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GRUPO TCHÊ QUÍMICA

Carvão

Porto Alegre, RS www.tchequimica.com

Versão 1.1

Grupo Tchê Química 2

ÍNDICE

Introdução 04

Definição de Carvão 05

Propriedades e Características dos Carvões 05

Classificação do Carvão 06

- Carvões Amorfos Naturais 06

- Carvões Amorfos Artificiais 07

Métodos de Mineração 08

- Mineração a Céu aberto 08

- Mineração Subterrânea 08

- Mina em Túnel 08

- Mina em Rampa 09

- Mina em Poço 09

- Mina long wall 09

Beneficiamento do Carvão 09

Beneficiamento de Carvão Energético 10

Caracterização dos Carvões 10

- Análise Imediata de Carvão 11

- Análise Elementar 11

- Poder Calorífico Superior e Inferior 11

- Carbonatos 12

- Dilatometria 12

- Pirólise 12


- Reatividade 12

- Poder Refletor 13

- Carvão de Lavabilidade 13

- Fusibilidade das Cinzas 13

- Análise Química das Cinzas 13

Emprego do Carvão 14

- Carvão Energético 14

- Carvão Siderúrgico 14

- Combustão Direta 14

- Gaseificação 14

- Carboquímica 15

- Liquefação 15

Aspectos Ambientais 15

- Práticas Conservacionais de Controle de Erosão

- Correção e Fertilidade do Solo 16

- Controle da Qualidade das Águas 16

- Controle do Ar 16

Conclusão 17

Bibliografia 18

Anexos 19


INTRODUÇÃO

A realidade energética nos obriga a viabilizar fontes alternativas de energia que

possam suprir, de modo contínuo, as necessidades do desenvolvimento econômico. O

desenvolvimento da tecnologia nuclear, a descoberta de novos campos de petróleo e gás

natural e, ainda, a utilização de fontes alternativas de energia como, por exemplo, a energia

solar, eólica, térmica, resíduos biológicos, etc. tem contribuído consideravelmente no

incremento de nossos recursos energéticos. Entretanto, pesquisas conduzidas por

instituições especializadas em diversos países mostram que o carvão mineral apresenta-se

como alternativa energética fundamental para uso em larga escala industrial.

As principais reservas de carvão mineral estão localizadas na região sul do país,

notadamente nos estados de Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Os depósitos de carvão

conhecidos são estimados em 15 bilhões de toneladas de minérios. Apesar do setor mineral

do carvão ter experimentado um crescimento na década de 80, ainda não conseguiu

alcançar uma produção que justifique sua potencialidade. Justamente entre o que é

produzido e o que pode ser explorado é que está o principal problema a ser equacionado no

que diz respeito ao aproveitamento deste bem mineral gaúcho. O carvão é hoje fonte

marginal de energia e tem no uso termelétrico potencialidade extraordinária, fazendo com

que praticamente toda a sua produção se destine para este setor que faz uso como

combustível.

Este trabalho visa complementação de conhecimento do carvão mineral

nacional, bem como seu beneficiamento e aproveitamento, onde foi realizada uma

abordagem oportuna.


DEFINIÇÃO DO CARVÃO

Carvão pode ser definido, sucintamente, como uma rocha sedimentar

combustível constituída de determinados vegetais, bem como de tecidos lenhosos, celulose,

esporos, resinas, ceras, algas, betumes, hidrocarbonetos, etc., ou seja, de material

heterogêneo que sofreu soterramento e compactação em bacias originalmente pouco

profundas. Fatores como a pressão, a temperatura, a tectônica (agentes diferenciadores do

carvão) e o seu tempo de atuação, determinaram a carbonificação gradativa da matéria

original, que sofreu modificações significativas como a perda de O2, H2O e enriquecimento

em carbono.

PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS DOS CARVÕES O carvão mineral é uma rocha sedimentar combustível formada a partir de

detritos vegetais que sofreram soterramento e compactação em bacias originalmente pouco

profundas. Houve a carbonificação gradativa na matéria vegetal original ocasionada por

fatores como a pressão, temperatura e o tempo de atuação.

