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Curso Superior de Tecnologia em Gestão Ambiental
Campus Rio de Janeiro
Thaíse Nunes Lima
UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE
POLUENTES: captura de CO2
Rio de Janeiro - RJ
2012
1
Thaíse Nunes Lima
UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE
POLUENTES: captura de CO2
Trabalho de conclusão de curso apresentado
como parte dos requisitos necessários para a
obtenção do título de Tecnólogo em Gestão
Ambiental.
Orientadora: Profª. Drª. Simone Lorena Quiterio de Souza
Rio de Janeiro – RJ
2012
2
Ficha Catalográfica elaborada por
Cristiane da Cunha Teixeira
Bibliotecária CRB7 5592
L732 Lima, Thaíse Nunes.
Utilização da lama vermelha como agente de remoção de poluentes : captura
de CO2 / Thaíse Nunes Lima. – Rio de Janeiro, 2012.
48 f. : il. ; 31 cm.
Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnólogo em Gestão Ambiental) – IFRJ, 2012.
1. Dióxido de carbono. 2. Gestão ambiental. 3. Meio ambiente. I. Título.
CDU 614.7
3
Thaíse Nunes Lima
UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE
POLUENTES: captura de CO2
Trabalho de conclusão de curso apresentado
como parte dos requisitos necessários para a
obtenção do título de Tecnólogo em Gestão
Ambiental.
Data de aprovação: 07 de fevereiro de 2012.
__________________________________________________
Prof. Dra. Simone Lorena Quiterio de Souza (orientador)
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro
__________________________________________________
Prof. Dr. Clenilson da Silva Sousa Junior
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro
__________________________________________________
Prof. Msc. Patrícia Ferreira Prado
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro
Rio de Janeiro – RJ
2012
4
A minha família, amigos e ao
meu namorado, pela paciência e
ajuda que me deram.
5
AGRADECIMENTOS
A Deus pela vida, por estar sempre no meu caminho e por ter me dado forças para não
desanimar.
Aos meus pais, minha irmã e toda a minha família e amigos, pelo incentivo nos
momentos difíceis durante o desenvolvimento deste trabalho.
Ao meu namorado Pedro Amaro pelo apoio, paciência, carinho e amor nos momentos
difíceis durante a realização deste trabalho.
A todos os professores que passaram pela minha vida acadêmica e que fizeram parte
do meu crescimento pessoal e intelectual.
A Profª. Drª. Simone Lorena Quiterio de Souza, pela motivação e ajuda no
desenvolvimento deste trabalho.
Ao professor Marcos Antonio Carnavale Barros pela ajuda no trabalho e pela
convicção na minha capacidade.
A Drª. Christine Rabello Nascimento, pelo acompanhamento no desenvolvimento do
projeto e pelo esclarecimento de dúvidas.
Ao Centro de Tecnologia Mineral pelo apoio laboratorial para a realização deste
trabalho.
6
Os intelectuais resolvem problemas,
os gênios os previnem.
(Albert Einstein)
7
LIMA, Thaíse Nunes. Utilização da lama vermelha como agente de remoção de poluentes:
captura de CO2. 46f. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso Superior de Tecnologia em
Gestão Ambiental, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro
(IFRJ), Campus Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 2012.
RESUMO
A lama vermelha, resíduo da produção de alumina, é altamente alcalina e sua exposição afeta
o meio ambiente quando disposta inadequadamente. Ela apresenta características que
favorecem a captura de carbono, propiciando dois benefícios: a neutralização da lama
vermelha e a diminuição do CO2, principal gás causador do efeito estufa que é responsável
pela intensificação do aquecimento do planeta. De acordo com a literatura especializada, se as
emissões desse gás continuarem crescentes, pode haver um aumento significativo da
temperatura média do planeta entre 3°C e 5°C. A metodologia empregada neste trabalho
consistiu em testes de absorção com suspensão aquosa de lama vermelha e testes de adsorção
com a parte sólida da lama vermelha. Nos testes de absorção, foram avaliados parâmetros
como: vazão, composição gasosa, concentração da suspensão e adição de sais às suspensões.
Nos testes de adsorção os parâmetros considerados foram: concentração de CO2, massa de
lama vermelha e vazão da composição gasosa. Ao final dos ensaios foi avaliada a eficiência
de captura nos dois métodos utilizando uma análise estatística dos dados gerados nos testes.
Os resultados indicaram que foi alcançada uma eficiência de absorção satisfatória e que os
sólidos da lama vermelha exercem influência na captura do carbono.
Palavras - chaves: Lama vermelha. Captura de carbono. Aquecimento global. Absorção.
Adsorção.
8
LIMA, Thaíse Nunes. Use of red mud as an agent for removal of pollutants: CO2 capture. 46
f. Completion of course work. Degree in Environmental Technology, Federal Institute for
Education, Science and Technology of Rio de Janeiro (IFRJ), Campus Rio de Janeiro, Rio de
Janeiro, RJ, 2012.
ABSTRACT
The red mud residue from alumina production is highly alkaline and its exposure effects the
environment when it is improperly disposed. Red mud has characteristics that favor carbon
sequestration, providing two benefits: the neutralization of red mud and the reduction of CO2,
the main gas causing the greenhouse effect that is responsible for the intensification of global
warming. According to literature, if the emissions of gas continue growing, there may be a
significant increase of average temperatures between 3° C and 5° C. The
methodology employed in this work consisted of absorption tests with aqueous suspension
of red mud and adsorption ones with the solid part of the red mud. In the absorption tests, the
following parameters were evaluated: flow gas composition, the suspension concentration and
the addition of salts to the suspension. In tests of adsorption, the parameters considered
were: CO2 concentration, mass of red mud flow and gas composition. At the end of the
assays, using a statistical analysis of the data generated, the efficiency of capture in the two
methods was evaluated. The results indicated that satisfactory absorption efficiency was
achieved and that red mud solids influence the capture of carbon.
