UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE
POLUENTES: captura de COPOLUENTES: captura de CO22
Curso Superior de Tecnologia em Gestão Ambiental
Campus Rio de Janeiro
Aluna: Thaíse Nunes LimaOrientadora: Profª. Drª. Simone Lorena Quiterio de Souza
Rio de Janeiro , 2012
1
Sumário
IntroduçãoIntrodução
1.1.Aquecimento globalAquecimento global
2.2.Captura de COCaptura de CO22 através da através da lama vermelhalama vermelha
3.3.MetodologiaMetodologia
4.4.Resultados e discussãoResultados e discussão
ConclusãoConclusão
2
http://vidadeuniversitario.files.wordpress.com/2010/04/apresenta-ccedil-atildeo-da-pessoa-thumb7408464.jpg
IntroduçãoIntrodução
3
Os impactos ambientais aumentaram e, atualmente, o mais relevante mundialmente é o aquecimento global.
O dióxido de carbono (CO2) é o principal gás de efeito estufa.
Um exemplo de tecnologias de captura e armazenamento de CO2 é a fixação industrial em carbonatos inorgânicos.
https://lh6.googleusercontent.com/-flBKTVWYQAI/TXPdrjsEWJI/AAAAAAAAA4A/X-gORAxTHDY/CO2.jpg
http://u.jimdo.com/www34/o/sd8f98e172e759248/img/i9d73e51ee8682ddb/1279203410/std/image.jpg
Uma proposta foi apresentada ao Centro de Tecnologia Mineral
Empresa produtora de alumina.
Mudança de matriz energética
Maior emissão de CO2
Solução: utilizar lama vermelha para capturar CO2.
IntroduçãoIntrodução
4
http://www.saiadolugar.com.br/arquivos/2010/03/parcerias.jpeg
Etapas do projetoEtapas do projeto
5
Objetivo
Estudar a capacidade de absorção do COEstudar a capacidade de absorção do CO22 originado de misturas gasosas sintéticas originado de misturas gasosas sintéticas
por amostras de lama vermelha e avaliar a por amostras de lama vermelha e avaliar a eficiência de captura do COeficiência de captura do CO22 pela lama pela lama
vermelha através do processo de vermelha através do processo de adsorção.adsorção.
6
http://2.bp.blogspot.com/-7IE3fiVGHfM/Tj3GU3LXC5I/AAAAAAAACeg/G5kQ_Obkuo0/s1600/Objetivo+NFU.png
Temperaturas históricas globais dos últimos 1000 anos e previsões das temperaturas globais dos próximos 100 anos.
Fonte: Banco Mundial, 2010 7
Esquema do efeito estufa.
Fonte: http://www.rudzerhost.com/ambiente/estufa.htm
8
Principais gases do efeito estufa:
Aquecimento global
9
Emissões antrópicas globais de gases de efeito estufa em 2004.
Fonte: IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007: Synthesis Report.
Gás GWP
CO2 1
CH4 21
N2O 310
HFC-23 11,700
HFC-32 650
HFC-125 2,800
HFC-134a 1,300
HFC-143a 3,800
HFC-152a 140
HFC-227ea 2,900
HFC-236fa 6,300
HFC-4310mee 1,300
CF4 6,500
C2F6 9,200
C4F10 7,000
C6F14 7,400
SF6 23,900
Potencial de Aquecimento Global em um horizonte de tempo de 100 anos.
Fonte: IPCC (1995).
Cenários de emissões do CO2.
Fonte: Banco Mundial, 2010
10
Elevação de temperaturas e do
nível do mar associados às altas concentrações de
CO2.
11Fonte: Banco Mundial, 2010
Mudanças na temperatura, nível do mar e cobertura de neve no Hemisfério
Norte.
12Fonte: IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007. Synthesis Report, 2007.
Dados do IPCC mostram que o
nível do mar tem aumentado
desde 1961 a uma taxa média de 1,8 mm ano-1 e que desde 1993 o aumento é cerca de 3,1 mm ano-1
devido ao aumento da
temperatura e derretimento das
geleiras
Em 2011 a Energy
International Agency (EIA)
divulgou que as emissões de
gases de efeito estufa de 2010
bateram recorde e a
quantidade de CO2 emitida
chegou a 30,6 gigatoneladas.
Fontes de emissão de CO2.
Aquecimento GlobalAquecimento Global
13Fonte: EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011
Uma das indústrias que mais emitem
CO2 na atmosfera é a indústria de
alumínio.
De acordo com o IPCC o processo de produção do
alumínio é responsável, por
aproximadamente, 1% das emissões globais de gases de efeitos estufa.
Emissões de CO2 pela produção de alumínio (1 Tg = 1Mt).
Aquecimento GlobalAquecimento Global
14
Ano Tg CO2 eq
1990 6,8
2000 6,1
2005 4,1
2006 3,8
2007 4,3
2008 4,5
2009 3,0
Fonte: EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011
Indústria de alumínioIndústria de alumínio
15
Insumo Quantidade
Alumina 1919 kg t-1 Al
Energia elétrica 15,0 MWhcc t-1 Al
Criolita 8,0 kg t-1
Fluoreto de alumínio 19,7 kg t-1
Coque de petróleo 0,384 kg kg-1 Al
Piche 0,117 kg kg-1 Al
Óleo combustível 44,2 kg t-1
Insumos da produção de alumínio primário.