A aparência lamelar do carvão deve-se aos seus constituintes individuais,

microscópicos elementares conhecidos como macerais e classificados em três grupos:

• Vitrinista

• Axinita

• Enertinita

Microscopicamente, eles podem ser distinguidos um pela sua aparência, cor,

relevo, grau de refletância e composição química. Macroscopicamente, encontram – se o

vitrênio – que compõe leitos finos na camada de carvão, parte lisa e brilhante -, o duênio –

tem aspecto opaco e superfície rugosa – e o fusênio, que é fosco e fibroso, sendo o único

litulito que suja ao contato.

Além dos minerais, o carvão é constituído por matéria mineral, isto é, minerais

de argila, carbonatos, sulfatos, quartzo dentre outros. Estes minerais foram agregados

durante a fase inicial de formação do carvão e encontram-se disseminados na matéria

carbonosa.


CLASSIFICAÇÃO DO CARVÃO

• Carvões Amorfos Naturais

Procedem da putrefação de vegetais que, sob camadas de sedimento e fora do

contato com o ar, elimina parte de seu C, já em combinação com o CO2, também

combinado com o H (CH4).

A) CARVÃO ANTRACITA

É o carão natural mais antigo, que contém maior proporção de carbono (94%) e

um poder calorífico de até 8700 calorias. É empregado como combustível e como redutor

dos minérios de ferro nos altos-fornos e, ainda, na calefação de habitações.

B) HULHAS OU CARVÃO DE PEDRA

Constitui a porção mais importante dos combustíveis industriais pela sua

abundância e propriedades. Contém de 75% a 90% de carbono e, ao queimar, desprende em

torno de 8000 calorias. Extrai-se dela, por destilação seca, um grande número de produtos

como, por exemplo, o coque, o gás de iluminação, amônia, breu e o alcatrão mineral, que é

a matéria-prima do benzeno, naftaleno e anilina. Há duas variedades de Hulha, isto é, as

ricas em materiais betuminosos e as que possuem pequena quantidade de betumes.

C) LINHITO

É o carvão mineral que possui menor quantidade de carbono em relação à Hulha

(70%) e com um menor poder calorífico (5000 calorias). É de estrutura compacta e se

emprega como combustível e, por destilação seca, origina parafina, gás de iluminação e

amônia. O linhito é abundante nos EUA, Alemanha, Áustria, Itália e Espanha.


D) TURFA

Carvão mineral com menos carbono (55%) e, em conseqüência disso, tem um

poder calorífico de 3500 calorias. É constituído de resto de plantas (completamente

carbonizadas) que costumas ser musgos de estrutura esponjosa. Serve como combustível

industrial de escasso valor.

• Carvões Amorfos Artificiais

São os produtos resultantes da combustão ou calcinação de diversas substâncias

orgânicas. Os principais destes carvões são:

A) CARVÃO VEGETAL

Origina-se da madeira; é um carvão muito leve, porém com um calor gerado na

combustão de 8000 calorias. Uma de suas propriedades mais notáveis é a de absorver gases,

o que se efetiva com o desprendimento de calor.

B) CARVÃO NEGRO DE FUMO

É um carvão leve, muito pulverizado, que é obtido pela combustão incompleta

de vários compostos orgânicos como resinas, alcatrão e, principalmente, acetileno.

Emprega-se em pintura e preparo de tintas.

C) CARVÃO DE COQUE

É um carvão de grande poder calorífico (8000 calorias). Trata-se de um carvão

poroso e cinzento. A Hulha se coquifica a fim de aumentar sua riqueza em carbono e

eliminar princípios de cheiro desagradável ou que corroam os metais das fornalhas, como

os gases sulfurosos.


D) CARVÃO METÁLICO

Também chamado de carvão de retorta, é bom condutor de calor e recebe este

nome (carvão metálico) devido ao seu aspecto metálico de cor preta. É empregado como

pólo positivo das pilhas de buns sem, grenet, leclanchê e também como combustível.

MÉTODOS DE MINERAÇÃO

As jazidas de carvão são exploradas conforme: a situação das camadas,

espessura da camada acima do carvão, tipos de rocha nesta cobertura, característica do

carvão, ésteres intercalados, presença do gás metano, resistência estrutural do carvão,

quantidade de águas encontrada na camada e natureza e resistência do teto e do piso da

camada total do carvão.

