1

Camadas Inferiores e Superiores da Jazida de Candiota, RS –

Caraterização Geológica, Petrológica, Química e Ensaios de Reatividade e

Beneficiamento Visando a Geração de Energia Elétrica

Kalkreuth W.¹, Lunkes K. M.¹, Oliveira J.¹, Hidalgo G.², Ghiggi M. L.², Osório E.²,

Souza K.³, Sampaio C.³

¹Laboratório de Análise de Carvão e Rochas Geradoras de Petróleo – Inst. de Geociências, UFRGS,

²Laboratório de Siderurgia – Centro de Tecnologia, UFRGS,

³Laboratório de Processamento Mineral – Centro de Tecnologia, UFRGS

RESUMO

Na jazida de Candiota, RS, Brasil, as camadas Candiota Superior e Inferior são utilizadas para a geração

de energia elétrica. O presente estudo caracteriza as outras camadas do depósito, que incluem as camadas

superiores (S1-S9), a camada BL e as camadas inferiores (I1-I5), ainda não caracterizadas para o uso

termelétrico. Para o andamento do estudo, foram utilizadas amostras de carvão de oito furos de sondagem

realizados pela CRM em 2008. Foram identificadas 95 camadas de carvão nos oito furos com espessuras

variando entre 0,08-1,52 m.

Análise Estratigráfica. Quatro principais ambientes deposicionais foram identificados: leque aluvial,

sistema fluvial, laguna barreira e marinho raso com o desenvolvimento das camadas de carvão ocorrendo no

trato de sistemas transgressivo, trato de sistemas de nível alto e trato de sistemas de nível baixo.

Análises Petrográficas e Químicas. As análises petrológicas revelaram que o maceral com maior

abundância é a vitrinita, seguido pela inertinita e liptinita. O valor médio da reflectância da vitrinita (Rrandom%)

indicou um valor de 0,41Rr(%), correspondendo a um rank sub-betuminoso. O teor médio das cinzas ficou em

50% em peso. A matéria volátil apresentou resultados que variam entre 31,7-63,4% (d.a.f). A análise elementar

revelou resultados de carbono (% em peso) variando entre 12,3-47,3%, hidrogênio variando entre 1,9-4,8%,

nitrogênio variando entre 0,25-1,05% e enxofre variando entre 0,32-9,8%. O poder calorífico recalculado em

uma base seca e livre de cinzas varia entre 2654-6854 cal/g. Baseado na análise de difratometria de raios x, os

minerais mais abundantes no carvão são quartzo, caolinita, ilita e k-feldspato.

Análise de Reatividade. A análise termogravimétrica aplicada a 14 amostras mostrou que existem

diferenças de combustibilidade entre algumas camadas do furo 364, sendo as maiores diferenças encontradas

entre as camadas S8 e BL. Já a camada I2 apresentou praticamente a mesma combustibilidade nos furos

364,369,371 e 372.

Ensaios de beneficiamento. A partir dos ensaios de afunda-flutua e análises imediata e elementares,

foram elaboradas as curvas de lavabilidade para todas as camadas superiores e inferiores (> 20 cm espessura).

Essas curvas foram plotadas nas faixas granulométricas -25,4 +2,0 mm e -2,0 +0,1 mm, tanto para o teor de

cinzas como para o teor de enxofre total. Tais curvas forneceram informações determinantes para um possível

beneficiamento gravimétrico para ambas as faixa granulométricas. No entanto, o desempenho de tal

beneficiamento dependerá principalmente do valor de NGM e do corte densimétrico de cada camada, que são os

principais parâmetros analisados. Além disso, tal estudo mostra altas recuperações mássicas teóricas dessas

camadas nas faixas granulométricas determinadas e com baixos valores de enxofre total em qualquer corte

densimétrico. No entanto, para isso, as frações mais densas não seriam consideradas.

Conclusão. Os resultados de análises químicas, petrológicas e ensaios de reatividade e beneficiamento

mostram que as camadas não mineradas de Jazida de candiota apresentam potencial para o uso energético.

Palavras chave: combustão, Candiota, camadas inferiores, Banco Louco, camadas superiores.

1. INTRODUÇÃO

No Brasil, as principais jazidas carboníferas estão situadas na Bacia do Paraná,

englobando os estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná. As reservas medidas

no Bacia do Paraná representam aproximadamente 32 bilhões de toneladas, sendo que 89%

destas localizam-se no estado do Rio Grande do Sul.

2

A jazida de carvão de Candiota (figura1) localiza-se na Depressão Periférica, uma

faixa aflorante de rochas sedimentares da Bacia do Paraná no estado do Rio Grande do Sul,

com ocorrências de carvão na Formação Rio Bonito, sendo-lhe atribuída a idade de Permiano

Inferior. A jazida de Candiota é o maior depósito de carvão do país com reserva medida em

1.7 bilhões de toneladas (Informativo Anual da Indústria Carbonífera, 2000). Junto a mina de

Candiota localiza-se a usina termoelétrica Presidente Médici com capacidade de 446MW. Já

foi aprovada a construção da fase C da Usina que terá capacidade de 350MW. Para

disponibilização de uma maior oferta de carvão para estes e outros projetos termoelétricos é

necessário um conhecimento de todas as camadas de carvão que constituem a jazida.

Atualmente são exploradas duas camadas de carvão, com aproximadamente 2 m de

espessura, intercalados por uma camada de argilito de 61 cm, os quais são denominados de

―Camada Candiota Superior‖ e ―Camada Candiota Inferior‖. Estas camadas são mineradas

pela CRM, firma estatal detentora dos diretos de lavra da jazida. As outras camadas do

depósito, S1-S9, Banco Louco (BL) e I1-I5, não exploradas, ainda não foram completamente

caracterizadas para o uso termoelétrico. Estudos preliminares destas camadas acerca das

propriedades químicas e petrológicas foram realizados por Holz & Kalkreuth (2004) e

Kalkreuth et al. (2006).

