Reciclagem de resíduo a partir de cinzas de carvão mineral: produção de argamassas

Este trabalho tem como objetivo avaliar a possibilidade de aproveitamento do resíduo obtido a partir da combustão do carvão mineral em caldeiras de leito fluidizado, de uma refinaria de alumina no estado do Pará. Neste contexto, foi avaliada a incorporação de cinzas volantes, como pozolana, em substituição parcial do cimento na produção de argamassas. Para tanto, foram elaborados corpos de prova utilizando-se o cimento do tipo Portland CPII-E-32. As misturas foram definidas na proporção 4:1, ou seja, 4 partes de agregado (sílica) e 1 parte de aglomerante (cimento e cinza), com a inserção de cinza nos teores de 10, 20, 30, 40 e 50 em porcentagem com relação ao cimento, além da argamassa sem adição. Foram definidas duas relações água/aglomerante, 0,4 e 0,8. Após tempo de cura de 7 e 28 dias, foram feitos testes de resistência à compressão para análise de comportamento. Além disso, as argamassas com a relação água/aglomerante 0,8 foram sujeitas a análises complementares de Difração de Raios-X, Microscopia Eletrônica de Varredura, absorção de água, porosidade aparente e massa específica aparente, cujos resultados obtidos mostraram-se compatíveis quando comparados com os dados da literatura, demonstrando ser viável a aplicação das cinzas estudadas na indústria da construção civil.

Comportamento mecânico e de flamabilidade de compósito de polipropileno reclicado com fibra de coco e hidróxido de alumínio

A reciclagem de plásticos tem sido uma possibilidade interessante para minimizar o problema de destino dos resíduos plásticos. O polipropileno (PP) está entre os tipos de polímeros de maior consumo, portanto a reutilização deste material tem possibilitado o desenvolvimento de estudos de grande relevância científica e social. Este polímero apresenta excelente relação custo/benefício, além de ser facilmente conformável e exibir propriedades mecânicas que o torna útil em várias aplicações. Entretanto, esse material ao ser queimado gera produtos que agem como combustíveis de modo que, para alguns usos, boa resistência à chama é necessária. Isso pode ser obtido pela adição de retardante de chama, que tem o propósito de aumentar a resistência desse material à ignição e, ao mesmo tempo, reduzir a velocidade de propagação da chama. O hidróxido de alumínio, ou simplesmente hidrato de alumina, é o agente retardante de chama mais utilizado no mercado, pois, age também como supressor de fumaça e não libera gases tóxicos durante a queima. No entanto, para tais propriedades, altas concentrações de alumina hidratada são necessárias. Isto causa deterioração nas propriedades físicas dos materiais, por não ter caráter reforçante. As fibras naturais possuem boa capacidade de reforço quando combinadas adequadamente com polímeros. Apresentando também vantagens como baixo custo, baixa densidade, biodegradabilidade e na combustão não emana gases tóxicos. Neste trabalho, misturas contendo alumina hidratada e fibras de coco foram incorporadas ao polipropileno com o objetivo de se encontrar um balanço adequado de propriedades para utilização deste compósito com características de resistência à chama e desempenho mecânico. Os compósitos foram moldados por compressão a quente e caracterizados por IV, DRX, MEV, testes mecânicos e de inflamabilidade. Foi observado aumento no módulo de elasticidade dos compósitos em geral, bem como aumento na resistência a tenacidade do compósito PP/fibra de coco em relação ao PP puro. Os resultados indicaram a eficiência da alumina hidratada como antichama, em todos os compósitos, exceto PP/F, classificando os materiais como V-0 segundo a norma internacional UL 94V.

