EXTRAÇÃO DE ACIDOS HUMICOS A PARTIR DO REJEITO DA CONCENTRAÇÃO DE CARVÃO MINERAL POR DIFERENTES METODOS

EXTRAÇÃO DE ACIDOS HUMICOS A PARTIR DO REJEITO DA CONCENTRAÇÃO DE CARVÃO MINERAL POR DIFERENTES METODOS RENZON COSME 1 EDUARDO BROCCHI 2, DEBORAH DICK 3 1 Departamento de Engenharia de Materiais, PUC-RIO; 2 Instituto de Química, UFRGS; 3 Departamento de Engenharia de Materiais, PUC-RIO

Sumário 1. Introdução/justificativa 2. Objetivos 1. Objetivo geral 2. Objetivos específicos 3. Planejamento experimental 4. Materiais e métodos 1. Sínteses 2. Caracterização 5. Resultados e Discussões 6. Agradecimento

1.- Introdução Apesar do carvão causar graves impactos ao meio ambiente, ele é uma importante fonte geradora de energia, onde as principais razões são: Grande abundância de reservas; Distribuição geográfica das reservas; Possui um baixo custo e estabilidade nos preços, comparados a outros combustíveis. Mais recente, no Brasil em particular, voltou a despertar interesse de estudos alternativos para o carvão(novos tratamentos,otimização do uso, controle ambiental, aproveitamento de rejeitos), pelo CNPq criando o programa rede carvão. Carvão vão durar pelo menos nos próximos 119 anos Combate às mudanças climáticas vai custar um acréscimo de US $ 4.7trillion entre 2010 e 2050, sem a CAC. Usinas de carvão do século 21 emitem 40% menos CO2 do que as usinas de carvão do século 20 A utilização do carvão aumentará 53% nos próximos 20 anos

Fonte: BP 2008 1.- Introdução

1.- Introdução No processamento do carvão mineral brasileiro: 50 60% de carvão (ROM) é descartado-rejeito. Os depósitos de Rejeito de carvão tem presença de pirita (FeS2) = DAM Contaminação da água e solo

Rejeito de Carvão = novo mineiro 1.- Introdução Rejeito podem conter teor de pirita entre 60 70% Beneficiamento: Concentrados com elevado teor (> 90% FeS2) Alternativa para o meio ambiente e econômico a produção dos Ácidos Humicos

1.- Introdução Os Acidos Humicos(AHs), na atualidade, têm uma grande importância devido às funções de disponibilidade de nutrientes, atuando como agente quelante ou transportador e distribuidor de cátions. O AH é produzido naturalmente pela decomposição da matéria orgânica e pela atividade dos microorganismos que aceleram a produção de húmus (substancias humicas (AH, AF e Humina)). No presente trabalho o AH é obtido partir de carbono elementar condensado, que sem a presença de microorganismos, vai ser oxidado com oxidantes fortes e métodos que acelerem a produção de AH.

a. fonte de nutrientes para as plantas b. retenção de cátions c. complexação de elementos tóxicos d. complexação de micronutrientes e. estabilidade da estrutura do solo f. infiltração e retenção de água ate 20 vezes seu peso g. aeração h. atividade microbiana i. seqüestro do CO 2 1.- Introdução

2 - Objetivo 2.1 Objetivo geral Avaliar a produção de Ácidos Humicos a partir da oxidação do rejeito de carvão mineral, através de processamentos Fisioquímicos, eletroquímico e Alta pressão. 2.2 Objetivos específicos Realizar a sínteses das Substancias Húmicas usando processo físico-químico, (oxidação com acido nítrico); Realizar a sínteses das Substancias Húmicas usando processo eletroquímico, (eletrooxidação ); Realizar a sínteses das Substancias Húmicas usando processo alta pressão, (reator batelada);

eletroquímica 3.- Planejamento Experimental Carvão mineral Rejeito de Carvão Mineral moagem peneiração Alta Pressão SINTESES Processo Fisioquímico PURIFICAÇÃO CARACTERIZAÇÃO

Sínteses por eletroquímica 4.- Materiais e Métodos Temperatura (25 80 100 0 C) A concentração do eletrólito (H 2 SO 4 ) (10-20 - 40 %) Tempo 5 12 24 Hr Tipo de eletrodo Pt Pt/Ir). Tipo de solução eletrólito H2SO4, H2SO4 Fe +2 e Fe+3 NaOH Cátodo Ánodo Referencia partículas < 250mesh, massa 5Kg, 400 ml eletrólito

