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.
TCC - UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE POLUENTES: captura de CO2
1. Curso Superior de Tecnologia em
Gestão Ambiental
Campus Rio de Janeiro
UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA
COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE
POLUENTES: captura de CO2
Aluna: Thaíse Nunes Lima
1
Orientadora: Profª. Drª. Simone Lorena Quiterio de Souza
Rio de Janeiro , 2012
2. Sumário 2
Introdução
1.Aquecimento global
2.Captura de CO2através da
lama vermelha
3.Metodologia
4.Resultados e discussão
http://vidadeuniversitario.files.wordpress.com/2010/04/apresenta-ccedil-atildeo-da-pessoa-thumb7408464.jpg
Conclusão
3. Introdução
Os impactos ambientais aumentaram
e, atualmente, o mais relevante
mundialmente é o aquecimento
global.
http://u.jimdo.com/www34/o/sd8f98e172e759248/img/i9d73e51ee8682ddb/1279203410/std/image.jpg
O dióxido de carbono (CO2) é
o principal gás de efeito estufa.
https://lh6.googleusercontent.com/-
flBKTVWYQAI/TXPdrjsEWJI/AAAAAAAAA4A/
X-gORAxTHDY/CO2.jpg
Um exemplo de tecnologias de
captura e armazenamento de CO2 é
a fixação industrial em carbonatos
inorgânicos.
3
4. Introdução
Uma proposta foi apresentada
ao Centro de Tecnologia Mineral
Empresa produtora de alumina.
Mudança de matriz energética
Maior emissão de CO2 http://www.saiadolugar.com.br/arquivos/2010/03/parcerias.jpeg
Solução: utilizar lama vermelha
para capturar CO2.
4
6. Objetivo 6
Estudar a capacidade de absorção do CO2
originado de misturas gasosas sintéticas
por amostras de lama vermelha e avaliar a
eficiência de captura do CO2 pela lama
vermelha através do processo de
adsorção.
http://2.bp.blogspot.com/-7IE3fiVGHfM/Tj3GU3LXC5I/AAAAAAAACeg/G5kQ_Obkuo0/s1600/Objetivo+NFU.png
7. Temperaturas históricas globais dos últimos 1000 anos e previsões das temperaturas globais
dos próximos 100 anos.
Fonte: Banco Mundial, 2010 7
8. Esquema do efeito estufa.
Fonte: http://www.rudzerhost.com/ambiente/estufa.htm
8
9. Aquecimento global
Principais gases do Potencial de Aquecimento Global em um
horizonte de tempo de 100 anos.
efeito estufa:
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
Emissões antrópicas globais de gases de efeito C4F10 7,000
estufa em 2004. C6F14 7,400
SF6 23,900
Fonte: IPCC (1995).
Fonte: IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007: Synthesis Report.
9
11. Elevação de
temperaturas e do
nível do mar
associados às altas
concentrações de
CO2.
Fonte: Banco Mundial, 2010 11
12. 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
Mudanças na
temperatura, nível do
mar e cobertura de
neve no Hemisfério
Norte.
Fonte: IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007. Synthesis Report, 2007. 12
13. Aquecimento Global
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.
Fonte: EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011 13
14. Aquecimento Global
Uma das indústrias Emissões de CO2 pela produção
de alumínio (1 Tg = 1Mt).
que mais emitem
Ano Tg CO2 eq
CO2 na atmosfera é
a indústria de 1990 6,8
alumínio.
2000 6,1
De acordo com o 2005 4,1
IPCC o processo 2006 3,8
de produção do
alumínio é 2007 4,3
responsável, por
aproximadamente 2008 4,5
, 1% das emissões 2009 3,0
globais de gases
de efeitos estufa. Fonte: EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011
14
15. Indústria de alumínio
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
15
18. Lama vermelha
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
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. 18
19. Disposição
a seco
X
Disposição
a úmido
Fonte: SILVA FILHO et al., 2007
19
20. Lama vermelha
A disposição inadequada da lama vermelha pode
acarretar em problemas como:
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.