Fonte ABAL: http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp
Fluxograma do Processo Bayer.16
Fonte: CONSTANTINO, V.R.L. et al., 2002
Processo BayerProcesso Bayer
17
A lama vermelha é proveniente do refino da bauxita para produção de alumina (Al2O3) através do processo Bayer.
Em média são geradas 2 toneladas de resíduo para cada tonelada de alumina produzida.
Lama vermelhaLama vermelha
18
Esse resíduo contém alto teor de alcalinidade.
Fonte: http://n.i.uol.com.br/noticia/2010/10/16/desastre-ambiental-na-hungria-1287276627083_615x300.jpg
Disposição a seco
XDisposição
a úmido
19
Fonte: SILVA FILHO et al., 2007
A disposição inadequada da lama vermelha pode acarretar em problemas como:
Lama vermelhaLama vermelha
20
Contaminação da água de superfície e subterrânea por NaOH, ferro, alumínio ou outro agente químico;
Contato direto com animais, plantas e seres humanos;
O vento pode carrear pó dos depósitos de lama vermelha seca, formando nuvens de poeira alcalina;
Impacto visual sobre uma extensa área.
A lama vermelha surge como alternativa para a indústria de alumínio como abatedora do CO2 e tem como consequência a sua neutralização constituindo um benefício secundário da captura do gás.
Lama vermelhaLama vermelha
21
A lama vermelha é composta geralmente por óxidos de ferro, quartzo, aluminossilicatos de sódio, carbonatos e aluminatos de cálcio e dióxido de titânio presente em traços.
AbsorçãoAbsorção
22
NaAl(OH)4 + CO2 ↔ NaAlCO3(OH)2 + H2O
NaOH + CO2 ↔ NaHCO3
Na2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NaHCO3
3Ca(OH)2 • 2Al(OH)3 + 3CO2 ↔ 3CaCO3 + Al2O3 • 3H2O + 3H2O
Na6[AlSiO4]6 • 2NaOH + 2CO2 ↔ Na6[AlSiO4]6 + 2NaHCO3
A lama vermelha possui uma grande área superficial, um bom tamanho de poros e uma boa distribuição desses poros.
AdsorçãoAdsorção
23
Malha # Abertura µm Fração %
48 297 0,71
65 210 1,38
150 105 5,53
200 74 3,79
325 45 6,53
400 38 9,78
-400 -38 72,28
100,00
Classificação granulométrica da lama vermelha
Sedimento Dimensão
Argila Menor que 4 µm
Silte Entre 4 µm e 64 µm
Areia Entre 64 µm e
Cascalho Entre e
Seixo Entre e
Bloco ou Calhau Entre e
Matacão Maior que
Escala de Wentworth
Fonte: Sistema Nacional de Informação Geocientífica
A aplicação da lama vermelha em outras atividades após a sua neutralização proporciona uma diminuição dos custos econômicos e dos riscos ambientais.
Aplicações da lama vermelhaAplicações da lama vermelha
24
Construção civil;
Indústria de cerâmica;
Agricultura;
Meio ambiente.
Metodologia - AbsorçãoMetodologia - Absorção
25
Sistema de absorção gasosa consistindo de reator de vidro, pHmetro, cromatógrafo a gás e
notebook com software para aquisição de dados.
Vazão (cm3
min-1)
Composição (% CO2 v
v-1)*
VA = 2362 23
VB = 1766 20
VC = 1736 12
VD = 835 12
Vazões e composições gasosas utilizadas.
Metodologia - AbsorçãoMetodologia - Absorção
26
1. Ajuste da concentração de CO2 empregando rotâmetro e misturador.
2. Alimentação do reator de vidro com suspensão de lama vermelha.
3. Injeção de ar no reator de vidro.
4. Medidor de vazão de gases
5. Detecção contínua a cada 3 min da concentração do gás na saída do reator através do cromatógrafo a gás.
6. Detecção contínua a cada 30s do pH da amostra.
7. Registro de dados (software).
Nas suspensões com 20% e 5 % de sólidos foram adicionados sais nos processos de absorção gasosa pela lama vermelha.
Em algumas suspensões de 5% e 20% de sólidos foram adicionados 4g de CaSO4.
Em algumas suspensões de 20% de sólidos foram adicionados 3,43g de NaCl.
27
Metodologia - AbsorçãoMetodologia - Absorção
Metodologia - Adsorção
28
Sistema de adsorção consistindo de coluna, analisador de gases e notebook com software
para aquisição de dados.
Teste Condições Operacionais
Conc. CO2
(%)
Massa de
Lama (g)
Vazão (L
min-1)
1 10 600 6,0
2 10 600 4,0
3 15 400 2,5
4 15 1000 5,0
5 10 200 4,0
6 15 400 5,0
7 34 400 5,0
8 15 400 10,0
9 6 400 5,0
10 15 400 5,0
11 15 120 5,0
12 20 600 4,0
13 20 200 6,0
14 20 600 6,0
15 20 200 4,0
16 10 200 6,0
Condições experimentais para os ensaios de
adsorção.
