ROSIMERI VENÂNCIO REDIVO HENRIQUE KAHN

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1 ROSIMERI VENÂNCIO REDIVO HENRIQUE KAHN CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DO CARVÃO DAS CAMADAS BARRO BRANCO E BONITO PARA FINS ENERGÉTICOS NA REGIÃO DE CRICIÚMA - SC Edição abreviada da dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mineral. São Paulo 2002

2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO MATERIAIS E MÉTODOS Etapas do trabalho Amostras estudadas RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização das amostras de ROM da camada Barro Branco e da camada Bonito Composição e características das amostras estudadas Análises granulométricas Lavabilidade dos carvões camada Barro Branco e camada Bonito Caracterização do produto energético da fração vapor das camadas Barro Branco e Bonito CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGRADECIMENTOS... 15

3 Resumo O presente trabalho apresenta o estudo da caracterização tecnológica do carvão das camadas Barro Branco e Bonito para fins energéticos na região de Criciúma, SC. As amostras utilizadas nos estudos foram provenientes de duas minas da região de Criciúma, sendo a primeira Mina Trevo (Siderópolis), de onde foram coletadas amostras do ROM da camada Barro Branco, e a segunda, Mina de Itanema (Lauro Müller) referente a camada Bonito. O roteiro compreendeu a caracterização e comparação das características de lavabilidade do ROM proveniente das duas camadas. As frações vapor das camadas Barro Branco e Bonito obtidas durante as separações por líquido denso foram avaliadas tanto do ponto de vista do seu comportamento de liberação de enxofre, materiais voláteis e aumento da temperatura em relação ao tempo, quanto de suas características imediatas, elementares, fusibilidades das cinzas, temperaturas de ignição, carbonização, petrografia dos macerais e composição química das cinzas. Os estudos demonstraram que os ROM da camada Barro Branco e Bonito são diferentes entre si em relação à curva de lavabilidade, indicando que essas duas camadas do ponto de vista geológico são distintas, embora os produtos de carvão vapor das duas camadas para aplicação em termoelétrica sejam praticamente equivalentes, sendo a diferença mais significativa no teor de enxofre. Abstract This work presents the technological characterization studies of the Barro Branco and Bonito layers at Criciúma area, Santa Catarina State, for thermal coal application. Initially is presented a review of the energy coal in Santa Catarina. The studied samples came from two mines sites of the Indústria Corbonífera Rio Deserto, the first one from Trevo Mine (Barro Branco layer), Siderópolis, and the other one from Itanema Mine (Bonito layer) in Lauro Müller district. These samples were processed according to a standard flowsheet that allows the comparison of the washability characteristics of the ROM material from both coal layers. The vapor fraction attained by heavy liquid separation were evaluated regarding to their behavior of sulphur release, volatile matter content and the temperature increase in relation to time, as well as proximate and ultimate analyses, ash fusibility, temperature of ignition, carbonization tests, macerals petrography and ash chemical composition. The attained results showed that washability curves the ROM from Barro Branco and Bonito coal layers present different behavior indicating distinct geological environments; although the vapor coal fraction from these two layers for application in thermoelectricity are almost equivalent, being the sulphur content the main difference between these products.

