ROSIMERI VENÂNCIO REDIVO CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DO CARVÃO DAS CAMADAS BARRO BRANCO E BONITO PARA FINS ENERGÉTICOS NA REGIÃO DE CRICIÚMA - SC

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

2 ROSIMERI VENÂNCIO REDIVO CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DO CARVÃO DAS CAMADAS BARRO BRANCO E BONITO PARA FINS ENERGÉTICOS NA REGIÃO DE CRICIÚMA - SC Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para a obtenção do Título de Mestre em Engenharia Área de Concentração: Engenharia Mineral Orientador: Prof. Dr. Henrique Kahn São Paulo 2002

3 A minha mãe, Valdete. A meu pai, José. A meu esposo, Adair. A meus filhos, Henrique e Vinícius.

4 AGRADECIMENTOS Ao prof. Dr. Helmut Born (in memoriam), pelas diretrizes e o compartilhamento de seus conhecimentos. Ao professor Henrique Kahn, pela orientação na realização desse trabalho. Ao meu esposo, pelo incentivo e compreensão. À Diretoria da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda, pelo estímulo e apoio financeiro. À equipe da Indústria Carbonífera Rio Deserto Ltda Divisão Laboratório, pelo apoio na realização das análises. Ao Programa de Pós Graduação da Politécnica da USP e à UNESC. À professora Dra. Vanilde Citadini Zanette e ao colega Robson dos Santos, pela leitura crítica e sugestões. Aos colegas Cleusa Maria Souza Ronsani, Analice Zuchinalli e Clair Maria Martinello Baillargeon, pela ajuda na formatação do trabalho. Enfim, a todos que de uma forma ou outra contribuíram para a realização e término deste trabalho, minha eterna gratidão.

5 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. Inicialmente é apresentada uma revisão bibliográfica enfocando o carvão energético em Santa Catarina, beneficiamento do carvão, formação e estrutura das camadas, petrografia dos macerais do carvão, análise química e física. 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), de onde foram coletadas amostras do ROM da camada Bonito, ambas pertencentes à Indústria Carbonífera Rio Deserto. Estas amostras foram processadas de forma padronizada de modo que os resultados obtidos pudessem ser comparados. Este 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 carvão vapor das duas camadas para aplicação em termoelétrica sejam praticamente equivalentes, sendo a diferença mais significativa quanto ao teor de enxofre.

6 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, including coal processing ad distribution, structural and petrological information as well as physical and chemical data regarding both coal layers. 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.

7 SUMÁRIO LISTA DE TABELAS LISTA DE FIGURAS LISTA DE FOTOGRAFIAS 1 INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O carvão no Brasil Carvão energético em Santa Catarina O futuro da indústria carbonífera no Brasil Beneficiamento de carvão Britagem Peneiramento e classificação Concentração Separação em meio denso Separação hidráulica (jigue) Tipos de beneficiamento, recuperação e tonelagem das empresas mineradoras de Santa Catarina Formação das camadas Formação Rio Bonito Membro Triunfo Membro Paraguaçu Membro Siderópolis Formação Palermo Formação do carvão A estrutura do carvão Análise de macerais da camada Barro Branco Análises de macerais da camada Bonito Análise química e física das camadas Análise imediata e elementar da camada Barro Branco Caracterização mineral da camada Barro Branco... 36

8 3 MATERIAIS E MÉTODOS Etapas do Trabalho Amostras estudadas Metodologia Teor de cinzas Teor de voláteis Poder calorífico superior Índice de livre inchamento Carbono fixo Índice de moabilidade (Hardgrove Index - HGI) Fusibilidade das cinzas Teor de enxofre Análise elementar Ensaio densimétrico (afunda-flutua) Análise petrográfica Temperatura de ignição Temperatura de carbonização Composição química das cinzas Densidade relativa real Preparação de amostras de carvão mineral para análises e ensaios 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... 79

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Recursos identificados de carvão no Brasil Tabela 2 - Produção de carvão no Brasil (em toneladas) Tabela 3 - Análise imediata das amostras de carvões do Rio Grande do Sul Tabela 4 - Análise elementar das amostras de carvões do Rio Grande do Sul Tabela 5 - Análise petrográfica e macerálica das amostras de carvões do Rio Grande do Sul... 8 Tabela 6 - Características físico-químicas do carvão energético CE 4500 catarinense, por empresa mineradora Tabela 7 - Participação de cada fonte na geração de energia em % Tabela 8 - Equipamentos disponíveis para o beneficiamento de carvão, distribuído de acordo com os métodos de separação Tabela 9 - Recuperação e tonelagem de material beneficiado por empresa mineradora de Santa Catarina Tabela 10 - Macerais e grupos de macerais Tabela 11 - Litotipos e microlitotipos correspondentes Tabela 12 - Litotipos de carvão Tabela 13 - Concentração de elementos no carvão CE Tabela 14 - Caracterização físico-química do ROM da camada Barro Branco Tabela 15 - Situação da Mina do trevo no ano de Tabela 16 - Situação da Mina de Itanema no ano de Tabela 17 - Distribuição granulométrica do ROM britado da camada Barro Branco Tabela 18 - Distribuição granulométrica do ROM britado da Camada Bonito Tabela 19 - Composição e características das amostras estudadas Tabela 20 - Resultados (em base seca) de ensaio densimétrico em ROM da camada Barro Branco (britado a 12,70 mm), Mina Trevo, Siderópolis Tabela 21 - Resultados (em base seca) de ensaio densimétrico em ROM da camada Bonito (britado a 12,70 mm) Mina Itanema, Lauro Müller Tabela 22 - Resultados de análises imediatas e análises elementares do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito... 63

10 Tabela 23 - Resultados de análises imediatas e análises elementares do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito (para o mesmo teor de cinzas) Tabela 24 - Resultados de análises de fusibilidade das cinzas do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito Tabela 25 - Resultados de análises petrográficas do produto energético (afundado 1,50 e flutuado 1,90) das camadas Barro Branco e Bonito Tabela 26 - Resultados de análises petrográfica do produto energético (afundado 1,5 e flutuado 1,9) das camadas Barro Branco e em percentual Tabela 27 - Resultados de análises da composição das cinzas do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito Tabela 28 - Resultados de análises de temperatura do produto energético (fração vapor) das camadas Barro Branco e Bonito... 69

11 Figura 1 - LISTA DE FIGURAS Evolução da produção de carvão bruto (ROM) no Brasil (em toneladasx10 6 ) Figura 2 - Resumo da produção beneficiada de carvão por Estado produtor Figura 3 - Resumo da produção de produtos de carvão em Santa Catarina Figura 4 - Minério bruto e seus produtos após beneficiamento Figura 5 - Coluna estratigráfica parcial no sul de Santa Catarina Figura 6 - Etapas de formação do carvão Figura 7 - Localização geográfica das amostras coletadas Figura 8 - Relações entre fatores de estabilidade de coque, índice de resistência e índice de balanço Figura 9 - Fluxograma de preparação das amostras Figura 10 - Curva de lavabilidade ROM camada Barro Branco e Bonito britada em 12,7 mm (densidade x % massa acumulado no flutuado) Figura 11 - Curvas de lavabilidade dos ROM camadas Barro Branco e Bonito britada em 12,70 mm (% cinzas x % rendimento em massa) Figura 12 - Curvas de lavabilidade dos ROM camada Barro Branco e camada Bonito britado em 12,70 mm (materiais voláteis x rendimento em massa) Figura 13 - Curva de lavabilidade dos ROM das camadas Barro Branco e Bonito (densidade x poder calorífico acumulado no flutuado) Figura 14 - Curva de lavabilidade dos ROM das camadas Barro Branco e Bonito (densidade x teor de enxofre nas frações flutuadas) Figura 15 - Curva de lavabilidade dos ROM das camadas Barro Branco e Bonito densidade x índice livre de inchamento nas frações flutuadas) Figura 16 - Comportamento dos carvões energéticos (vapor) das camadas Barro Branco e Bonito, quanto ao enxofre total liberado, materiais voláteis desprendidos e elevação da temperatura. Os valores apresentados nos anexos de 3 a Figura 17 - Temperatura de ignição CE camada Bonito Figura 18 - Temperatura de carbonização CE camada Bonito Figura 19 - Temperatura de ignição CE camada Barro Branco Figura 20 - Temperatura de carbonização CE camada Barro Branco... 72

