A zeólitas foram descritas pela primeira vez em 1756 por Freiherr Axel Frederick Cronstedt, um mineralogista sueco, que nomeou o mineral a partir das palavras gregas zéo (ferver) e líthos (pedra), uma alusão à sua característica peculiar de borbulhar quando imerso em água.
Este exclusivo mineral natural possui estrutura cristalina tri-dimensional infinita, que formam cavidades internar são ocupados por íons e moléculas de água com grande liberdade de movimento. Esta característica permite o intercâmbio catiônico e a desidratação reversível da rede, isto por que a água não afeta a estabilidade estrutural e pode ser eliminada, pois a zeólita opera como uma peneira molecular.
Figura 2 – Estrutura da zeólita natural
Fonte: Martins Neto e Di Serio (2015)
De acordo com a origem da zeólita sua composição química pode apresentar variação. A tabela 1 apresenta os principais tipos de zeólita, recebendo destaque para as zeólitas do tipo clinoptilolita que são mais empregadas para o tratamento de água.
Embora a zeólita possua a capacidade de troca catiônica, existe uma ordem de seleção entre os metais em função do raio atômico e peso molecular, de modo geral a capacidade total de troca é de até 1,57 mEq.g-1. A ordem de seletividade da zeólita natural tipo clinoptilolita, segundo Martins Neto e Di Serio (2015) para os principais metais é a seguinte: Cs > Rb > K > NH4+ > Ba > Sr > Na > Fe > Al > Mg > Li .
Embora o Nitrogênio amoniacal seja uma molécula, este possui carga catiônica e diâmetro compatível com os metais, desse modo a zeólita também é capaz de captura-lo.
Devido a estrutura tridimensional, a zeólita clinoptilolita apresenta algumas propriedades físicas interessantes, como dureza média de 4 a 5 mohs, área superficial de 40 a 60 m².g-1 e densidade aparente de 0,90 a 0,98 kg.L-1. A associação de dureza elevada, grande área superficial e baixa densidade aparente, fazem da zeólita clinoptilolita um excelente meio filtrante granular, capaz de reter partículas com até 5,0 µm de diâmetro médio, o que lhe garante elevada eficiência na remoção de sólidos em suspensão que promovem turbidez e cor em águas naturais. A título comparativos, materiais como areia e carvão antracitoso captura partículas com diâmetro médio de até 40 e 20 µm, respectivamente. Martins Neto e Di Serio (2015)
Além dessas propriedades naturais, pode-se efetuar o beneficiamento para aumentar as capacidades especificas da zeólita, como a cobertura da estrutura da zeólita natural com óxido metálico, visando a remoção de Ferro, Manganês e até mesmo Arsênio, conforme descrevem Mohammed Al-Anbera e Zaid A. Al-Anberb (2008), Silvio R. Taffarel e Jorge Rubio (2010) e Lucy M. Camachoa et. al. (2011),
A captura de sólidos dentro do filtro ocorre principalmente pelo mecanismo de retenção mecânica de sólidos devido a sobreposição de camadas granulares que proporcionam poros de captura ao longo do leito, aja vista que a filtração possui sentido vertical descendente sobre pressão mínima de 0.5 MCA e 1.0 kgf.cm–² para filtro do tipo aberto e fechado respectivamente. Além do efeito mecânico de retenção dos sólidos, há também um pequeno efeito eletrostático entre os sólidos suspensos e o leito de zeólita, que também contribui para o processo de filtração.
Comparada com outros meios filtrantes convencionais como areia e quartzo, a zeólita natural clinoptilolita, apresenta maior capacidade de retenção de sólidos utilizando cerca de 30% e 50% menos material no filtro respectivamente, em função da menor densidade aparente. Em função da maior porosidade e área superficial a perda de carga no filtro também é menor, desse modo a carreira de filtração também é superior, conforme demonstrou o estudo comparativo Sidney Gobbi (2010), apresentado resumidamente nas figuras 5 e 6.
No estudo realizado por Gobbi, Sidnei (2010) também foi avaliado o volume de água para necessário para a retrolavagem dos leitos de zeólita e areia, a pesquisa concluiu que foi necessário cerca de 1545 L de água para o filtro de areia e apenas 390 L para o filtro de zeólita.
Se interessou por este tema? Continue lendo mais aqui!