Keywords: Red mud. Carbon capture. Global warming. Absorption. Adsorption.
9
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1.1 Temperaturas históricas globais dos últimos 1000 anos e
previsões das temperaturas globais dos próximos 100 anos. 14
Figura 1.2 Esquema do efeito estufa. 15
Figura 1.3 Emissões antrópicas globais de gases de efeito estufa em 2004. 16
Figura 1.4 Cenários de emissões do CO2. 18
Figura 1.5 Elevação de temperaturas e do nível do mar associados às altas
concentrações de CO2. 19
Figura 1.6 Mudanças na temperatura, nível do mar e cobertura de neve no
Hemisfério Norte. 20
Figura 1.7 Fontes de emissão de CO2. 21
Figura 2.1 Fluxograma da produção de alumínio primário. 23
Figura 2.2 Fluxograma do Processo Bayer. 25
Figura 3.1 Sistema de absorção gasosa consistindo de reator de vidro,
pHmetro, cromatógrafo a gás e notebook com software para
aquisição de dados.
32
Figura 3.2 Sistema de adsorção consistindo de coluna, analisador de gases e
notebook com software para aquisição de dados. 35
Figura 4.1 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).
37
Figura 4.2 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.
38
Figura 4.3 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).
39
Figura 4.4 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 cm
3 min
-1
(12% CO2); VD = 835 cm3 min
-1 (12% CO2).
40
Figura 4.5 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.
41
Figura 4.6 Variação do percentual de CO2 adsorvido com o tempo de
contato em leito fixo. 42
Figura 4.7 Superfície de contorno para capacidade de adsorção de CO2 em
leito fixo de lama vermelha. 43
10
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.1 Potencial de Aquecimento Global em um horizonte de tempo
de 100 anos. 17
Tabela 1.2 Emissões de CO2 pela produção de alumínio (1 Tg = 1Mt). 22
Tabela 2.1 Insumos da produção de alumínio primário. 24
Tabela 2.2 Classificação granulométrica da lama vermelha. 29
Tabela 2.3 Escala de Wentworth. 29
Tabela 3.1 Vazões e composições gasosas utilizadas. 31
Tabela 3.2 Condições experimentais para os ensaios de adsorção. 34
Tabela 4.1 Resultados obtidos nos ensaios de adsorção. 42
11
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 12
1. AQUECIMENTO GLOBAL 14
2. CAPTURA DE CO2 ATRAVÉS DA LAMA VERMELHA 23
2.1. INDÚSTRIA DE ALUMÍNIO 23
2.2. PROCESSO BAYER 24
2.3. LAMA VERMELHA 26
2.3.1 Absorção 27
2.3.2. Adsorção 28
2.4. APLICAÇÕES DA LAMA VERMELHA 29
3. METODOLOGIA 31
3.1. ENSAIOS DE ABSORÇÃO 31
3.2. ENSAIOS DE ADSORÇÃO 33
3.3. ANÁLISE ESTATÍSTICA 35
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 36
4.1. ABSORÇÃO 36
4.2. ADSORÇÃO 41
CONCLUSÃO 44
REFERÊNCIAS 45
12
INTRODUÇÃO
Durante as últimas décadas, os impactos ambientais em todo o planeta aumentaram
consideravelmente devido a ação humana. Muito desses impactos são em escala global e
somente com a colaboração de todos os países poderá minimizá-los ou mitigá-los. Um dos
impactos de maior relevância mundial atualmente é o aquecimento global, que segundo
especialistas, se nada for feito para solucionar o problema o aquecimento do planeta
ocasionará efeitos alarmantes.
O dióxido de carbono (CO2) é o principal gás de efeito estufa, por ser o gás de maior
concentração e maior emissão nos últimos anos. Esse aumento de emissão do CO2 e de outros
gases de efeito estufa vem causando a elevação da temperatura do planeta. Tecnologias de
captura e armazenamento de CO2 têm sido desenvolvidas com o propósito de minimizar tais
efeitos. Um exemplo de mercado maduro é a fixação de industrial em carbonatos inorgânicos,
como a lama vermelha (resíduo da indústria de alumina) que apresenta uma utilização viável.
O carbono é capturado via reação de carbonatação ou via adsorção proporcionando um
benefício secundário que é a neutralização da lama vermelha.
Acredita-se que a lama vermelha possa capturar o CO2 proveniente da indústria de
alumínio através dos processos de absorção e adsorção possibilitando o seu reaproveitamento
(LIMA et al., 2010) (LIMA e NASCIMENTO, 2011).
A proposta foi apresentada ao grupo de pesquisadores do Centro de Tecnologia
Mineral (CETEM) a pedido de uma empresa produtora de alumina do Norte do Brasil, que
tinha como interesse principal capturar o CO2 por ela emitido. A referida empresa mudou sua
matriz energética de óleo combustível para carvão mineral, sendo que este provoca uma maior
liberação do CO2. Então tornou-se um fator motivador utilizar o rejeito por ela produzido,
lama vermelha, como forma de captura de CO2.
Portanto, este trabalho faz parte de um grande projeto que visa à pesquisa e o
desenvolvimento da utilização da lama vermelha como agente de remoção de poluentes. O
projeto apresenta as seguintes etapas:
- Ensaios de absorção em reatores de vidro e aço sob agitação;
- Ensaios em colunas de absorção na usina piloto;
- Ensaios em coluna de adsorção;
- Ensaio em filtros prensa;
- Ensaios em torres de lavagem na usina piloto (em andamento).