Metodologia - Adsorção
29
1. Ajuste da concentração de CO2 empregando rotâmetro, misturador e analisador de gases
2. Alimentação da coluna com amostra de lama vermelha.
3. Injeção de ar na base da coluna.
4. Medidor de vazão de gases
5. Detecção contínua a cada 10s da concentração do gás na saída da coluna através do analisador de gases.
6. Registro de dados (software).
A fim de determinar e avaliar a capacidade
de adsorção e a correlação existente
entre a vazão e a massa de lama
vermelha aplicou-se à análise estatística dos
resultados encontrados.
Metodologia – Análise EstatísticaMetodologia – Análise Estatística
30http://www.gawkwire.com/thumbnail.php?file=statsoft_188376968.jpg&size=article_medium
Resultados e Discussão - AbsorçãoResultados e Discussão - Absorção
31
00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:00 49:00
7
8
9
10
11
12
13
pH
tempo (min)
35% A 35% B 30% A 30% B 20% C 20% D 10% C 10% D
Variação do pH com o tempo de absorção de amostras de suspensão com diversas concentrações, utilizando a vazão de 1766 cm3 min-1 (20% CO2).
32
Resultados e Discussão - AbsorçãoResultados e Discussão - Absorção
00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:007
8
9
10
11
12pH
tempo (min)
30% A 30% B 30% C 35% A 35% B 35% C
Variação do pH com o tempo de absorção de amostras de suspensão 30 e 35%, utilizando as vazões de 2362 cm3 min-1 (23% CO2) para amostras 30% C e 35% C e
de 1766 cm3 min-1 (20% CO2) para as demais amostras.
33
ResultadosResultados e Discussão - Absorçãoe Discussão - Absorção
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00
7
8
9
10
11
pH
tempo
E20%Ca E20%Na E20%
Variação do pH com o tempo de absorção de amostras da suspensão com 20% de sólidos, utilizando a vazão de 2362 cm3 min-1 (23% CO2). Adição de CaSO4 e
NaCl nas amostras E20%Ca e E20%Na, respectivamente.
34
Resultados e Discussão - AbsorçãoResultados e Discussão - Absorção
00:00 02:30 05:00 07:30 10:00 12:300
5
10
15
20
25
30
tempo (min)
% C
O 2 Ab
so
rvid
o 5%, VA 20%, VA 20%, CaSO4, VA
00:00 03:30 07:00 10:30 14:00 17:30 21:00
0
6
12
18
24
30
36
tempo (min)
% C
O 2 Ab
so
rvid
o
5%, VB 5%, CaSO4,VB 10%, VB 20%, VB
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00
10
15
20
25
30
35
40
tempo (min)
% C
O 2 A
bso
rvid
o 5%, VC 5%, CaSO4,VC 10%, VC 20%, VC
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00
20
30
40
50
60
70
80
% C
O 2 Ab
so
rvid
o
tempo (min)
5%, VD 5%, CaSO4,VD 10%, VD 20%, VD 30%, VD
Curvas de variação do CO2 absorvido em função do tempo de absorção de amostras com concentrações diversas, submetidas a diferentes vazões do gás de entrada. VA = 2362 cm3 min-1 (23% CO2); VB = 1766 cm3 min-1 (20% CO2); VC = 1736 cm3 min-1 (12% CO2); VD = 835 cm3
min-1 (12% CO2).
35
Resultados e Discussão - AbsorçãoResultados e Discussão - Absorção
0 5 10 15 20 25
7
8
9
10
11
pH
Dias
20%, 3 min 20%, 6 min 10%, 3 min 10%, 6 min 5%, 3 min 5%, 6 min
Curvas de variação do pH em função do tempo de repouso das amostras (suspensões de lama) submetidas ao processo de absorção por 3 e 6 minutos.
36
Resultados e Discussão - AdsorçãoResultados e Discussão - Adsorção
Teste
Resultados Obtidos
% de Adsorção Massa de CO2 Adsorvida (g) Capacidade de Adsorção (kg/t)
1 54,18 0,988 1,646
2 90,23 1,440 2,399
3 46,06 0,450 1,125
4 91,74 1,806 1,806
5 68,02 0,819 4,097
6 21,15 0,659 1,647
7 15,01 0,689 1,722
8 23,63 0,492 1,229
9 20,75 0,198 0,494
10 26,19 0,732 1,829
11 23,66 0,174 1,451
12 48,57 1,627 2,711
13 21,71 0,425 2,123
14 35,32 1,117 1,862
15 21,30 0,301 1,505
16 25,38 0,267 1,333
37
Resultados e Discussão - AdsorçãoResultados e Discussão - Adsorção
Variação do percentual de CO2 adsorvido com o tempo de contato em leito fixo.
38
Resultados e Discussão - AdsorçãoResultados e Discussão - Adsorção
Superfície de contorno para capacidade de adsorção de CO2 em leito fixo de lama vermelha.
ConclusãoConclusão
39
40