Utilização de zeólita preparada a partir de cinza residuária de carvão como adsorvedor de metais em água

Coal ashes produced in coal-fired power plant could be converted into zeolites and can be used as low-cost adsorbents for the treatment of effluents contaminated with high levels of toxic metals. The capacity of synthetic zeolites for the removal of cadmium, zinc and copper ions from aqueous solutions has been investigated under different operating conditions. Zeolite from bottom chimney showed higher removal efficiency for metals ions than zeolite from feed hopper and mixing mill. The results indicated that the treated bottom ash could be applied in environmental technology as an immobilizer of pollutants.

Remoção de compostos tóxicos de solução aquosa por adsorção com zeólita sintetizada a partir de cinzas de carvão

A capacidade das zeólitas sintetizadas a partir da cinza de carvão brasileiro na remoção dos íons de Cd, Zn e do azul de metileno de soluções aquosas foi investigada. O material zeolítico preparado com a cinza de carvão do filtro manga apresentou a eficiência de remoção mais alta para os poluentes. A seletividade aos íons metálicos deste produto foi determinada como: Cd2+ > Zn2+. As capacidades máximas de adsorção encontradas foram 36,1 mg g-1 para o Zn2+, 76,3 mg g-1 para o Cd2+e 3,93 mg g-1 para o corante.

Aplicação de material zeolítico sintetizado de cinzas de carvão como adsorvente de poluentes em água

Cinzas leve de carvão tratadas pelo método hidrotérmico foram usadas como adsorvente de baixo custo para a remoção de íons metálicos e corante de solução aquosa. As isotermas de adsorção das cinzas leve tratadas foram estudadas e os resultados foram ajustados pelos modelos de Langmuir e Freundlich. A isoterma de Freundlich descreveu melhor o processo de adsorção do azul de metileno. Os dados de equilíbrio para a adsorção dos íons zinco e cádmio se ajustaram melhor á equação de Langmuir. O valor máximo de capacidade de adsorção obtido foi de 0,78 (mg g-1)(L mg)1/n para o azul de metileno, 38,1 mg g-1 para o Zn2+ e 67, 5 mg g-1 para o Cd2+. Os materiais sintetizados exibiram capacidades de adsorção muito maiores do que as das cinzas leves usadas como matéria-prima. O estudo mostrou que o material zeólitico pode efetivamente adsorver azul de metileno e íons metálicos com eficiências de remoção na faixa de 82-99%.

Cinza e carbonato de cálcio na mitigação de drenagem ácida em estéril de mineração de carvão

A drenagem ácida é um problema ambiental, não-exclusivo, mas comumente associado à mineração do carvão e decorrente da oxidação de sulfetos, como a pirita, presente nos estéreis e rejeitos da mineração. A cinza derivada da queima do carvão constitui um resíduo, de utilização ainda limitada, no Brasil, mas que apresenta potencial de neutralização da acidez. Desse modo, estudou-se a possibilidade de utilização de cinzas da combustão do carvão mineral em combinação com carbonato de cálcio (CaCO3) para correção da drenagem ácida decorrente da oxidação de pirita em estéril da mineração de carvão de Candiota (RS). Amostras de 50 g do material estéril que continha pirita foram tratadas com 16 combinações de cinza da combustão do carvão e CaCO3 e acondicionadas em frascos de lixiviação. O experimento foi realizado em delineamento inteiramente casualizado, fatorial 4 x 4 (quatro doses de CaCO3 e quatro doses de cinza), em três repetições. Os frascos foram submetidos a lixiviações periódicas com água destilada, a cada duas semanas, durante oito meses. Os lixiviados foram caracterizados quanto ao pH, acidez livre e concentrações de S, Si e Fe. Os resultados demonstraram que: o uso da cinza do carvão de Candiota não é viável, tanto por apresentar baixa capacidade de neutralização da acidez quanto por diminuir a eficiência do CaCO3. Após oito meses de intemperismo simulado, apenas 11 % dos sulfetos foram oxidados na ausência de carbonato e cinzas. O uso de carbonato e, em menor grau, de cinza, acelerou a taxa de oxidação dos sulfetos. A oxidação da pirita contida nas amostras ocorreu com maior velocidade nos dois primeiros meses de intemperismo simulado; desse modo, recomenda-se o uso de calcário logo após a exposição do estéril da mineração, visando minimizar a drenagem ácida. Pesquisas, de longo prazo, que visem à otimização das doses de CaCO3 e ao uso de outros corretivos na mitigação da drenagem ácida devem ser estimuladas.