13
É importante frisar que por questões contratuais e sigilosas, apenas poderá ser
abordado neste trabalho às etapas: ensaios de absorção em reatores de vidro e aço sob
agitação e ensaios em coluna de adsorção.
Este trabalho de conclusão de curso tem como objetivo estudar a capacidade de
absorção do CO2 originado de misturas gasosas sintéticas por amostras de lama vermelha
(suspensões aquosas) e avaliar a eficiência de captura do CO2 pela lama vermelha através do
processo de adsorção.
O trabalho será apresentado em quatro capítulos, a saber:
O primeiro capítulo apresenta a problemática do aquecimento global, as suas
implicações e os possíveis impactos que poderão ser causados. E destaca a importância da
indústria de alumínio e sua contribuição no aquecimento do planeta por meio da emissão de
gases de efeito estufa.
O segundo capítulo apresenta a indústria de alumínio, a lama vermelha e as formas de
captura do CO2 utilizadas no trabalho. E descreve como é o processo de produção do alumínio
a partir da bauxita, a composição e as implicações do principal resíduo gerado, a lama
vermelha, e como ela é capaz de capturar o CO2.
No terceiro capítulo é descrita a metodologia utilizada para a realização dos testes de
absorção e adsorção com a lama vermelha para a captura de carbono, além da metodologia
empregada para a análise estatística dos dados encontrados após os ensaios.
No quarto capítulo, os dados gerados nos testes de absorção e adsorção com lama
vermelha são discutidos e interpretados de acordo como que foi apresentado na analise
estatística, no acompanhamento do pH e na cromatografia gasosa.
Por fim, são apresentadas as conclusões do trabalho.
14
1 AQUECIMENTO GLOBAL
O aquecimento global é uma das principais preocupações ambientais da atualidade
devido a sua abrangência, magnitude e impactos que poderá causar (SAHU et al, 2010). Os
impactos decorrentes do aquecimento global são inúmeros, tendo como causa principal a
mudança no clima e como consequência a alteração no regime de chuvas, o derretimento das
geleiras, o aumento da temperatura média e a alteração do nível médio dos oceanos (IPCC,
2007).
Um impacto do aquecimento global já sentido pela nossa geração é o aumento da
temperatura média global. Dados do Banco Mundial de 2010 mostram que nos últimos 150
anos ocorreu um aumento global da temperatura de 1ºC. A projeção do incremento futuro da
temperatura prevê um aquecimento, com esforços de mitigação, de 2ºC ou mais. As previsões
mais pessimistas, que são aquelas em que não será adotada nenhuma medida de mitigação,
prevêem um aquecimento de 3ºC a 5ºC da superfície terrestre (Figura 1.1).
Fonte: Banco Mundial, 2010
Figura 1.1: Temperaturas históricas globais dos últimos 1000 anos e previsões das temperaturas globais dos
próximos 100 anos.
15
É aceito em grande parte do meio científico que o aquecimento do planeta é provocado
pela intensificação do efeito estufa, um fenômeno natural que absorve parte da radiação
infravermelha em forma de calor que chega a Terra (Figura 1.2). Por sua vez, essa
intensificação tem como causa uma maior emissão de gases de efeito estufa (GEEs) na
atmosfera (TOLENTINO e FILHO, 2008).
Fonte: http://www.rudzerhost.com/ambiente/estufa.htm
Figura 1.2: Esquema do efeito estufa.
A camada de gases que envolvem o nosso planeta é composta principalmente por
nitrogênio (N2) e oxigênio (O2), que juntos formam 99% da atmosfera da Terra. Os gases de
efeito estufa estão presentes em menores quantidades, porém são essenciais para a
manutenção do clima e dos ecossistemas terrestres. Os principais gases de efeito estufa são: o
dióxido de carbono, o metano (CH4), o óxido nitroso (N2O) e o vapor d’água. Devido a sua
natureza química, principalmente da estrutura molecular, esses gases são capazes de absorver
uma fração significativa da radiação infravermelha emitida pela superfície da Terra.
16
O acúmulo desses gases na atmosfera podem contribuir para o efeito estufa de forma
direta ou indireta e com intensidades diferentes. Para isso o Intergovernmental Panel on
Climate Change (IPCC) desenvolveu o conceito de Potencial de Aquecimento Global (Global
Warming Potentials – GWP), o qual apresenta a comparação da capacidade de cada gás de
efeito estufa em reter o calor na atmosfera em relação a outro gás, ou seja, a medida de quanto
uma determinada massa de um gás de efeito estufa contribui para o aquecimento global
(ROSA E SCHAEFFER, 1995). O gás de referência utilizado é o CO2 por ser o gás de maior
emissão na atmosfera terrestre (Figura 1.3). A Tabela 1.1 apresenta os valores do potencial de
aquecimento global dos principais gases de efeito estufa.
Fonte: Adaptado de IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007: Synthesis Report.
Figura 1.3: Emissões antrópicas1 globais de gases de efeito estufa em 2004.
1 Emissões de gases de efeito estufa associadas às atividades humanas, incluindo a queima de combustíveis fósseis,
desmatamento, mudanças de uso da terra, gado, adubação, entre outros (IPCC, 2007).
17
Tabela 1.1: Potencial de Aquecimento Global em um horizonte de tempo de 100 anos.
Gás PAG
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
Fonte: Adaptado de IPCC (1995)
As concentrações atmosféricas de CO2 vêm aumentando a cada ano chegando a uma
taxa de 387 ppm desde que iniciaram os trabalhos de monitoramento. A taxa oscilava entre
200 ppm e 300 ppm segundo as estimativas de substituição (amostra do núcleo de gelo). Os
cenários das emissões mais altas previstas para 2100 apresentam uma concentração de CO2 de
aproximadamente 850 ppm (Figura 1.4).