Absorção do dióxido de carbono por resíduo de bauxita em torres de absorção

Um dos problemas ambientais mais discutidos atualmente no cenário mundial são o aquecimento global e suas implicações. Apesar de o efeito estufa ser um fenômeno natural, o aumento nas emissões de gases como o CO₂ proveniente do processo de combustão, pode favorecer o seu agravamento. Seguindo essa vertente, existe o interesse na realização de pesquisas para minimizar a liberação deste gás na atmosfera. Este trabalho, tem por finalidade estudar o processo de absorção do dióxido de carbono pela fase aquosa do resíduo de bauxita (soda e íons dissolvidos em solução) em torre de aspersão e em torre de selas randômicas (ambas em escala piloto), bem como verificar a alteração do pH nesse processo de absorção para ambas as torres. Avaliar a alteração do pH e a capacidade de absorção do CO₂ , considerando as seguintes variáveis: O tipo de torre de absorção, o uso do sobrenadante como meio absorvente e o uso da suspensão aquecida por resistências. Os resultados mostraram que a suspensão do resíduo de bauxita absorveu quantidade significativa de CO₂ , tanto na torre de aspersão quanto na torre de selas. A taxa de absorção média ficou em torno de 8,42% para a torre de aspersão e 9,34% para a torre de selas. A capacidade de carbonatação da suspensão à 27%-p ficou em torno de 33,3 Kg CO₂ por tonelada de resíduo e houve uma redução substancial da alcalinidade do resíduo através da reação com os efluentes gasosos, com uma diminuição média de 4,0 e 3,5 unidades de pH para a torre de selas e de aspersão respectivamente.

Absorção de gases da queima de combustíveis fósseis em torre de recheio estruturado utilizando lama vermelha

A produção de alumina pelo processo Bayer produz de 1 a 3 toneladas de resíduo por tonelada de alumínio. Esse resíduo é denominado lama vermelha, composto de minerais não solúveis em hidróxido de sódio concentrado, como hematita e outros óxidos férreos, quartzo e óxidos de titânio. A lama vermelha possui em sua composição variados teores de NaOH, dependendo especificamente da planta industrial utilizada. A proposta desse trabalho é avaliar o processo de absorção de gases provenientes de uma caldeira em contracorrente com uma suspensão de lama vermelha a 27%, em torre spray e em torre de recheio estruturado. Foram realizados experimentos variando-se o tipo de torre de absorção, temperatura da fase líquida e teor de sólidos na fase líquida para avaliar a redução do teor dos gases de combustão na saída da torre de absorção e a variação do pH de acordo com o tempo de operação, para que fosse possível identificar o tempo necessário para que ocorra a neutralização da lama vermelha, bem como a redução no teor de dióxido de carbono, para isso foram realizadas medições dos teores de gases na entrada e na saída da torre de recheio estruturado, bem como medições de temperatura e pH. A absorção de CO₂ presente no gás de combustão pela suspensão de lama vermelha se dá pelo processo da carbonatação, no qual o gás reage com o NaOH presente na lama vermelha, sendo a água o catalisador. Os resultados obtidos após os experimentos foram satisfatórios, e concluiu-se que o processo realizado nas torres de absorção é eficiente para a diminuição do pH da lama vermelha e a redução do teor de CO₂ liberado para a atmosfera, promovendo um ganho duplo para o meio ambiente.

Análise experimental das emissões de uma microturbina a gás utilizando biodiesel

O trabalho apresenta um estudo experimental com a utilização de biodiesel, diesel, suas misturas e Gás Natural em uma microturbina à gás. O estudo tem como principal objetivo entender as emissões. O aparato experimental foi construído inteiramente com o propósito de realizar ensaios com gás natural e adaptações na linha de abastecimento foram realizadas para o fornecimento do combustível líquido, não tendo sido realizadas modificações na câmara de combustão. Os experimentos foram realizados para as rotações de 45.000rpm, 50.000rpm, 55.000rpm e 60.000rpm. Pelas dificuldades experimentais encontradas para o entendimento do processo de combustão e emissões geradas, um procedimento complementar para a estimativa das emissões é apresentado, resolvendo-se e estimando-se a composição das emissões através do software ComGas V1.0 para cálculo de combustão no equilibrio. Como contribuição, são apresentados dados experimentais de CO, CO₂, O₂, temperatura de exaustão dos gases, além das vazões mássicas, vazões molares, caracterização energética dos combustíveis e misturas.

