Aula 4 - TECQ 12-09-2024 Carvão PDF

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Alagoas – IFAL Curso Técnico em Química - integrado Disciplina: Tecnologia Química 3 Aula : Combustíveis Fósseis Carvão Mineral Profª. Dra. Iara Barros Valentim Maceió Ementa Combustíveis Fósseis o Con...

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Alagoas – IFAL Curso Técnico em Química - integrado Disciplina: Tecnologia Química 3 Aula : Combustíveis Fósseis Carvão Mineral Profª. Dra. Iara Barros Valentim Maceió Ementa Combustíveis Fósseis o Considerações Gerais. o Composição. o Classificação e origem. o Estudo do gás Natural o Estudo do Petróleo o Estudo do Carvão Mineral Carvão Mineral Origem Carvão é o nome dado a diversas rochas sedimentares passíveis de uso como combustível, constituídas de um material heterogêneo originado de restos vegetais depositados em águas rasas, protegidos da ação do oxigênio do ar. Com o passar do tempo, esse material (tecido lenhoso, celulose, esporos, géis, algas etc.) sofre parcial decomposição e ação de bactérias, seguindo-se a influência da pressão exercida pelo peso do material (pressão Os carvões originados de vegetais superiores de ambiente continental são chamados de carvões húmicos. Aqueles relacionados a algas marinhas são os carvões sapropélicos. Os carvões existentes no sul do Brasil, onde estão praticamente todas as nossas reservas, são do tipo húmico. O carvão mineral é completamente diferente do carvão vegetal. Este é obtido por combustão incompleta de certos tipos de madeira e é usado em fogões, lareiras, churrasqueiras, aquecedores e fogões a lenha. A combustão incompleta forma um material adsorvente (carvão ativado), muito usado em filtros, por exemplo. COMPOSIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO Do ponto de vista químico, os carvões caracterizam-se pelo alto teor de carbono, normalmente 55% a 95%. Teor de carbono é importante porque ele determina a maturidade geológica deste mineral, denominada rank, ou seja, o estágio de carbonificação atingido na sequência evolutiva. A umidade, o poder calorífico, os teores de carbono e hidrogênio, são propriedades que permitem estimar o rank. Uma vez que a elevação da carbonificação aumenta o poder refletor e reduz o hidrogênio e as matérias voláteis. O A turfa é a composição inicial, desenvolvimento medida pelo reduzido teor de deste combustível carbono, é indicado por quatro etapas o linhito, a hulha e o distintas, nas antracito seguem, de acordo quais: com o rank, respectivamente. Quando a madeira é soterrada, ela passa por um processo de fossilização na crosta terrestre, sendo gradativamente enriquecida em carbono. Isto ocorre, pois a madeira é composta basicamente de hidrogênio (H), oxigênio (O) e carbono (C). Mas com o tempo o hidrogênio e o oxigênio são eliminados na forma de água (H2O), dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). Desse modo, forma-se o carvão mineral ou natural, que é uma mistura de substâncias  tudosobrecarvao1.blogspot.com Antracito www.mundoeducacao.com De acordo com esse teor, têm-se, dois tipos menos ricos para os mais ricos em carbono: turfa, linhito, hulha (ou carvão betuminoso*) e antracito. Um grau de pureza ainda maior que o do antracito seria o da grafita, mas ela não é combustível*. Combustível é uma substância que reage com o oxigênio liberando energia, usualmente de * modo vigoroso, na forma de calor, chamas e gases.  A turfa pode ter de 55% a 60% de carbono; o linhito, de 67% a 78%; a hulha, de 80% a 90% e o antracito, 96%. O teor de água é alto nas turfas (75%), mas muito menor nos demais carvões (8% a 10%). * Betume, bitume (do latim bitumine) ou pez mineral é uma mistura líquida de alta viscosidade, cor escura e é facilmente inflamável. O poder calorífico é a quantidade de energia por unidade de massa (ou de volume, no caso dos gases) liberada na oxidação de um determinado combustível, O poder calorífico é uma propriedade fundamental, é inferior a 7.000 kcal (quilocalorias) nos linhitos e turfas, e entre 7.000 e 9.000 kcal nos demais carvões. A turfa tem a característica de permitir claramente a identificação dos restos vegetais. PRODUÇÃO A cadeia de valor de uma empresa ou setor pode ser definida como um conjunto de atividades geradoras de valor a um produto ou serviço. A indústria do carvão mineral envolve os seguintes processos articulados desde o minério bruto até o seu aproveitamento final: a) Lavra: extração das substâncias minerais úteis que a jazida contiver (linhito, hulha e antracito). No subsolo ou na superfície, estes ainda não possuem valor