DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA PARA AVALIAR A CORRELAÇÃO ENTRE A TEMPERATURA DE FUSÃO E A COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS CINZAS DO CORVÃO MINERAL DO SUL DE SANTA CATARINA DA CAMADA
BONITO E BARRO BRANCO.
Roseli Freitas Felipi1; Dr. Jair Juarez João2(orientador);
INTRODUÇÃO
O carvão mineral é um combustível de origem fóssil, formado a partir da fossilização de materiais orgânicos, principalmente madeira. Pode ser encontrado em jazidas localizadas no subsolo terrestre e extraído pelo sistema de mineração. Para ser classificada como carvão, a rocha precisa conter menos de 50% de matéria mineral, as cinzas.
Avaliou-se o comportamento da matéria mineral em temperaturas elevadas para os diferentes carvões retirados da camada Barro Branco e Camada Bonito, utilizados pela Tractebel Energia- Complexo Jorge Lacerda, visando correlacionar a composição química do carvão com a fusibilidade das cinzas obtidas na queima.
O método mais utilizado para determinação dos teores de metais nas cinzas é a Absorção Atômica com atomizador de chama, contudo, por ser um procedimento de alto custo é interessante a busca por um novo método de análise. No presente trabalho analisaram-se os resultados obtidos com o equipamento de espectrofotometria, os quais foram comparados com os resultados obtidos através da absorção atômica, para validação do método testado. Haja vista que possui um menor custo de análise e constitui um instrumento simples, podendo ser utilizado como uma estação de análise móvel, além disso, este equipamento pode incorporar recursos avançados.
OBJETIVOS
O objetivo do presente trabalho consiste em desenvolver uma metodologia para avaliar a correlação entre a temperatura de fusão e a composição química das cinzas do carvão mineral do sul catarinense da camada Bonito e Barro Branco; utilizando duas técnicas de análises químicas; espectrofotometria (SPECTROQUANT) e Absorção Atômica com atomizador de chama.
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1 Acadêmica em Engenharia Química da Unisul. E-mail: roseli_ff@hotmail.com.
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MÉTODOS
Para o presente estudo foram selecionadas amostras de carvão de todos os fornecedores da Usina Jorge Lacerda, Tractebel energia. Inicialmente foi realizada a identificação dos fornecedores, e posteriormente uma amostragem. As cinzas obtidas com a queima dos carvões serão caracterizadas através das técnicas de Absorção Atômica com atomizador de chama e espectrometria. As propriedades reológicas das cinzas serão estudadas através de teste de fusibilidade. Os ensaios de fusibilidade foram realizados pela Tractebel Energia na Usina Jorge Lacerda.
A preparação das cinzas foi feita inicialmente com material quarteada para obtenção de uma amostra representativa na realização das análises. Após esta etapa, será feito a moagem do carvão para obtenção das cinzas dos carvões para obtenções das cinzas dos cravões com granulometria uniforme, próximo a 200 mesh. Depois, foi realizada a combustão completa na temperatura de 850ºC, com isoterma de 4 horas, em forno mufla.
As amostras foram digeridas utilizando-se 0,300 g de cinzas, no frasco do bloco digestor no micro-ondas, depois adicionou-se 2 mL de ácido fluorídrico, 3 mL de ácido nítrico e 2 mL de ácido clorídrico, em seguida fechou-se adequadamente o frasco e colocou-se no micro-ondas por 3-4 minutos. Após realizadas as etapas anteriores, filtrou-se e avolumou-se para 250 mL.
Assim que obtidas as amostras digeridas fez-se análise no forno de atomização de chama (ZEEMAN 220, Varian) e espectrofotometria (fotômetro spectroquant NOVA 60), correlacionando os resultados para a validação do segundo método. Analisaram-se os seguintes metais para ambos os equipamentos: Fe, Mg, Ca, K, Al e Na; com exceção do silício, que foi analisado somente por espectrofotometria.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As amostras de cinzas utilizadas no estudo apresentaram composição média de óxidos dentro dos valores apresentados na Tabela 1.