O principal objetivo deste estudo é a realização de um estudo integrado abrangendo os

aspectos geológicos, determinação das propriedades químicas e petrográficas das camadas,

ensaios de reatividade (combustão) e ensaios de beneficiamento das camadas superiores e

inferiores da jazida de Candiota, visando avaliar o seu potencial para a geração de energia

elétrica. O estudo contempla as seguintes etapas:

Figura 1. Posicionamento dos furos de sondagem utilizados neste estudo.

Fonte: Silva & Kalkreuth (2005), modificado.

3

2. AMOSTRAGEM E METODOLOGIA

2.1 Amostragem

Para o andamento do estudo, foram utilizadas amostras de carvão de oito furos de

sondagem de diâmetro de 3‖ realizados pela CRM em 2008 distantes aproximadamente 1km

um do outro (figura 1). Foram identificadas 95 camadas de carvão nestes oito furos com

espessuras variando entre 0,08-1,52m entre profundidades de 4 a 69 m. Após a coleta dos

testemunhos, as camadas de carvão foram separadas e preparadas para posteriores análises

químicas, petrológicas, testes de combustão e ensaios de beneficiamento.

2.2 Análise estratigráfica

Após a análise sedimentológica e faciológica dos testemunhos de 8 sondagem,

estabeleceu-se uma tabela de fácies. Em seguida, estas foram agrupadas em associações de

fácies, as quais foram agrupadas em ambientes de sedimentação (Tabela 1). Os conceitos da

estratigrafia de seqüências segundo Wilgus et al.,(1988) foram utilizados neste trabalho. As

superfícies cronoestratigráficas são visíveis na seção dip da área de estudo (Fig. 2).

2.3 Análises petrológicas e químicas de carvão

O rank das camadas de carvão foi estabelecido pelas medidas aleatórias da reflectância

da vitrinita seguindo procedimentos padrões (ISO 7404/5, 1994). A composição petrográfica

das camadas foi determinada pela análise dos macerais usando a norma ISO 7404/3, 1984. A

identificação dos macerais foi realizada conforme ICCP (1963,1998,2001).

As análises químicas incluíram análise imediata para determinação dos teores de

umidade, cinzas e matéria volátil seguindo as normas ASTM D 3173, D 3174 e D 3175. A

análise elementar para determinação de carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre seguiu o

procedimento analítico descrito na norma ASTM D 5373. O poder calorífico expresso em

cal/g seguiu a norma ASTM D 2015.

2.4 Metodologia dos Testes de combustão por TGA

Os testes de reatividade foram realizados em subamostras dos testemunhos de

sondagem das camadas S3, S4, S5, S6, S7, S8, BL, I1, I2, I3, I4 do furo 364 e da camada I2

dos furos 369, 371 e 372 para obter o perfil vertical e horizontal da área em estudo.

As subamostras de carvão recebidas foram cominuídas conforme a norma ASTM

D2013-03 até -0,25mm. Para a análise termogravimétrica, fez-se o quarteamento e a

homogeneização da amostras até a obtenção de uma massa de 10g. Essa massa de amostra foi

moída em gral de ágata até uma granulometria de -75µm e homogeneizada.

Os testes de combustão não-isotérmicos foram executados numa termobalança

Netzsch STA409C, em amostras de 30mg, espalhadas num cadinho prato de diâmetro de

17mm. As condições dos testes foram: intervalo de temperatura de 30 até 1000°C, vazão de ar

de 50ml/min, taxa de aquecimento de 25°C/min, com patamar de 5 minutos em 110°C para

medida da perda de umidade. Os testes foram realizados em duas vias para uma repetibilidade

de +5°C e em mais vias para amostras que não apresentaram tal condição.

A partir do perfil de combustão (curva DTG x T) das amostras, foram determinadas a

reatividade em ar em cada ponto, conforme a equação da taxa, e as temperaturas

características (Figura 2) que são descritas a seguir (Alonso, 2001):

dt

dm

m

1R

0

4

Equação da taxa, onde R é a reatividade ao ar em min-1

, e m0 é a massa inicial em mg,

ambas em base seca e isentas de cinzas;

Ti = temperatura inicial de queima, correspondente a 20%de Rmáx [°C];

Tp = temperatura de pico, correspondente à Rmáx [°C];

Tf = temperatura de final de queima [°C], extrapolada a partir da inclinação do perfil de

combustão;

Rmáx = Taxa máxima de reação, em base seca e isenta de cinzas [min-1

].

Figura 2. Reatividade ao ar em função da temperatura

2.5 Preparação e caracterização das amostras para ensaios de beneficiamento

Inicialmente, as amostras de carvão foram britadas para a obtenção de um top size de

25,4 mm. Após a britagem, elas foram quarteadas visando sua adequada homogeneização e

consequentemente, caracterização e comparação

2.5.1 Análise densimétrica

Para a análise densimétrica das amostras, foram realizados os ensaios de afunda-

flutua. Para isto foram definidas duas faixas granulométricas: uma para amostras passantes

em 25,4 mm e retidas em 2,0 mm (-25,4 +2,0 mm), considerando-se a faixa de partículas

grosseiras (denominada de faixa A), e outra para amostras passantes em 2,0 mm e retidas em

0,1 mm (-2,0 +0,1 mm), considerando-se a faixa de partículas finas (denominada de faixa B).

As amostras abaixo de 0,1 mm foram desconsideras por serem partículas muito finas. Para a

realização dos ensaios foram utilizadas misturas de líquidos orgânicos tais como: Benzeno

(C6H6 - 0.9 g/cm³), Tetracloroetileno (C2Cl4 - 1.6 g/cm³) e Bromofórmio (CHBr3 - 2.9 g/cm³),

nos intervalos densimétricos de 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0; 2,2 e 2,4 g/cm³.

2.5.2 Análise imediata e elementar

Para cada fração densimétrica, tanto na faixa granulométrica -25,4 +2,0 mm como na -

2,0 +0,1 mm, foram realizados ensaios de análise imediata em base seca (NBR 8289, 8290,

8293, 8299) e análise elementar utilizando-se o equipamento da marca Vario Macro,

conforme a norma ASTM D5373/93.

