fontes e leituras adicionais
- USGS: Águas subterrâneas em ambientes de água doce e salgada da costa atlântica — principais constituintes da água do mar média, incluindo o magnésio.
- USGS PHREEQC: Exemplo de composição da água do mar e especiação em solução aquosa.
- U.S. EPA WaterSense at Work: Purificação e abrandamento da água.
- U.S. EPA: Guia de referência de tecnologias de tratamento para águas afetadas pela atividade mineira — osmose inversa e pré-tratamento.
- USGS: Recolha e análise de amostras de água para minerais e gases dissolvidos — magnésio em águas naturais.