18
Fonte: Banco Mundial, 2010
Figura 1.4: Cenários de emissões do CO2.
O aumento das emissões de CO2 proporciona de forma direta o aumento da
temperatura, que está diretamente ligada a elevação do nível dos oceanos com o derretimento
das calotas polares. Essas alterações podem ser sentidas ao longo do tempo, as mudanças
ocorridas hoje podem gerar impactos daqui a 1000 anos (Figura 1.5). Dados 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 (Figura 1.6) (IPCC, 2007).
19
Fonte: Banco Mundial, 2010
Figura 1.5: Elevação de temperaturas e do nível do mar associados às altas concentrações de CO2.
20
Fonte: Adaptado de IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007. Synthesis Report, 2007.
Figura 1.6: Mudanças na temperatura, nível do mar e cobertura de neve no Hemisfério Norte.
Dentre os maiores emissores de CO2 do planeta estão à queima de combustíveis
fósseis e atividades relacionadas às indústrias, as queimadas ou ao mau uso da terra, dentre
outros (Figura 1.7). 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.
21
Fonte: Adaptado de EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011
Figura 1.7: Fontes de emissão de CO2.
Dentre as indústrias que mais emitem CO2 na atmosfera tem-se 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 (Tabela 1.2). No Brasil
segundo a Associação Brasileira de Alumínio (ABAL) o total das emissões CO2eq2 (em 2008)
– desde a mineração até a reciclagem – foi de 4,2 toneladas por tonelada de alumínio sendo a
produção de alumínio primário a etapa de maior emissão do processo com 2,7 toneladas de
CO2eq ton-1
de alumínio.
2 O CO2 equivalente é a conversão do potencial de aquecimento global dos gases de efeito estufa em potencial de CO2. Em outras palavras, o
dióxido de carbono equivalente é o resultado da multiplicação das toneladas emitidas de gases de efeito estufa (GEE) pelo seu potencial de
aquecimento global. Por exemplo, uma tonelada de metano (CH4), por possuir um efeito 21 vezes superior ao dióxido de carbono, equivale a
21 toneladas de CO2 equivalente (IPCC, 1995).
22
Tabela 1.2: Emissões de CO2 pela produção de alumínio (1 Tg = 1Mt).
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: Adaptado de EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011
23
2 CAPTURA DE CO2 ATRAVÉS DA LAMA VERMELHA
2.1 INDÚSTRIA DE ALUMÍNIO
O alumínio é obtido a partir do minério de bauxita. O processo de obtenção do
alumínio primário divide-se em três etapas: mineração, refinaria e redução (Figura 2.1). A
bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável para que a produção de
alumínio seja economicamente viável (ABAL, 2011).
Fonte ABAL; http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp
Figura 2.1: Fluxograma da produção de alumínio primário.
No processo de mineração ocorre a remoção da vegetação e do solo orgânico, sendo
retirada a camada superficial do solo (argilas e lateritas) e por último, o beneficiamento da
bauxita que consiste em britagem para redução do tamanho, lavagem do minério com água
para reduzir o teor de sílica contida na parcela mais fina e secagem (ABAL, 2011).
Na etapa seguinte, ocorre a transformação da bauxita em alumina calcinada. O
procedimento utilizado é o processo Bayer, este processo será abordado posteriormente. As
24
principais fases da produção alumina são moagem, digestão, filtração/evaporação,
precipitação e calcinação. Esta etapa produz grandes quantidades de resíduo alcalino,
conhecido como lama vermelha (ABAL, 2011). E, na última etapa, o alumínio passa por um
processo de redução, onde é realizada a transformação da alumina em alumínio primário. Para
cada tonelada de alumínio produzida necessita-se de 2 toneladas de alumina e para cada 2
toneladas de alumina produzida necessita-se de 5 toneladas de bauxita em média. Os
principais insumos para a produção de alumínio primário estão indicados na Tabela 2.1.
Tabela 2.1: Insumos da produção de alumínio primário.
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
Fonte ABAL: http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp
2.2 PROCESSO BAYER
No processo Bayer (Figura 2.2) a bauxita é digerida em uma solução de hidróxido de
sódio (NaOH) sob temperatura e pressão. Após a digestão é realizada a clarificação, etapa esta
mais importante do processo. Neste ponto é feita a separação da parte sólida (lama vermelha)
da parte líquida (licor).
O objetivo da separação é a recuperação do NaOH e recuperação do próprio produto, o
íon aluminato ([Al(OH)4]-). As etapas finais consistem na precipitação do íon aluminato como
hidróxido e, na calcinação, a óxido de alumínio, nas quais são retirados quaisquer tipos de
resíduos, obtendo uma alumina seca e em forma de cristais (SILVA FILHO et al., 2007).
25
Fonte: CONSTANTINO, V.R.L. et al., 2002
Figura 2.2: Fluxograma do Processo Bayer.
Na etapa de digestão ocorre primeiro a moagem da bauxita e posteriormente a sua
digestão com uma solução de hidróxido de sódio sob temperatura e pressão. Na concentração,
a temperatura e a pressão no processo de digestão irão variar de acordo com as propriedades
da bauxita utilizada. Normalmente as temperaturas variam entre 200ºC a 240ºC e a pressão é
em torno de 30 atm. Abaixo se encontram as reações que envolvem a digestão da bauxita
(ABAL, 2011).
Al(OH)3(s) + NaOH(aq) NaAl(OH)4(aq)
AlO(OH)(s) + NaOH(aq) + H2O NaAl(OH)4(aq)
A etapa mais importante é a etapa de clarificação, onde ocorre a separação da fase
líquida (licor) e da fase sólida (resíduo insolúvel). Este resíduo insolúvel é a lama vermelha
que tem um alto teor alcalino. Nessa etapa é realizado um processo de decantação seguido por
filtração para aumentar o teor de sólidos do resíduo proveniente da digestão e recuperar a
maior quantidade de NaOH possível (ABAL, 2011).