2.5.3 Curvas de lavabilidade

As curvas de lavabilidade de Henry-Reinhardt tais como: curva dos flutuados, curva

dos afundados, curva densimétrica e curva NGM foram elaboradas para as amostras

resultantes dos ensaios de afunda-flutua (Sampaio e Tavares, 2005). Tais curvas foram

5

plotadas tanto em função do teor de cinzas como em função do teor de enxofre total para as

duas faixas granulométricas determinadas (A e B). A partir dessas curvas, foi gerada uma

curva média, para uma melhor visualização e interpretação dos parâmetros de recuperação

teórica em cada faixa densimétrica, além do teor e densidade de corte e separabilidade do

carvão.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Análise estratigráfica

Neste estudo foram reconhecidas e interpretadas nove fácies sedimentares através da

descrição detalhada de testemunhos de oito furos de sondagens. Após a caracterização de cada

fácies e interpretação dos seus processos geradores, foi possível a agrupá-las em associações

com relações genéticas. Dessa forma foram possíveis o reconhecimento e entendimento

espacial acerca dos sistemas deposicionais envolvidos e dos subsistemas e também da

acumulação das turfeiras percurssoras das camadas da jazida de Candiota.

A Tabela 1 apresenta as fácies pertencentes a cada associação, bem como as

associações estabelecidas, os sistemas deposicionais e sub-sistemas reconhecidos. Também

relaciona os ambientes e as subseqüentes camadas de carvão formadas.

Tabela I: Fácies que compõem as associações de fácies, os sub-sistemas e sistemas deposicionais nos

furos de sondagem estudados na região de Candiota, modificado de Oliveira and Kalkreuth (2010)

Fácies Associação de

fácies Sub-sistema

Sistema

Deposicional

Geometria das

camadas

Conglomerado suportado pela matriz

(Gm), Diamictito (D) A Leques Aluviais Aluvial -

Arenito com estratificação cruzada

acanalada ou planar (St) B Canal

Fluvial

-

Diamictito (D), Siltito Linsen(Ml),

Siltitos, siltitos carbonosos e carvão (CC) C Planície de Inundação

Delgadas e

descontínuas.

Incluem as

camadas

inferiores

Siltitos, siltitos carbonosos e carvão (CC),

Siltito Linsen(Ml) D Laguna

Barreira –

Laguna

Espessas e

contínuas.

Incluem as

camadas

superiores, BL,

CCS e CCI

Arenito com estratificação cruzada

acanalada ou planar (St) E Barreira Litorânea -

Arenito com estratificação cruzada de

baixo ângulo (swash cross stratification)

(Ss)

F Foreshore

Marinho Raso

dominado por

ondas

-

Arenito com acamadamento flaser (Sf) G

Shoreface

Superior -

Arenito com acamadamento wavy (Sw) H Médio -

Siltito Linsen(Ml), Siltito linsen com

climbing ripples (Ms) I Inferior -

6

O arcabouço cronoestratigráfico proposto para a àrea de estudo na região de Candiota

foi estabelecido através da correlação entre as associações de fácies e dos sistemas

deposicionais em uma seção no sentido dip (Fig. 3), utilizou-se os conceitos da Estratigrafia

de Seqüências (Wilgus et al.,1988) como ferramenta de análise estratigráfica.

Foram reconhecidas as principais superfícies estratigráficas limítrofes: Limite de

Seqüência (LS), Superfície Transgressiva (ST) e a Superfície de Inundação Máxima (SIM).

Os Tratos de Sistemas foram a partir daí definidos e identificados: Trato de Sistemas de Nível

Baixo (TSNB), Trato de Sistemas de Transgressivo (TST), Trato de Sistemas de Nível Alto

(TSNA). Foram identificados 6 parassequências no intervalo estudado (Fig. 3).

Figura 3: Seção de correlação estratigráfica Dip NW-SE. Arcabouço estratigráfico das Sequências

deposicionais 2 e 3 da região de Candiota, nos furos de sondagem utilizados neste estudo. As camadas inferiores

1 a 5 ocorrem na PS1; as camadas CCI, CCS, BL ocorrem na PS2; as camadas superiores S3-S9 ocorrem na PS3

– PS5. A= tamanho de grão argila, St= tamanho de grão siltito, Af= tamanho de grão areia fina, Am= tamanho

de grão areia média, Ag= tamanho de grão areia grossa, Cg= tamanho de grão conglomerado. Conglomerado

suportado pela matriz (Gm), Diamictito (D) Arenito com estratificação cruzada acanalada ou planar (St) Siltito

Linsen(Ml), Siltitos, siltitos carbonosos e carvão (CC) Arenito com estratificação cruzada de baixo ângulo

(swash cross stratification)(Ss) Arenito com acamadamento flaser (Sf) Arenito com acamadamento wavy (Sw)

Siltito linsen com climbing ripples (Ms). Modificado de Oliveira and Kalkreuth (2010)

7

3.2 Análises petrográficas e químicas

Os resultados na análise petrológica (Figura 4 A e B) mostraram que, em geral, as

camadas apresentaram altos conteúdos de vitrinita, seguido de inertinita e liptinita, enquanto

as camadas S8, S9 e Banco Louco mostraram mais altos conteúdos de inertinita (Figura 4A),

principalmente na forma de fusinita e semifusinita. As medidas de reflectância da vitrinita

indicaram para as camadas superiores e inferiores valores médios entre 0,38 % e 0,47 %

Rrandom.