Os diferentes métodos de mineração conforme anexos – Figura 3.2; 3.3; 3.4;

3.6; 3.7;

MINERAÇÃO A CÉU ABERTO

MINERAÇÃO SUBTERRÂNEA

MINA EM TÚNEL

A camada do carvão horizontal, ou próxima, atinge a superfície de uma elevação

e meia costa. Este tipo é, geralmente, o mais fácil e mais barato de instalar, uma vez que

não é necessário escavação da rocha.


MINA EM RAMPA

A camada de carvão é atingida através de uma rampa no material de cobertura.

O transporte deste carvão pode ser feito por tração elétrica, caso a inclinação não seja

acentuada, ou através de cabos de aço.

MINA EM POÇO

A ligação da superfície com a camada é feita de uma abertura vertical; é usada

quando a camada é profunda.

MINA LONG WALL

A área de mineração é dividida em painéis retangulares a partir de uma galeria

central. Essa galeria, juntamente com as auxiliares, toma a forma de uma espinha de peixe.

As dimensões deste painel variam de 80 a 300m de largura por 800 a 2000m de

comprimento. Tal processo permite retirar da jazida todo o carvão mineral.

RESERVAS BRASILEIRAS (EM ANEXO)

BENEFICIAMENTO DO CARVÃO

As características dificultam o processo de beneficiamento, principalmente na

obtenção da fração metalúrgica. Um exemplo de fluxograma de “beneficiamento de carvão

metalúrgico” é mostrado no diagrama anexo.

As principais etapas deste processo são as seguintes:

• Britagem em dois estágios no minério maior que 25nm em britadores de

mandíbulas, cônicos ou de rolos;

• Deslavagem no minério para descartar a fração abaixo de 28 malhas;


• Lavagem da fração grossa em jigues, obtendo-se 3 produtos;

• Desaguamento do carvão pré-lavado em peneiras fixas e horizontais

vibratórios;

• Desaguamento dos rejeitos piritosos e vistosos;

• Classificação hidráulica e espessamento em hidrociclones de fração final;

• Concentração dos finos em células de flotação;

• Desaguamento dos rejeitos finos em hidrociclones e peneiras horizontais;

• Desaguamento dos concentrados finos em filtros de risco à vácuo;

• Clarificação da água no processo em decantadores de lamelas;

• Decantação dos resíduos finos em bacias;

BENEFICIAMENTO DE CARVÃO ENERGÉTICO

• Britagem em dois estágios do rom maior que 50nm;

• Deslavagem do minério;

• Lavagem da fração grossa em jigues, obtendo-se 3 produtos;

• Desaguamento do carvão vapor primário em peneiras desaguadoras;

• Desaguamento do carvão secundário;

• Desaguamento dos rejeitos;

• Lavagem da fração fina em dois estágios de ciclones autógenos;

• Desaguamento dos rejeitos dos ciclones em peneiras horizontais;

• Espessamento e desaguamento do carvão fino;

• Clarificação da água de processo em decantadores de lamelas;

• Decantação dos resíduos finos em bacias;

CARACTERIZAÇÃO DOS CARVÕES

As amostras globais que apresentam características médias nos carvões, são

analisadas de forma ampla, visando fornecer elementos a diversos estudos e aplicações no


carvão. A seguir, apresenta-se um pequeno resumo dos métodos, anotando a caracterização

das amostras e os objetivos a que seus resultados se destinam.

ANÁLISE IMEDIATA DE CARVÃO

A análise imediata compreende a determinação da umidade, cinzas, matérias

voláteis e carbono fixo. Objetivos:

• Fornecer parâmetros para classificação dos carvões;

• Relação entre material combustível e incoma;

• Fornecer bases para a comercialização;

• Avaliar o beneficiamento;

• Indicar o rendimento em coque e em voláteis na carbonização;

• Indicar o comportamento do carvão numa fornalha;

• Calcular os resultados das análises em base seca ou como recebida;

ANÁLISE ELEMENTAR

Determinação de carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre. Objetivos:

• Fornecer parâmetros para classificação do carvão;

• Fornecer dados (teor de hidrogênio) para o cálculo do poder calorífico

inferior;

• Fornecer dados sobre a composição do carvão;

• Ser um dos fatores determinantes da composição do gás produzido;

PODER CALORÍFICO SUPERIOR E INFERIOR

É determinado pela queima da amostra numa bomba calorimétrica isotérmica,

em atmosfera de oxigênio, sob condições controladas. Objetivos:

• Fornecer elementos às indústria que utilizam o carvão como combustível;

• Fornecer parâmetros para a comercialização dos carvões;


• Determinar o calor gerado na combustão do carvão;

• Fornecer parâmetros para a classificação dos carvões;

CARBONATOS

Objetivos:

• Estimar o teor de matéria mineral que possui elevadas quantidades de

carbonatos;

• Correção no teor de carbono determinada pela análise elementar, nos casos

em que se exige grande precisão;

DILATOMETRIA

Objetivos:

• Informar o comportamento no carvão quando aquecido lentamente;

• Fornecer dados para o dimensionamento de cargas em câmaras de

coqueificação;

• Indicar as características do coque formado;

PIRÓLISE

É a decomposição da amostra quando aquecida gradativamente até 500ºC, em

ausência de ar, produzindo alcatrão, gases e resíduo de coque. Objetivo:

• Determinar os rendimentos em resíduo de coque, alcatrão, água e gás.

REATIVIDADE

É a capacidade do combustível sólido em reagir com um agente gasoso.

Objetivos:


• Obter informações sobre a tendência do carvão em reagir com agentes

gasosos;

• Fator determinante da temperatura de gaseificação e grau de gaseificação do

carbono;

PODER REFLETOR

Objetivos:

• Pesquisa científica e industrial;

• Classificação do carvão;

• Determinação do grau de carbonização;

• Estudo na composição de misturas coqueificantes;

CARVÃO DE LAVABILIDADE

Separa-se o carvão em um certo número de faixas densimétricas. Objetivos:

• Identificar as características de beneficiamento dos carvões;

• Fornecer dados para projeto de instalação de beneficiamento;

FUSIBILIDADE DAS CINZAS

Objetivo:

• Avaliar a temperatura de amolecimento, fusão e liquidez com vista à

aplicação dos carvões na combustão e na gaseificação.

ANÁLISE QUÍMICA DAS CINZAS

Na determinação de óxido de alumínio, óxido férrico, dióxido de titânio, dióxido

de manganês, pentóxido de fósforo, óxido de sódio e magnésio, dióxido de silício, trióxido

de enxofre, perda ao fogo. Objetivos:


• Prevê comportamento das cinzas em diversas aplicações do carvão;

• Aproveitamento das cinzas de carvão;

EMPREGO DO CARVÃO

CARVÃO ENERGÉTICO

É um carvão com teores de cinza maior que o carvão pré-lavado e tem sua

utilização na indústria siderúrgica, indústria de alimentos, setor do papel e celulose,

fabricação de cimento e energia elétrica.

CARVÃO SIDERÚRGICO

Chamado de carvão metalúrgico, resulta do processo de beneficiamento do

carvão pré-lavado e destinado a fabricação do coque, que é usado na siderurgia.

COMBUSTÃO DIRETA

Forma mais barata, eficiente e tradicional na utilização do carvão como energia.

Sua queima se dá em fornalha, caldeiras e fornos.

GASEIFICAÇÃO

O gás de carvão consiste numa mistura de gases cuja proporção depende do

processo e no tipo de agente gaseificante adotado. Seus componentes principais são: CO,

H2, CH4 e CO2, além do N2. Quando for usado ar como agente gaseificante. Os gases

resultantes são utilizados como combustível domiciliar, industrial, redutor siderúrgico e

como matéria-prima para síntese de amônia, de metanol, hidrocarbonetos gasosos e

líquidos.


CARBOQUÍMICA

Aproveita-se o gás gerado na gaseificação do carvão para obter produtos

primários como amônia, alcatrão bruto e benzóis brutos, que sofrerão desdobramentos

posteriores, a fim de se obter produtos secundários com uso na indústria.

LIQUEFAÇÃO

Obtenção de líquidos orgânicos a partir da matéria carbonosa do carvão, que são

os aldeídos, cetonas, álcoois, que poderão ser usados como combustíveis e matéria-prima

na indústria química.