4 1 INTRODUÇÃO As reservas de carvão mineral no Brasil ocorrem basicamente nos três Estados do Sul: Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. Atualmente, 86% dos carvões produzidos no Brasil são utilizados em usinas termoelétricas. Os carvões de Santa Catarina estão distribuídos entre as camadas Barro Branco e Bonito. Os recursos totais de carvão na camada Barro Branco são de 847,40 x 10 6 t (de carvão) e na camada Bonito de 1.263,40 x 10 6 t (DNPM, 1999). Até o momento, a maior parte do carvão provém da camada Barro Branco, sendo a camada Bonito considerada marginal, devido às elevadas de intercalações de estéreis. Por uma necessidade futura na região de Santa Catarina em explorar e tornar vendável o carvão da camada Bonito, a presente pesquisa tem como finalidade caracterizar os carvões obtidos a partir do run of mine (ROM) (carvão bruto) da camada Barro Branco e da camada Bonito, bem como suas aplicações tecnológicas, baseadas nas propriedades físico-químicas e petrográficas. Essa caracterização da camada Bonito se torna importante porque, até o presente momento, esse carvão não tem sido lavrado em grande escala, pois o setor termoelétrico tem resistência em utilizar o carvão energético beneficiado dessa camada, devido às poucas informações técnicas disponíveis. Desta forma, os objetivos principais do presente trabalho compreenderam: Executar a caracterização do ROM da camada Barro Branco e da camada Bonito. Realizar ensaios densitários e correlacionar as curvas de lavabilidade dos carvões da camada Barro Branco e da camada Bonito. Separar e caracterizar tecnologicamente o carvão vapor das camadas citadas. Comparar os carvões energéticos obtidos das diferentes camadas para aplicação em usinas termoelétricas. Os resultados obtidos contribuirão para se conciliar recursos minerais disponíveis com as propriedades físico-químicas de produtos que atendam às necessidades de mercado, tanto do ponto de vista técnico como econômico. Alia-se a isto o fato do Complexo Termoelétrico Jorge Lacerda, em Capivari de Baixo, SC, ter recentemente ampliado sua capacidade pela ativação da Usina IV, conseqüentemente aumentando o consumo de carvão mineral CE , bem como a disponibilidade de carvão da camada Bonito na região de Criciúma, SC. 1 CE 4500 carvão Energético mineral com poder calorífico superior de 4500Kcal/kg (DNPM, 1999). 1

5 2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Etapas do trabalho Neste item são discutidas as etapas do trabalho e os critérios estatísticos que orientaram a coleta e a composição das amostras. Primeira etapa: coleta de amostras. Segunda etapa: Caracterização das amostras de ROM da camada Barro Branco e da Camada Bonito. Esta etapa objetivou caracterizar o ROM das camadas Barro Branco e camada Bonito, quanto às análises de umidade, cinzas, materiais voláteis, carbono fixo, enxofre total, densidade real e poder calorífico superior. Estes parâmetros são fundamentais para a interpretação posterior das curvas de lavabilidade. Terceira etapa: Comparação das características de lavabilidade e hidrofóbicas do carvão derivado das duas camadas, através do ensaio densimétrico (afunda-flutua). O minério bruto foi britado em ½ (12,7 mm) e submetido a imersão em líquidos de diferentes densidades (1,40; 1,50; 1,60; 1,70; 1,80, 1,90, 2,00, 2,10 g/cm³). Nas frações flutuadas e/ou afundadas foram analisadas os conteúdos em cinzas, materiais voláteis, de enxofre total, índice livre de inchamento (FSI) e poder calorífico superior. Deste ensaio resultou a curva de lavabilidade, a partir da qual se pode prever o rendimento (recuperação) para os carvões energético e metalúrgico. Quarta etapa: Separação dos carvões metalúrgicos e vapor das camadas Barro Branco e da camada Bonito. O objetivo desta etapa é unir as frações flutuadas nas densidades 1,40 e 1,50 para separar a fração metalúrgica e unir as frações 1,60, 1,70, 1,80, 1,90, 2,00 e 2,10 para compor a fração vapor, para posterior estudo de caracterização tecnológica para fins energéticos. Quinta etapa: Caracterização detalhada da fração vapor dos carvões provenientes das camadas Barro Branco e Bonito. Esta caracterização foi constituída por análises/ensaios físico-químicos (umidade, cinzas, materiais voláteis, carbono fixo, enxofre total, índice de livre inchamento (FSI) e poder calorífico superior), bem como estudos de: a) Liberação de enxofre Para determinar o comportamento das duas camadas em relação a liberação de enxofre a diversas temperaturas (800, 900, 1000, 1100, 1300 e 1350 C). b) Liberação de materiais voláteis Para determinar o comportamento das duas camadas quanto a liberação materiais voláteis a diversas temperaturas (300, 400, 500, 600, 700, 800, 850, 900, 950 e 1000 C). 2