12 LISTA DE FOTOGRAFIAS 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... 43

13 1 INTRODUÇÃO Em meados do Século XVII, a utilização do carvão pelo homem passou a ter grande destaque, por reconhecer-se que o mesmo poderia resultar em uma fonte de energia, a qual poderia ser aplicada para a movimentação de suas máquinas. Devido a isso, o carvão tornou-se um poderoso alicerce para a civilização. As reservas de carvão mineral no Brasil ocorrem basicamente nos três Estados do Sul: Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. A produção de carvão bruto teve uma evolução gradativa, até atingir um pico máximo no ano de 1985, com quase 25 milhões de toneladas beneficiadas, das quais 20 milhões só em Santa Catarina. Este carvão era processado no Lavador de Capivari para fins metalúrgico e energético. No ano de 1990, com a desobrigatoriedade da indústria siderúrgica de consumir o carvão metalúrgico nacional, houve uma redução no consumo do produto, ocasionando uma queda brusca na produção, afetando basicamente o Estado de Santa Catarina, que era o único produtor deste carvão. Em 1990, a produção total de carvão foi de pouco mais da metade daquela registrada em 1989 (2,4 x 10 6 t). A partir daí, a produção se estabilizou no patamar de 5 a 6 milhões de toneladas por ano, basicamente para atender o setor termoelétrico do Estado. No ano de 1999 o Brasil produziu 4,95 milhões de toneladas, sendo 42,4% de Santa Catarina, 56,2% do Rio Grande do Sul e 1,4% do Paraná. 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.

14 2 As diferenças significativas das características e das condições de formação dessas camadas estão relacionadas com controles geológicos e evolução tectônica favoráveis das bacias sedimentares carboníferas. Esses fatores são determinantes na qualidade do carvão mineral gerado, seja coqueificável ou energético. Por uma necessidade futura da região de Santa Catarina em explorar e tornar vendável o carvão da camada Bonito, a presente pesquisa teve por 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 referentes ao produto. Para se determinar o processo de beneficiamento dos carvões e dos equipamentos a serem utilizados, faz-se necessário efetuar a caracterização do minério, incluindo a análise petrográfica dos macerais e as curvas de lavabilidade que constituem a meta dessa pesquisa. 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. 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

15 3 Complexo Termoelétrico Jorge Lacerda, em Capivari de Baixo SC, ter recentemente ampliado sua capacidade pela ativação da Usina IV, consequentemente aumentando o consumo de carvão mineral CE , bem como a disponibilidade de carvão da camada Bonito na região de Criciúma. 1 CE 4500 carvão energético mineral com poder calorífico superior de 4500 kcal/kg (DNPM, 1999).

16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 O carvão no Brasil As reservas de carvão mineral no Brasil ocorrem basicamente nos três Estados do sul: Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul e estão distribuídas conforme tabela 1. Estas reservas foram definidas pelo projeto A Borda Leste da Bacia do Paraná: Integração Geológica e Avaliação Econômica, concluído em 1983 (Aborrage; Lopes, 1986). Tabela 1 - Recursos identificados de carvão no Brasil. Estado Reservas in situ (milhões t) Medida Indicada Inferida Recursos (milhões t) Recursos Totais ident. (milhões t)* SP 3,50 1,00 4,00 8,50 PR 73,62 23,44 3,72 2,65 103,43 SC 395,95 875, , , ,81 RS 2.616, , , , ,93 Total 3.089, , , , ,67 FONTE: DNPM, * Expressos em carvão contido (c.c.). As reservas marginais, correspondendo a proporções cujas condições de extração econômica, estão aquém das condições mínimas à época da avaliação e equivalem a quase 50% do total dos recursos totais de carvão brasileiro; estes só serão elevados à categoria de reserva em condições muito favoráveis de preço e tecnologia de extração (DNPM, 1999). Segundo DNPM (1999), considerando, a produção comercializada, os cincos maiores produtores nacionais de carvão são: Companhia Rio Grandense de Mineração (CPRM), com 1,710 milhão de t/ano; a Copelmi, com 1,015 milhão de t/ano, ambas do Rio Grande do Sul; as catarinenses Companhia Carbonífera Metropolitana, com 407 mil t/ano; Indústria Carbonífera Rio Deserto, com 376,1 mil t/ano e a Carbonífera Criciúma, com 353 mil t/ano. Os carvões brasileiros são de baixa qualidade, principalmente em relação aos percentuais de cinzas e enxofre que são maiores, e percentuais de materiais voláteis

17 5 que são menores quando comparados a outros carvões produzidos no mundo. A associação da matéria carbonosa com a matéria mineral é intrínseca, dificultando a identificação do carvão e do folhelho carbonoso. O rendimento do carvão beneficiado em relação ao carvão bruto é baixo visto o elevado teor de cinzas; o teor de enxofre é mais elevado no Estado do Paraná, decrescendo para o sul. Carvão com característica metalúrgica, é encontrado em Santa Catarina, porém, com teor de cinzas muito acima dos carvões internacionais. Este tipo de carvão não é mais produzido desde 1990 pela maioria das mineradoras, por não ser competitivo, e as poucas empresas que o produzem utilizam-no para a fabricação de coque em coquerias da região. No Estado do Paraná, tem-se apenas uma empresa privada, Carbonífera do Cambuí, produzindo carvão energético CE 6000 (carvão energético com poder calorífico superior 6000 kcal/kg), para a Usina Termoelétrica de Figueiras (20 MW). Em Santa Catarina, existem nove empresas privadas, produzindo basicamente carvão energético CE %, para o Complexo Termoelétrico Jorge Lacerda (832 MW), pertencente às Centrais Geradoras do Sul do Brasil SA - GERASUL, no município de Capivari de Baixo, SC. Com uma produção menor aparece o carvão CE 5200 (carvão energético com poder calorífico superior de 5200 kcal/kg), usado nas cerâmicas e na indústria de cimento. No Rio Grande do Sul, existem três empresas produzindo carvão energético, sendo que uma é estatal (CPRM Companhia Rio Grandense de Mineração), pertencente ao Governo do Estado. A figura 1 apresenta a evolução da produção de carvão bruto no Brasil, onde se observa claramente a liderança do Estado de Santa Catarina. O Paraná teve um patamar de produção de carvão bruto, na faixa de 200 a 300 mil toneladas/ano. Com o fechamento das minas da Klabin da Paraná Mineração S.A., no entanto, houve uma queda nos últimos anos, pois a mesma abastecia o setor de papel e celulose daquele Estado.

18 6 Carvão bruto (ROM) (milhões de toneladas) Anos Paraná Santa Catarina Rio Grande do Sul Brasil FONTE: DNPM (1999). Figura 1 - Evolução da produção de carvão bruto (ROM) no Brasil. No Rio Grande do Sul até o momento observou-se uma maior regularidade na produção de carvão, atingindo um máximo de 4,5 a 5 milhões de toneladas por ano, entre os anos de 1983 e 1988, hoje esta se mantém na faixa dos 3,5 a 4 milhões de toneladas por ano. Tal fato deveu-se a este Estado não mais produzir o carvão metalúrgico e de ter um mercado de carvão energético diversificado e bastante estável. De acordo com a diversidade da qualidade de carvão em função do uso, conforme tabela 2, no Rio Grande do Sul tem-se a seguinte escala de produção: CE 3700, consumido na Usina Presidente Medici (446 MW); CE 3100 consumido na Usina de Charqueadas (72 MW), que, embora mais pobres em termos de poder calorífico (kcal/kg), apresentam maiores rendimentos com relação ao carvão bruto. No caso de Charqueadas e Candiota, são consumidos sem beneficiamento. O CE 4200 é consumido na Usina de São Jerônimo (20 MW). Juntas estas termoelétricas consomem um total de 79% da produção do Estado, os 21% restantes ficam