Aproveitamento de cinza de carvão mineral na agricultura

A grande quantidade de cinza gerada pela queima de carvão mineral e a necessidade de redução de emissões sulfurosas advindas dessa queima, fazem com que se busquem alternativas para diminuir essas emissões, assim como para a utilização racional dessa cinza. Com o objetivo de avaliar a viabilidade de utilizar cinzas sulfatada e não sulfatada como fertilizante e corretivo da acidez do solo, foram conduzidos experimentos em laboratório e em casa de vegetação, com um solo Podzólico Vermelho Amarelo e solo regenerado de mina de carvão, usando como planta teste feijão - Phaseolus vulgaris L. . A cinza não sulfatada e não intemperizada produzida pela UTPM, quando aplicada ao solo, não corrigiu sua acidez, mas aumentou a resistência do feijão à antracnose e, quando aplicada com adubação, aumentou o rendimento da cultura. As cinzas sulfatadas resultantes de processo de dessulfuração produzidas em plantas pilotos da URCAMP e da CIENTEC foram eficientes para a correção da acidez do solo, tendo uma equivalência em carbonato de cálcio de 3,75 % e 16,8 %, respectivamente. A cinza CIENTEC aplicada ao solo ( 20, 40 e 80 t ha-1 ) aumentou a absorção de S, Mg, Ca e N, diminuiu a de Ni, Mn, Cu e Zn e não influenciou a absorção de B pelas plantas, enquanto a cinza UTPM não intemperizada ( 40, 80 e 160 t ha-1 ) aumentou a absorção de B e S e diminuiu a de Mn, sendo que a absorção de Cd, Cr e Pb não foi afetada pelas doses dessas cinzas.

Caracterização química e ecotoxicológica de escórias e cinzas resultantes da co-combustão de lamas e carvão

Em 1999 a Fundação para a Ciência e a Tecnologia aprovou o financiamento do projecto “Behaviour of Heavy Metals on the Thermal Treatment of Residues” cujo acrónimo era Bimetal. Este projecto, cujos parceiros eram o Departamento de Engenharia Energética e Controlo Ambiental do Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial (INETI) e o Grupo de Disciplinas de Ecologia da Hidrosfera (GDEH) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, tinha como objectivo a avaliação do comportamento de metais pesados durante a combustão de resíduos. Neste sentido, a equipa do INETI efectuou quatro ensaios de incineração: dois de mono-combustão de uma lama residual urbana, um de co-combustão de lama residual urbana e carvão e, finalmente, um de mono-combustão de carvão. Cada ensaio de incineração produziu uma cinza de fundo e duas cinzas volantes, provenientes de dois ciclones. A equipa do GDEH foi responsável pela caracterização físico-química e ecotoxicológica das cinzas provenientes dos ensaios realizados pela equipa do INETI. A avaliação incidiu em dois aspectos: 1) a determinação da composição das cinzas, relativamente a um dado conjunto de parâmetros físico-químicos considerados; e 2) produção de lixiviados a partir do contacto das cinzas com um agente lixiviante. Estes lixiviados foram submetidos à caracterização físico-química, relativamente a um dado conjunto de parâmetros físico-químicos e, ainda, à caracterização ecotoxicológica, recorrendo a dois indicadores biológicos. A determinação da composição das cinzas permitiu efectuar um balanço de massas dos ensaios de incineração realizados e, com isto, determinar as taxas de emissão, dos parâmetros analisados, para a atmosfera. Os ensaios de lixiviação permitiram classificar, de acordo com a metodologia de classificação de resíduos a que se recorreu, as doze cinzas produzidas pela equipa do INETI e os materiais que lhes deram origem, a areia do leito, o carvão e a lama residual urbana. De um modo geral, as duas cinzas volantes apresentaram uma concentração superior, dos parâmetros considerados, relativamente à cinza de fundo. Entre as duas cinzas volantes, a cinza do 2º ciclone apresentou um maior teor, relativamente aos parâmetros analisados, do que as cinzas do 1º ciclone.