Verifica-se que os óxidos majoritários são os de silício, alumínio e de ferro. Porém, existem relevantes diferenças quanto aos teores desses óxidos na amostra. Observa-se que no caso das cinzas das amostras analisadas, o óxido de silício é altamente preponderante frente aos outros elementos (óxidos), com teor médio de 61,3% para camada bonito e 70,09% para camada barro branco . O óxido de alumínio apresenta-se como o segundo maior componente entre a maioria das amostras analisadas. Para a camada bonito, os valores médios obtidos
firam 15,47% e para camada barro branco 15,95%. Entre os compostos minoritários nota-se que os teores dos óxidos de cálcio e magnésio. Outros valores para os diversos óxidos analisados são mostrados na tabela 1. Os resultados obtidos para as fusibilidades das cinzas dos carvões das camadas bonito e barro branco, permitem determinar as temperaturas referentes aos principais estágios de amolecimento e fusão, que também estão vinculados às propriedades de fluidez das amostras. A temperatura de amolecimento corresponde à deformação inicial relacionada às transformações minerais como reações sólido-sólido e amolecimento e fusão de fases minerais localizadas.
Tabela I. Média dos resultados obtidos para a composição química das cinzas de 20 amostras de carvões das camadas Barro Branco e Bonito
Porcentagens de óxidos nas amostras Camada Bonito Camada Barro Branco SiO2 61,3 70,09 Al2O3 15,47 15,95 Fe2O3 4,82 4,74 K2O 3,91 3,82 SO3 2,47 2,76 CaO 1,84 1,16 Na2O 1,21 0,92 TiO2 0,69 0,87 MgO 0,45 0,42
Através dos resultados podemos observar que a média da temperatura de fluidez para os carvões analisado da camada barro branco ficou acima de 1600ºC, característico de amostragem de cinzas que apresentam concentrações mediana de sílica, alumínio e ferro, conforme observado na análise de composição química. Os valores médio da temperatura de fluidez para os carvões analisado da camada bonito ficou abaixo de 1500ºC, característico de cinzas que apresentam concentrações baixas de sílica (50-60%). A temperatura de fluidez no teste de fusibilidade está relacionada aos teores das fases minerais refratárias como o quartzo e a metacaulinita, que escoam com maior dificuldade com relação às demais fases encontradas nas cinzas.
Os testes de fusibilidade das cinzas de carvão também auxiliam na compreensão do comportamento desse material em altas temperaturas, indicando os estágios de amolecimento e fusão. Menores temperaturas de fusibilidade estão relacionadas a proporções crescentes de minerais fluxantes tais como sulfatos, silicatos e minerais óxidos como anidrita, plagioclásio ácido, feldspato alcalino, silicato de cálcio e hematita presentes em altas temperaturas. Elevadas temperaturas de fusibilidade resultam de baixas concentrações de minerais fluxantes e grandes concentrações de minerais refratários tais como quartzo, caulinita e rutilo contido nas cinzas.
CONCLUSÕES
A partir dos resultados obtidos é possível concluir que a aplicação de técnica que correlaciona a composição química das cinzas com a temperatura de fusão (fluidez) pode caracterizar os tipos de minerais que formam o carvão.
Verifica-se também que os óxidos majoritários são os de silício, alumínio e de ferro. Porém, existem relevantes diferenças quanto aos teores desses óxidos na amostra. Observa-se que o óxido de silício é altamente preponderante frente aos outros elementos (óxidos), com teor médio de 61,3% para camada bonito e 70,09% para camada barro branco. O óxido de alumínio apresenta-se como o segundo maior componente entre a maioria das amostras analisadas. Para a camada bonito os valores médios obtidos firam 15,47% e para camada barro branco 15,95%. Entre os compostos minoritários nota-se que os teores dos óxidos de cálcio e magnésio.
REFERÊNCIAS
ABREU, I B. Caracterización de cenizas volantes de centrales termoeléctricas de carbón
brasileñas: Utilización em la ingeniería civil y sus mplicaciones meio ambientales. Tesis
doctoral, Universidad Politécnica de Catalunya. Barcelona: Escolla Técnica superior d’enginyer de Camins, Canals i Ports, 1993.
LEEN, Rita Kath; et al. Coal Science: An introduction to chemistry, technology, and utilization. A Wiley-Insterscience Publication: 1986.
PITT, G J. Coal and modern coal processing: An introduction. Academic Press, 1979. WHITE, I C. Comissão de estudos das minas de carvão de Pedro do Brasil: Relatório final. Departamento Nacional Da Produção Mineral, Ministério das Minas e Energia. Edição Fac-Similar, São Paulo/SP: 1988.
MONTEIRO, K V. CARVÃO: O combustível de ontem. Núcleo amigos da terra Brasil, Porto Alegre/RS: 2004.
FOMENTO
O trabalho teve a concessão de Bolsa pelo Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBITI), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).
O trabalho teve o apoio técnico do Centro de Atendimento Especializado em Saúde (CAES) de Tubarão e Criciúma, e do Volnei Serviços de Anatomia Patológica Ltda.
