ESTUDO DA IMOBILIZAÇÃO DE ELEMENTOS TÓXICOS … · TÓXICOS PRESENTES NAS CINZAS DE ......
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ESTUDO DA IMOBILIZAÇÃO DE ELEMENTOS TÓXICOS PRESENTES NAS CINZAS DE
CARVÃO POR MEIO DO TRATAMENTO COM AGENTES IMOBILIZADORES
CAMPELLO, F. A.a*, IZIDORO, J. C.a, GHILHEN, S. N.a, FUNGARO D. A.a a. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CENEN/SP), Av. Professor
Lineu Prestes, 2242, São Paulo-SP, Brasil, CEP 05508-000
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INTRODUÇÃO
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Introdução Carvão
Reservas de Carvão
100 Bilhões de toneladas*
3,4 Bilhões de toneladas*
28,8 Bilhões de toneladas*
*Fonte: Fungaro et al. - 2009
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Introdução Usinas Termoelétricas
Fonte: Fungaro - 2015
• Cinzas de Fundo (Pesada)
• Escórias
• Cinzas Volantes (Leves)
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Introdução Cinzas
Carvão mineral
Combustão
Cinzas
Cinzas leve (65-85%)
Cinzas fundo (15-35%)
Resíduo potencialmente
perigoso
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Introdução Usina Figueira-PR
Usina termoelétrica de Figueira-PR
Cinzas > Contaminantes (As, Se, Cr, etc.)
Usina termoelétrica de Figueira-PR Fonte: Copel - 2010
Sistema de disposição inadequado
Contaminação do solo + água sub.
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OBJETIVO
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Avaliar a imobilização dos principais elementos tóxicos presentes nas Cinzas de Carvão por meio do tratamento com agentes imobilizadores visando reduzir
os possíveis impactos ambientais resultantes de sua disposição
inadequada
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Características de Agentes
Imobilizadores
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Características de Agentes Imobilizadores Orgânosilano
Etoxitrimetilsilano - C5H14OSi
Compostos químicos de silício monoméricos que contém pelo menos uma ligação
carbono-silício (Si-C) na estrutura ;
Apresentam grupos orgânicos hidrofóbicos: Grupos Metil -CH3
Estrutura Química do Etoxitrimetilsilano
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Características de Agentes Imobilizadores Surfactante
Brometo de hexadeciltrimetilamônio - CH3(CH2)15N+(CH3)3Br- (HDTMA-Br):
Disponibilidade e baixo custo;
Carga permanente positiva de nitrogênios pentavalentes e alto grau de
hidrôfobicidade;
Ligação com N-C onde a cauda apolar torna material hidrofóbico.
Estrutura Química do HDTMA-Br
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MATERIAIS E MÉTODOS
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Materiais Amostras de Cinzas
Usina Termelétrica de Figueira-PR
Cinzas leves de carvão mineral
Fonte: Copel - 2010
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Metodologia Influência da Relação Massa de Cinzas/Volume de Água no Ensaio de Lixiviação
Cinza Leve (2,5g)
Água Deionizada (25; 50; 75; 100;
125) (mL)
Agitação Manual
Repouso 24h
Filtragem
ICP-OES
Determinação: Al, Cr, Zn, Mo, As, Cd, Pb e Se
Aferição: pH e Condutividade
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Metodologia Tratamento das Cinzas com Orgânosilano (OS)
Água Deionizada Etoxitrimetilsilano
Solução com concentrações de
1:10; 1:100 e 1:1000 (v/v)
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Metodologia Tratamento das Cinzas com Orgânosilano (OS)
Cinza Leve
(5,0g)
Solução de
Etoxitrimetilsilano (10mL)
Mistura Pastosa
Secagem Temp. Amb.
Cinza tratada com OS (CTOS)
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Metodologia Tratamento das Cinzas com Surfactante (SF)
Água Deionizada HDTMA-Br
Solução com concentrações de
1:10; 1:100 e 1:1000 (v/v)
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Metodologia Tratamento das Cinzas com Surfactante (SF)
Cinza Leve
(5,0g)
Solução de HDTMA-Br
(10mL)
Mistura Pastosa
Secagem Temp. Amb.