19 distribuídos entre CE 5200, 4700 e As principais características destes produtos são apresentadas nas tabelas 3 a 5. 7 Tabela 2 - Produção de carvão no Brasil (em toneladas). Estado RS SC PR Total ROM % 34,9 64,2 0,9 100,0 carvão energético com PCS = 6000 kcal/kg carvão energético com PCS = 5200 kcal/kg carvão energético com PCS = 4700 kcal/kg carvão energético com PCS = 4500 kcal/kg carvão energético com PCS = 4200 kcal/kg carvão energético com PCS = 3700 kcal/kg carvão energético com PCS = 3300 kcal/kg carvão energético com PCS = 3100 kcal/kg Finos Total % Recuperação do ROM 76,2 31,3 72,6 47,3 % Brasil 56,2 42,4 1,4 100,00 FONTE: DNPM (1999) Tabela 3 - Análise imediata das amostras de carvões do Rio Grande do Sul. Amostra % Umidade %Cinzas % Mat. Voláteis % Carbono Fixo Candiota Bco inferior 2,51 47,1 28,8 24,1 Candiota Bco superior 4,65 48,9 25,4 25,7 Candiota CE ,79 48,1 27,4 24,5 Candiota CE ,24 35,7 32,8 31,5 Palermo CE ,50 46,9 23,2 29,9 Palermo CE ,10 51,0 22,6 26,4 Palermo CE ,72 42,9 26,9 30,2 Palermo CE ,51 35,5 32,2 32,2 Leão CE ,14 29,1 33,5 37,4 Recreio CE ,85 30,4 35,9 32,7 FONTE: Laudos de análises fornecidos pelo LAGEAMB Laboratório de Geoquímica Ambiental, UFRGS Tabela 4 - Análise elementar das amostras de carvões do Rio Grande do Sul. Amostra % C % H % N % O dif Candiota Bco inferior 58,2 6,11 0,87 32,5 Candiota Bco superior 64,6 6,69 0,94 26,1 Candiota CE ,7 8,57 1,00 12,6 Candiota CE ,9 6,35 1,20 16,2 Palermo CE ,7 6,77 0,64 35,6 Palermo CE ,9 7,33 0,82 21,0 Palermo CE ,8 5,74 0,94 24,8 Palermo CE ,9 5,86 1,06 14,2 Leão CE ,1 5,97 1,21 16,2 Recreio CE ,9 6,32 1,11 15,7 FONTE: Laudos de análises fornecidos pelo LAGEAMB Laboratório de Geoquímica Ambiental, UFRGS 2000.

20 Tabela 5 - Análise petrográfica e macerálica das amostras de carvões do Rio Grande do Sul. Amostra % Vitrinita % Exinita % Inertita Poder refletor ± desvio padrão Candiota Bco Inferior 81,1 6,2 9,2 0,47 ± 0,02 Candiota Bco Superior 84,9 8,2 4,7 0,47 ± 0,02 Candiota CE ,1 7,8 8,2 0,46 ± 0,03 Palermo CE ,6 26,7 26,5 0,44 ± 0,04 Palermo CE ,1 18,6 22,0 0,46 ± 0,04 Palermo CE ,8 15,5 24,0 0,51 ± 0,04 Palermo CE ,7 10,8 16,5 0,47 ± 0,05 Leão CE ,9 15,1 27,0 0,48 ± 0,04 Recreio CE ,9 12,5 19,2 0,43 ± 0,04 FONTE: Laudos de análises fornecidos pelo LAGEAMB Laboratório de Geoquímica Ambiental, UFRGS As figuras 2 e 3 mostram a evolução da produção de carvão beneficiado no Brasil, conforme dados do DNPM (1999). Carvão enregético (milhões toneladas) 4,4 4,0 3,6 3,2 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0, Ano PR SC RS FONTE: Informativo do Sindicato Nacional da Indústria de Carvão, apud DNPM, Figura 2 - Resumo da produção beneficiada de carvão por Estado produtor.

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22 10 1,2 1,1 Produção de SC (milhões de toneladas) 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Ano Carvão Metalúrgico FINOS ANTRACITOSO FONTE: Informativo do Sindicato Nacional da Indústria de Carvão, apud DNPM, Figura 3 - Resumo da produção de produtos de carvão em Santa Catarina. Nas figuras 2 e 3 se observa claramente o impulso na produção de carvão no Brasil no final dos anos 80, seguido de uma forte crise, cuja recuperação se dá lentamente. Através da figura 3 podemos ter uma visão clara da diminuição e interrupção da produção de carvão metalúrgico e antracitoso em Santa Catarina a partir de Entre os anos de 1985 e 1989, Santa Catarina apresentou picos de produção de carvão energético, basicamente por causa do CE 5200, comercializado pela Companhia Auxiliar das Empresas Elétricas Brasileiras - CAEEB. Com a extinção desta, e do subsidio deste carvão, o CE 5200 praticamente desapareceu do mercado. A produção de carvão energético em Santa Catarina voltou a subir em 1997 e 1998, devido ao aumento de consumo de CE 4500 no Complexo Termoelétrico Jorge Lacerda. A produção de finos neste Estado também caiu muito, devido à falta de competitividade do coque produzido localmente.

23 11 No Estado do Rio Grande do Sul, houve um pico de produção nos anos de 1988 e 1989, mas, desde então, a produção de carvão está estável na faixa de 2,5 a 3,0 milhões de t/ano. 2.2 Carvão energético em Santa Catarina Comparando-se o carvão energético de Santa Catarina com os carvões da Alemanha, Colômbia e Canadá, os seguintes aspectos podem ser salientados: a) O carvão energético CE 4500 de Santa Catarina (tabela 6) é um carvão obtido após o beneficiamento do ROM (carvão bruto), enquanto que os outros carvões importados já são extraídos com características adequadas, não havendo necessidade de beneficiamento. Tabela 6 - Características físico-químicas do carvão energético CE 4500 catarinense, por empresa mineradora. Mineradora Cinzas (%) Características Granulométrica PCS Carb. M.Vol. Enxofre >1 <30# Fixo kcal/kg (%) (%) (25,4 mm) (0,60 mm) (%) Rio Deserto 42,6 23,1 34,3 2,04 2,61 9, Castelo Branco 42,9 22,5 34,6 1,93 5,26 7, Cocalit 42,5 20,4 37,1 1,90 4,10 5, São Domingos 43,0 21,0 36,1 1,94 6,08 7, Metropolitana 43,5 22,5 34,0 2,13 5,05 7, Treviso 44,0 19,7 36,3 1,87 3,82 9, Criciúma 43,3 21,6 35,1 2,04 1,87 9, Comim 42,4 22,1 35,5 1,68 4,25 8, Belluno 43,9 19,9 36,2 1,60 3,43 8, CBCA 42,4 21,1 36,4 1,70 5,64 8, Média 42,5 22,1 35,4 1,87 4,13 8, FONTE: Laudos de análises dos Laboratórios Indústria Carbonífera Rio Deserto e SATC, b) Partindo-se do princípio que cada região deve adaptar-se aos recursos disponíveis, a termoelétrica (GERASUL), na qual o insumo fundamental é o carvão CE 4500, foi toda construída baseada nas características do carvão da

24 12 região, ou seja, as cinzas e o poder calorífico superior devem estar dentro do limite preestabelecido pelo fabricante da caldeira. Cinzas acima do limite formam incrustações em torno dos queimadores, inviabilizando o processo e prejudicando o equipamento; assim, também é inadequado utilizar carvões com cinzas abaixo do especificado, devido à relação inversa existente entre teor de cinzas e poder calorífico. Precipitadores eletrostáticos foram projetados e construídos para carvões com teor de enxofre de 1,80 a 2,30%; então carvões fora dessa especificação não podem ser operacionalizados, devido ao fato dos precipitadores não funcionarem adequadamente. Segundo Stach et al. (1982), na tabela de classificação de carvões baseados no rank o carvão catarinense é considerado betuminoso. Segundo Chaves (1972), a classe (rank) do carvão é o grau de maturação atingido ao longo dessa evolução. A idade geológica da jazida não define a classe do carvão nela contido: certos depósitos do Carbonífero permanecem no estágio de linhitos enquanto se conhecem antracitos do Terciário. Ainda segundo Chaves (1982), o rank do carvão é o grau de maturação atingido ao longo de uma evolução geológica, desde o estágio inicial de turfas, até o estágio final de grafite. 2.3 O futuro da indústria carbonífera no Brasil Com a mudança do modelo energético, principalmente do setor elétrico no Brasil, as empresas estão sendo privatizadas e o governo está se retirando do cenário dos investimentos neste setor. O atual período é crítico, com a ausência da entrada em operação de novas usinas termoelétricas, aumentando o risco de pane no sistema energético do país. Tudo indica que há necessidade de se investir em novos projetos de usinas térmicas a carvão no sul do Brasil, conforme projeção tabela 7. O carvão é pobre, em termos de cinzas e enxofre, porém não significa dispêndio em dólares a serem gastos em

25 importações. A produção de carvão energético no Brasil deve aumentar gradativamente a curto prazo. 13 Tabela 7 - Participação de cada fonte na geração de energia em % Hidrelétrica Termoelétrica ,8 Nuclear 1 2 3,2 Importação (da Argentina) _ 2 2 FONTE: Ministério de Minas e Energia (DNPM, 1999). A tendência é o uso de carvão bruto (ROM), em usinas com tecnologias atuais e limpas para a de queima deste combustível. Alguns projetos já estão em estudo neste sentido, tanto no Rio Grande do Sul como em Santa Catarina. Esse fato, indubitavelmente irá colocar a indústria carbonífera brasileira novamente em destaque, com produção compatível com as reservas de que o país dispõe. Novas técnicas e processos de beneficiamento vêm sendo desenvolvidos no exterior devido às características do mercado consumidor e ao desenvolvimento da indústria carboquímica. Dentre estes destacam-se: flotação, secagem/oxidação e lixiviação do minério. O caso da indústria nacional, face à qualidade dos jazimentos conhecidos e explorados na atualidade, sugere estudos mais aprofundados quanto a outras alternativas de processo tecnológico do setor da termoeletricidade, principalmente quanto a retenção, remoção e aproveitamento dos gases, permitindo assim a queima do minério bruto (ROM), o que levaria à eliminação da operação de beneficiamento, reduzindo custos finais e impactos ambientais.