Caracterização de um gaseificador do tipo downdraft

A gaseificação é uma conversão termoquímica da biomassa em gás combustível, que pode ser usado como combustível em motores de combustão interna ou como gás de síntese para a indústria química. Para checar o desempenho de um gaseificador temos de quantificar a energia contida no gás produzido e a quantidade de carbono convertido por meio dos cálculos de eficiência energética e de conversão de carbono através dos dados obtidos experimentalmente. A eficiência energética é uma relação entre os fluxos de gás e biomassa e de suas respectivas quantidades de energia, no mesmo sentido, a conversão de carbono é a quantidade de compostos carbonáceos presentes no gás convertido a partir da quantidade de carbono presente na composição da biomassa. O presente documento avalia a eficiência energética e de carbono na conversão de um protótipo de um gaseificador indiano do tipo downdraft produzido por uma empresa local (Floragás). Os parâmetros nominais do gaseificador são: capacidade de produção de gás de 45 kWt, consumo de biomassa (caroço de açaí) de 15 kg/h. As dimensões do gaseificador são: DI 150 mm e altura de 2000 mm). A eficiência energética e a taxa de conversão de carbono foram quantificados, a queda de pressão devido ao leito do reator e a temperatura dos gases também foram medidos na saída do reator e também, a concentração de alcatrão, partículas e gases não condensáveis (CO, CO², CH⁴, SO², N² e NO^x) nos gases de combustão após a sistema de limpeza.

Influência da variação da razão de alimentação ar/serragem de um combustor ciclônico na composição dos seus produtos gasosos

Neste trabalho foi feito uma análise da combustão em um combustor ciclônico através de medidas experimentais da temperatura e concentração de gases na parede interna da câmara de combustão. Com o objetivo de encontrar parâmetros operacionais adequados para o projeto proposto, a alimentação de ar e serragem do combustor foi variada em razões de equivalência pobres (com excesso de ar) enquanto os dados experimentais eram computados. Os perfis encontrados foram confrontados com a teoria da combustão de sólidos e com os campos de temperatura e concentração de gases encontrados numericamente por Cunha (2005) através do software Fluent V.6.0. Nesta comparação foi possível encontrar boas concordâncias qualitativas entre as temperaturas medida e calculada, porém houve diferenças no quesito concentração de gases. Foi possível também identificar a razão de equivalência mínima para que o combustor ciclônico tivesse em seus produtos gasosos baixos teores de poluentes, como CO. Além disso, ao final deste trabalho foi proposta uma metodologia para o dimensionamento de combustores ciclônicos de acordo com a faixa de consumo de particulado que se deseja incinerar.

Estudo de parâmetros físicoquímicos para a produção de argamassas utilizando resíduos industriais e da construção civil

As argamassas podem ser consideradas como a mistura de aglomerantes e agregados com água, possuindo capacidade de endurecimento e aderência. Como alternativa, é proposto produção de argamassas utilizando como agregado miúdo resíduos de construção civil (RCC), rico em silicoaluminatos, gerado nas obras de demolições e reformas, e cinza volante (CV) como material pozolânico, obtida a partir da combustão do carvão mineral em caldeiras de leitos fluidizados, em substituição parcial ao cimento Portland. Neste contexto, o resíduo de construção civil foi beneficiado e caracterizado pelas análises de espectrofotometria de raios- X e difração de raios-X, a cinza volante foi caracterizada pela análise granulométrica e espectrofotometria de raios-X. Para produção das argamassas formularam-se composições de RCC nas proporções de 95, 90, 85, 80, 75 e 70%; CV de 0, 5, 10, 15, 20 e 25% e 5% de cimento Portland CP II Z 32, sendo que em cada composição do traço de argamassa foi adicionado 0,8% em volume de água e para o ensaio reológico utilizou-se as mesmas proporções de resíduos (RCC e CV) com 35% em volume de água. Após a cura de 28 dias os corpos de prova foram submetidos a ensaios físicos de absorção, porosidade e massa específica aparente; ensaio mecânico de resistência à compressão e análise de difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura, cujos resultados obtidos mostraram-se ser viável a utilização da cinza volante e RCC na construção civil, na produção de argamassas.