comercial, no entanto, após a extração, seu valor varia de acordo com o poder calorífico. b) Transporte: o transporte é uma atividade fundamental, pois adiciona importância do deslocamento aos minérios lavrados, isto porque e impossível operar sem esta movimentação. c) Estoque: o estoque agrega valor de momento e , para isto, ele deve ser posicionado próximo as centrais de beneficiamento e transformação, bem como, o quanto d) Beneficiamento: tratamento do minério, porém, sua identidade permanece a mesma: carvões finos ou carvão energético. e) Transformação: surge um novo produto, com maior valor agregado, como o cimento, por exemplo. f) Distribuidores: grupo interdependente envolvido no processo de disponibilizar o carvão mineral bruto, beneficiado ou transformado. Esta etapa agrega bastante valor, porque sem o conhecimento dos canais de distribuição da indústria o produto não chegará g) Mercado: permiteao mercado. a troca, na qual o carvão mineral passa a valer em unidades monetárias. h) Como insumo, poderá compor as seguintes cadeias de valor: 1. Geração de eletricidade; 2. Metalurgia e siderurgia;  A opção por uma ou outra Extração modalidade depende, basicamente, da profundidade A extração (ou e do tipo de solo sob o qual o mineração) do minério se encontra. carvão pode ser subterrânea ou a Se a camada que recobre o céu aberto. carvão é estreita ou o solo não é apropriado à perfuração de túneis (por exemplo, areia ou cascalho), a opção é a mineração a céu aberto. VÍDEO – maior escavadeira Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) – disponível em www.aneel.gov.br Se, pelo contrário, o mineral está em camadas profundas ou se apresenta entre as rocha, há a necessidade da construção de túneis. Neste último caso, a lavra pode ser manual, semi-mecanizada ou mecanizada. A produtividade das minas a céu aberto é superior à das lavras subterrâneas. No entanto, de acordo com o No Brasil, a maior parte é World Coal Institute (WCI) – explorada a céu aberto. ou Instituto Mundial do Carvão, 60% da oferta É o que ocorre, também, em mundial de carvão mineral é importantes países extraída por meio da exportadores, como mineração subterrânea. Austrália e Estados Transporte Para distâncias muito curtas, o O transporte é a método mais eficiente de transporte é atividade mais a esteira. complexa e dispendiosa da cadeia produtiva Para os trajetos mais longos, utiliza- do carvão. se caminhões, trens e barcaças. O carvão também pode ser misturado à água formando uma lama que é transportada por meio de dutos. BENEFICIAMENTO DO CARVÃO MINERAL TRITURAÇÃO DO CARVÃO Moinhos de cilindro. Trituradores. SEPARAÇÃO Separação de tipos de carvão pelo aspecto Peneiramento ou classificação em diferentes tamanhos de carvões Escolha manual Separação hidráulica O beneficiamento do carvão na mina Esperança-SC é constituído dos seguintes sistemas integrados: - circuito de britagem; beneficiamento do minério grosso em jigue; beneficiamento do minério fino em hidrociclones, espirais concentradoras e sistemas auxiliares. O fluxograma da Figura 1 descreve o circuito de beneficiamento de carvão da Mina Esperança. CIRCUITO DE BRITAGEM O carvão bruto produzido na mina Esperança é retomado da pilha pulmão através de um alimentador de arraste instalado em um túnel de concreto sob essa pilha. Daí é transferido para um transportador de correia que está equipado com um detector e um extrator de metais, a fim de evitar a passagem de materiais metálicos nos britadores. O transportador de correias eleva todo material para uma grelha vibratória GR-01. E a fração com granulometria acima de 150 mm retida na grelha segue para uma correia transportadora onde ocorre uma catação manual, Para remoção do material constituído por blocos contendo veios de carvão. O material removido na catação manual junta-se à fração passante na grelha GR-01, E segue para a classificação granulométrica em uma peneira de duplo deque PV-01 equipada com telas de 76,2 mm e 25,4 mm. A fração acima de 76 mm segue para o britador primário de duplo-rolo, BR-01, cujo produto com granulometria abaixo de 50 mm junta-se à fração intermediária (-76,2 mm + 25,4 mm) da peneira PV-01, E segue para o britador secundário de duplo-rolo, BR-02. O produto desse britador, com granulometria abaixo de 32 mm, junta-se à fração abaixo de 25 mm, passante no segundo deque da PV-01, E transferido por um transportador de correias até o circuito de vibração, onde efetivamente se inicia a concentração. CIRCUITO DE BENEFICIAMENTO DO CARVÃO GROSSO EM JIGUE A concentração é realizada em um jigue tipo OS-24D3 