26 Beneficiamento de carvão Segundo Leon (1985), os carvões brasileiros, segundo o seu rank, são classificados como sendo sub-betuminosos e alto voláteis respectivamente, para os carvões sul-riograndenses e catarinenses. Em relação às características químicas, o carvão nacional apresenta uma redução do teor de enxofre e um acréscimo no conteúdo de matéria inorgânica, do norte para o sul do país. Deste modo, no Estado do Paraná, o teor médio de enxofre é de 10% e a matéria inorgânica de aproximadamente 36%. Já o carvão catarinense apresenta um teor médio de enxofre de 3% e 40% de matéria inorgânica, finalmente, o carvão rio-grandense apresenta um teor médio de enxofre de 0,5% e um teor de matéria inorgânica de 52% Segundo Leon (1985), para reduzir esta associação com o enxofre ou com matérias inorgânicas de maneira geral, o carvão necessita ser beneficiado. No Paraná, o beneficiamento do carvão objetiva a obtenção de um concentrado com baixo teor de pirita, tendo em vista a ação corrosiva e poluente deste mineral. Para tanto, o método de beneficiamento caracteriza-se como um tratamento de graúdos pela lavagem da fração maior que 1 mm em jigue, sendo a fração restante separada antes da lavagem em peneiras e, como tal, normalmente rejeitada. Em Santa Catarina, o carvão explotado recebe uma lavagem prévia em jigue junto ao local de extração. Beneficiam-se todas as frações granulométricas, inclusive as de granulometria menor que 0,6 mm em células de flotação, ciclones, mesas concentradoras ou combinações destes. Na figura 4 é mostrada a estrutura de produção, comparável ao modelo industrial do tipo cogumelo, onde as características comerciais do produto só são definidas ao final do processo. De uma forma resumida, pode-se dizer que o processo de beneficiamento do carvão mineral depende de dois aspectos fundamentais inerentes ao minério: a fração granulométrica a ser trabalhada e suas características físico-químicas. A partir dessa caracterização são dimensionados diferentes métodos e equipamentos necessários à sua concentração.

27 15 CARVÃO ENERG. CARVÃO METAL. FINOS REJEITOS PRODUTOS P R O C E S S O ROM FONTE: Milioli; Bran Dalise (1981). Figura 4 - Minério bruto e seus produtos após beneficiamento. Segundo o relato de Milioli; Bran Dalise (1981), a primeira unidade para beneficiamento industrial de carvão mineral foi instalada no sul do Brasil na década de 40, em função da criação da Companhia Siderúrgica Nacional. A referida unidade projetada pela The Mc. Nally - Pittsburg Mfg Corp, foi instalada no bairro Capivari, em Tubarão (SC), atualmente município de Capivari de Baixo, local escolhido em função da influência dos principais ramais ferroviários da Estrada de Ferro Dona Teresa Cristina, além de sua proximidade com o porto marítimo de Imbituba e da disponibilidade de água. A CSN forneceu os equipamentos e supervisionou os trabalhos de construção, montagem e operação, tendo iniciado suas operações em maio de 1945.

28 16 A finalidade desta unidade era de fornecer carvão metalúrgico para uso na indústria siderúrgica e, secundariamente, carvão para locomotivas, navios e termoelétricas, o que mudou a partir da década de 60 em função do aumento na demanda por carvão metalúrgico e energético, acarretando três alterações principais: a) A pré-lavagem do carvão bruto nas bocas das minas, obtendo-se então um produto chamado carvão pré-lavado ou CPL. b) Transformação e criação de subsidiárias dos sistemas elétricos (UTE - Serviços de Eletricidade), siderúrgicos (Lavador de Capivari) e de mineração (Carbonífera Próspera - CSN). c) Ampliação da capacidade do Lavador de Capivari. Os esquemas de beneficiamento desenvolveram-se a partir do mercado disponível, sendo produzidos inicialmente um carvão com 34% de cinzas denominado carvão Lavador ou CL-34, no qual foi baseado o projeto do lavador Capivari, equipado com jigues, lavadores, mesas concentradoras, britadores, centrífugas, filtros, etc, o que possibilitava uma recuperação de 20 a 25% em carvão metalúrgico com 18,5% de cinzas. Segundo Milioli; Bran Dalise (1981), em Santa Catarina este beneficiamento resultava em produtos finais vendáveis (carvão metalúrgico, carvão energético, finos metalúrgico, finos vapor), além de produtos sem interesse comercial imediato (rejeitos granulares e finos decantados em bacia). Estes últimos necessitam ser manuseados e dispostos conforme padrões técnicos de segurança ambiental, o que implica custos financeiros e ambientais proporcionais ao volume de material gerado, variável entre 40 a 80% do ROM. Os aspectos ambientais estão relacionados ao custo ambiental representado pelo potencial de contaminação dos estoques de rejeitos (granulares ou finos), os quais necessitam de área física, trabalhos de contenção e isolamento ou impermeabilização e transportes diversos; o que em última análise também representa um custo financeiro.

29 17 De uma forma geral, o custo de produto final depende da taxa de aproveitamento (recuperação) do minério após o beneficiamento, o que é uma função intrínseca da qualidade do minério e das especificações do produto. O atual nível de desenvolvimento tecnológico permite a abertura de novos mercados para o carvão mineral, tanto na indústria carboquímica quanto na sua utilização como combustível energético, o que dependerá da qualidade do minério disponível, seus produtos e custos de produção. As atuais unidades de beneficiamento do carvão mineral em boca de mina já deixaram de produzir carvão metalúrgico ou pré-lavados, estando atualmente voltadas à produção de carvão energético tipo CE 4500, empregado nas termoelétricas locais, projetadas com tecnologia desenvolvida entre os anos de 1960 a Britagem Segundo Nardi (1996), os equipamentos normalmente empregados na cominuição do carvão mineral granulado compreendem britadores de rolo dentado (simples, duplos ou triplos), mais indicados para minérios de carvão de alta pureza, o que não é o caso do minério brasileiro, no qual há necessidade de utilização de britadores de impactos, martelos, mandíbula e/ou cônico, além do Bradford. De acordo com Andery (1977), as amostras de carvão da camada Barro Branco explotada caracterizam-se por proporções significativas de materiais sedimentares e duros (siltitos, folhelhos). Por esta razão, é montado um circuito de britagem equipado com britadores de mandíbulas (em substituição aos martelos) e cônicos, ao longo de uma linha de britagem intercalada a sistemas de classificação granulométrica. Estes permitem a redução das perdas e sobrecarga no circuito, com vantagens significativas de rendimento do processo em relação a circuitos simples.

30 Peneiramento e classificação Segundo Andery (1980), o peneiramento é um processo de classificação do material granular, pelo tamanho das partículas. O processo é realizado via seco para frações grossas (maiores que 0,63 mm), ao passo em que as frações mais finas (menores que 0,419 mm) podem ser classificadas via úmida em peneiras vibratórias e desaguadoras. Na indústria carbonífera a primeira classificação do minério bruto se dá no diâmetro de 38,1 mm, com a fração inferior ( undersize ) direcionada diretamente à pilha de alimentação da unidade de beneficiamento, enquanto a fração retida ( oversize ) passa pelo diferentes processos de cominuição. As frações finas presentes no minério, ao ingressarem na unidade de beneficiamento, sofrem nova classificação (Ø < 0,837 mm), no qual os materiais são direcionados para os distintos métodos empregados na concentração mineral (espirais, mesas, jigues, meios densos, flotação, entre outros) Concentração Segundo Leonard (1979), as características da lavabilidade do minério derivam de análises denominadas afunda-flutua, onde o minério britado a uma determinada faixa granulométrica é submetida à imersão em líquidos de diferentes densidades, nos quais os grânulos mais densos afundam e os mais leves flutuam. Destes ensaios resultam as curvas de lavabilidade, a partir das quais se pode prever o rendimento (recuperação) para determinado produto, conforme ajuste necessário. Na tabela 8 relacionam-se alguns dos equipamentos disponíveis para o beneficiamento de carvão, distribuídos de acordo com os métodos de separação descritos em Leonard (1979) os quais se baseiam nas diferenças densitárias das fases presentes no minério e suas propriedades hidrofóbicas.