Avaliação preliminar do emprego de arenito zeolítico da região nordeste do Brasil como material pozolânico para cimento Portland

As zeolitas possuem atividade pozolânica normalmente sem a necessidade de ativação térmica, por isto têm sido empregadas na produção de cimento e concreto hidráulicos desde a época do império romano. Hoje em dia são utilizadas na fabricação do cimento Portland através da substituição do clinquer em percentuais que variam entre 5 e 20%, dependendo da reatividade e da finura da zeólita. Em razão disto, são muito importantes do ponto de vista econômico e ambiental, principalmente quando não necessitam de tratamento térmico para adquirirem caráter pozolânico satisfatório, porque reduzem significativamente a energia de produção do clinquer e a liberação de CO₂ proveniente tanto da descarbonatação da calcita como da combustão de combustíveis fósseis. Contudo, dados sobre reservas de zeólitas naturais são escassos e imprecisos. No Brasil, não existe conhecimento sobre depósitos naturais de zeólitas que possam ser explorados comercialmente. No nordeste do Brasil existe a ocorrência de zeolitas sedimentares relacionadas a arenitos descoberta nos anos 2000. Estes arenitos são constituídos de quartzo, argilominerais e zeolitas naturais (estilbita). O objetivo geral desse trabalho foi avaliar se esta zeólita natural presente no arenito possui atividade pozolânica satisfatória para ser empregada como adição mineral em cimentos Portland. No programa experimental o arenito zeolítico passou por beneficiamento através da remoção, por peneiramento, do quartzo e outros minerais inertes, de modo a concentrar a zeólita estilbita e com isto verificar as propriedades pozolânicas deste mineral. No estudo experimental foram empregadas as técnicas de difração de raios X, calorimetria, ensaios químicos e de determinação da atividade pozolânica em argamassas de cal hidratada e cimento Portland. Os resultados mostraram que o arenito zeolítico acelerou a hidratação do cimento Portland devido a extrema finura do material. O arenito apresentou atividade pozolânica, sendo a estilbita responsável por este comportamento. Entretanto, a reatividade foi ligeiramente inferior ao mínimo exigido para ser empregado em escala industrial como pozolana. Estudos complementares são necessários para averiguar se o tratamento térmico entre 300 °C e 500 °C pode aumentar a atividade pozolânica do arenito devido a destruição da estrutura cristalina tanto da estilbita quanto da esmectita presente no arenito.

Desenvolvimento metodológico e avaliação de contaminação por HPAs em sedimentos da baia de Guajará