26
A próxima etapa é a precipitação, onde se dá o esfriamento do licor etapa na qual é
feita uma semeadura por meio da adição de uma pequena quantidade de cristais de alumina
para estimular a precipitação (ABAL, 2011). Esta operação é o inverso da digestão como é
apresentado na equação abaixo.
NaAl(OH)4(aq) Al(OH)3(s) + NaOH(aq)
O licor residual contendo NaOH e uma pequena quantidade de alumina é recirculada
no processo de digestão e a alumina cristalizada é encaminhada para a etapa seguinte de
calcinação. A calcinação é a etapa final do processo de produção da alumina. Nesta etapa a
alumina é lavada para remover todo o resíduo de licor ainda existente e posteriormente passa
por um processo de secagem. A calcinação da alumina é feita a uma temperatura de
aproximadamente 1000ºC, onde seus cristais são desidratados formando cristais de alumina
puros de aspecto arenoso e branco (ABAL, 2011). A equação abaixo apresenta a reação
envolvida neste processo.
2Al(OH)3(s) Al2O3(s) + 3H2O
O resíduo insolúvel gerado na etapa de clarificação é lavado para a recuperação de
NaOH. Essa lavagem é feita por meio de um processo de sedimentação com fluxo de água em
contracorrente e posterior deságue. O resíduo é chamado de lama vermelha (ABAL, 2011).
2.3 LAMA VERMELHA
A lama vermelha é proveniente do refino da bauxita para produção de alumina (Al2O3)
por meio do processo Bayer (BRUNORI et al, 2004) e composta geralmente por óxidos de
ferro, quartzo, aluminossilicatos de sódio, carbonatos e aluminatos de cálcio e dióxido de
titânio presente em traços (SILVA FILHO et al., 2007) (DOYE e DUCHESNE, 2005). Em
média são geradas 2 toneladas de resíduo para cada tonelada de alumina produzida. O Brasil é
um dos maiores produtores de alumina do mundo e um dos maiores geradores de resíduo
(SILVA FILHO et al., 2007).
A disposição final da lama vermelha consiste em um dos mais importantes problemas
da indústria de alumínio. Essa disposição pode ser feita de duas formas: a seco e a úmido. A
diferença entre as duas formas de disposição é a quantidade de água de processo que segue
27
com o material sólido podendo contaminar corpos de água. A disposição inadequada da lama
vermelha pode acarretar em problemas como a 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 e impacto visual sobre uma extensa área (SILVA FILHO
et al., 2007) (DILMORE et al, 2007).
O desenvolvimento de métodos para o abatimento dos GEEs (Gases de Efeito Estufa)
tem sido alvo de grande interesse tanto por parte do meio acadêmico quanto industrial, no
sentido de mitigar os efeitos nocivos dos efluentes (LIMA e NASCIMENTO, 2011). 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.
O potencial da lama vermelha em capturar o CO2 via reação de carbonatação tem sido
objeto de estudo de alguns pesquisadores (BONENFANT et al., 2008) (DILMORE et al,
2007), com ênfase em processos que promovam o contato do gás com suspensões aquosas de
lama vermelha (LIMA et al., 2010). Por outro lado, existem ainda outras linhas de pesquisas
que são direcionadas para processos de adsorção de CO2 em substratos secos, tais como o
carvão mineral (OBERZINER et al., 2005), as zeólitas (LIMA et al., 2006) e a alumina
(YONG, et al., 2000). A lama vermelha também se apresenta como uma importante fonte de
substrato seco para a adsorção de CO2 (LIMA e NASCIMENTO, 2011).
2.3.1 Absorção
Na absorção a mistura gasosa é posta em contato com um absorvente líquido
(solvente) de modo que um ou mais poluentes gasosos (absorbatos ou solutos) sejam
removidos, tratados ou modificados pelo líquido absorvente. Características como a
alcalinidade e composição favorecem a lama vermelha no sequestro de carbono via
carbonatação. A neutralização da lama ocorre como consequência da carbonatação
(BONENFANT et al., 2008).
Na absorção do CO2 em água pura é formado o ácido carbônico, um ácido fraco que
tem como produtos de dissociação os íons carbonato e bicarbonato. A absorção de CO2 em
meio aquoso pode ser favorecida pela adição de compostos capazes de consumir o ácido ou
que reajam com os íons carbonato ou bicarbonato. No caso da absorção ser realizada num
meio contendo lama vermelha, a existência de compostos insolúveis e íons solubilizados
28
capazes de reagir com o CO2, tende a aumentar a capacidade de captura de carbono. As
principais reações que ocorrem na carbonatação da lama vermelha são as seguintes
(BONENFANT et al., 2008):
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
2.3.2 Adsorção
A adsorção consiste na separação preferencial de uma substância contida numa fase
líquida ou gasosa. A adsorção ocorre quando alguns gases, o adsorbato, são seletivamente
capturados por superfícies ou poros de materiais sólidos, os adsorventes. A adsorção pode ser
física ou química. A adsorção física é causada por forças de van der Walls e forças
eletrostáticas e adsorção química é relacionada as ligações químicas existentes entre o
adsorbato e o adsorvente.
A lama vermelha possui uma grande área superficial, um bom tamanho de poros e
uma boa distribuição desses poros. A maior parte de suas partículas, aproximadamente 72%,
apresenta tamanho menor que 38 µm (Tabela 2.2). E, conforme a Escala de Wentworth, que
define a classificação dos sedimentos dos mais finos aos mais grosseiros, a lama vermelha é
considerada de granulometria fina, estando na mesma faixa do silte (Tabela 2.3). Assim,
pode-se considerar que ela tem uma boa área superficial fornecendo uma grande capacidade
de adsorção.