20
21. Lama vermelha
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.
21
22. Absorção
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.
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
22
23. Adsorção
A lama vermelha possui uma grande área superficial,
um bom tamanho de poros e uma boa distribuição
desses poros.
Classificação granulométrica da lama
vermelha Escala de Wentworth
Malha # Abertura µm Fração %
Sedimento Dimensão
48 297 0,71
Argila Menor que 4 µm
65 210 1,38
Silte Entre 4 µm e 64 µm
150 105 5,53
Areia Entre 64 µm e
200 74 3,79
Cascalho Entre e
325 45 6,53
Seixo Entre e
400 38 9,78
Bloco ou Calhau Entre e
-400 -38 72,28
Matacão Maior que
100,00
Fonte: Sistema
Nacional de Informação Geocientífica 23
24. Aplicações da lama vermelha
A aplicação da lama vermelha em outras atividades
após a sua neutralização proporciona uma diminuição
dos custos econômicos e dos riscos ambientais.
Construção civil;
Indústria de cerâmica;
Agricultura;
Meio ambiente.
24
25. Metodologia - Absorção
Vazões e composições gasosas
utilizadas.
Vazão (cm3 Composição (% CO2 v
min-1) v-1)*
VA = 2362 23
VB = 1766 20
VC = 1736 12
Sistema de absorção gasosa consistindo de reator
de vidro, pHmetro, cromatógrafo a gás e
VD = 835 12 notebook com software para aquisição de
dados.
25
26. Metodologia - Absorção
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).
26
27. Metodologia - Absorção
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
28. Metodologia - Adsorção
Condições experimentais
para os ensaios de
adsorção.
Teste Condições Operacionais
Conc. CO2 Massa de Vazão (L
(%) Lama (g) 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 Sistema de adsorção consistindo de coluna,
11 15 120 5,0 analisador de gases e notebook com software
12 20 600 4,0 para aquisição de dados.
13 20 200 6,0
14 20 600 6,0
15 20 200 4,0
16 10 200 6,0
28
29. Metodologia - Adsorção
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).
29
30. Metodologia – 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 aplicou-se à
análise estatística dos
resultados
encontrados.
http://www.gawkwire.com/thumbnail.php?file=statsoft_188376968.jpg&size=article_medium 30
31. Resultados e Discussão - Absorção
13
35% A
12 35% B
11 30% A
30% B
10 20% C
20% D
pH
9 10% C
10% D
8
7
00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:00 49:00
tempo (min)
Variação do pH com o tempo de absorção de amostras de suspensão com diversas
concentrações, utilizando a vazão de 1766 cm 3 min-1 (20% CO2).
31
32. Resultados e Discussão - Absorção
12
30% A
11 30% B
30% C
10 35% A
35% B
pH
9 35% C
8
7
00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:00
tempo (min)
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.
32
33. Resultados e Discussão - Absorção
11 E20%Ca
E20%Na
10 E20%
pH
9
8
7
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00
tempo
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.
33
34. Resultados e Discussão - Absorção
30
% COAbsorvido
36
% COAbsorvido
25 5%, VA
20%, VA 30 5%, VB
20%, CaSO4, VA 5%, CaSO4,VB
20 10%, VB
24
20%, VB
15
2
18
2
10 12
5 6
0
0
00:00 02:30 05:00 07:30 10:00 12:30 00:00 03:30 07:00 10:30 14:00 17:30 21:00
tempo (min) tempo (min)
80
40 5%, VC
% COAbsorvido
5%, VD
5%, CaSO4,VC 70
% COAbsorvido
5%, CaSO4,VD
35 10%, VC
10%, VD
20%, VC 60
30 20%, VD
30%, VD
50
25
2
20 40
2
15 30
10 20
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00
tempo (min) tempo (min)
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).
34
35. Resultados e Discussão - Absorção
11
10
pH
9 20%, 3 min
20%, 6 min
10%, 3 min
8 10%, 6 min
5%, 3 min
7 5%, 6 min
0 5 10 15 20 25
Dias
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.
35