Os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) são poluentes de efeito tóxico, prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana, fazem parte de um grupo de compostos poluentes orgânicos persistentes (POPs), que por suas características tem impactado o ambiente, sendo por esse motivo bastante estudados. Podem estar presentes nas formas particulada, dissolvida e/ou gasosa, estando presentes em diferentes ambientes; solo, sedimento, ar, água, material particulado na atmosfera, organismos e alimentos (Kennish, 2007). As fontes naturais de HPAs incluem atividades vulcânicas, queimadas naturais, exsudação de óleos, além de processos biogênicos. HPAs antrogênicos podem ocorrer pela combustão incompleta de óleos combustíveis (automotores e industriais), queima intencional de madeira e plantações, efluentes domésticos e/ou industriais, drenagens pluviais urbanas, derrames acidentais de óleos e derivados. Hidrofóbicos e lipofílicos, essas substâncias podem ser facilmente adsorvidas em sedimentos, sendo este compartimento um importante reservatório desses poluentes. Para avaliar a presença desses compostos no ambiente, utilizou-se nesse trabalho a Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. As amostras utilizadas no desenvolvimento e otimização da metodologia foram coletadas na baia do Guajará (Belém – PA). O presente trabalho constituiu-se dessa forma em um desenvolvimento de um procedimento metodológico (com adaptações e otimizações) para quantificar 16 HPAs em 10 pontos na baia do Guajará, Belém – PA, em duas etapas de campo, totalizando 20 amostras analisadas. Na etapa de desenvolvimento do método analítico foram testados sistemas de eluição, polaridade do sistema e fluxo do eluente entre outros. Para validação do método foram avaliados os parâmetros fidelidade, linearidade, limite de detecção, limite de quantificação do método. Razões diagnósticas foram calculadas para identificação das fontes primárias do HPAs encontrados na baia. Foram identificadas, a partir de razões diagnósticas da ΣHPAs BMM/ΣHPAsAMM; Fen/Ant; Flt/Pir; Ant/Σ178; Flt/Σ202; B(a)P/Σ228 e Ind(123cd) pireno/Σ276 as fontes primárias dos 16 HPAs estudados no sedimento da baia. A somatória das concentrações dos HPAs leves na primeira etapa de campo, variou de 132,13 ng.g^-1 a 1704,14 ng.g^-1, a ΣHPAs dos pesados de 125,82 g.g^-1 a 1269,71 ng.g^-1 e ΣHPAs totais de 317,84 ng.g^-1 a 3117,06 ng.g^-1.. Na segunda etapa de campo, as concentrações dos HPAs leves variou de 76,12 ng.g^-1 a 1572,80 ng.g^-1 ; a ΣHPAs pesados variou entre 213,90 ng.g^-1 a 1423,03 ng.g^-1, e Σ HPAs totais teve concentrações de 290,02 ng.g^-1 a 2995,82 ng.g^-1. A partir dos resultados obtidos pode-se classificar a baia do Guajará como moderadamente impactada. A combustão constitui a fonte predominante de HPAs nos sedimentos da baia do Guajará, seguida da combustão de biomassa vegetal e aporte de petróleo e derivados. A maioria dos pontos estudados nesse trabalho, nas duas etapas de campo, apresentaram concentrações de HPAs individuais acima dos VGQS.

Reaproveitamento de cinzas de carvão mineral na formulação de argamassas

Este trabalho tem como objetivo o estudo da incorporação de cinzas provenientes da combustão do carvão mineral em caldeiras de leito fluidizado, na produção de argamassas, em substituição parcial do cimento. Foram elaborados corpos de prova utilizando-se os cimentos Portland com as especificações CPII-E-32 de características normais e areia de classificação abaixo da malha 100. Foram preparadas misturas na proporção 4 partes de agregado e 1 parte de cimento, com a inserção de cinzas nas proporções 0, 10, 20, 30, 40 e 50%. A argamassa foi desenvolvida em misturador e a moldagem foi feita em moldes de 5 cm x 10 cm. Foi analisado o comportamento de resistência à compressão após 28 dias. A resistência diminui conforme o aumento da porcentagem de cinzas. Foram feitas análises complementares de difração de raios X e constatou-se que a substituição desse resíduo pode ser feita com sucesso em argamassas com teores de até 30%.

Characterization and distribution of pyrogenic carbon in a fraction of archaeological black earth from Caxiuanã

This study aims to determine the atomic ratio of O/C in an archaeological black earth (ABE) profile of the Ilha de Terra site, a region of Caxiuanã in the Pará State, Brazil, to determine the types of pyrogenic carbon (PyC) particles and to infer the source of biomass and burning temperature necessary to produce the PyC. The O/C ratios were monitored using scanning electron microscopy combined with energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS). The results indicated atomic ratios for clay, silt and fine sand fractions that were between those registered for the PyC particles types: condensed combustion (CC) (0.09, 0.1, 0.13), charcoal (0.32, 0.31, 0.34) and char (0.43, 0.45, 0.52). CC is the predominant type of particle found because of the high firing temperature (> 350 °C), which is consistent with the probable biomass sources of wood, cellulose and lignin.