6 c) Queima dos carvões Para determinar o comportamento de queima em bomba calorimétrica das duas camadas (aumento da temperatura em função do tempo). d) Análise da fusibilidade das cinzas Para conhecer as temperaturas inicial de deformação, amolecimento, hemisférica e de fusão do carvão vapor das duas camadas e comparar com valores mínimos de referência para fins energéticos. e) Análise elementar (hidrogênio, nitrogênio, oxigênio + halogênios e carbono total). Para a determinação do calor gerado na combustão e avaliar a relação H/C. f) Análise do índice de moabilidade (HGI Hardgrove Index) Para conhecer o grau de facilidade de moer o carvão vapor das duas camadas submetendo-se a uma energia de moagem padronizada e comparar com os valores mínimos de referência para fins energéticos. g) Análise da composição das cinzas Para conhecer todas as formas de compostos inorgânicos associados com o carvão vapor das duas camadas. h) Análise de macerais e minerais Para conhecer os constituintes a nível microscópico do carvão vapor das duas camadas, para determinar o grau de evolução dos carvões, sua classificação no rank e os percentuais em volume de vitrinita, liptinita, inertita, semifusinita, matéria mineral (argila, pirita, quartzo e carbonato) e total de inertes. i) Análise da temperatura de ignição e de carbonização Para conhecer o comportamento dos dois tipos de carvão vapor referente às temperaturas de ignição e de carbonização. 2.2 Amostras estudadas As amostras utilizadas nos estudos foram provenientes de duas minas da região de Criciúma. Para minimizar o risco de ocorrência de erros de amostragem a composição da amostra bruta foi preparada a partir da composição de amostras individuais, obedecendo o número de incrementos em relação à quantidade e granulometria da amostra. A figura 1 e fotografias 1 e 2 mostram os locais na bacia de Santa Catarina onde foram tomadas as amostras. As tabelas 1 e 2 retratam as situações da Mina do Trevo e Mina Itanema, no ano de

7 Fonte: IBGE (1982); UNESC (1996). Figura 1 - Localização geográfica das amostras estudadas. Fotografia 1 - Mina do Trevo (em Siderópolis) da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda, onde foi coletada amostra do ROM da camada Barro Branco. Fotografia 2 - Mina de Itanema (Lauro Müller) da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda, onde foi coletada a amostra do ROM da camada Bonito. 4

8 a) Mina do Trevo (em Siderópolis) da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda Tabela 1 - Situação da Mina do Trevo no ano de Capacidade: 350 t/rom/h Reservas da mina Camada 10 6 t Espessura c.c. (m) c.t. Barro Branco 13,35 0,86 1,84 Irapuá 0,66 0,90 1,85 Total 14,01 Método de lavra: Subsolo, plano inclinado, galeria de encosta, lavra semimecanizada (bob-cats, calhas de arraste e transporte de correias). Perfuração parcial de Onde não tenha drenagem em superfície. pilares: Recuperação do carvão beneficiado (% massa) CE 4500 G 45,13% CE 4500 F 0,04% Finos metalúrgico 2,35% CE ,02% Total 47,54% O trabalho de amostragem foi executado a partir da composição de incrementos, segundo o procedimento exposto a seguir. Uma amostra de produção de ROM desta mina foi obtida por composição de incrementos, retirados na alimentação da usina de beneficiamento, considerando-se um incremento de 6 kg a cada hora por um período de um mês resultando em uma amostra de cerca de 1200 kg. A amostra resultante do mês foi homogeneizada e reamostrada até obter-se 250 kg, sendo esta identificada como ROM da camada Barro Branco. b) Mina Itanema da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda, em Lauro Müller. Tabela 2 - Situação da Mina de Itanema no ano de Capacidade: 150 t/rom/h Reservas da mina Camada 10 6 t Bonito 2,34 Total 2,34 Método de lavra: Subsolo, plano inclinado, galeria de encosta. Na época da amostragem esta mina não estava em operação, encontrando-se ainda em fase de estudos. Para a retirada da amostra foi aberta uma galeria de 1,0 m de profundidade, 4,50 m de largura e 4,50 m de altura, com uso de explosivos, obtendose um volume de 20 m 3 de ROM bruto. Foram retirados deste montante quatro incrementos (cerca de 250 kg cada um) formando a amostra bruta de 1000 kg. Na seqüência, foram efetuadas homogeneizações e amostragem até 250 kg. Esta amostra foi identificada como ROM da camada Bonito. 5