da Kopex/ICON, JG-30, Onde a granulometria do material na alimentação está abaixo de 32 mm, podendo conter no máximo 10% acima de 25 mm para um melhor desempenho do equipamento. No processo de jigagem (processo de separação), o flutuado constitui o carvão energético (CE) e são obtidos três rejeitos; - um piritoso com 7,0 a 10% de enxofre; um rejeito argiloso e um rejeito xistoso. Esses rejeitos são descartados do circuito e o carvão energético segue para a etapa de desaguamento, inicialmente, nas peneiras fixas, PF-01  E, finalmente, nas peneiras vibratórias PV-02, equipadas com tela de 0,6 mm de abertura. A fração retida segue para a pilha de carvão energético, Com granulometria 32 mm e + 0,6 mm e umidade de 15%. A fração fina, abaixo de 0,6 mm, segue para o tanque TQ-01, onde inicia-se o processamento da fração de finos. CIRCUITO DE BENEFICIAMENTO DO MINÉRIO FINO O material fino mais pesado é transferido por bombeamento para o tanque TQ-03 e daí para uma bateria de seis hidrociclones (φ 350 mm), cujo transbordamento (overflow) é descartado como rejeito final. A fração grossa, acima de 74 µm, segue para as espirais de Humphrey, onde se obtém carvão energético fino, conforme apresentado no fluxograma da Figura 1. A parte da polpa contendo os finos mais leves do tanque TQ-01 é transferida para o tanque TQ-02, Sendo bombeada para três baterias de seis hidrociclones (φ 350 mm), cujo overflow retorna como água de recirculação do processo de jigagem. O underflow, fração abaixo de 74 µm, é bombeado para o sistema de desaguamento em peneiras circulares, com malha de 0,15 mm, onde se obtém carvão energético fino. Hidrociclone (Ciclone) é um equipamento muito utilizado por mineradoras para separar sólidos de líquidos através de força centrífuga. Seu funcionamento se deve à alimentação tangencial na parte cilíndrica do mesmo. Com isso forma-se um movimento em espiral descendente, arrastando as partículas maiores e mais pesadas para saída inferior do equipamento denominada underflow. Já as partículas menores e menos densas são arrastadas para o centro do equipamento, onde forma-se um movimento em espiral ascendente e UNIDADE DE SECAGEM E MOAGEM DE CARVÃO No processamento de No entanto, apenas 10% do carvão para fins carvão utilizado nas usinas termelétricos obtém-se termelétricas tem sua uma fração com composição em peso abaixo granulometria abaixo de 0,6 dessa granulometria. mm. Os 90% restantes e abaixo de 0,6 mm, a Carbonífera Metropolitana comercializa com as indústrias de cerâmica vermelha. Para tanto, o carvão com granulometria abaixo de 0,6 Secagem e Moagem mm deve sofrer um processo de secagem e moagem a uma granulometria abaixo de 74 µm. O carvão, assim moído, é adicionado à composição da massa cerâmica na proporção em peso da ordem de 5%. Esse procedimento proporciona uma redução de 10 a 20 h no tempo de queima da cerâmica vermelha, correspondendo a uma economia de combustível (lenha) de 20-30%. O circuito consiste nas operações de secagem do carvão em forno rotativo seguida da moagem em moinho tipo Raymond, conforme mostrado no fluxograma da Figura 2. https://www.youtube.com/watch? v=pPDlBFyHDVc http://www.manfredinieschianchi.com/ 301-01-4PO-moinhos-pendular.htm Inicialmente, o carvão, com umidade entre 10 e 12%, alimenta (5,0 kg/t) o forno rotativo onde se obtém um produto final com 1,0% de umidade, adequada ao processo de moagem em moinho Raymond. A secagem é realizada em forno rotativo com fluxos em concorrentes, utilizando gás liquefeito de petróleo (GLP) como combustível. Os gases resultantes da queima do GLP são misturados a uma corrente de ar frio, a fim de se alcançar a temperatura adequada de secagem, o que evita a combustão espontânea da massa de carvão. Após a secagem, um sistema de transporte pneumático conduz o carvão até o silo de alimentação intermediária do moinho. Esse tipo de transporte utiliza uma corrente de ar frio, que, além de arrastar as partículas secas de carvão também proporciona o resfriamento de toda a massa de carvão. A unidade de moagem consiste: - um moinho Raymond provido de um classificador dinâmico de partículas, - um ventilador para circulação de gases e retirada do carvão moído da câmara de moagem, - um ciclone pneumático para classificação do produto de moagem, - um filtro de mangas para recuperação de partículas ultrafinas. Filtro de mangas Ciclone pneumático  Após a secagem, o carvão é acondicionado em sacos de 32 kg para expedição. EXERCÍCOS DE FIXAÇÃO 1) Faça o fluxograma do beneficiamento do carvão.  