Estudo da influência do material inorgânico na formação de H2S e HCl durante a co-gasificação de CDR com carvão

O objectivo principal deste trabalho relaciona-se com a compreensão dos mecanismos de formação de H2S e HCl durante a co-gasificação de C.D.R com carvão. A presença de material inorgânico nas cinzas dos combustíveis utilizados poderá ter alguma influência na formação e subsequentes reacções de H2S e HCl, tornando-se importante compreender qual a extensão da influência destes materiais na formação destas espécies, encaradas como contaminantes do gás produzido. A utilização de misturas de C.D.R. com carvão em gasificação poderá contribuir para a redução das quantidades de resíduos depositadas em aterro. Sendo a gasificação um processo menos poluente do que a incineração, a gasificação destes materiais poderá traduzir-se num menor impacto ambiental. Os C.D.R. são materiais heterogéneos e portanto as quantidades de S, Cl e material inorgânico poderão variar tornando relevante o estudo de potenciais sinergias entre os C.D.R. e o carvão com o objectivo de 1) minimizar a emissão de poluentes gasosos, 2) minimizar a quantidade de cinza produzida e 3) aproveitar o material inorgânico, que pode desempenhar actividade catalítica conduzindo à redução da formação de H2S e HCl. Com este estudo foi determinada uma aparente relação linear entre os teores de enxofre nos combustíveis e a formação de H2S, sendo que no entanto a forma sob a qual o enxofre se encontra nos combustíveis poderá desempenhar um importante papel na conversão do enxofre em H2S. No caso do HCl, a referida relação não pareceu ser tão clara. Foi igualmente determinado que maiores temperaturas de operação promovem a formação de H2S, ao mesmo tempo que reduzem a formação de HCl, e que enquanto o aumento da quantidade de oxigénio poderá conduzir à redução da formação de H2S, não terá impacto significativo na formação de HCl. No que diz respeito aos metais foi verificado que Ca, Fe e Zn terão um papel importante na redução da formação de H2S e HCl, enquanto que K e Na terão apenas influência na formação de HCl e o Al e a Si, não afectaram nem a formação de H2S nem a de HCl.

Correlações entre as propriedades da madeira e do carvão vegetal de híbridos de eucalipto

Foram estudadas madeiras de híbridos de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, em três idades diferentes, com o objetivo de avaliar o comportamento da madeira e do carvão vegetal produzido diante do aumento controlado de temperatura, bem como verificar a influência das características da madeira sobre o carvão vegetal. Foram realizadas análises químicas (extrativos totais, lignina, holocelulose, celulose, cinza e análise elementar) e térmicas (análise termogravimétrica - TG, análise térmica diferencial - DTA e calorimetria 1,67 ºC min-1 e temperatura final de 450 ºC. No carvão vegetal produzido, foram realizadas análise imediata, elementar e térmica. A densidade básica da madeira correlacionou-se positivamente com a relação carbono/ hidrogênio (C/H) e negativamente com os teores de cinza, nitrogênio, oxigênio, enxofre e relação siringil/ guaiacil (S/G). Os teores de cinza, nitrogênio, enxofre e S/G da madeira correlacionaram-se positivamente entre si e negativamente com a variável C/H da madeira. O teor de carbono fixo (TCF), o poder calorífico do carvão vegetal, o teor de carbono elementar e a relação C/H correlacionaram-se positivamente entre si e negativamente com o teor de materiais voláteis (TMV). O teor de lignina correlacionou-se positivamente com o rendimento gravimétrico em carvão (RGC) e negativamente com o TCF.

Caracterização e reconstrução mineralógica de carvão, caulim, calcários e de cinzas sulfatadas geradas à temperatura de um leito fluidizado visando sua aplicação na indústria cimenteira