31 Tabela 8 - Equipamentos disponíveis para o beneficiamento de carvão, distribuído de acordo com os métodos de separação. Meios Frações Métodos Equipamentos Separação em meio Ciclone denso Hidrociclone Mesa vibratória Finos Separação hidráulica Hidrotator (Ø < 0,65 mm) Flotação em células Flotação por espuma Via Flotação em colunas úmida Aglomeração/adsorção Óleos coletores Tipo tanque Separação em meio Tipo cone Granulado denso Tipo tambor (Ø > 0,65 mm) Jigagem Separação hidráulica Lavagem Via seca Secador mecânico Finos Separação por fluxo ou Secador térmico (Ø < 0,65 mm) de ar pneumática Coletor de poeira FONTE: Leonard (1979) Separação em meio denso Unidades de meio denso empregam o mesmo princípio utilizado em análises laboratoriais de afunda-flutua, empregando suspensões que possuem densidade intermediária entre as frações que se deseja flutuar (carvão) e afundar (rejeitos); o minério bruto é introduzido no meio denso, havendo a conseqüente separação entre as partículas mais densas (que afundam) daquelas menos densas (que flutuam). Na caracterização afunda-flutua em laboratório, os diversos materiais que podem ser empregados, na constituição de um meio com densidade intermediária entre as frações que se deseja separar, são: orgânicos (gasolina, benzeno, bromofórmio, óleo de pinho, etc) e inorgânicos (cloreto de zinco ou cálcio).

32 20 Em escala industrial, os sais solúveis são empregados em alguns equipamentos; nos EUA são largamente aplicados em ensaios de laboratório de afunda-flutua na própria planta de beneficiamento Separação hidráulica (jigue) O processo mais utilizado no beneficiamento do carvão é o jigue, que obtém a classificação mediante pulsações transferidas a um depósito contendo água e carvão. Com essas pulsações tem-se o sedimento das partículas mais densas do carvão; o processo é feito continuamente mediante alimentação e descarga das frações em pontos eleitos da aparelhagem. O jigue tem a seu favor a possibilidade de permitir o processamento de carvão graúdo, com 300 mm na dimensão maior. 2.5 Tipos de beneficiamento, recuperação e tonelagem das empresas mineradoras de Santa Catarina. Em Santa Catarina, existem nove empresas privadas que explotam as camadas Barro Branco, Irapuá, Bonito e processam depósitos de rejeitos antigos, conforme demonstrado na tabela 9. Até 1990 quantidades imensas de rejeitos foram gerados. A partir dessa data os rejeitos passaram a ser reaproveitados através do novo beneficiamento, recuperando quantidades significativas de produtos vendáveis. Estas carboníferas atuam da seguinte maneira: a) Carbonífera Belluno: Dispondo de quatro lavadores, beneficia rejeito antigo, explota as camadas Barro Branco a céu aberto e Barro Branco e Irapuá por lavra subterrânea. b) Coperminas: Dispondo de um lavador, beneficia rejeito antigo e explotam a camada Barro Branco por lavra subterrânea.

33 Tabela 9 - Recuperação e tonelagem de material beneficiado por empresa mineradora de Santa Catarina. Empresa Rejeitos processados ROM mineradora t/mês % Recuperação t/mês carvão graúdo Finos Camadas / Método de lavra Metropolitana a 7 finos ,5 4,0 Barro Branco / subterrânea Criciúma ,0 4,0 Barro Branco / subterrânea Cooperminas grosso 2 finos ,0 4,0 Barro Branco / subterrânea São Domingos, 8 grosso Cocalit e Comim finos Belluno finos Castelo Branco finos Rio Deserto finos FONTE: Informação pessoal dos técnicos, ,0 - Barro Branco / céu aberto ,0 - Barro Branco / subterrânea ,0 - Irapuá / subterrânea (lavra seletiva em céu aberto) ,0 4,0 Barro Branco / céu aberto ,0 3,0 Barro Branco / subterrânea ,0 3,0 Irapuá / subterrânea ,0 3,0 Bonito / subterrânea ,0 4,0 Barro Branco / subterrânea ,0 4,0 Bonito / subterrânea 21

34 22 c) Carbonífera Criciúma: Dispondo de um lavador e explota a camada Barro Branco por meio de lavra subterrânea. d) Carbonífera Metropolitana: Dispondo de dois lavadores, beneficia rejeito antigo e explota a camada Barro Branco por meio de lavra subterrânea. e) Carboníferas São Domingos, Comim e Cocalit: Dispondo de lavadores e beneficiam rejeitos antigos. f) Indústria Carbonífera Rio Deserto: Dispondo de dois lavadores, beneficia rejeito antigo e explota as camadas Barro Branco e Bonito por meio de lavra subterrânea. g) Carbonífera Castelo Branco: Possui dois lavadores, beneficia rejeito antigo e explota a camada Barro Branco a céu aberto e subterrânea e as camadas Irapuá e Bonito por meio de lavra subterrânea. 2.6 Formação das camadas Formação Rio Bonito Formação Rio Bonito é uma unidade litoestratigráfica, que faz parte do contexto da Bacia do Paraná, conforme figura 5, inserida por Schneider et al. (1974), no Super Grupo Tubarão, Grupo Guatá. O Grupo Guatá é constituído por siltitos cinza-esverdeados, bioturbados e por arenitos, com intercalações de camadas de carvão e folhelho carbonosos. Gordon (1947) propôs este termo para designar os siltitos e arenitos aflorantes nas imediações da cidade de Guatá (SC), englobando como formações as camadas Rio Bonito e Palermo, descritas por White (1908). Medeiros; Thomas (1973) fizeram a primeira tentativa de revisão estratigráfica da Formação Rio Bonito, subdividindo-a nos membro: Triunfo (inferior), Paraguaçu (médio) e Siderópolis (superior). Estes membros refletem, em conjunto, as condições ambientais reinantes durante suas deposições.

35 23 Período Unidade Litoestratigráfica Grupo Formação Membro Palermo Siderópolis Tubarão Permiano Rio Bonito Paraguaçu Triunfo Itararé Rio do Sul FONTE: Süffart; Caye; Deemon (1997). Litologias Siltitos cinza e cinza esverdeados e arenitos finos, finamente intercalados. Arenitos cinza claros, geralmente finos a médios; subordinadamente siltitos e folhelhos cinza escuros; camadas de carvão. Siltitos cinza esverdeados e cinza, subordinadamente, arenitos finos, camadas de carvão perto do topo e da base. Arenitos cinza claros de finos a grosseiros; subordinadamente, siltitos cinza escuros, raramente carvão. Ritmitos, diamictitos e arenitos. Na base, arenitos com estratificação cruzada e conglomerados. Figura 5 - Coluna estratigráfica parcial no sul de Santa Catarina. Bortoluzzi et al. (1978) caracterizaram a Formação Rio Bonito em Santa Catarina como um pacote sedimentar depositado concordantemente sobre o Grupo Itararé e discordantemente sobre o embasamento cristalino, constituído de uma seção basal arenosa, uma seção média essencialmente argilosa e uma superior areno-argilosa, contendo os principais leitos de carvão da Bacia Sedimentar do Paraná. A formação Rio Bonito apresenta uma espessura média de 200 m e máxima até 270 m Membro Triunfo Segundo Schneider et al. (1974), o Membro Triunfo é essencialmente constituído por arenitos esbranquiçados, finos a médios, localmente grossos, regularmente selecionados, com grãos subarredondados. Arenitos finos, siltitos, argilitos, folhelhos carbonosos, leitos de carvão e conglomerados ocorrem subordinadamente. Estratificações cruzada, planar e acanalada são as principais estruturas sedimentares

36 24 da unidade. Depósitos residuais de canais e ciclos de granodecrescência ascendente ( finning upward ) aparecem com freqüência. Aborrage; Lopes (1986) estudaram aproximadamente furos de sondagem e afloramentos da Formação Rio Bonito. A composição litológica encontrada para o Membro Triunfo é predominantemente de arenitos e conglomerados cinza-claros. Os arenitos variam de finos a grossos com estratificação cruzada de grande porte e ripples. Localmente os arenitos são finos, bem selecionados, com laminação truncada por ondas Membro Paraguaçu Schneider et al. (1974) consideram que o Membro Paraguaçu é constituído por uma seqüência de siltitos, intercalados com camadas de arenitos finos e leitos de rochas carbonáticas. Laminação paralela corresponde a estrutura sedimentar dominante nos siltitos e folhelhos; laminação ondulada e cruzada são encontradas nos corpos arenosos e laminação algálica e estruturas de dissecação estão presentes nas rochas carbonáticas. Bioturbação é também freqüentemente encontrada, conferindo às rochas caráter maciço. Segundo Medeiros; Thomas (1973), essa sedimentação ocorreu em ambiente marinho de avanço transgressivo do mar, permitindo que a superfície de erosão fosse coberta por uma camada de siltitos, originando uma plataforma submarina muito plana e rasa Membro Siderópolis A parte superior da formação Rio Bonito, denominada Membro Siderópolis, consiste em camadas de arenitos muito finos cinza-escuros, intercalados com leitos de argilitos e folhelhos carbonosos, com desenvolvimento local de leitos de carvão.

