QUALIDADE – Notícias

27/04/2017

A determinação de cinzas no carvão mineral

Da Redação

A NBR 16586 de 02/2017 – Carvão mineral – Determinação do teor de cinzas estabelece um método de ensaio para determinar o teor de cinzas em carvão mineral.

As cinzas são os resíduos não combustíveis remanescentes após a queima total da matéria orgânica do carvão. O método para a sua determinação baseia-se na determinação da massa do resíduo mineral, resultante da combustão dos componentes orgânicos e oxidação dos inorgânicos da amostra em forno mufla, sob rígido controle de massa, temperatura, tempo e atmosfera. Na aplicação deste procedimento, é utilizada a seguinte aparelhagem: forno mufla com temperatura controlável até 1 200 °C, com dispositivo para injeção de oxigênio e/ou entrada natural de ar; balança analítica com sensibilidade mínima de 0,000 1 g; cadinho de porcelana tipo forma baixa com capacidade de 10 mL a 30 mL e com altura não superior a 300 mm; espátula de aço inoxidável; pincel com cerdas macias; fio de platina ou de níquel-cromo; dessecador; pinça metálica de cabo longo; pinça metálica de cabo médio; oxigênio conforme procedimento a ser adotado; placa refratária; luva de proteção para altas temperaturas; e protetor labial.

Para o Procedimento “A”, calcinar e manter os cadinhos em dessecador até o momento da análise. Pesar o cadinho vazio e registrar a massa (m1). Com o auxílio da espátula, homogeneizar e pesar aproximadamente 1,000 0 g de amostra (ma) com precisão de 0,000 1 g, em duplicata, preparada conforme NBR 16507. Colocar os cadinhos contendo as amostras no forno mufla à temperatura de (775 ± 25) °C e deixar por um período mínimo de 2 h, para obter a combustão completa. Após este período, retirar os cadinhos do forno mufla mantendo-os sobre a placa refratária até perder a coloração rubra. Em seguida, colocá-los em dessecador até atingir a temperatura ambiente. Efetuar as pesagens dos cadinhos com as cinzas e registrar as massas (m2).

Para verificar se houve a combustão completa da amostra, revolver cuidadosamente a massa com o auxílio do fio de platina ou níquel-cromo. Caso ocorra a combustão incompleta (pontos negros), retorná-los imediatamente ao interior do forno mufla, mantendo-os por mais 30 min. Repetir as etapas anterior. Caso ocorra falta de energia durante o processo de queima, a partir do retorno das condições normais, este deve ter continuidade do ponto em que foi paralisado, permanecendo a amostra no forno até que o período mínimo de queima descrito esteja completo. Ao introduzir ou retirar materiais do fornom mufla, utilizar pinça metálica de cabo longo e luvas de proteção para altas temperaturas.

Para o Procedimento “B”, calcinar e manter os cadinhos em dessecador até o momento da análise. Pesar o cadinho vazio e registrar a massa (m1). Com o auxílio da espátula, homogeneizar e pesar aproximadamente 1,000 0 g de amostra (ma) com precisão de 0,000 1 g, em duplicata, preparada conforme NBR 16507. Colocar os cadinhos contendo as amostras no forno mufla à temperatura de (775 ± 25) °C, alimentar o oxigênio na vazão de 1,5 a 2,0 L/min e deixar no mínimo 1 h, para obter a combustão completa. Após este período, cortar a alimentação de oxigênio. Retirar os cadinhos do forno mufla mantendo-os sobre a placa refratária até perder a coloração rubra. Em seguida, colocá-los em dessecador até atingir a temperatura ambiente.

Depois disso, efetuar as pesagens dos cadinhos com as cinzas e registrar as massas (m2). Para verificar se houve a combustão completa da amostra, revolver cuidadosamente a massa com auxílio do fio de platina ou níquel-cromo. Caso ocorra combustão incompleta (pontos negros), retorná-los imediatamente ao interior do forno mufla, mantendo-os por mais 30 min. Repetir as etapas já descritas. Caso ocorra falta de energia ou de oxigênio durante o processo de queima, a partir do retorno das condições normais, este deve ter continuidade do ponto que foi paralisado, permanecendo a amostra no forno até que o período mínimo de queima descrito esteja completo. Ao introduzir ou retirar materiais do forno mufla, utilizar pinça metálica de cabo longo e luvas de proteção para altas temperaturas.

Como informação, pode-se dizer que o carvão mineral, de origem fóssil, foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas em larga escala pelo homem. Sua aplicação na geração de vapor para movimentar as máquinas foi um dos pilares da Primeira Revolução Industrial, iniciada na Inglaterra no século XVIII. Já no fim do século XIX, o vapor foi aproveitado na produção de energia elétrica. Ao longo do tempo, contudo, o carvão perdeu espaço na matriz energética mundial para o petróleo e o gás natural, com o desenvolvimento dos motores a explosão.

De acordo com dados da International Energy Agency (IEA), o carvão é a fonte mais utilizada para geração de energia elétrica no mundo, respondendo por 41% da produção total. Sua participação na produção global de energia primária, que considera outros usos além da produção de energia elétrica, é de 26%. A IEA também projeta que o minério manterá posição semelhante nos próximos 30 anos. A principal restrição à utilização do carvão é o forte impacto socioambiental provocado em todas as etapas do processo de produção e também no consumo. A extração, por exemplo, provoca a degradação das áreas mineradas. A combustão é responsável por emissões de gás carbônico (CO2).