Neste trabalho foram estudadas cinzas de carvão do tipo sílico-aluminosas e sulfatadas. As primeiras são aquelas obtidas normalmente pela queima do carvão acima de 850 °C. As cinzas sulfatadas estudadas são aquelas obtidas pela combustão, a 850 °C, do carvão em presença de calcário o qual retém o enxofre, liberado na combustão, na forma de anidrita (CaSO4). As cinzas sulfatadas foram classificadas de acordo com as misturas que as deram origem em “sulfocalcíticas”, “sulfodolomíticas” e “sulfocalcocauliníticas”. Estas cinzas foram obtidas, respectivamente, da combustão de misturas de carvão e calcita, de carvão e dolomita e de carvão, calcita e caulim. Os minerais estudados provêm do Rio Grande do Sul e todas análises foram efetuadas na École des Mines d’Alés (França). Assim, se estudaram cinzas de carvão, de calcário (calcítico e dolomítico), de caulim e de misturas destes a fim correlacionar as cinzas obtidas aos minerais que as deram origem. A reconstrução mineralógica destes materiais foi possível graças ao cruzamento de várias técnicas de análise tais como: método dos ajustes dosados, difração e fluorescência de raios X, determinação da perda ao fogo, densidade, calcimetria, termogravimetria, microscopia ótica e eletrônica etc. O carvão de Candiota é constituído por uma fase amorfa (52 %), quartzo (20 %), caulinita (16 %), muscovita (8 %), pirita (3 %), dolomita (1 %) e hematita (< 1 %). O caulim apresenta caulinita (80,6 %), muscovita (9,8 %), albita (6,8 %) e hematita (1,2 %) O calcário dolomítico possui calcita (42,8 %), antigorita (34,1 %), magnesita (11,7 %), dolomita (10,7 %), flogopita (3 %), caulinita (1,8 %) e quartzo (0,7 %). O calcário calcítico contém calcita (86,1 %), dolomita (12,2 %), quartzo (3,6 %), caulinita (0,7 %) e muscovita (0,4 %). As cinzas “sílico-aluminosas” são compostas por hematita e sílica. As cinzas sulfatadas são compostas por muscovita, quartzo, anidrita, guelenita, cal e hematita. As cinzas “sulfodolomíticas” apresentam, além destas fases, a periclasita. Foram realizados alguns ensaios de hidratação com cinzas “sílico-aluminosas”, “sulfocalcíticas” e “sulfocalcocauliníticas”. Após 28 dias de hidratação as cinzas “sílicoaluminosas” não sofreram alterações e a difração de raios X evidenciou, principalmente, o quartzo e a hematita. As cinzas sulfatadas com apenas 2 dias de hidratação, ou seja, antes do período de “pega” do cimento, apresentaram a formação de silicatos de cálcio hidratados (CSH) e etringita (primária). Estes dois compostos melhoram as propriedades mecânicas das cinzas. Após 28 dias de hidratação a etringita desapareceu em favor da formação da gipsita e de mais silicatos de cálcio hidratados. Os resultados mostraram que as cinzas sulfatadas têm propriedades físicas; superfície (específica, Blaine, BET), volume poroso e índice de aglomeração; e químicas; CSH e etringita; mais interessantes que as cinzas sílico-aluminosas. Os resultados indicam que as cinza sulfatadas têm um grande potencial de aproveitamento.

Estudo de misturas de areia-asfalto e cinza-cal para emprego em pavimentos urbanos

A execução da pavimentação da malha viária municipal urbana deve seguir um eficiente planejamento técnico-econômico para adequada gestão de recursos financeiros. Soluções alternativas como: bases de solo estabilizado com cinza-cal ou areia-asfalto, e revestimentos de areia-asfalto, reafirmam-se de grande valia para pavimentos de baixo custo na região litorânea do Rio Grande do sul, onde há abundância de areias e falta de agregados pétreos. Considere-se ainda, que a proximidade de usinas termoelétricas, geradoras de grandes quantidades de cinzas, facilita a utilização desde rejeito, o que diminui o passivo ambiental. Para o estudo dos materiais foi necessária a caracterização das jazidas de areia de Rio Grande, das cinzas da Usina Termoelétrica de Candiota e das cinzas da queima do carvão do secador de grãos da empresa Bianchini localizada em Rio Grande. Foram realizados ensaios de granulometria, peso específico, equivalente de areia e o ensaio Goldbeck. Com o objetivo de analisar o comportamento mecânico das misturas foram realizados os ensaios Marshall, módulo resiliente, resistência à compressão e à tração e de desgaste de misturas betuminosas. Com os resultados dos ensaios citados, realizou-se a análise paramétrica, através do programa de diferenças finitas Elsym 5, para dimensionar diversos tipos de pavimentos, onde as variáveis foram os teores de CAP do revestimento e as porcentagens de cal das misturas de cinza-cal. Concluiu-se então, que a utilização das misturas de areia-asfalto e cinza-cal são satisfatórias para pavimentos com baixo volume de tráfego, salientando os problemas de se trabalhar com as misturas a frio, devido ao elevado tempo de cura. A construção de um trecho experimental surge como sugestão para analisar o desempenho destes pavimentos quanto à durabilidade e a resistência à derrapagem.