A análise química revelou que todas as amostras tiveram resultados do teor de cinzas

típicos dos carvões da Bacia do Paraná, idade Permiana, variando entre 38,7 até 55,2 % em

peso (Tabela II). Os valores de umidade variam entre 3,7 % e 11,1 %. Matéria volátil variou

entre 13,5 % e 29,5%. Na análise elementar, o teor de enxofre mostrou valores relativamente

baixos comparados a outros carvões nacionais, com teores médios de 1,89 % e uma variação

entre 0,41 % e 8,08 % (Tabela II). O poder calorífico obteve resultados variando entre 841 e

3727 cal/g, com valor médio de 2538 cal/g. Os resultados da difração de raios x mostram

abundância de quartzo, caolinita, ilita e feldspato alcalino nas camadas superiores, banco

louco e nas camadas inferiores.

Figura 4. Diagramas ternários mostrando A) a composição petrográfica dos grupos de

macerais nas camadas superiores e Banco Louco; B) a composição petrográfica dos grupos de

macerais nas camadas inferiores. Os valores representados mostram valores médios das

camadas. S2-S9= camadas superiores; BL=camada Banco Louco; I1-I5= camadas inferiores.

8

Tabela II: Características químicas e petrológicas e espessuras para as camadas superiores, BL e inferiores encontradas nos oito furos

da Jazida de Candiota

Camada Espessura (m) Cinzas (w%) Matéria Volátil (%) Enxofre (%)

Poder Calorífico

(cal/g) Inertinita (%vol) Reflectância (%)

Mín. Máx. Média Mín. Máx. Média Mín. Máx. Média Mín. Máx. Média Mín. Máx. Média Mín. Máx. Média Mín. Máx. Média

S2* 1,38 1,50 1,44 39,4 39,4 39,4 21,0 21,0 21,0 4,71 4,71 4,71 3227 3227 3227 24,0 24,0 24,0 0,38 0,38 0,38

S3 0,09 1,05 0,50 29,0 51,0 38,7 16,7 29,5 22,6 0,68 3,00 1,55 2451 2994 2797 15,4 24,2 20,3 0,39 0,41 0,40

S4 0,25 1,04 0,57 39,3 62,3 48,8 14,7 21,1 18,8 0,65 6,48 1,97 1402 3062 2223 16,0 31,6 24,2 0,37 0,43 0,40

S5 0,22 1,48 0,78 40,1 58,4 51,9 16,6 20,5 18,9 0,55 3,39 2,01 1615 2764 2307 15,8 31,2 22,3 0,40 0,44 0,41

S6 0,08 1,51 0,84 36,7 52,7 46,3 19,3 20,9 20,1 0,68 3,05 2,10 2314 2987 2619 13,8 22,2 17,3 0,40 0,44 0,41

S7 0,08 0,45 0,25 43,1 59,0 51,3 16,3 21,5 18,5 0,41 2,12 1,14 1287 2365 1910 14,0 47,4 23,9 0,36 0,43 0,40

S8 0,08 0,75 0,41 33,7 67,0 48,7 15,6 19,4 17,3 0,77 4,33 1,71 2062 2220 2130 11,2 48,4 30,9 0,36 0,41 0,39

S9 0,09 0,60 0,30 41,6 74,2 55,2 13,5 20,6 17,6 0,43 1,75 0,92 841 2467 1844 15,8 55,8 37,4 0,38 0,44 0,41

BL 0,21 0,85 0,67 41,7 49,3 46,0 18,4 21,9 19,9 0,47 3,66 1,26 2451 3456 3051 36,4 54,2 44,6 0,40 0,45 0,42

I1 0,10 1,26 0,70 50,0 57,6 54,2 18,7 22,4 20,4 0,49 8,08 2,58 2043 2669 2370 14,0 25,2 20,5 0,33 0,44 0,40

I2 0,90 1,59 1,19 36,5 71,2 52,7 15,1 21,6 19,9 0,53 7,63 2,17 1098 2913 2390 15,4 23,2 20,5 0,36 0,45 0,40

I3 0,14 1,59 0,56 33,9 51,0 45,1 20,1 25,1 23,4 0,71 1,68 1,08 2672 3727 3158 10,3 22,6 16,4 0,39 0,46 0,41

I4 0,67 1,75 1,13 43,0 52,8 47,2 21,0 25,8 22,8 0,87 2,59 1,58 2304 3312 2951 16,2 24,4 20,6 0,39 0,44 0,41

I5 0,33 0,71 0,50 44,0 58,1 51,0 18,1 24,1 21,1 1,07 2,35 1,71 1821 3277 2549 16,0 22,0 19,0 0,37 0,47 0,42

* Evidenciou-se a ocorrência da camada S2 somente no furo F371

3.3 Ensaios de Reatividade

A Figura 5 apresenta os resultados dos testes de combustão não-isotérmicos realizados

nas amostras das camadas do furo 364 do carvão da mina de Candiota. Os perfis de

combustão das amostras mostram:

- Ti, temperaturas de início de combustão entre 321 e 338 °C, tanto para as camadas S (S3 a

S8) como para as camadas I (I1 a I4); a camada BL apresenta uma temperatura inicial maior

do que a das outras camadas (380°C);

- Tp, temperaturas de pico ou de reatividade máxima entre 385 e 450°C para as camadas S e

entre 433 e 453°C para as camadas I; a temperatura de pico da camada BL é superior a das

outras camadas (480°C);

- Tf, temperatura final de combustão entre 557 e 588°C para as camadas S e entre 575 e

604°C para as camadas I; a camada BL tem a menor temperatura final (535°C);

- Rmáx, reatividades máxima entre 0,17 e 0,23 min-1

; a camada BL que possui a maior

reatividade (0,28 min-1

).

Cabe citar que a reatividade máxima neste tipo de teste está relacionada à amplitude do

intervalo de combustão (Tf-Ti). Quanto menor este intervalo, maior é a reatividade máxima

(Osório, 2008). Na figura 5, pode-se observar o menor intervalo de combustão da camada BL

e uma leve tendência de aumento na temperatura de pico da camada superior para a inferior.

Figura 5. Temperaturas características de combustão e reatividade máxima das

camadas do Furo 364 - as retas são linhas de tendência.