29
Tabela 2.2: Classificação granulométrica da lama vermelha
Malha # Abertura m 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
Tabela 2.3: Escala de Wentworth
Sedimento Dimensão
Argila Menor que 4 µm
Silte Entre 4 µm e 64 µm
Areia Entre 64 µm e 2 mm
Cascalho Entre 2 mm e 4 mm
Seixo Entre 4 mm e 64 mm
Bloco ou Calhau Entre 64 mm e 256 mm
Matacão Maior que 256 mm
Fonte: Sistema Nacional de Informação Geocientífica
Outro ponto importante é que na adsorção não há necessidade de operações de manejo
e tratamento de efluentes líquidos no final do processo, como ocorre na absorção. A utilização
de um substrato seco como adsorvente ao invés de um meio absorvedor úmido possibilita a
não geração de efluentes.
2.4 APLICAÇÕES DA LAMA VERMELHA
A neutralização da lama vermelha utilizada no abatimento de CO2 consiste num
benefício secundário do processo, já que pode eliminar a necessidade de neutralização para o
descarte ou permitir a reutilização da lama numa outra aplicação.
30
A aplicação da lama vermelha em outras atividades após a sua neutralização
proporciona uma diminuição dos custos econômicos e dos riscos ambientais.
A lama vermelha pode ser utilizada na construção civil como recobrimento de aterros
e pavimentação e como insumo para produção de cimento. Na indústria cerâmica é utilizada
como matéria-prima para confecção de tijolos, telhas e isolantes. Na agricultura como
corretivo de solos ácidos, enriquecimento de solos pobres em ferro, no aumento da retenção
de fósforo pelo solo e na imobilização de metais traço em solos contaminados. E pode ser
utilizada no meio ambiente na remediacão de áreas contaminadas e no tratamento de efluentes
líquidos. Tendo sido utilizada com sucesso no tratamento de águas ácidas de minas, assim
como na remediação de solos contaminados por metais traço, fósforo e nitrogênio (SILVA
FILHO et al., 2007).
31
3 METODOLOGIA
A metodologia utilizada foi dividida em duas partes. Na primeira foram realizados os
ensaios de absorção e posteriormente os ensaios de adsorção.
Antes de iniciar os testes foi preciso ajustar a composição do gás e a sua concentração
em um reator de vidro. Foi utilizado um medidor de vazão para determinar o volume do fluido
que passava por meio da seção de escoamento por uma unidade de tempo. A calibração da
concentração e da composição do gás foi feita até encontrar os valores desejados para realizar
os testes de absorção e adsorção (LIMA et al., 2010) (LIMA e NASCIMENTO, 2011).
3.1 ENSAIOS DE ABSORÇÃO
Os ensaios foram feitos em umreator de vidro, no qual uma corrente da mistura gasosa
de ar comprimido e CO2 era borbulhada no interior da suspensão de lama vermelha por meio
de um dispositivo de vidro poroso. Os experimentos foram realizados com suspensões de
lama vermelha nas concentrações de 5, 10, 20, 30 e 35% (p p-1
), sendo utilizadas vazões e
composições gasosas variadas (Tabela 3.1). A quantidade de CO2 presente no ar era de 0,
056% e foi considerada desprezível (LIMA et al., 2010).
Tabela 3.1: Vazões e composições gasosas utilizadas.
Vazão (cm3 min
-1) Composição (% CO2 v v
-1)*
VA = 2362 23
VB = 1766 20
VC = 1736 12
VD = 835 12
* Valores determinados por cromatografía a gás
A variação do pH foi acompanhada durante todo o período dos experimentos,
mediante a utilização de um eletrodo imerso na suspensão da marca Digimed.
32
Em alguns experimentos foram determinadas as composições das correntes gasosas
nas linhas de entrada e saída do reator, utilizando um micro-cromatógrafo da marca Varian
(Mod. CP4900), provido de detector de condutividade térmica e duas colunas para medição
simultânea (Figura 3.1). Foi utilizado argônio como gás de arraste.
As medidas do gás de saída foram feitas num intervalo de 3 minutos, ou seja, as
alíquotas analisadas eram aspiradas e injetadas no equipamento de 3 em 3 minutos, sendo este
o menor intervalo de tempo possível para este aparelho. O primeiro ponto (primeira alíquota)
foi tomado após 20 s de reação, já que este período foi considerado suficiente para que o gás
de entrada percolasse todo o sistema e a medida representasse o início do processo de
absorção (LIMA et al., 2010).
Figura 3.1: Sistema de absorção gasosa consistindo de reator de vidro, pHmetro, cromatógrafo a gás e notebook
com software para aquisição de dados.
A suspensão foi preparada com lama vermelha, água destilada e licor alcalino
proveniente da própria lama. Colocava-se a suspensão sob agitação magnética e media-se o
pH inicial. O tempo de teste iniciava-se quando a mistura gasosa era injetada no reator de
vidro. As medições das composições da mistura gasosa ao decorrer dos testes foram feitas
33
pelo micro-cromatógrafo. Foi feito o acompanhamento do pH com medições a cada 30 s para
verificar o seu decaimento.
Foi testada a influência da presença de sais no processo de absorção gasosa pela lama
vermelha por meio da adição de 4g de sulfato de cálcio ou 3,43 g cloreto de sódio a algumas
suspensões. Considerando que a adição de sulfato de cálcio foi feita nas suspensões com 20 e
5% de sólidos, isto equivale a um consumo de 16,6 Kg de CaSO4 ton-1
de lama e 70 Kg de
CaSO4 ton-1
de lama, respectivamente. Já o cloreto de sódio foi aplicado somente à suspensão
com 20% de sólidos, perfazendo um consumo de 14,2 Kg de NaCl ton-1
de lama (LIMA et al.,
2010).