ASPECTOS AMBIENTAIS

É incontestável que qualquer atividade industrial provoca uma alteração no

ambiente que a envolve. A atividade mineira leva consigo o estigma de ser um ramo da

indústria geradora de níveis elevados de poluição. No entanto, com o planejamento racional

das operações unitárias de produção, voltado para a mineração dos impactos ao meio

ambiente, torna-se possível que se opere uma unidade mineira dentro de uma faixa bastante

aceitável de distúrbio ambiental. Trabalhos de recuperação das áreas mineradas, depósitos

antigos de carvão, controle na qualidade das águas de mina e no processo e controle na

emissão na emissão de poeira, visando compatibilizar os impactos causados pela atividade

mineira.

PRÁTICAS CONSERVACIONAIS DE CONTROLE DE

EROSÃO

A reconstituição da topografia mais indicada é aquela que deixa as áreas com

declividade menor possível. São construídos terraços com objetivo de interceptar e reduzir

a velocidade das águas provenientes de chuvas e que escorrem na superfície do solo.


CORREÇÃO E FERTILIDADE DO SOLO

Os teores de matéria orgânica e nutrientes e, ainda, os níveis de pH são

avaliados através de análise do solo. Verificou-se, todavia, que houve, de maneira geral, as

seguintes modificações:

• Elevação da acidez;

• Elevação de alumínio;

• Aumento dos teores de potássio;

• Aumento dos teores de enxofre;

• Diminuição acentuada dos teores de fósforo;

A correção de acidez e nutrientes se dá através de adubos, como o nitrogênio,

fósforo e potássio, conforme as necessidades de cada espécie vegetal.

CONTROLE DA QUALIDADE DAS ÁGUAS

A atividade extrativa entra em contato com as águas tanto superficiais, como

subterrâneas. O controle da qualidade desta água visa manter as características dos

mananciais hídricos inseridos dentro da área em lauda que circundam a mesma. Isto é

realizado através de medidas preventivas ou em unidades de tratamento. Em ambos os

casos com acompanhamento dos parâmetros de qualidade obtidos de ensaios laboratoriais

em amostras coletadas.

CONTROLE DO AR

Como medida preventiva contra a emissão de partículas, anota-se a aspersão de

água sobra as estradas das minas. A eficiência dos resultados é acompanhada através do

monitoramento, empregando equipamento denominado Hi-vol. Existe uma estação de

medição localizada na mina de Butiá-leste e outra na cidade de Butiá. É feita amostragem


cada seis dias durante 24 horas consecutivas. Os dados coletados não apresentam

incrementos ou desvios significativos.

CONCLUSÃO

O Brasil tem restringido o uso do carvão à geração de

termoeletricidade, produção de coque, misturas com carvão importados e a

redução do minério de ferro. Um grande esforço está sendo desenvolvido para

incrementar a sua utilização, em substituição ao óleo combustível, como

matéria-prima carboquímica, quais sejam a gaseificação e a liquefação. O

aumento da produção e do consumo depende, dentre outros fatores, de

decisões governamentais como a isenção na importação de equipamentos,

preço compatível para carvão e compatibilidade entre a atividade mineira e o controle

ambiental.


BIBLIOGRAFIA

BUNZE, Keinrich Adam Wihelm, 1911. A Mineração de Carvão no RS:

Estudo histórico-geográfico-sociolingüístico por Keinrich A.Bunze. Porto

Alegre: secretaria de Energia, Minas e Comunicação, 1984.

FUNDAÇÃO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA. Carvões Minerais do Brasil:

Características de Carvões Brutos no RS. Porto Alegre: Centro de

Informações sobre Carvão, 1980.

SCHNEIDER, Engº Arthur Wentz. Contribuição ao Estudo dos Principais

Recursos Minerais do RS. Porto Alegre: Companhia Riograndense de

Mineração – CRM, 1978.

WARPECHOWSKL, Engº de Minas Neli Iloni da Silva. Caracterização para

o Beneficiamento Gravimétrico do Carvão Mineral. Dissertação de

Mestrado, Porto Alegre: UFRGS, 1992.

ZADROZNY, Norberto Ingo. Carvão – Geração de Energia, Transporte e

Comercialização. Florianópolis: GAPLAN, 1980.


ANEXOS

Figura 3.7 – Lavra a céu aberto

Figura 3.2 – Mina em Túnel

Figura 3.3 – Mina em Rampa


Figura 3.4 – Mina em Poço

Figura 3.6 – Mineração Subterrânea: “Long Wall"


Diagrama de blocos do beneficiamento de carvão metalúrgico


Diagrama de blocos do beneficiamento de carvão energético

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