9 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Caracterização das amostras de ROM da camada Barro Branco e da camada Bonito Composição e características das amostras estudadas Com o objetivo de caracterizar o ROM proveniente das camadas Barro Branco e Bonito, procedeu-se a análise de umidade, cinzas, materiais voláteis, carbono fixo, enxofre total, densidade relativa e real e poder calorífico superior Análises granulométricas A amostra de ROM da camada Barro Branco recebida no laboratório apresentava a distribuição granulométrica conforme apresentado na tabela 3. Tabela 3 - Distribuição granulométrica do ROM britado da camada Barro Branco. Abertura mm 12,70 2,00 0,60-0,60 % retido 31,3 45,1 9,7 13,9 O ROM da camada Bonito apresenta-se bruto, ou seja, 100% retido na peneira ABNT 1 ½ (38,10 mm), pelo fato de que a amostra foi formada a partir da fragmentação por detonação na galeria mestre. O ROM da camada Bonito foi britado a 12,7 mm em britador de mandíbulas, conforme resultados apresentados na tabela 4. Os materiais para os ensaios densimétricos foram obtidos pela secagem e posterior peneiramento dessas em 0,60 mm. Tabela 4 - Distribuição Granulométrica do ROM Britado da Camada Bonito Abertura mm 12,70 2,00 0,60-0,60 % retido 31,6 47,2 7,9 13,3 Conforme resultados apresentados na tabela 5, verifica-se que o ROM das duas camadas apresenta alto teor de enxofre indicando a ocorrência significativa de pirita nas camadas. A camada Bonito (Indústria Carbonífera Rio Deserto), localizada em Lauro Müller, apresenta em média espessura total de 3,08 m e carvão contido na camada de 2,18 m e enquanto que a camada Barro Branco (Indústria Carbonífera Rio Deserto) apresenta 1,86 m de espessura total e 1,16 m de carvão contido na camada. Esses dados indicam que a camada Bonito pode ser potencialmente econômica. 6

10 Tabela 5 - Composição e características das amostras estudadas. Parâmetros ROM Camada Barro Branco ROM Camada Bonito % Umidade (%UH) 1,76 1,90 % Cinzas (%Cz) 68,3 61,1 % Mat. voláteis (%MV) 15,5 15,3 % Carbono fixo (%CF) 16,1 23,6 % Enxofre total (%ST) 5,04 4,99 Densidade relativa real (DV) 2,11 1,97 Poder calorífico sup. (PCS) (kcal/kg) Índice de livre inchamento (FSI) 0,0 0,0 Procedência Mina Trevo - Siderópolis Mina Itanema - Lauro Müller Resultados em base seca. Quanto ao teor de cinzas e poder calorífico superior o ROM da camada Bonito apresenta menor conteúdo de cinzas, conseqüentemente poder calorífico maior e densidade relativa real menor quando comparado com o ROM da camada Barro Branco. Quanto ao teor de materiais voláteis, o ROM proveniente das duas camadas é praticamente equivalente Lavabilidade dos carvões camada Barro Branco e camada Bonito Com o objetivo de realizar ensaios densimétricos e correlacionar as curvas de lavabilidade dos carvões brutos provenientes das duas camadas, as amostras de ROM caracterizadas na tabela 5 foram submetidas a ensaio densimétrico utilizando-se meio denso (cloreto de zinco) para densidades até 1,90 e bromofórmio para as densidades de 2,00 e 2,10. Os resultados estão indicados nas tabelas 6 e 7. Com o ROM britado a 12,7 mm (figura 3) observa-se que a recuperação da fração metalúrgica (1,40 e 1,50) do carvão da camada Barro Branco é 8,7%, enquanto que na camada Bonito é 3,3% em massa. Somando-se a fração vapor (1,60, 1,70, 1,80 e 1,90), observa-se que a recuperação para o carvão Bonito é 43,3%, enquanto que o carvão Barro Branco é 14,5% em massa. Se fossem classificados os dois carvões brutos provenientes das diferentes camadas pelas curvas de lavabilidade pode-se considerar: a) ROM camada Barro Branco: alto potencial para a produção de metalúrgico e vapor (energético). b) ROM camada Bonito: alto potencial para a produção de carvão vapor (energético). A grande recuperação em carvão vapor e as grandes reservas existentes em Santa Catarina tornam essa camada especialmente interessante para a lavra de produtos destinados à termoelétrica e à gaseificação. Comparando-se as curvas de lavabilidade do ROM camada Barro Branco e Bonito observa-se que as características determinadas através das separações densimétricas indicam comportamento no beneficiamento distintos entre as camadas estudadas. Verificou-se como resultado das separações que o carvão da camada Bonito (britado 12,7 mm) possui baixo potencial para a produção de carvão metalúrgico. 7