Nos testes de combustão do carvão, as temperaturas características crescem com o aumento

do rank, sendo que os aumentos são maiores até refletâncias da ordem de 0,8% segundo o

trabalho de Alonso, (2001). A Figura 6 mostra as temperaturas características em função da

refletância aleatória média das vitrinitas (Rrandom). Observa-se que para a variação de

refletância de 0,36% para 0,46% Rrandom nas camadas do carvão Candiota, há uma

10

tendência muito pequena de aumento nas temperaturas inicial e de pico com o aumento de

rank, porém há uma tendência de decréscimo na temperatura final.

Figura 6. Temperaturas características das amostras do furo 364 em

Função da variação de rank – as retas são linhas de tendência.

Para as mesmas condições de combustão e carvões de rank similar, como é o caso das

camadas do carvão Candiota, as variações nas temperaturas características e no intervalo de

combustão dependem mais das diferenças encontradas na distribuição maceral dos carvões.

Segundo Milligan (1997), essas heterogeneidades produzem diferentes propriedades físicas e

químicas que refletem no comportamento de combustão. Vitrinitas são mais reativas que

inertinitas devido à menor aromaticidade, enquanto que liptinitas têm temperaturas mais

baixas de ignição devido ao maior rendimento em matéria volátil. Também dentro dos grupos

macerais existem diferenças de reatividade. Porém, a combustão do carvão como um todo

depende das interações que ocorrem entre os macerais, sendo a presença da liptinita

importante para essas interações porque estas ocorrem via liberação de voláteis.

Como a temperatura de pico é usada para avaliar a combustibilidade do carvão,

embora não se possa comparar ao processo industrial porque a taxa de aquecimento é baixa

(Alonso, 2001), existem diferenças de combustibilidade entre algumas camadas. Em ordem

decrescente de combustibilidade: S8> S7=S6>S4=I3>S3=I1=I2=I4>BL. A camada S5 não

apresentou boa repetibilidade e não foi utilizada nesta análise.

A figura 7 mostra as curvas de reatividade em função da temperatura para algumas

camadas com combustibilidade similar (figura 7ª, c, d), e camadas com combustibilidades

distintas (figura 7b), todas comparadas à camada I2 do Furo 364. A amostra da camada BL

(Rr=0,45%) tem um dos teores mais baixos de vitrinita (24,2%) e os teores mais altos de

liptinita (19,8%) e de inertinita (56%). O teste de combustão indica que essa amostra tem

temperaturas inicial e de pico mais altas e, em conseqüência, uma menor combustibilidade.

Isto pode ser devido ao maior rank (Rrandom=0,45%), porém a amostra apresenta uma

temperatura final mais baixa que as demais amostras. O teor alto de inertinita associado aos

teores mais altos de liptinita e mais baixos de vitrinita resultam num menor intervalo de

combustão e em reatividade máxima mais alta (Figura 7b). Isto poderia justificar a tendência

de queda na temperatura final com o aumento de rank. Por outro lado, a camada S8

(Rrandom=0,41%) é a que possui maior combustibilidade e embora tenha um teor de

inertinita (51Vol%) bem próximo da amostra BL, seu comportamento é bem distinto. Seu

perfil de combustão apresenta uma inflexão em torno de 460-470°C (Figura 7b), indicando a

presença de inertinitas de graus diferentes de oxidação. Outras amostras também apresentam

esta inflexão (S5,S6,S7), mas em menor proporção.

11

Os testemunhos de sondagem escolhidos para o estudo de reatividade da jazida na

direção horizontal foram os da camada I2 (Furos 364, 369, 371 e 372) devido a homogênea

continuidade lateral. Os resultados dos testes de combustão não isotérmicos, apresentados na

figura 7 d e figura 8, mostram que as amostras têm um comportamento similar. A temperatura

de pico é a mesma para as amostras dos furos 364, 369 e 372. A amostra do furo 371

apresenta uma temperatura de pico um pouco menor (10°C), embora tenha refletância maior

(0,45%Rrandom), comparada com as demais amostras (0,39-0,40%). A reatividade maior da

amostra I2 do furo 364 está relacionada com o menor intervalo de combustão. Essas pequenas

mudanças de comportamento se devem a pequenas variações na composição e/ou distribuição

maceral.

Figura 7. Curvas de reatividade em função da temperatura; (a) amostras S3,I1,I2,I4- furo 364

com mesma Tp; (b) amostras S4 e I3 e (c) diferenças na combustão das amostras S8 e BL,

comparadas a I2- furo 364; (d) amostras da camada I2 dos furos 364, 369, 371 e 372.

Figura 8. Temperaturas características de combustão e reatividade máxima

da camada I2 dos Furos 364, 369, 371 e 372 - as retas são linhas de tendência.

12

3.4 Ensaios de beneficiamento

3.4.1 Análises imediata e elementar das amostras brutas

A Tabela III mostra os resultados obtidos das análises imediata e elementar das

camadas superiores (S2-S9), BL e inferiores (I1-I5). Tais resultados são as médias obtidas de

cada camada.

Tabela III. Média dos teores das camadas superiores, BL e inferiores (amostras brutas).

CAMADAS SUPERIORES, BL e INFERIORES - MÉDIA DOS TEORES

CAMADA S2 S3 S4 S5 S6 S8 S9 BL I1 I2 I3 I4 I5

An

áli

se

Imed

iata

Cinzas (%) 47,2 57,1 56,2 59,3 51,6 61,1 60,5 49,1 59,3 56,3 49,2 53,4 47,9

Mat. Volátil (%) 28,2 23,5 24,9 23,8 27,3 19,8 19,9 25,2 22,8 23,8 25,6 25,7 28,4

Umidade (%) 10,2 8,6 8,6 8,5 10,2 6,7 6,7 8,5 7,5 7,5 7,7 8,3 7,9

Carb. Fixo (%) 24,6 19,3 18,9 16,9 21,1 19,1 19,6 25,7 17,8 19,8 25,2 20,8 23,7

An

áli

se

Ele

men

tar S (%) 4,7 1,9 3,1 2,2 2,4 1,2 1,1 1,3 0,8 2,2 1,1 1,6 2,3

N (%) 0,7 0,6 0,6 0,7 0,7 0,5 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

C (%) 31,6 28,4 26,3 27,6 29,7 26,4 23,8 33,9 27,5 26,4 31,5 33,0 35,9

H (%) 4,2 3,7 3,2 3,3 3,4 2,8 2,3 3,2 2,9 3,0 3,9 3,9 4,2

De acordo com a Tabela III, as camadas S2, S6, BL, I3, I4 e I5 são as que apresentam

as menores médias de teor de cinzas (entre 47 e 53%). Ainda essas mesmas camadas são as

que apresentam as maiores médias do teor de matéria volátil e carbono total. Já com relação à

média do teor de enxofre total, as camadas S2, S4, S5, S6, I2 e I5 são as apresentam valores

acima de 2,0%.

