Acid mine drainage represents a serious environmental problem, due to its high acidity and
composition rich in heavy metals. The addition of commercial alkaline agents for pH
neutralization is a common practice, however, this is a short-term solution that does not solve
the heavy metal problem and generates large quantities of contaminated sludge. Alkali-
activated materials (AAMs) appear to be a sustainable alternative for simultaneously controlling
pH and immobilizing heavy metals. The use of red mud (a waste from the alumina/aluminium
industry) can be a solution to addresses both problems.
In order to understand the pH buffer capacity red mud-based AAM spheres were used as pH
regulators in anaerobic reactors, showcasing improved organic matter removal by 44%,
preventing acidification and the maintenance of optimal pH levels for methane production. AAM
porous monoliths were produced to access their ability for metal adsorption from wastewater.
Samples showed a lead removal capacity of 105.9 mg/g under favourable conditions,
surpassing values of other bulk-type AAM reported in literature. The fly ash-based foams
showed rapid sorption kinetics, easy regeneration, and potential for multiple reuse cycles. The
next step was the production of foams but now using red mud as one of the solid precursors,
this pioneer investigation showed the feasibility of the proposed strategy producing bodies with
a lead removal capacity of 30.7 mg/g, and that can be successfully regenerated post-sorption,
enabling their reuse in at least 5 sorption cycles, contributing to sustainable wastewater
treatment practices. The growth of carbon nanotubes (CNT’s) on red mud-containing alkali
activated materials was possible. The results show a remarkable lead removal capacity of
117.8 mg/g, seven times higher than non-CNT’s improved specimens.
The use of red mud to synthesize M-type hexaferrites through a simple ceramic process was
also demonstrated. By adding BaCO3, or BaCO3+Co3O4, M-type hexaferrites were successfully
produced. Without cobalt addition, up to 81.1 wt.% M ferrite was obtained, while with Co
addition, up to 74.3 wt.% M ferrite was formed. The resulting M ferrite phase exhibited varying
magnetic properties, the addition of cobalt leading to the formation of a very soft M ferrite with
a low coercivity but higher magnetization.
These novel approaches utilize industrial waste as one of the main precursors, showcasing its
potential for sustainable wastewater treatment applications. This also prove that it is possible
to produce magnetic responsive materials with improved characteristics and easier handling,
offering a sustainable approach towards waste valorisation and circular economy initiatives.Os lixiviados de minas representam um grave problema ambiental, pela sua elevada acidez e
composição rica em metais pesados. A adição de agentes alcalinos comerciais para
neutralização do pH é pratica comum, contudo é uma solução de curto prazo que não resolve
o problema dos metais pesados e gera grandes quantidades de lamas contaminadas. Os
materiais ativados alcalinamente (MAAs) aprestam ser uma alternativa sustentável para o
controlo do pH e simultaneamente imobilização de metais pesados. O uso de lamas vermelhas
(um resíduo da indústria da alumina/alumínio) permitiu colmatar dois problemas em
simultâneo. Para compreender a capacidade de tamponização de pH, foram utilizadas esferas
de MAA à base de lama vermelha em reatores anaeróbios, prevenindo a acidificação e
mantendo níveis de pH mais estáveis para a produção de metano (aumento de 90%).
Posteriormente, MAAs na forma de monólitos porosos foram testados em adsorção de metais
em águas residuais. Nos primeiros ensaios, as amostras à base de cinzas volantes mostraram
uma capacidade de remoção de chumbo de 105,9 mg/g, ultrapassando os valores de outros
MAAs relatados na literatura. Estes materiais apresentam uma cinética de sorção rápida, são
de fácil regeneração e têm potencial para múltiplos ciclos de reutilização. Numa fase seguinte,
foi priorizada a utilização de lamas vermelhas na produção dos monólitos, o trabalho pioneiro
demonstrou que a estratégia é exequível gerando monólitos com uma capacidade de remoção
de chumbo de 30,7 mg/g, e que podem ser regenerados com sucesso após sorção, permitindo
a sua reutilização em múltiplos ciclos (pelo menos 5) e contribuindo para práticas sustentáveis
de tratamento de águas residuais.
O crescimento de nanotubos de carbono foi posteriormente estudado para melhorar a
capacidade de tratamento de água deste MAA. Os resultados mostram uma notável
capacidade de remoção de chumbo de 117,8 mg/g, sete vezes superior aos monólitos não
modificados.
Utilizar a lama vermelha para sintetizar materiais magnéticos também foi possível adicionando
BaCO3, ou BaCO3+Co3O4, à lama vermelha, promovendo a formação de ferrites do tipo M.
Com a adição de cobalto, obteve-se cerca 81,1% em peso de ferrite M, enquanto a adição de
cobalto promoveu a formação de 74,3% em peso de ferrite M que também conduziu à
formação de uma ferrite M mais macia com uma coercividade baixa, mas uma magnetização
mais elevada.
Esta nova abordagem utiliza resíduos industriais como um dos principais precursores,
demonstrando o seu potencial para aplicações sustentáveis de tratamento de águas residuais.
Também prova que é possível criar materiais magnéticos reativos para melhorar as
características e facilitar o seu manuseamento, em particular a remoção do leito de adsorção
uma vez exausto, oferecendo uma abordagem sustentável para a valorização de resíduos e
contribuindo para a economia circular.Programa Doutoral em Ciência e Engenharia de Materiai