Existem dois tipos básicos de carvão na natureza: vegetal e mineral. O vegetal é obtido a partir da carbonização da lenha. O mineral é formado pela decomposição da matéria orgânica (como restos de árvores e plantas) durante milhões de anos, sob determinadas condições de temperatura e pressão. É composto por átomos de carbono, oxigênio, nitrogênio, enxofre, associados a outros elementos rochosos (como arenito, siltito, folhelhos e diamictitos) e minerais, como a pirita. Tanto o carvão vegetal quanto o mineral podem ser usados na indústria (principalmente siderúrgica) e na produção de energia elétrica. No entanto, enquanto o primeiro é pouco utilizado – exceto no Brasil, maior produtor mundial –, o consumo do segundo está bastante aquecido. Este movimento tem a ver não só com a disponibilidade de reservas, mas com a qualidade do carvão, medida pela capacidade de produção de calor – ou poder calorífico, expresso em kcal/kg.

Este poder calorífico, por sua vez, é favorecido pela incidência de carbono e prejudicado pela quantidade de impurezas (elementos rochosos e minerais). No carvão vegetal, o poder calorífico é baixo enquanto a participação de impurezas é elevada. No carvão mineral, o poder calorífico e a incidência de impurezas variam, o que determina a subdivisão do minério nas categorias: baixa qualidade (linhito e sub-betuminoso) e alta qualidade (ou hulha, subdividida nos tipos betuminoso e antracito). 53% das reservas mundiais de carvão mineral são compostas por carvão com alto teor de carbono (hulha) e 47% com baixo teor de carbono. A produção e o consumo mundial concentram-se nas categorias intermediárias: os carvões tipos betuminoso/sub-betuminoso e linhito. O primeiro, de maior valor térmico, é comercializado no mercado internacional. O segundo é utilizado na geração termelétrica local.

A extração (ou mineração) do carvão pode ser subterrânea ou a céu aberto. A opção por uma ou outra modalidade depende, basicamente, da profundidade e do tipo de solo sob o qual o minério se encontra. Se a camada que recobre o 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. Se, pelo contrário, o mineral está em camadas profundas ou se apresenta como veios de rocha, há a necessidade da construção de túneis.

Neste último caso, a lavra pode ser manual, semimecanizada ou mecanizada. A produtividade das minas a céu aberto é superior à das lavras subterrâneas. No entanto, de acordo com o World Coal Institute (WCI), 60% da oferta mundial de carvão mineral é extraída por meio da mineração subterrânea. No Brasil, a maior parte é explorada a céu aberto. É o que ocorre, também, em importantes países exportadores, como Austrália e Estados Unidos. O transporte é a atividade mais complexa e dispendiosa da cadeia produtiva do carvão. Para distâncias muito curtas, o método mais eficiente de transporte é a esteira. Para os trajetos mais longos, utilizam-se caminhões, trens e barcaças. O carvão também pode ser misturado à água formando uma lama que é transportada por meio de dutos. Além disso, geralmente só são transferidos, de um local para outro, os tipos de carvão com baixo teor de impurezas. Os demais são utilizados nas proximidades do local de mineração – onde, em geral, também são construídas as termelétricas abastecidas por esse combustível. É o que ocorre nas usinas termelétricas movidas a carvão em operação no Brasil.

O carvão é uma das formas de produção de energia mais agressivas ao meio ambiente. Ainda que a sua extração e posterior utilização na produção de energia gere benefícios econômicos (como empregos diretos e indiretos, aumento da demanda por bens e serviços na região e aumento da arrecadação tributária), o processo de produção, da extração até a combustão, provoca significativos impactos socioambientais. A ocupação do solo exigida pela exploração das jazidas, por exemplo, interfere na vida da população, nos recursos hídricos, na flora e fauna locais, ao provocar barulho, poeira e erosão.

O transporte gera poluição sonora e afeta o trânsito. O efeito mais severo, porém, é o volume de emissão de gases como o nitrogênio (N) e dióxido de carbono (CO2), também chamado de gás carbônico, provocado pela combustão. Estimativas apontam que o carvão é responsável por entre 30% e 35% do total de emissões de CO2, principal agente do efeito estufa. Considerando-se a atual pressão existente no mundo pela preservação ambiental – principalmente com relação ao efeito estufa e às mudanças climáticas – é possível dizer, portanto, que o futuro da utilização do carvão está diretamente atrelado a investimentos em obras de mitigação e em desenvolvimento de tecnologias limpas.

Para a mineração, as principais medidas adotadas referem-se à recuperação do solo, destinação de resíduos sólidos e negociações com a comunidade local. É com vistas à produção de energia elétrica, porém, que ocorrem os grandes investimentos em pesquisa e desenvolvimento, focados na redução de impurezas, diminuição de emissões das partículas com nitrogênio e enxofre (NOx e SOx) e redução da emissão de CO2 por meio da captura e armazenamento de carbono. Atualmente, as rotas mais importantes de tecnologias limpas são a combustão pulverizada supercrítica, a combustão em leito fluidizado e a gaseificação integrada a ciclo combinado.

Na combustão pulverizada supercrítica, o carvão é queimado como partículas pulverizadas, o que aumenta substancialmente a eficiência da combustão e conversão. O processo de combustão em leito fluidizado permite a redução de enxofre (até 90%) e de nitrogênio (70% – 80%), pelo emprego de partículas calcárias e de temperaturas inferiores ao processo convencional de pulverização. Já a gaseificação integrada a ciclo combinado consiste na reação do carvão com vapor de alta temperatura e um oxidante (processo de gaseificação), o que dá origem a um gás combustível sintético de médio poder calorífico.

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