Zeólitas de cinzas de carvão : síntese e uso

Cinza de carvão é tão somente o resíduo sólido industrial de maior geração no sul do Brasil: cerca de 1,7 milhões de t/ano, sendo que menos de 30% deste total são reutilizadas, principalmente pelo setor de construção civil. Nesta tese foi estudado o processo hidrotérmico em meio alcalino para a síntese de zeólitas utilizando cinzas de carvão como matéria-prima. As variáveis estudadas foram: tipo e composição das cinzas de carvão (dezessete tipos), tipo e concentração do meio reacional alcalino (NaOH e KOH 2, 3,5 e 5 mol/L) e , temperatura de reação e conseqüentemente da pressão (60, 100 e 150oC para NaOH e 100, 150 e 200oC para KOH), tempo de reação e relação solução alcalina/cinzas de carvão (ou concentração inicial de cinzas em solução). Foram gerados sete tipos diferentes de zeólitas quando o meio reacional era o NaOH: zeólitas A, P, X, sodalita, cancrinita, noselita e chabazita, já quando o meio reacional foi o KOH foram gerados quatro tipos de zeólitas: zeólitas F, L, W e chabazita. A partir do estudo amplo, que também contou com uma etapa de otimização, foram escolhidos dois produtos zeolíticos potássicos, para teste de uso em solos, para o cultivo de plantas, nas seguintes condições experimentais: menor temperatura possível (100oC) e no tempo mínimo (3 dias) de reação, e assim nas duas concentrações possíveis (3,5 e 5 mol/L) variando-se a relação solução/cinzas de modo a se obterem produtos diferentes e com as duas zeólitas de maior ocorrência no estudo amplo, quais sejam, zeólita W e chabazita. Assim os produtos 50K2 (zeólita W) e 35K6 (chabazita contaminada com zeólita W) foram utilizados com sucesso como fonte de K e, complementar ou total de N no cultivo de plantas de aveia Foram realizados estudos específicos para observação do efeito dos principais elementos constituintes das cinzas de carvão: Fe e Ca. O efeito do aumento da concentração do Fe não ficou perfeitamente estabelecido, porém o efeito da adição de calcário ao combustor, ou seja, do aumento da concentração de Ca, Mg e S foi perfeitamente estabelecido, sendo que para as zeólitas F e sodalita foi positivo e negativo para as zeólitas P e chabazita sódica. Metodologias de dissolução de cinzas também foram estudados: a temperatura ambiente sob agitação e por fusão prévia das cinzas com a base. Os efeitos foram muitos e dependentes da especificidade de cada caso. Quando a reação de zeolitização foi acompanhada por 24 horas, foi possível observar o inicio da cristalização das zeólitas, bem como a variação ao longo do tempo do tipo gerado e o tempo para o máximo de Si em solução.

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.

Síntese de zeólitas a partir de cinza volante de caldeiras: caracterização física, química e mineralógica

Ao longo dos anos o desenvolvimento industrial trouxe uma crescente geração de resíduos, que são potenciais problemas ambientais. Estudos das características destes materiais, bem como o desenvolvimento de técnicas para sua utilização se tornam imprescindíveis para a preservação do meio ambiente. Assim este trabalho objetiva a caracterização e utilização de cinza volante proveniente da queima de carvão mineral em caldeiras, assim como o uso de microssílica, utilizada para alterar a relação molar Si/Al da mistura cinza/microssílica na síntese de zeólitas. Para a caracterização da cinza foram utilizados métodos de análise química, física e mineralógica como: difração de raios X, fluorescência de raios X, microscopia eletrônica de varredura, análise granulométrica, análise térmica diferencial e termogravimétrica. Os ensaios de síntese foram feitos a 60, 100, 150 e 190 °C, com razão molar de Na₂O/Al₂O₃ igual a 5 e Si/Al variando de 2,12 a 15, e tempo de reação 24 h. Os resultados da caracterização da cinza mostram potencial utilização deste como matéria-prima para a síntese de zeólitas, pois apresenta ~ 50% de SiO₂ e Al₂O₃, fases mineralógicas bem definidas, baixo teor de umidade, baixa granulometria (d₉₀ < 10 µm), entre outros. Análises de difração de raios X dos produtos das sínteses mostraram a formação de alguns tipos de zeólitas, como analcima, phillipsita, sodalita, zeolita P e tobermorita. Deste modo, a mistura cinza e microssílica nestas condições reacionais mostram-se matérias-primas promissoras para a síntese de zeólitas.

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%.