37 25 De acordo com Schneider et al. (1974), o Membro Siderópolis apresenta laminação plano-paralela e ondulada, associada por vezes com estratificação cruzada de pequeno porte, predominante neste intervalo. Localmente, ocorrem arenitos médios a grosseiros com estratificação cruzada de alto ângulo, associados, por vezes, com restos de madeira silicificada. O contato com o Membro Paraguaçu é concordante, e observando-se, localmente, interdigitação entre essas duas unidades. O contato com a Formação Palermo é concordante Aborrage; Lopes (1986) caracterizam o Membro Siderópolis como uma seqüência essencialmente arenosa, representada por arenitos finos a muito finos, quartzosos e siltitos-arenosos, em geral de cor cinza-claro e cinza médio, com laminação plano paralela de pequeno a grande porte, truncada por ondas, acamadamento flaser e drape, bioturbação de grau variável e fluidização. Ocorrem também pacotes lenticulares de arenitos médios a grosseiros, cinza-claros, feldspáticos, com grãos angulosos, e estratificações cruzadas acanaladas e tabulares de pequeno a grande porte. Em geral, na base ocorrem arenitos finos a muito finos, com laminação cruzada. As litologias pelíticas são representadas por siltitos cinza-médios a cinzaescuros, com acamadamento wavy e linsen que se associam aos arenitos com laminação truncada por ondas. São encontrados siltitos cinza-escuros a pretos carbonosos, em geral maciços, com impressões de plantas, que se associam em alguns locais a camada de carvão. Bortoluzzi et al. (1978) detalharam a estratigrafia do Membro Siderópolis na Região sul do Estado de Santa Catarina; com base na análise de 44 furos de sondagem, realizados pelo convênio DNPM/CPRM e em informações de afloramentos. Segundo esses autores, a seqüência sedimentar do Membro Siderópolis é predominantemente arenosa (75,4% de arenitos) à semelhança do membro inferior da Formação. Seguem-se em abundância os siltitos (17%) que estão presentes, como os arenitos, em todos os furos de sondagens. Folhelhos (2,5%) foram constatados em 60% dos furos, enquanto calcários em apenas 30% deles, não alcançando mais que 0,8% do total de sedimentos.

38 26 Este membro comporta sete das doze camadas de carvão conhecidas na bacia carbonífera. Seus horizontes estão distribuídos em dois conjuntos de camadas bem localizadas - uma basal, ocupando o terço inferior (primeiros 12 a 15 m), que compreende as camadas Bonito, Ponte Alta, "B", "A", em ordem ascendente; a outra superior, situada no terço médio superior deste membro (25 a 30 m), no qual as camadas Irapuá, Barro Branco e Treviso estão representadas. As camadas Barro Branco e Bonito são constituídas por horizontes de formato tabular com grande extensão lateral, enquanto que a camada Irapuá, depositada em uma calha na forma de lente, é lateralmente limitada. Os demais horizontes de carvão, tanto de um conjunto quanto de outro, ocorrem apenas localmente, em conformidade com os fenômenos que comandaram o equilíbrio da bacia, na qual as zonas de maior ou menor subsidência determinaram o grau de fixação e desenvolvimento da vegetação, no ambiente de deposição das camadas de carvão. a) Camada de carvão Barro Branco As características básicas desta camada implicam em uma maior recuperação do carvão metalúrgico ou betuminoso alto volátil e à persistência em toda a extensão da bacia carbonífera. Segundo Süffart; Caye; Deemon (1977), "a espessura da camada total freqüentemente ultrapassa 1,8 m, contendo 30% a 40% em peso de carvão. Ainda, segundo os mesmos autores, na porção norte da bacia carbonífera, esta camada encontra-se acima da base da formação apresentando até 5 m de espessura, enquanto ao sul da bacia, esta espessura aumenta para até 30 m. A camada Barro Branco atinge uma superfície de 2000 km 2, sendo constituída por leitos de carvão e intercalações de siltitos e folhelhos carbonosos (estéril) na mesma proporção. A espessura do carvão contido na camada está em torno de 1 m, chegando a 1,60 m ao longo do eixo da bacia. A camada total tem em média cerca de 2 m de espessura.

39 27 Nas bordas da bacia a espessura diminui bastante, tornando-se, muitas vezes, antieconômica a sua explotação. A distribuição relativa dos leitos de carvão e intercalações de siltitos e folhelhos mostra uma razoável uniformidade, podendo-se, deste modo, dividir a camada Barro Branco do topo para base em Forro, Quadração, Coringa, Siltito Barro Branco e Banco. Segundo TeichMüller (1982), o carvão obtido da camada Barro Branco é colocado na faixa dos carvões betuminosos de alto volátil A com alto teor de pirita. A gênese desta camada tem sido correlacionada a um ambiente favorável à proliferação de uma vegetação pantanosa, provavelmente em paleo-relevo de caráter lagunar e/ou meandros abandonados, onde o desenvolvimento vegetal ocorreu preferencialmente nas margens menos profundas destas áreas, o que justificaria a sinuosidade e aparente variabilidade dos depósitos. Segundo Nardi (1996), dependendo das condições de aproveitamento na lavra, a mesma pode apresentar teores de cinzas e enxofre mais baixos e poder calorífico mais elevado em relação à camada Bonito. b) Camada Bonito É constituída por dois leitos de carvão, com espessuras desiguais, separadas por um leito de material estéril. A porção superior, denominada camada Bonito Superior, situa-se de 0 a 15 m acima da porção inferior, denominada camada Bonito Inferior, estando separada desta pelo arenito Bonito, e sendo recoberta pelo siltito Ponte Alta. A camada Bonito Superior é constituída quase sempre por um único leito de carvão, em geral leve e brilhante, ou pode estar intercalada por delgadas camadas de siltitos e folhelhos. Segundo Süffart; Caye; Deemon (1977), apresenta uma espessura máxima de 1,11 m de carvão contido.

40 28 A porção central é constituída por material estéril, quase sempre arenito de granulação fina, cinza esbranquiçado, com estratificação cruzada acanalada, micáceo, cálcicos, com lâminas sílticas escuras e restos vegetais, freqüentemente piritoso e contendo, raramente, no topo ou base, siltito ou siltito carbonoso. Segundo Süffart et al. (1977), a espessura do arenito Bonito é muito variável, desde valores menores que 1 m (ao longo da estreita faixa que acompanha o rio Urussanga e a praia litorânea), até valores maiores que 15 m. A partir de furos executados pela Companhia Rio Grandense de Mineração (CPRM), próximo ao Oceano Atlântico, o arenito Bonito pode desaparecer inteiramente, e as camadas de carvão Bonito Superior e Inferior unem-se numa só. Observa-se ainda que, nas áreas onde a camada Bonito Superior é mais espessa, o arenito Bonito é mais fino, acentuando-se assim a relação genética entre ambos. A camada Bonito Inferior apresenta numerosos leitos de carvão e finas intercalações de siltitos e folhelhos, geralmente carbonosos, com raras intercalações de calcário e situa-se estratigraficamente na base do Membro Siderópolis. O carvão representa de 60% a 80% da espessura da camada total. Segundo Süffart; Caye; Deemon (1977), a camada Bonito seria originada de depósitos de mangue, formados após uma regressão marinha, estendendo-se de forma descontínua, desde o rio Capivara, ao norte de Lauro Müller (SC), até as proximidades de Torres (RS). Este carvão possui um teor relativamente alto de pirita e é do tipo siderúrgico betuminoso alto volátil, de qualidade inferior àquele das camadas Barro Branco e Irapuá, descrito por Süffart; Caye; Deemon (1977). Em Santa Catarina é a camada mais espessa, embora a qualidade seja inferior à camada Barro Branco (Sürffat et al, 1997). Permite a produção de carvão energético e metalúrgico, entretanto, até o presente, não tem sido lavrada em grande escala. A recuperação do carvão metalúrgico da camada Bonito inferior é menor que a recuperação das camadas Barro Branco e Irapuá. Entretanto essa recuperação poderá melhorar, britando-se o carvão da camada Bonito a granulações menores (Ø < ½ ) (Nardi, 1996).