Conforme os dados técnicos da CRM, a usina termelétrica Presidente Médici pode

operar com até 53% de cinzas e 2,0% de enxofre total. Assim, tendo em vista tais resultados,

as camadas S2, S6, BL, I3, I4 e I5 atenderiam as exigências de teor de cinzas máximo exigido

pela termelétrica, apesar do alto teor de enxofre total das camadas S2, S6 e I5. Essas camadas

demonstram aparentemente, uma melhor qualidade em relação às demais camadas estudadas

(S3, S4, S5, S8, S9, I1 e I2).

3.4.2 Curvas de Lavabilidade

A partir dos ensaios de afunda-flutua, foram elaboradas as curvas de lavabilidade

paras as camadas superiores, BL e inferiores. Essas curvas foram plotadas nas faixas

granulométricas -25,4 +2,0 mm (faixa A) e -2,0 +0,1 mm (faixa B), tanto para o teor de cinzas

como para o teor de enxofre total. Para todas as camadas que apresentaram mais de uma

amostra representativa, foram elaboradas suas respectivas curvas médias de lavabilidade.

Essas curvas representam as características de lavabilidade da camada como um todo.

3.4.2.1 Teor de cinzas nas faixas granulométricas -25,4 +2,0 mm (Faixa A) e -2,0 +0,1

mm (Faixa B)

As Figuras 9 e 10 mostram as curvas médias de lavabilidade em função do teor de

cinzas nas faixas granulométricas -25,4 +2,0 mm (Faixa A) e -2,0 +0,1 mm (Faixa B)

respectivamente, elaboradas das camadas S2, S3, S4, S5, S6, S8, S9, BL, I1, I2, I3, I4 e I5.

De acordo com as Figuras 9 e 10, as curvas médias dos flutuados e afundados

apresentam um comportamento muito semelhante entre todas as camadas, onde a distribuição

do teor de cinzas tende a aumentar à medida que a densidade também aumenta. Entretanto,

13

somente nas frações mais densas, na grande maioria das curvas médias dos afundados, a

concentração de cinzas diminui em virtude da redução de massa que se queima (grande

presença de enxofre) durante a realização das análises de determinação do teor de cinzas

(Leonard, 1979). Fazendo uma comparação entre as curvas médias de lavabilidade de ambas

as faixas granulométricas, observa-se que na faixa B há uma redução da distribuição do teor

de cinzas ao longo de todo o intervalo densimétrico em relação a faixa A. Isto já era esperado,

visto que o carvão se encontra mais liberado na menor faixa granulométrica.

Figura 9. Curvas médias de lavabilidade das camadas superiores, BL e inferiores,

em função do teor de cinzas (Faixa A).

14

Figura 10. Curvas de lavabilidade das camadas superiores, BL e inferiores, em função do teor

de cinzas (Faixa B).

Com relação às curvas médias densimétricas, na faixa A (Figura 9) observa-se que

todas as camadas apresentam baixa liberação de matéria carbonosa, e para a grande maioria,

essa baixa liberação encontra-se entre as densidades 1,6 e 1,9 g/cm³. Já para a faixa B (Figura

10), a grande maioria das camadas apresenta uma distribuição mais homogênea do material ao

longo de todo o intervalo densimétrico. Quanto às curvas médias NGM, na faixa A (Figura 9)

observa-se que para a grande maioria das camadas, haveria um melhor separabilidade dos

carvões em torno da densidade 2,0 g/cm³, cujos valores de NGM são mais baixos. Somente

para as camadas S8 e S9 seria extremamente difícil beneficiar tais carvões ao longo de todo o

intervalo densimétrico, visto que mostram valores muito altos de NGM (>25%). Já na faixa B

(Figura 10), o comportamento de tais curvas é mais variado para a maioria das camadas.

Nessa faixa granulométrica, a densidade de corte, para uma melhor separabilidade desses

carvões, varia entre 1,7 e 2,1 g/cm³.

3.4.2.2 Teor de enxofre total nas faixas granulométricas -25,4 +2,0 mm (Faixa A) e -2,0

+0,1 mm (Faixa B)

As Figuras 11 e 12 mostram as curvas médias de lavabilidade em função do teor de

enxofre total de todas as camadas superiores, BL e inferiores. Porém foram elaboradas

somente as curvas dos flutuados para esse teor. Tais curvas foram inseridas juntamente com

as suas respectivas curvas densimétricas, para facilitar nas interpretações.

15

Figura 11. Curvas médias de lavabilidade das camadas superiores, BL e inferiores,

em função do teor de enxofre total (Faixa A).

De acordo com as Figuras 11 e 12, observa-se que a maioria das camadas apresenta

uma pequena redução do teor de enxofre total à medida que a densidade aumenta. Somente

nas frações mais densas, tal teor aumenta consideravelmente, chegando a aproximadamente

4,9 e 5,4% nas camadas S6 e S2 respectivamente, da faixa A e, aproximadamente 3,4 e 6,2%

nas camadas S6 e S2 respectivamente, da faixa B. Isto indica grande concentração de pirita

nessas frações.

16

Figura 12. Curvas médias de lavabilidade das camadas superiores, BL e inferiores,

em função do teor de enxofre total (Faixa B).