4.- Materiais e Métodos Sínteses por Alta Pressão Temperatura (100 150 200 0 C) concentração do álcali (NaOH) (0,1-0.5-1 M) Tempo 2 5 10Hr partículas < 250mesh, soluções HCl, NaOH, HNO3 Pressão Max. = 3000 psig Temperatura Max. = 350 0 C Agitação Max = 600 rpm Volumen max = 600 ml

Sínteses por Processos Químicos Volumem (30 50 80) 4.- Materiais e Métodos concentração de Oxidante (HNO 3) (10-20 40 %) Tempo 2 5 10 Hr partículas < 250mesh, soluções de HCl, HNO3, H2SO4 e NaOH

Carvão oxidado Técnica Convencional da Obtenção de ácidos Húmicos IHSS =International Humic Substance Society Method Fonte: Stevenson 1994

4 Resultados e Discussões Processos Químicos - mecanismo 40%, 5 Hr, 50ml

Eficiência (%) Eficiência (%) 18 25 16 14 20 AH-HCL 12 10 8 AH 15 10 AH-H2SO4 AH-NAOH 6 AH-HNO3 4 5 2 0 HNO3 Soluções HCl H2SO4 NaOH 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Concentração (%) Parâmetros Otimizados Temperatura (ebulição), 5Hr, <250mesh partículas, 1N, 50mL - NaOH Temperatura (ebulição), 5Hr, <250mesh partículas, 40%, 50mL H2SO4, HCl, HNO3

Eficiência (%) Eficiência (%) 4 Resultados e Discussões Eletroquímica Parâmetros ótimos forem: H 2 SO 4 (40%) e NaOH 1N, 80 O C, 400mL de solução e 1,2V(V Vs SCE) no anodo, Pt eletrodo. 16 14 12 10 8 6 4 2 NaOH-ELE H2SO4-ELE H2SO4-ELE-Fe+3 H2SO4-ELE-Fe+2 0 0 5 10 15 20 25 16 14 12 10 8 6 4 2 0 H2SO4 Soluções H2SO4 + Fe+2 H2SO4 + Fe+3 NaOH AH Tempo (h) Curvas de polarização de 0,02 g/ml carvão (40% H 2 SO 4, 0,2M Fe(III) e 0,2M Fe(II)) em correntes que variam de 0,1 a 0,4 ma, e a temperatura de operação de 80 C.

4 Resultados e Discussões Eletroquímica mecanismo Proposta

Eficiência (%) Eficiência (%) 4 Resultados e Discussões Pressão Parâmetros otimizados: 5Hr, 250mesh; 1N NaOH; 0,5N HCl, 200 0C 12 AH 16 14 12 8 10 8 AH-NaOH 4 6 4 AH-HCl 2 0 NaOH Soluções HCL HNO3(0,01N) HNO3(0,05N) 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Concentração (mol/l)

4 Resultados e Discussões Analises Espectroscópico Espectros de CP/MAS 13C NMR de AH, obtidos pelos métodos de PQ, ELE e PRESS, na solução de HCl e NaOH

5 Conclusões

5 Conclusões A oxidação do RJ com os métodos (PQ, PRESS e ELE) para a obtenção de AH, apresentaram eficiências maiores em relação ao método da IHSS. O método PQ-HNO 3 apresentou maior eficiência (20,18%) de AH em relação aos demais métodos, com os parâmetros otimizados. Conclui-se que a concentração e a temperatura influenciaram significativamente na produção do AH. Os resultados obtidos com o método PRESS indicaram que a pressão teve influência significativa na produção de AH, com todas as soluções (NaOH, HCL e HNO 3 ). Neste último caso, obteve-se uma eficiência de 4,19% AH, com pressão a 18 bar (PRESS) e 1,05% AH sem pressão (1bar) e temperatura de ebulição (PQ). O método ELE apresentou uma eficiência de 11,97% superior ao produzido pelo método PQ (7,1%), na produção de AH, com a mesma solução H 2 SO 4. Ao adicionar íons Fe +2 e Fe +3, aumentou-se significativamente a eficiência da produção de AH em relação aos demais métodos (PQ e PRESS). No análise de 13C RMN verificou-se que o CARVAO FOI FUNCIONALIZADO em sua estrutura.

6 Agradecimento

OBRIGADO