11 Dependendo das condições de aproveitamento na lavra, a camada Bonito apresenta teor de materiais voláteis e poder calorífico mais baixos em relação à camada Barro Branco. O comportamento do poder calorífico superior nas respectivas densidades das duas amostras estudadas estão expostos nas tabelas 6 e 7. Os resultados indicam uma relação decrescente do poder calorífico e a densidade do meio em função do aumento do teor de cinzas e que a camada Barro Branco é de qualidade superior quanto ao poder calorífico em relação à camada Bonito Carvão Metalúrgico Carvão Vapor % Massa flutuada ,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,10 Densidade Camada Bonito Camada Barro Branco Figura 3 - Curva de lavabilidade ROM camada Barro Branco e Bonito britada em 12,7 mm (densidade x % massa acumulada no flutuado). 3.2 Caracterização do produto energético da fração vapor das camadas Barro Branco e Bonito Com o objetivo de separar o carvão vapor para caracterização, uniu-se a fração flutuada das densidades (1,60, 1,70, 1,80 e 1,90) e procedeu-se as análises de umidade, cinzas, materiais voláteis, carbono fixo, carbono, oxigênio, halogênios e enxofre total, enxofre pirítico, enxofre sulfático, enxofre orgânico, índice livre de inchamento e poder calorífico superior. Os resultados das análises são apresentados na tabela 8. 8

12 Tabela 6 - Resultados (em base seca) de ensaio densimétrico em ROM da camada Barro Branco (britado a 12,70mm), Mina Trevo, Siderópolis. Dados frações simples Dados acumulativos calculados para o flutuado Densidade % Massa %CZ %MV %ST PCS (kcal/kg) FSI % Massa %CZ %MV %ST PCS (kcal/kg) Flutuado -1,40 2,9 12,6 35,2 1, ,5 2,9 12,6 35,2 1, ,50 5,8 22,3 29,9 1, ,5 8,7 19,1 31,7 1, ,60 6,4 29,4 28,3 2, ,0 15,1 23,4 30,2 2, ,70 2,9 37,0 25,7 3, ,0 18,0 25,6 29,5 2, ,80 2,3 42,1 24,1 3, ,0 20,4 27,5 28,9 2, ,90 2,9 47,8 22,1 3, ,0 23,3 30,0 28,0 2, ,00 2,3 58,4 18,0 1, ,0 25,6 32,6 27,1 2, ,10 1,9 66,2 15,7 1, ,0 27,5 34,9 26,4 2, Afundado 2,1 68,0 84,1 11,4 5, ,0 95,5 70,0 15,7 4, Finos < 0,60mm 4,5 62,4 17,7 4,09 100,0 Total 100,0 Onde: CZ= Cinzas, MV= Matéria volátil, ST= Enxofre total, PCS= Poder calorífico superior e FSI= Índice livre de inchamento. Tabela 7 - Resultados (em base seca) de ensaio densimétrico em ROM da camada Bonito (britado a 12,70mm) Mina Itanema, Lauro Müller. Dados frações simples Dados acumulativos calculados para o flutuado Densidade % Massa %CZ %MV %ST PCS (kcal/kg) FSI % Massa %CZ %MV %ST PCS (kcal/kg) Flutuado -1,40 0,4 18,3 32,4 2, ,0 0,4 18,3 32,4 2, ,50 2,8 23,5 29,0 2, ,0 3,3 22,8 29,4 2, ,60 7,1 32,1 24,5 2, ,0 10,3 29,1 26,0 2, ,70 12,8 40,0 22,2 2, ,0 23,1 35,2 23,9 2, ,80 13,5 47,8 19,0 2, ,0 36,6 39,8 22,1 2, ,90 9,9 53,4 17,4 2, ,0 46,5 42,7 21,1 2, ,00 6,5 59,7 15,5 2, ,0 53,0 44,8 20,4 2, ,10 3,1 65,1 13,4 3, ,0 56,2 45,9 20,0 2, Afundado 2,1 40,0 80,3 11,5 7, ,0 96,2 60,2 16,5 4, Finos < 0,60mm 3,8 57,2 16,3 3,13 100,0 Total 100, Onde: CZ= Cinzas, MV= Matéria volátil, ST= Enxofre total, PCS= Poder calorífico superior e FSI= Índice livre de inchamento. 9