41 29 A camada Bonito Inferior é composta por vários leitos de carvão separados por intercalações e folhelhos carbonosos. O estudo de Nardi (1996) apontou que as características do carvão da camada Bonito Inferior variam de norte para o sul. Ao norte (Lauro Müller) o carvão tem menor rendimento para a fração metalúrgica, a qual vai aumentando gradativamente para o sul, sobretudo na área de Araranguá-Torres Formação Palermo Segundo Sürffat et al.(1977), constitui-se de siltitos cinza, bioturbados, próximos à sua base e podem ser encontrados arenitos finos com estratificação cruzada de pequeno porte. Em sua gênese a parte basal deste depósito liga-se a planícies de marés, posteriormente recobertos por uma fase marinha rasa. 2.7 Formação do carvão Segundo Holz e Kalkreuth (1998), a estrutura amorfa dos carvões é resultante das transformações químicas pela ação de bactérias e derivados celulósicos em produtos voláteis e lignina. Segundo Chaves (1972), o rank do carvão é o grau de maturação atingido ao longo de uma evolução geológica, desde o estágio inicial de turfas, até o estágio final de grafite, conforme mostrado na figura 6. Esta maturação é traduzida por um enriquecimento relativo de carbono, diminuição das materiais voláteis contidas do hidrogênio, do oxigênio e de um aumento do poder calorífico. Hagemann; Hollerbach (1979) calculam que uma camada de material vegetal de 2 m fica reduzido a 30 cm no estágio de turfa e a 10 cm no estágio de carvão.

42 30 Plantas terrestres e derivados celulósicos Ar Bactérias Água Decresce H 2 O M.V. % H % O % Ação bactérias e fungos aumento da temperatura e soterramento Turfa Estágios mais evoluidos do carvão Turfa Lighitos Sub- betuminoso Alto vol. betuminoso Médio vol. betuminoso Baixo vol. betuminoso Semi-antracito Antracito Meta-antracito Sedimento Aumenta Densidade % R (Refletância da vitrinita) % C Água P E T R I F I C A Ç Ã O M E T A M O R F I S M O Poder calorífico FONTE: Paul et al., (1990). Figura 6 - Etapas de formação do carvão. 2.8 A estrutura do carvão A heterogeneidade do sistema sólido que constitui os carvões refletem no exame da sua estrutura, os seus elementos constituintes e as características do material de origem, permitindo agrupá-los em tipos relativamente bem definidos, o que de modo algum representa definição de constituição química (Holz; Kalkreuth, 1998).

43 31 Os carvões constituem-se de "uma série de materiais orgânicos sólidos e combustíveis, originados a partir de uma massa vegetal depositada em ambientes subaquáticos que, protegida da ação do oxigênio do ar, sofre gradualmente transformações que a levam para os estágios de turfa, linhito, hulha (carvão betuminoso) e antracito, pelo enriquecimento relativo em carbono fixo (carbonificação) (Gothe, 1993). O exame de superfícies polidas e lâminas delgadas revela a presença de quatro variedades de litotipos com as seguintes características, definidas no trabalho original de Stopes (1919). a) Vitrênio, componente caracterizado por ocorrer em lâminas finas e lenticulares, variando de alguns milímetros a poucos centímetros de espessura, no conjunto das camadas, dotada de grande brilho; este material quebra com fratura concoidal e tem aspecto homogêneo a vista desarmada; ao microscópio revela estrutura de plantas desenvolvidas, é o constituinte mais rico em materiais voláteis e o responsável pelas propriedades coqueificantes do carvão. b) Clarênio, variedade também brilhante, mas de aspecto menos homogêneo e não apresenta fratura concoidal; para muitos autores não constitui variedade definida de constituinte petrográfico do carvão; como a anterior é translúcida no exame ao microscópio. c) Durênio, constituinte duro, compacto e sem brilho, composto de material vegetal em grande proporção formado de esporos, aparentemente sem estrutura organizada, variando sua cor do preto fosco ao cinza escuro. d) Fusênio, material poroso e friável, lembrando no aspecto carvão de madeira e, como tal, riscando com facilidade; é o mais claro dos componentes de carvão, não indo além de um cinza escuro; ao microscópio apresenta-se opaco; não contribui em nada para aumentar o poder aglutinante do carvão, e é no seu seio que se depositam as impurezas minerais, como pirita, argila, calcita, etc. Segundo Chaves (1972), as características petrográficas de um dado carvão fornecem orientação quanto à adequação da sua mistura com outro carvão ou com adições

44 32 inertes, ao seu comportamento à oxidação, e sua variação local pode influir bastante na elaboração do plano de lavra da jazida. Através da análise petrográfica tem-se condições de determinar o conteúdo dos grupos de macerais e da matéria mineral do carvão entre diferentes tipos incluindo pirita, argila, quartzo e carbonato. Quanto aos constituintes microscópicos fundamentais, o Comitê Internacional de Petrografia do Carvão reconhece diferentes macerais, segundo os diferentes organismos que lhes deram origem, caracterizados pela aparência, composição química e propriedades ópticas, os quais são reunidos em três grupos macerais fundamentais. Segundo Chaves (1972), os estudos petrográficos podem ser realizados através de observações macroscópicas, observações de fragmentos grosseiros em secção polida ou em lâmina delgada ou métodos instrumentais aumentando e atingindo um alto grau de satisfação. A macroscopia, segundo Chaves (1972), compreende observações macroscópicas de um carvão e essas observações e identificações se baseiam nas diferenças de brilho dos litotipos entre si e com as impurezas. Conforme tabelas 10 e 11, o vitrênio e o clarênio são brilhantes, enquanto que o durênio e o fusênio são foscos. A pirita é caracteristicamente brilhante e dourada e as cinzas são foscas e brancas. As associações íntimas de cinzas com carvão (carbagilita 2, carbanquerita 3, etc) não podem ser observadas. Em microscopia são feitas observações acima de 100 aumentos para fragmentos de rocha e de 200 a 350 aumentos para lâminas de materiais particulados mais finos. Neste nível, a observação deve ser realizada sobre os macerais ou sobre seus grupos conforme tabela 10, ou ainda sobre os microlitotipos, de acordo com a finalidade do estudo particular que se está levando a efeito. 2 Carbagilita é a associação íntima de argila ou quartzo com o carvão. 3 Carbanquerita é a associação com calcita e carbopirita, que é a associação com pirita (Chaves, 1972 apud Nahuys, 1966).

45 33 Tabela 10 - Macerais e grupos de macerais Grupos de macerais Vitrinita Exinita Macerais Telinita Colinita Origem madeira, cortiça, tecidos corticais géis húmicos Tipos de macerais Telocolinita Gelocolinita Desmocolinita Vitrodetrinita (o resto) Corpocolinita Esporinita Cutinita Resinita Alginita Hipodetrinita esporos de fungos folhas pétalas resinas graxas algas (o resto) Variedade de macerais Cordaittelinita Fungotelinita Xylotelinita Criptocorpocolinita Tenuisporinita Crassiporinita Microsporinita Macrosporinita Criptointosporinita Micrinita detritos 10µm Macrinita Semi-fusinita idem10-100µm Inertinita Fusinita madeira carbonizada Pirofusinita Plectenquiminita Esclerorinita Degradofusinita Corpoesclerotinita Inertodetrinita (o resto) Pseudocorpoesclerotinita FONTE: Mackowsky (1982). Cripto macerais Criptotelinita Criptoexosporinita Tabela 11 - Litotipos e microlitotipos correspondentes. Litotipo Vitrênio = (vitrain) Fusênio = (fusain) Durênio = (durain) Clarênio = (clarain) FONTE: ICCP Handbook (1963). Microlitotipo vitrinita - clarita - vitrinertita - trimacerita Inertita clarita - durita - vitrinertita - trimacerita camadas finas de mistura vitrênio - durênio As características dos microconstituintes do carvão são apresentadas na tabela 12. As análises petrográficas são baseadas na variação dos índices de refração dos macerais com o rank dos carvões - medida qualitativa do amadurecimento (e do conteúdo de carbono) dos carvões.