3.2 ENSAIOS DE ADSORÇÃO
Os ensaios de adsorção foram realizados em uma coluna, na qual uma corrente da
mistura gasosa de ar comprimido e CO2 era injetada na sua base. A adsorção foi realizada em
leito fixo, onde o sólido da lama vermelha era o leito adsorvente e a mistura gasosa era o
adsorbato.
Os ensaios foram realizados sob diferentes condições, em que as variáveis
experimentais foram: concentração de CO2; massa de lama vermelha e vazão. Foi feito um
planejamento experimental com condições experimentais variadas (Tabela 3.2).
Em todos os ensaios foi medida a concentração do CO2 na saída do sistema por meio
de um analisador de gases Testo 350 M/XL. Para a realização dos ensaios de adsorção foi
montado um sistema como observado na Figura 3.2.
34
Tabela 3.2: Condições experimentais para os ensaios de adsorção.
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
35
Figura 3.2: Sistema de adsorção consistindo de coluna, analisador de gases e notebook com software para
aquisição de dados.
Antes de realizar os testes de adsorção foi realizado o ajuste da concentração de CO2
empregando rotâmetro, misturador e analisador de gases. A cada teste era feita a alimentação
da coluna com a amostra de lama vermelha, injetando-se ar na base da coluna e controlava a
concentração de CO2 pelo analisador de gases. Esse controle era feito continuamente a cada
10 segundos captando o gás na saída da coluna. Todos os dados obtidos foram registrados no
notebook com software Texto 350 M/XL.
3.3 ANÁLISE ESTATÍSTICA
A fim de determinar e avaliar a capacidade de adsorção e a correlação existente entre a
vazão e a massa de lama vermelha e como essas variáveis interferem nessa capacidade,
aplicou-se à análise estatística dos resultados encontrados. Foi utilizado o software Statistica
(StatSoft), que realiza a correlação entre os parâmetros avaliados.
36
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 ABSORÇÃO
Os ensaios de absorção em reator de vidro foram realizados com o monitoramento do
pH ao longo de todo o experimento, de modo que pôde-se observar as influências da
concentração, da vazão e da presença de sais no pH da suspensão. Foi observado que as
suspensões mais diluídas tendem a neutralizar mais rapidamente e que o valor do pH diminuiu
de forma expressiva quando são usadas as vazões mais altas do gás de entrada. Com o
aumento da diluição deve ser favorecida a difusão do CO2 no meio e, além disso, as reações
no meio líquido são mais rápidas. Quanto a presença de sais, a adição de CaSO4 à suspensão
com 20% de sólidos acarretou em uma considerável redução do valor do pH, em comparação
com a amostra sem o sal.
Foi observado que as concentrações das suspensões influenciam diretamente na
eficiência de absorção. As suspensões de concentrações mais baixas (10%) foram as que
apresentaram uma maior taxa de absorção e uma estabilização e neutralização mais rápida,
provavelmente por serem mais diluídas. As suspensões de concentrações mais altas (35%)
apresentaram um menor decaimento do pH e estabilizaram, aproximadamente, em pH 8,
enquanto as de 10% em pH 7. Os testes foram feitos em duplicatas, com vazão de 1766 cm3
min-1
e concentração de 20%, porém com suspensões de concentrações diferentes (Figura
4.1). São representados pelas letras A e B, e C e D. Obtiveram resultados muito parecidos
com semelhanças entre as curvas.
37
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
Figura 4.1: 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).
Na Figura 4.2 os resultados também apresentaram como a vazão do gás pode
influenciar na absorção do CO2 pela lama vermelha. Foi observado nos testes de suspensões
de 30% e 35%, sendo A e B duplicatas, de vazão 1766 cm3 min
-1 e 20% de CO2 e C com
vazão de 2362 cm3 min
-1 e 23% de CO2, que as vazões mais altas obtiveram uma maior
capacidade de absorção e um maior decaimento do valor do pH. Em relação aos testes de
mesma concentração, porém com vazões mais baixas e composições gasosas diferentes, os
testes 30% C e 35% C estabilizaram em um tempo menor e com um valor de pH mais baixo,
entre de 7 e 8.
38
Figura 4.2: 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 cm
3 min
-1 (20% CO2) para as demais
amostras.
A Figura 4.3 apresenta os ensaios realizados com os sais NaCl e CaSO4 apresentaram
resultados com diferenças acentuadas. Os ensaios utilizaram suspensões com o mesmo teor de
sólidos, vazão e composições gasosas iguais. O teste E 20% não continha adição de sal, no E
20% Na foi adicionado o NaCl e no E 20% Ca foi adicionado o CaSO4. Quando adicionado o
CaSO4 na suspensão de 20% observou-se um rápido decaimento e estabilização do valor do
pH, em torno de 7, em um tempo de apenas 2 minutos. Este fato mostra que o CaSO4 favoreça
a formação de carbonatos diminuindo a concentração deste íon na suspensão de lama
vermelha.
00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:007
8
9
10
11
12
pH
tempo (min)
30% A
30% B
30% C
35% A
35% B
35% C
39
Figura 4.3: 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).
O parâmetro utilizado para avaliar os resultados encontrados foi à eficiência de
absorção. Considera-se como eficiência de absorção o percentual de CO2 absorvido no início
do processo. Além do decaimento do pH, ao longo do tempo pode-se observar a eficiência de
absorção do CO2 por meio da cromatografia a gás.