13 Tabela 8 - Resultados de análises imediatas e análises elementares do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito. Especificação CE 4500 Camada CE 4500 Camada Gerasul Barro Branco - A Bonito - B DGT003340* % carvão metalúrgico (1,40, 1,50) 8,7 3,3 -- % carvão vapor (1,60, 1,90) 14,5 43,3 -- % Total (CM + CV) 23,2 46,6 -- % Finos (< 0,600mm) 4,53 3,84 -- % Umidade H. 1,35 2,48 -- % Cinzas 41,9 43,1 44,00 máx. % Materiais Voláteis 24,0 20,4 20,00 mín. % Carbono Fixo 34,1 37,5 -- % Carbono 48,0 45, % O 2 + halogênios 4,76 5,77 -- % Hidrogênio 3,24 2,87 2,8-3,2 % Nitrogênio 1,04 0,97 -- Relação H/C 0,067 0, % Enxofre total 2,24 2,16 2,30 máx. % Enxofre pirítico 1,42 1,81 -- % Enxofre sulfático 0,12 0,05 -- % Enxofre orgânico 0,70 0,60 -- % Enxofre pirítico /enxofre total 63,4 73,6 -- FSI 1,00 0,00 -- PCS kcal/kg PCI kcal/kg * Especificação da GERASUL em Resultados em base seca. A figura 4, demonstra as curvas de comportamento de liberação de enxofre, materiais voláteis e elevação de temperatura em relação ao tempo para as camadas Barro Branco e Bonito. Quando os carvões são aplicados para fins energéticos é importante conhecer o comportamento de queima. A elevação da temperatura em relação ao tempo está relacionada com a combustão, ou seja, à medida que o combustível se eleva na câmara o calor é transferido para as paredes dos tubos da câmara de combustão. Na figura 4, verifica-se que os comportamentos de queima dos dois carvões são praticamente coincidentes, porém quanto à elevação da temperatura em função do tempo, observa-se que, para o mesmo tempo, a variação de temperatura do carvão energético da camada Barro Branco é superior ao carvão energético da camada Bonito. Isto se deve ao fato do CE 4500 da camada Barro Branco ter um teor de cinzas menor e um poder calorífico mais elevado. A tabela 9 apresenta os valores para o mesmo teor de cinzas. Como se pode observar na tabela mencionada as duas camadas apresentam diferenças significativas relacionadas às questões de beneficiamento, porém quando se compara os carvões CE 4500 na mesma base de cinzas eles são praticamente equivalentes. 10

14 Liberação de enxofre total (%) 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 Enxofre total Temperatura (ºC) Camada Barro Branco Camada Bonito 25 Materiais voláteis liberados (%) Materiais voláteis Temperatura (ºC) Camada Barro Branco Camada Bonito Temperatura (ºC) 23,1 22,8 22,5 22,2 21,9 21,6 21, , Tempo (minutos) Camada Barro Branco Camada Bonito Figura 4 - Comportamento dos carvões energéticos (vapor) das camadas Barro Branco e Bonito, quanto ao enxofre total liberado, materiais voláteis desprendidos e elevação da temperatura. Tabela 9 - Resultados de análises imediatas e análises elementares do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito para um mesmo teor de cinzas. CE 4500 Camada Barro Branco - A % Cinzas 43,1 43,1 % Materiais voláteis 23,3 20,4 % Carbono fixo 33,6 37,5 % Carbono 46,6 45,3 % O 2 + halogênios 4,70 5,77 % Hidrogênio 3,10 2,87 % Nitrogênio 1,01 0,97 % Enxofre total 2,30 2,46 % Enxofre pirítico 1,46 1,81 % Enxofre sulfático 0,12 0,05 % Enxofre Orgânico 0,72 0,60 Poder calorífico superior kcal/kg Poder calorífico inferior kcal/kg % de enxofre pirítico em relação ao enxofre total Resultados em base seca. CE 4500 Camada Bonito - B 63,5 73,6 11