Com relação ao teor médio de enxofre total distribuído ao longo de todo o intervalo

densimétrico, tanto na faixa A quanto na faixa B (Figuras 11 e 12 respectivamente), as

camadas S9, BL e I1 são as que possuem o menor valor médio (entre 0,7 e 0,8%

aproximadamente). Já o maior valor médio é apresentado somente pela camada I5 (em torno

de 2,0%) na faixa A. Já na faixa B tal valor é apresentado pela camada S2, com

aproximadamente 2,3% de enxofre total, seguido depois pela camada S3 com 1,9%. Em vista

disso, ainda esses valores de enxofre total são considerados baixos para os padrões brasileiros.

Isto significa que estão dentro do limite máximo de teor de enxofre total aceito para os

carvões utilizados nas termelétricas brasileiras.

Fazendo uma comparação dos valores médios de teor enxofre total obtidos das

camadas da faixa A (figura 11) com os valores obtidos de suas respectivas amostras brutas,

mostrados na Tabela III, há uma redução de aproximadamente 3,4% desse teor para a camada

S2. Em seguida vêm as camadas S5, S6 e I2 com uma redução de 1,2% e depois segue a

camada S4 com 0,7% e as camadas S3 e BL com 0,6%. As camadas S9, I4 e I5 apresentam

uma redução de 0,3% e as camadas S8 e I3, uma redução de apenas 0,2 e 0,1%

respectivamente. Já a camada I1 mantém-se com o mesmo valor. Quanto à faixa B (Figura

12), fazendo a mesma comparação também com a Tabela III, há uma redução de

aproximadamente 2,4% do enxofre total para a camada S2. Em seguida vêm as camadas S4 e

I2 com uma redução de 1,7 e 1,2%, respectivamente. Depois, seguem as camadas S6 e I5 com

0,8%, a camada S5 com 0,7% e a camada BL com 0,5%. As camadas S9 e I4 apresentam uma

redução de apenas 0,3 e 0,2%, respectivamente. Já as demais camadas (S3, S8, I1 e I3)

mantêm os mesmos valores.

17

Assim, caso houvesse um possível beneficiamento gravimétrico de todas as camadas

analisadas em ambas as faixas granulométricas A (-25,4 +2,0 mm) e B (-2,0 +0,1 mm), obter-

se-ia produtos com valores baixos de enxofre total em qualquer corte densimétrico, conforme

mostram suas respectivas curvas médias de lavabilidade (Figuras 11 e 12), mas para isso, as

frações mais densas não seriam consideradas.

4. CONCLUSÕES

4.1 Ambiente deposional das camadas.

A sucessão faciológica compreeende na base conglomerados matriz-suportados e

arenitos típicos de sistemas de leques aluviais e sistemas fluviais, respectivamente. Neste

contexto são formadas as camadas de carvão inferiores, que são tipicamente finas e

descontínuas. Em direção ao topo, ocorre o ambiente barreira-laguna, em que as principais

camadas de carvão (espessas e contínuas – CCS e CCI) ocorrem no subambiente lagunar, no

final do TST da seqüência 2. As camadas superiores desenvolvem-se no subambiente lagunar

também, mas ocorrem no TSNA da seqüência 2 e no TSNB da seqüência 3, e são tipicamente

finas e descontinuas. Em seguida ocorrem sedimentos marinhos no topo da seção analisada,

sobrepostos à sucessão portadora de carvão. Observa-se então, um grande controle

estratigráfico na geometria e disposição das camadas de carvão.

4.2 Caraterísticas Petrográficas e Químicas

A matéria orgânica nas camadas superiores e inferiores mostram em geral domínio de

macerais do grupo de vitrinita, seguido por inertinita e menores valores de liptinita. Algumas

camadas, em especial a S8, S9 e principalmente a Banco Louco apresentam altos conteúdos

de inertinita em sua composição maceral. A matéria mineral varia de 13,6 – 66 % em volume

e é composta por argilominerais, seguido de quartzo e pirita. A reflectância da vitrinita

revelou resultados médios de 0,40 % Rrandom, classificando as amostras como carvões de

rank subetuminoso tipo C. De acordo com a classificação internacional da Comissão

Econômica para a Europa das Nações Unidas e conforme a média dos teores de cinzas, as

amostras são classificadas como carvões de categoria muito inferior. Todos os parâmetros das

análises químicas e petrológicas realizadas nos carvões das camadas superiores e inferiores

estão em níveis aceitáveis para a geração de energia elétrica.

4.3 Ensaios de Reatividade

Os testes de combustão por análise termogravimétrica indicaram que existem

diferenças de combustibilidade entre algumas camadas do furo 364. As maiores diferenças

encontram-se na camada BL, de mais baixa combustibilidade, e na S8, de mais alta

combustibilidade. As diferenças parecem estar mais relacionadas com a composição maceral

do que com a diferença de rank. No perfil horizontal da camada I2, as amostras dos furos 364,

369, 372 apresentaram mesma combustibilidade, enquanto que a do furo 371 foi levemente

superior. Pode-se afirmar, neste caso onde a refletância é maior na amostra mais reativa, que a

diferença na temperatura de pico se deve a pequenas variações na composição maceral.

4.4 Ensaios de Beneficiamento

Os principais resultados mostram que as camadas de carvão em seu estado bruto, tais

como: S2, S6, BL, I3, I4 e I5 atendem aos requisitos máximos dos teores de cinzas (53%) e de

enxofre total (2,0%) exigidos pela usina termelétrica Presidente Médici, apesar do alto teor de

enxofre total das camadas S2, S6 e I5. Essas camadas demonstram aparentemente, uma

melhor qualidade em relação às demais camadas analisadas (S3, S4, S5, S8, S9, I1 e I2). Para

as camadas com teores de cinzas e enxofre total acima do exigido pela termelétrica, o seu uso

18

poderia ser viabilizado por beneficiamento granulométrico conforme mostram as suas curvas

de lavabilidade em ambas as faixas granulométricas determinadas (-25,4 +2,0 mm e -2,0 +0,1

mm). No entanto, o desempenho de tal beneficiamento dependerá principalmente do valor de

NGM e do corte densimétrico de cada camada. Além disso, tais curvas mostram, em ambas as

faixas granulométricas, que se beneficiadas, obter-se ia baixos valores de enxofre total em

qualquer corte densimétrico. No entanto, para isso, as frações mais densas não seriam

consideradas. Assim, os resultados destes estudos mostram que as camadas não mineradas de

Candiota apresentam potencial para o uso energético. Desta forma, é interessante para a

empresa estudar com mais detalhamento a viabilidade econômica de um futuro processo de

beneficiamento, possibilitando uma melhoria na qualidade do produto final e um maior

aproveitamento das reservas de carvão.