Na Figura 4.4 os resultados obtidos por cromatografia a gás que avaliaram a eficiência
de absorção do CO2 indicaram que o decaimento desse parâmetro ocorre na maioria dos casos
de forma exponencial. Para vazões mais elevadas da corrente do gás (VA=2362 cm3 min
-1,
VB =1766 cm3 min
-1 e VC=1736 cm
3 min
-1), as maiores eficiências de absorção de dióxido de
carbono foram obtidas empregando suspensões mais diluídas de lama vermelha, enquanto a
vazão mais baixa (VD=835 cm3 min
-1) obteve uma alta eficiência em relação aos testes de
vazão mais alta. Admitindo-se que com vazões mais baixas tem menos CO2 por unidade de
tempo, o sistema tem mais capacidade de absorver inicialmente, considerando também que o
tempo de residência no reator é maior.
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00
7
8
9
10
11pH
tempo
E20%Ca
E20%Na
E20%
40
Figura 4.4: 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 cm
3 min
-1 (12% CO2); VD = 835 cm
3 min
-1 (12% CO2).
Depois de realizados os testes com coleta de informações e avaliação da eficiência de
absorção por meio da cromatografia a gás foram analisados os resultados do acompanhamento
de pH das suspensões. Após a absorção em reator de vidro, foi observada a tendência de
aumento de pH das suspensões de lama vermelha com o tempo de estocagem (Figura 4.5). A
tendência de aumento do pH é mais acentuada nos primeiros de 10 dias de estocagem, sendo
que as suspensões mais concentradas e que reagiram com o CO2 por menos tempo tendem a
00:00 02:30 05:00 07:30 10:00 12:300
5
10
15
20
25
30
tempo (min)
% C
O2 A
bsorv
ido
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)%
CO
2 Abs
orvid
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
O2 A
bsorv
ido
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
O2 A
bsor
vido
tempo (min)
5%, VD
5%, CaSO4,VD
10%, VD
20%, VD
30%, VD
41
atingir níveis de pH mais elevados. Isto ocorre provavelmente devido à presença de sólidos
reativos, cuja reação ocorre lentamente.
Figura 4.5: 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.
4.2 ADSORÇÃO
Em todos os ensaios a porcentagem de adsorção em função do tempo apresentou um
decaimento seguindo uma função polinomial de terceiro grau (Tabela 4.1). O teste 2 com
concentração de 10% de CO2, 600 g de lama vermelha e uma vazão de 4 L min-1
apresentou
um maior percentual de adsorção em relação ao teste 1 com concentração de 10% de CO2,
600 g de lama vermelha e uma vazão de 6 L min-1
(Figura 4.6). O teste 2 por apresentar uma
vazão menor tem um maior tempo de residência no sistema, adsorvendo inicialmente, com
uma capacidade menor que os demais testes.
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
42
Tabela 4.1: Resultados obtidos nos ensaios de adsorção.
Teste Resultados Obtidos
% de Adsorção Massa de CO2 Adsorvida (g) Capacidade de Adsorção (kg t-1
)
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
Figura 4.6: Variação do percentual de CO2 adsorvido com o tempo de contato em leito fixo.
43
Como já foi dito, a partir dessas curvas é possível observar um rápido decaimento do
percentual de adsorção em função do tempo significando que a lama vermelha satura
rapidamente. Isto ocorre, provavelmente, pelo fato da lama apresentar uma reduzida área
superficial. Portanto, tratamentos que promovam o aumento da área superficial da lama
vermelha podem melhorar suas características adsorventes.
Para avaliar todos os resultados encontrados nos ensaios foi utilizada a análise
estatística. Uma superfície de contorno foi gerada pelo programa STATISTICA 6.0, que
formula um modelo matemático por meio dos resultados experimentais. A superfície foi
formada pelos resultados obtidos dos ensaios de adsorção, sendo a capacidade de adsorção
uma função da vazão do efluente e da quantidade de lama vermelha. Por meio da observação
dessa superfície é possível verificar que o valor máximo previsto para a otimização da
capacidade de adsorção é de 1,6 quilos de CO2 por tonelada de lama vermelha (Figura 4.7).
Conforme esperado, o aumento da vazão do gás e da massa de lama vermelha contribuiu no
sentido de aumentar a capacidade de adsorção.
Figura 4.7: Superfície de contorno para capacidade de adsorção de CO2 em leito fixo de lama vermelha.
44
CONCLUSÃO
Os testes de absorção indicaram que o teor de sólidos da suspensão de lama vermelha
tem um papel importante na captura de CO2 e os melhores resultados para a eficiência de
absorção foram alcançados quando utilizado suspensões mais diluídas. Foi observado que a
adição de 5% de sulfato de cálcio aumentou a eficiência de absorção concluindo que fatores
como concentração, vazão e adição de sais na suspensão influenciam de forma significativa
na absorção de dióxido de carbono por lama vermelha.
Em relação aos resultados encontrados nos testes de adsorção foi possível chegar a
conclusão de que apesar do sólido da lama vermelha ter uma menor eficiência de captura de
carbono em comparação com a suspensão, ele tem uma participação importante neste
processo. E, além disso, somente o uso da adsorção pode ser viável para a captura, tendo
como sugestão, posteriormente, a utilização de leito fluidizado, considerando que existe a
possibilidade de que a adsorção feita em leito fluidizado contribua para um aumento da
capacidade de adsorção, considerando que o leito fixo pode ter favorecido a presença de
caminhos preferenciais, com a formação de regiões estagnadas de baixa circulação do gás.
Depois de realizado e analisado este trabalho foi possível perceber que existem formas
de capturar parte do CO2 que é emitido na atmosfera pelas indústrias, e que por meio do
desenvolvimento de tecnologias e comprometimento empresarial podem-se obter benefícios
secundários, no caso da lama vermelha a captura do carbono e a neutralização da própria
lama.
45
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<http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp>. Acesso em: 20 dez.2011.
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46
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