Cinza tratada com
SF (CTSF)
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Metodologia Ensaio de Lixiviação
Cinzas Tratadas – OS e SF
(2,5g)
Água Deionizada – 1:10 (25ml)
Agitação Manual
Repouso 24h
Filtragem
ICP-OES
Determinação: Cr, Mo, As, e Se
Aferição: pH e Condutividade
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
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Resultados Influência Massa/Volume Lixiviação
Elementos
Clixiviado não-tratado (mg L-1
)
CNT-1
(1:10)
CNT-2
(1:20)
CNT-3
(1:30)
CNT-4
(1:40)
CNT-5
(1:50)
Cr 0,235±0,004 0,127±0,002 0,107±0,006 0,084±0,001 0,073±0,002
Zn 0,0237±0,0004 0,0147±0,0003 0,0106±0,0006 0,0315±0,0004 0,072±0,001
Mo 1,16±0,01 0,583±0,005 0,45±0,01 0,03412±0,0002 0,287±0,003
As 1,53±0,05 1,40±0,07 1,2±0,1 1,30±0,02 1,35±0,09
Cd <0,0013 <0,0013 <0,0013 <0,0013 <0,0013
Pb <0,004 <0,004 <0,004 0,0072±0,0004 0,031±0,003
Se 0,068±0,002 0,034±0,002 0,032±0,004 0,025±0,004 0,025±0,002
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Resultados Orgânosilano
Elementos
Clixiviado tratado com OS (mg L-1
)
CTOS-1
(Diluição 1:10)
CTOS-2
(Diluição 1:100)
CTOS-3
(Diluição 1:1000)
Cr 0,020 ± 0,001 0,024 ± 0,001 0,034 ± 0,001
Mo 0,280 ± 0,004 0,265 ± 0,004 0,262 ± 0,001
As 0,890 ± 0,01 0,875 ± 0,006 0,757 ± 0,003
Se 0,035 ± 0,002 0,060 ± 0,001 0,024 ± 0,001
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Resultados Orgânosilano
Elementos Concentração (mg L-1) Redução de
concentração no lixiviado (%) CNT-1 CTOS-2
Cr 0,235 0,024 89,8
Mo 1,16 0,265 77,2
As 1,53 0,875 42,8
Se 0,068 0,060 11,8
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Resultados Surfactante
Elementos
Clixiviado tratado com SF (mg L-1
)
CTSF-1
(Diluição 1:10)
CTSF-2
(Diluição 1:100)
CTSF-3
(Diluição 1:1000)
Cr 0,035 ± 0,001 0,025 ± 0,001 0,030 ± 0,001
Mo 0,244 ± 0,004 0,251 ± 0,001 0,323 ± 0,001
As 1,441 ± 0,004 0,847 ± 0,004 0,556 ± 0,002
Se 0,107 ± 0,002 0,027 ± 0,001 0,023 ± 0,001
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Resultados Surfactante
Elementos
Concentração (mg/L) Redução de concentração no
lixiviado (%) CNT-1 CTSF-3
Cr 0,235 0,030 87,3
Mo 1,16 0,323 72,1
As 1,53 0,556 63,6
Se 0,068 0,023 66,1
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Resultados pH e Condutividade
Amostras pH Condutividade (µS/cm) (25 – 28ºC)
CNT 9,03 441,97
CTOS-1 8,45 455,32
CTOS-2 8,88 427,00
CTOS-3 8,27 431,43
CTSF-1 7,10 355,02
CTSF-2 6,89 386,25
CTSF-3 6,93 312,97
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CONCLUSÃO
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Conclusão
1. Tratamento com OS : Redução de concentração foi significativa para Cr e Mo ( > 80%) e baixa As e Se ( < 50%)
2. Tratamento com SF: Redução acima de 64% para todos os elementos
3. pH e condutividade: • CNT e CTOS: apresentaram valores muito próximos (pH ~ 9 e condutividade
~ 430 µS/cm) • CTSF: - valores de pH ~ 7,0 e condutividade ~ 360 µS/cm indicando maior
retenção de íons nas cinzas
4. Tanto o OS quanto SF podem ser usados como agentes imobilizadores para retenção de elementos tóxicos nas Cinzas de Carvão, com destaque para o SF que apresentou maior eficiência de remoção dos elementos estudados.
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Agradecimentos
1. Dra. Denise A. Fungaro;
2. Dra. Juliana Izidoro;
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OBRIGADO