15 A fusibilidade das cinzas é um parâmetro considerado importante, devido ao fato do diferencial entre a temperatura de amolecimento e a temperatura de fusão (fluidez) ser um indicativo quanto ao tipo de depósito formado na fornalha, ou seja, quanto menor a diferença entre as duas temperaturas o depósito poderá ser fino e tenaz, e à medida que o diferencial aumenta o depósito poderá ser menos adesivo. Na usina da GERASUL considera-se como ideal o diferencial de 200 C entre o ponto de amolecimento e fluidez. Pelos resultados da temperatura inicial de deformação e a temperatura de fusão (tabela 10) o CE 4500 da camada Barro Branco, que é o carvão atualmente consumido pela GERASUL apresenta um diferencial entre as duas temperaturas de 170 C, enquanto que para o CE 4500 da Camada Bonito este é de 200 C. Considerando o ponto de amolecimento mínimo de 1290 C e a temperatura inicial de amolecimento de (1000 a 1100 C) não seriam esperados problemas com fusão de cinzas. Adicionalmente, nas termoelétricas os queimadores de carvão são projetados para queimar combustível pulverizado, motivo pelo qual o índice de moabilidade (HGI) é importante. Na tabela 10, observa-se que o índice de moabilidade ideal para utilização em termoelétrica é maior ou igual a 60 e que os carvões energéticos provenientes das duas camadas apresentam índices de moabilidades iguais e superiores a 60 (HGI - 75), não sendo previstos problemas nos moinhos. Tabela 10 - Resultados de análises de fusibilidade das cinzas do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito. CE 4500 Camada Barro Branco - A CE 4500 Camada Bonito - B Especificação Gerasul Nº DGT03340* Atmosfera oxidante ino 2 ino 2 ino 2 inn 2 Temp. inicial deformação Temp. amolecimento ( C) Temp. de hemisfera ( C) Temp. de fusão ( C) Índice moabilidade (HGI) mín. * Especificação fornecida pela GERASUL em Segundo Süffart; Caye; Deemon (1977) o carvão da camada Bonito após beneficiado é do tipo siderúrgico betuminoso alto voláteis, de qualidade inferior ao carvão da camada Barro Branco, devido à grande quantidade de pirita e total de inertes, dados estes confirmados na tabela 11. Do ponto de vista petrográfico (tabela 11), os dois carvões poderiam ser classificados no rank como HVB A (carvão betuminoso de alto voláteis), ou seja, apresentam praticamente a mesma reflectância máxima da vitrinita. 12