O uso de um carvão depende da sua qualidade Uso dos carvõese esta, por sua vez, depende da natureza da matéria orgânica que o formou, do clima e da localização geográfica à época da formação, bem como da evolução geológica da área. A extração da TURFA é Depois é cortada em blocos precedida de drenagem da área, e usada como para reduzir sua umidade. combustível em Feito isso, ela é extraída e fornalhas, depositada a céu aberto para termoelétricas, perder mais umidade ainda. obtenção de gás combustível, alcatrão, É importante também seu uso na ceras, reconstituição parafina,deamônia solos (turfa e agrícola). Os LINHITOS podem ser de dois tipos, outras substâncias. marrom ou preto, cada um deles com várias outras denominações. Eles são usados Por pirólise, A cinza resultante de sua após secagem ou pode fornecer combustão pode ser não, em ceras, fenóis, aproveitada para a gasogênios parafinas, produção de cimento industriais, na olefinas etc. pozolânico e obtenção de cerâmicas. alcatrão e outros A HULHA tem dois usos principais e com base neles é dividida - Em carvão-vapor ou carvão energético – o mais pobre e – Em carvão metalúrgico – com maior teor de cinzas, o mais nobre, passível de usado diretamente em ser transformado fornos, principalmente em em coque (por isso usinas termoelétricas. chamado também de carvão coqueificável). O ANTRACITO é usado como combustível, com a grande vantagem sobre os demais de emitir muita pouca fuligem. Queima facilmente, mas devagar e com chama quase invisível, sendo o mais indicado para uso doméstico. É usado também para fabricação de filtros de água. MAIORES PRODUTORES "No planeta, os maiores produtores de carvão mineral são Rússia 56,5%, Estados Unidos 19,5%, China 9,5%, Canadá 7,8%, Europa 5,0%, África 1,3% e outros 0,4%. https://brasilescola.uol.com.br/geografia/formacao- carvao-mineral.htm CARVÃO NO BRASIL O Brasil possui reservas de TURFA, LINHITO E HULHA. A hulha totaliza 32 bilhões de toneladas de reservas e está sobretudo no Rio Grande do Sul (89,25% do total), vindo a seguir Santa Catarina (10,41%). Reservas muito menores são conhecidas no Paraná (0,32%) e em São Paulo (0,002%). Nosso país está em 10º lugar em termos de reservas, com 1% do total mundial. Somente a Jazida de A crise do petróleo, Candiota (RS) possui 38% de desencadeada na década de todo o carvão nacional. 1970 pelo grande aumento do preço internacional do produto, Como se trata de um carvão levou o governo brasileiro a criar de qualidade inferior, é o Plano de Mobilização utilizado apenas na geração Energética, com uma intensa de energia termoelétrica e pesquisa para descobrir novas no próprio local da jazida. reservas de carvão. Carvão de boa qualidade, adequado para uso em metalurgia e em grande volume (7 bilhões de toneladas), foi então descoberto em diversas jazidas no Rio Grande do Sul: Morungava, Chico Lomã, Santa Teresinha Mas em profundidades relativamente grandes (até 1.200 m), o que inviabilizou até agora seu aproveitamento. Em 2018, a produção de carvão mineral brasileiro totalizou 10,483 Atualmente, o principal uso milhões de toneladas, segundo dados da combustão direta do da Associação Brasileira de Carvão carvão é na geração de Mineral (ABCM). Santa Catarina foi eletricidade, por meio de responsável por mais da metade usinas termoelétricas. da produção do período, cerca de 61,7%. Em seguida, aparece Rio Grande do Sul https://www.euqueroinvestir.com/ (34,6%) e Paraná (3,7%). carvao-mineral-perspectivas/2020 A capacidade instalada de geração de energia elétrica partir de ondas do mar Usina de ondas do Pecém https://www.eletronenergia.com.br/aneel- https://www.youtube.com/watch?v=hWcuuQWybWg discute-legislacao-de-geracao-de-energia/ O carvão e o impacto ambiental Numerosas áreas de mineração antigas no sul do As minas a céu aberto Brasil, trabalhadas em uma exercem significativo época em que a preocupação impacto ambiental em com o ambiente natural era razão dos elementos muito menor que atualmente, químicos contidos no carvão, foram muito degradas e como o enxofre. precisaram ser recuperadas, trabalho que Hoje, as medidas de proteção vem sendo ambiental sãofeito nas muito últimase maiores a recuperação de uma área décadas. é obrigatória, minerada O carvão, porém, continua sendo uma das formas de produção de energia mais agressivas ao ambiente, não só na extração como também no uso, já que sua combustão emite gases como nitrogênio e dióxido de carbono, este o principal agente do efeito estufa.  EXERCÍCOS DE FIXAÇÃO 1) Faça o fluxograma do beneficiamento do carvão. Referência João Alves Sampaio, CARVÃO - CARBONÍFERA METROPOLITANA, Centro de Tecnologia Mineral.