46 Tabela 12 - Litotipos de carvão. Vitrênio Composição Mecânicas Granulação Densidade Secabilidade Potencial zeta Coque Cz: 0,5 a 1,0% Análise de uma vitrinita: C: 85% H: 5,4% O: 7,6% N: 1,3% S: 1,0% Clarênio Cz: 0,5 a 2% Cz: 1,0 a 5,0% Exinita: C: 80,1% Durênio H: 10,8% O: 7,4% N: 1,2% S: 0,5% Cz: 5,0 a 10% Inertinita: C: 88% Fusênio H: 3,5% O: 7,2% N: 0,7% S: 0,6% FONTE: ICCP Handbook (1963). Sólido com boas propriedades mecânicas, atenuadas por diáclases, resistência duas vezes superior à do fusênio Resistência três vezes superior à do fusênio Muito duro e resistente; resistência dez vezes superior à do fusênio Frágil e mole Concentra nas frações intermediárias Concentra nas frações grossas Concentra nas frações grossas Concentra nas frações finas 1,30 Fácil Negativo decresce de ph 4 até ph 9 1,30 Fácil Negativo 1,25 a 1,45 Difícil 1,40 a 1,60 Difícil Negativo decresce de ph 4,5 até ph 12 Negativo cresce até ph 9 e depois decresce Funde e é responsável pela ligação de coque Funde e desprende muito material volátil Inerte, na coqueificação, desprende muito material volátil Totalmente inerte 34

47 Análise de macerais da camada Barro Branco Segundo Corrêa da Silva; Wolf (1980), o perfil começa com plena formação da camada, sem transição com os sedimentos sotopostos. O microlitotipo mais importante é a trimacerita, que forma a maior parte do carvão. Em amostras com elevado teor em vitrinita, ocorre telinita ao lado da desmocolinita. A camada é rica em megaporos, que podem ser observados, especialmente no setor entre 50 e 70 cm da lapa. Nos estudos realizados por Corrêa da Silva; Wolf (1980) a análise de microlitótipos mostrou que as diferentes partes da camada apresentam também diferentes composições petrográficas. A parte superior do perfil (Forro) é a mais pobre em minerais e a mais rica em inertinita, como mostra a alta percentagem em trimacerita e o relativamente alto conteúdo em durita. O setor médio (quadração) é formado preponderantemente por ganga. Na parte inferior da camada (Banco) o carvão é tão puro quanto no Forro, mas a vitrinita é freqüente Análises de macerais da camada Bonito Pela simples observação superficial, esta camada é formada de carvão muito rico em minerais. O teor de pirita na camada é elevado, pois na clarita e na trimacerita ocorrem globulitos de pirita finamente divididos. Como toda a pirita é de formação sedimentar, ela indica um ambiente fortemente redutor na zona de deposição da camada (Holz; Kalkreuth, 1998). Segundo Corrêa da Silva; Wolf (1980) a análise de microlitotipos mostrou que mais próximo da lapa predominam vitrinita e fusinita. Afastando-se da lapa, a sedimentação do material inorgânico vai aumentado, predominando a clarita e trimacerita.

48 Análise química e física das camadas O teor e constituição química de cinzas, a fusibilidade e o teor de material volátil influenciam no emprego do carvão em qualquer processo ou segmento industrial. Por exemplo, quanto maior o teor de materiais voláteis, menor o grau de carbonização de um carvão, portanto, para utilização em processos de coqueificação, o teor de materiais voláteis deve ser em torno de 10 a 25%, "pois nessa faixa o desprendimento de voláteis dos carvões, na fase plástica, favorece o inchamento e a dilatação, fatores importantes para obtenção do coque" (DNPM, 1999). A análise elementar fornece dados para os consumidores do carvão como combustível, pois é através destes parâmetros que se determina o calor gerado na combustão (DNPM, 1999). O enxofre orgânico ocorre dentro da estrutura do carvão e o enxofre inorgânico ocorre em minerais como pirita, marcassita e melancovita. O enxofre elementar é muito raro Análise imediata e elementar da camada Barro Branco A análise imediata e elementar da camada de carvão Barro Branco e a composição química das cinzas, apresentada nas tabelas 13 e 14, reúne os dados médios dos teores de elementos presentes, obtidos a partir de amostras representativas de ROM e CE 4500 (carvão energético com poder calorífico superior de 4500 kcal/kg e com 43% de cinzas) das minas da região carbonífera de Santa Catarina Caracterização mineral da camada Barro Branco Associados à camada de carvão Barro Branco ocorrem minerais da classe dos sulfetos, predominando a pirita, na forma de nódulos ou disseminada na camada de carvão e rochas encaixantes. Secundariamente, tem-se a ocorrência de massas de calcita, que preenchem fraturas ou fendas associadas a intrusões de diabásio,

49 formando incrustações drusiformes nas paredes das encaixantes. Eventualmente, ocorrem cristais de barita e sulfetos de cobre (Holz e Kalkreuth, 1998). 37 Tabela 13 - Concentração de elementos no carvão CE Elementos CE Elementos (menores em ppm) CE Silício (%) 7,4 Boro 43 Alumínio (%) 5,2 Cobre 32 Enxofre (%) 2,5 Bromo 30 Ferro (%) 2,9 Níquel 30 Potássio (ppm) 9100 Tório 25 Cálcio (ppm) 4300 Selênio 11 Titânio (ppm) 3900 Cobalto 10 Magnésio (ppm) 1700 Bário 7 Sódio (ppm) 730 Berílio 7 Cloro (ppm) 320 Arsênio 2,8 Zinco (ppm) 217 Urânio 2,5 Manganês (ppm) 124 Cádmio 0,9 Vanádio (ppm) 120 Antimônio 0,8 Cromo (ppm) 74 Mercúrio 0,05 Chumbo (ppm) 48 Ouro 0,05 FONTE: Gothe (1993). Tabela 14 - Caracterização físico-química do ROM da camada Barro Branco. Análise imediata e elementar Composição química das cinzas (%) Cinza % 59,6 SiO 2 55,7 Enxofre % 3,8 Al 2 O 3 26,5 Material volátil % 16,5 Fe 2 O 3 7,50 Carbono fixo % 23,9 TiO 2 1,20 Carbono % 30,6 P 2 O 5 0,19 Hidrogênio 2,14 MnO 0,09

50 38 % Nitrogênio % 0,67 CaO 2,30 O + halogênios % 3,76 MgO 0,45 Umidade higroscópica % 1,21 Na 2 O 0,20 FSI 1,0 K 2 O 2,70 HGI 59 SO 3 0,70 PCS kcal/kg Perda ao Fogo 1,20 FONTE: Gothe (1993). a) Sulfetos Ocorrem na forma de pirita (FeS 2 ), mineral opaco metálico reluzente de peso específico 5,02, cor amarela latão e de dureza 6,5 na escala Mohs. Pode ocorrer ainda calcopirita (CuFeS 2 ), de cor amarelo latão mais intenso que a pirita (Holz e Kalkreuth, 1998). b) Sulfatos Ocorrem na forma de cristais jalosita e melantenita. O mineral jalosita é branco com clivagem perfeita, dureza 3 a 3,5 e peso específico 4,5, estando associado à calcita (Holz e Kalkreuth, 1998). c) Carbonatos São representados por calcita e, eventualmente, dolomita (Holz e Kalkreuth,1998).

51 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Etapas do Trabalho Neste item serão 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; 2,0; 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.

52 40 O objetivo desta etapa é unir as frações flutuadas nas densidades (1,40 e 1,50 g/cm³) para separar a fração metalúrgica e unir as frações (1,60, 1,70, 1,80, 1,90, 2,0 e 2,10 g/cm³) 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 (percentual de umidade, percentual de cinzas, percentual de materiais voláteis, percentual de carbono fixo, percentual de enxofre total, índice livre de inchamento (FSI) e poder calorífico superior), bem como estudos de: a) Liberação de enxofre Para determinar o comportamento das duas camadas em termos 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). 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.

53 41 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 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. 3.2 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 7 e fotografias 1 e 2 mostram os locais na bacia de Santa Catarina onde foram colhidas as amostras.

54 42 FONTE: IBGE (1982); UNESC (1996). Figura 7 - Localização geográfica das amostras coletadas.

55 43 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.