16 Tabela 11 - Resultados de análises petrográficas do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito. CE 4500 Camada Barro Branco CE 4500 Camada Bonito R (máx) 0,86 0,85 Classificação - ASTM rank HVB A HVB A Análises de macerais e minerais (Vol.%) Vitrinita Liptinita Inertita Semifusinita Argila Pirita 2 3 Quartzo 5 5 Carbonato 1 0 Total matéria mineral Total de inertes FONTE:Relatório de Ensaio de nov. 1999, realizado no Laboratório de Carvão e Petrografia Orgânica UFRGS por W. Kalkreuth. Os componentes químicos das cinzas podem ser um indicativo da tendência de formar blocos de cinzas, devido à presença de teores elevados de óxidos alcalinos, principalmente K 2 O e Na 2 O. Comparando-se os resultados obtidos (tabela 12) para as duas camadas frente à especificação Gerasul, pode-se concluir que estes não apresentam diferenças significativas e nem indicações de maior fusão. Tabela 12 - Resultados de análises da composição das cinzas do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito. Teores (%) CE 4500 CE 4500 Especificação Camada Barro Branco Camada Bonito Gerasul Nº DGT033* % SiO 2 48,9 61,1 53,5 % (Al 2 O 3 33,7 28,6 27,8 % Fe 2 O 3 9,58 5,57 10,1 % CaO 1,04 0,43 2,10 % MgO Traços % MnO % TiO 2 1,32 0,79 -- % Na 2 O 0,29 0,26 0,30 máx. % K 2 O 3,33 1,90 5,50 máx. % P 2 O ,10 % PF * Especificação fornecida pela GERASUL em O conhecimento da temperatura de ignição e carbonização dos combustíveis sólidos é de grande importância para aplicações tecnológicas. Pelos resultados apresentados na tabela 13, verifica-se que as amostras de carvão CE 4500 (camada Barro Branco) e CE 4500 (camada Bonito) apresentam 13

17 comportamento semelhante no que se refere à diferença entre as temperaturas de ignição e carbonização. Tabela 13 - Resultados de análises de temperatura do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito. Temperatura (ºC) CE 4500 Camada Barro Branco - A CE 4500 Camada Bonito - B Ignição Carbonização O carvão CE 4500 camada Barro Branco apresenta valores iguais para temperatura de ignição e temperatura de carbonização, ou seja, 460 C e o da camada Bonito apresenta temperatura de ignição de 425 C e temperatura de carbonização de 455 C. 4 CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados dos estudos ora realizados em amostras de carvão das camadas Barro Branco e Bonito estão restritos à região de Criciúma, dependendo de estudos adicionais para estendê-los a outras regiões. A metodologia estabelecida para os estudos de caracterização propiciou alcançar, sem maiores dificuldades, o conhecimento das informações de interesse no que concerne à sua utilização para fins energéticos. Os resultados das análises imediatas, elementar e petrográfica permitiram associações e correlação dos produtos CE 4500 obtidos para as duas camadas. Os ensaios para os dois carvões estudados indicaram uma consistência e possibilitaram comparar as curvas de lavabilidade obtidas e as características do carvão energético das camadas. Como continuidade dos estudos, considera-se necessário conhecer o comportamento da camada Bonito na região de Torres e Içara para a avaliação precisa dessa camada em Santa Catarina em relação ao seu potencial para fins energéticos e metalúrgico, observando se essa camada apresenta uniformidade em toda sua extensão, principalmente quanto ao teor de cinzas, materiais voláteis, poder calorífico superior e enxofre total. Adicionalmente, uma análise técnico-econômica de processo de despiritização deve ser realizada da jazida da camada Bonito, já que ela apresenta teor de enxofre mais elevado em relação a camada Barro Branco. Os resultados dos estudos de caracterização propiciaram a abertura da mina da camada Bonito, em Lauro Müller. Em 2001 a Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda lavrou t de ROM dessa camada, obtendo uma recuperação em massa de 43,6% de CE 4500 (previsto). 14

18 O produto obtido, foi blendado com 30% do produto beneficiado da camada Barro Branco, para atender a especificação da Gerasul, quanto aos teores de enxofre, cinzas, materiais voláteis e poder calorífico superior. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DNPM DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL. Ministério das Minas e Energia. Informativo anual da Indústria Carbonífera. Brasília, IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Sinopse Preliminar do Censo Demográfico de Santa Catarina, HOLTZ, M. Eatly permian sequence stratigraphy and paleophysiography of the Paraná Basin in Northeastem. RS. State. Brasil. Anais da Academia Brasileira de Ciências, Rio de Janeiro, v. 69, n.4, p , 1997 SÜFFART, T.; CAYE, B. R.; DEEMON, R. F. Projeto carvão bonito gaseificável. relatório final. volume i: textos e tabelas. Porto Alegre: Ministério de Minas e Energia. Departamento Nacional de Produção Mineral, AGRADECIMENTOS Ao professor Dr. Henrique Kahn, orientador deste mestrado, pela orientação. A Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda pelo estímulo e apoio financeiro. A equipe da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda Divisão Laboratório. 15