5. AGRADECIMENTOS

O estudo recebeu apoio financeiro pelo Edital MCT/CNPq/CTEnerg n°. 33/2006 –

Combustão e Gaseificação, projeto 555112/2006-3. Os autores agradecem a Companhia Rio-

Grandense de Mineração pela realização dos oito furos supervisionados pelo geólogo Rui

Osório. Maiquel Kochhan Lunkes agradece ao CNPq pela bolsa de iniciação tecnológica

industrial (ITI) durante a vigência do projeto. Wolfgang Kalkreuth agradece ao CNPq pela

bolsa de produtividade em pesquisa.

6. REFERÊNCIAS

Alonso, M.J.G. et al. Physicochemical transformation of coal particles during pyrolysis and

combustion. Fuel v.80, p.1857-1870, 2001.

ASTM D2013-03 – Standard Practice for Preparing Coal Samples for Analysis.

ASTM D 2015 . Annual Book of ASTM Standards. Sec 05.05. Standard Test Method for

Gross Calorific Value of Coal and Coke by Adiabatic Bomb Calorimeter. ASTM,

Philadelphia, PA, p.266-273, 1991.

ASTM D 3173. Annual Book of ASTM Standards. Sec 05.05. Standard Test Method for

Moisture in the Analysis Sample of Coal and Coke. ASTM, Philadelphia, PA, p.324-325,

1991.

ASTM D 3174 . Annual Book of ASTM Standards. Sec 05.05. Standard Test Method for Ash

in the Analysis Sample of Coal and Coke. ASTM, Philadelphia, PA, p.326-328, 1991.

.

ASTM D 3175. Annual Book of ASTM Standards. Sec 05.05. Standard Test Method for

Volatile Matter in the Analysis Sample of Coal and Coke. ASTM, Philadelphia, PA, p.328-

329, 1991.

.

ASTM D 5373. Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon, Hydrogen,

and Nitrogen in Laboratory Samples of Coal and Coke. In: 1997 Annual Book of ASTM

Standards, Section 5, Petroleum Products, Lubrificants, and Fossil Fuels, Vol. 05.05, Gaseous

Fuels: Coal and Coke p.455-462. American Society for Testing and Materials – ASTM.

Philadelphia, PA. 1997.

19

ICCP, 1963. International Committee of Organic and Coal Petrology. International

Handbook of Coal Petrography, 2nd edition, Centre National de la Recherche, Paris

ICCP, 1998. The new vitrinite classification. International Committee for Coal and Organic

and Petrology (ICCP System 1994), Fuel 77, 349-358.

ICCP, 2001. The new inertinite classification. International Committee for Organic and Coal

Petrology, (ICCP System 1994), Fuel 80, 459-471.

ISO 7404/3. Methods for the petrographic analysis of bituminous coal and anthracite. Part 3.

Methods of determining maceral group composition. 4p, 1985.

ISO 7404/5. Methods for the petrographic analysis of bituminous coal and anthracite. Part 5.

Method of determining microscopically the reflectance of vitrinita. 11p, 1985.

Leonard, J. W. Coal Preparation, 4th Edition, American Institute of Mining, Metallurgical,

and Petroleum Engineers (AIME), New York, Chapter 4, 1165 p, 1979.

Milligan, J.B.; Thomas, K.M. e Crelling, J.C. Temperature-programmed combustion studies

of coal and maceral group concentrates. Fuel. v.76, p.1249-1255,1997.

Oliveira, J. S. de, Kalkreuth, W. Sequence stratigraphy, organic petrology and chemistry

applied to the upper and lower seams in the Candiota Coalfield, Paraná Basin, RS, Brazil.

International Journal of Coal Geology 84, 258-268, 2010.

Osório, E. et al. Non-isothermal combustion behaviour of coal blends in a thermobalance as

seen by optical microscopy. Thermochimica Acta 475, p1-7,2008.

Pacheco, E. T. Estudo do beneficiamento a seco do carvão da Mina de Candiota-RS. Tese de

doutorado. Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais -

PPGEM. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 78 p, 2008.

Peuker, K., Fagundes, L. Primeiro inventário brasileiro de emissões antrópicas de gases de

efeito estufa. Sindicato Nacional da Indústria de Extração de Carvão Mineral – SNIEC,

2006.Disponívelem:<http://homologa.ambiente.sp.gov.br/proclima/publicacoes/relatorios_ref

erencias/setor_energetico/4.pdf> Acesso em: 13 ago. 2009.

Sampaio, C. H., Tavares, L. M. M. Beneficiamento gravimétrico: uma introdução aos

processos de concentração mineral e reciclagem de materiais por densidade. 1ed. Porto

Alegre: Editora da UFRGS, 603 p., 2005.

Silva, M. B., Kalkreuth, W. Petrological and geochemical characterization of Candiota coal

seams, Brazil - Implication for coal facies interpretations and coal rank. International Journal

of Coal Geology, v. 64, p. 217 - 238, 2005.

Wilgus, C. K., B. S. Hastings, C. G. St. C. Kendall, H. W. Posamentier, C. A. Ross, and J. C.

Van Wagoner, eds., , Sea-level changes— An integrated approach: SEPM Special Publication

42, 407 p., 1988.