Carvão vegetal e Mineral

CARVÃO MINERAL E VEGETAL

O carvão é uma das principais fontes de energia utilizadas pela Humanidade, em especial na Europa, a partir da Primeira Revolução Industrial. Atualmente, com o aumento do custo do petróleo, há uma tendência mundial ao aumento do consumo de carvão, tendo em vista as extensas reservas mundiais.

Diferença entre eles

O carvão vegetal é obtido a partir da carbonização da madeira (fonte renovável). Devido a sua alta capacidade de adsorção (retenção de material, por interações químicas ou físicas, sob sua superfície) pode ser utilizado como purificador de ambiente (filtro de água, gases, etc.). Para isso a queima da madeira deve ser feita sob alta temperatura e pressão, controlando o processo para que não haja perda da capacidade de adsorção ou combustão completa do material.

O carvão mineral provém de restos de vegetais fossilizados, depositados em regiões muito profundas (fonte esgotável), nas quais a temperatura e a pressão são elevadas. Essas condições favorecem a expulsão de grande parte do oxigênio e do hidrogênio presentes na estrutura, restando carvão de alta pureza e capacidade calorífica. Emite mais gases poluentes para o meio ambiente (dióxido de carbono). É uma rocha riquíssima em carbono que pode ser queimada e atinge altas temperaturas (por isso sua importância na indústria).

Matéria – prima de obtenção de cada

O carvão mineral, também chamado de carvão natural, é um combustível fóssil obtido por meio da fossilização da madeira e variada mistura de componentes orgânicos sólidos. A madeira é constituída basicamente de hidrogênio (H), oxigênio (O) e carbono (C), mas com o tempo, o hidrogênio e o oxigênio são eliminados na forma de água (H₂O), dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH4). Desse modo, forma-se o carvão mineral, que é uma mistura de substâncias complexas ricas em carbono.

Dependendo da composição e principalmente do porcentual de carbono, formam-se quatro tipos de carvões minerais:

Tipo de Carvão Mineral	Porcentagem de Carbono
Turfa	com aprox.  60%
Linhito	com aprox.  70%
Hulha	com aprox.  80 a 85%
Autracito	com aprox.  90%

Matérias orgânicas presentes no carvão:	Materiais minerais (inorgânicos) presentes no carvão:
- C (carbono) - H (hidrogênio) - O (oxigênio) - N (nitrogênio) - S (enxofre presente na matéria carbonosa).	- argilas (ver calcários) - piritas (o rejeito piritoso é utilizado como matéria prima para   fabricação de ácido sulfúrico e o ácido fosfórico, empregado na indústria de fertilizantes). - calcários ( o rejeito calcário e argiloso é empregado para a conservação das estradas). - óxidos: silício, alumínio, ...

Turfa:

·         carbono       60,0%

·         hidrogênio  5,5 %

·         oxigênio      32,0 %

Linhito:

·         Carbono     65,0 a 75,0 %

·         hidrogênio 5,0 %

·         oxigênio      16,0 a 25,0 %

Hulha:

·         carbono      80,0 a 85,0 %

·         hidrogênio  4,5 a 5,5 %

·         oxigênio      12,0 a 21,0 % (no carvão sub-betuminoso)e 5,0 a 20,0 % (no carvão betuminoso).

Antracito:

·         carbono      90,0 %

·         hidrogênio  3,0 a 4,0 %

·         oxigênio      4,0 a 5,0%

Entre os tipos citados, a hulha é um dos que têm maior importância comercial, pois através da sua destilação a seco na ausência de ar, obtêm-se três frações de ampla aplicação, que são:

Fração gasosa: Contém hidrogênio, metano e monóxido de carbono, sendo usada como combustível e para iluminação a gás de ruas;

Fração líquida: Contêm duas partes, as águas amoniacais, que são usadas principalmente para produzir fertilizantes, e o alcatrão de hulha, que é fracionado em cinco partes, sendo usadas para as mais diversas aplicações, tais como produção de tintas, medicamentos, plásticos e pavimentações asfálticas;

Fração sólida: Contém carvão de coque usado em indústrias siderúrgicas para produzir ferro e aço.

O carvão vegetal é produzido a partir da queima da madeira formada basicamente por oxigênio, carbono e hidrogênio.

Processo de Obtenção de Cada

Carvão Mineral

Beneficiamento:

O beneficiamento consiste em processos que visam à redução da matéria inorgânica existente no carvão, melhorando desta forma a qualidade.
O Carvão ROM  (Run of Mine): É o minério bruto, obtido diretamente da mina, sem sofrer nenhum tipo de beneficiamento e é retirado através de correia transportadora ou vagonetes.

Carvão pré-lavado:

É o minério que após sua extração sofre o primeiro beneficiamento, nas "bocas da mina" ficando com menor quantidade de impurezas.

Lavagem do carvão pré-lavado:

O carvão sofre, então, nova lavagem. Obtêm-se as seguintes frações:

·         28% de carvão metalúrgico (16% de cinzas) - utilizado nas indústrias siderúrgicas como agente redutor na obtenção do ferro.

·        
35% de carvão energético (42% de cinzas) - utilizado nas indústrias cimenteiras e nas locomotivas.

·        
2% de perdas residuais (carvão com elevado teor de cinzas).

·        
 outros 2,5 a 4,5%.

(Tópicos extraídos da publicação "Aspectos Sobre CARVÃO MINERAL" das Centrais Elétricas de Santa Catarina, de autoria dos engenheiros: José Corrêa Hulse e Ronê de Oliveira -dezembro/93). Coloboração do Professor Rodi Hickel da UFSC.

Lavra:

É o processo de extração do carvão. Pode ser lavra a céu aberto ou lavra subterrânea. 

A lavra a céu aberto é possível quando a camada de carvão está aflorando à superfície. A lavra consiste na remoção da camada estéril (superior), deixando a camada de carvão ao tempo, onde então, extrai-se o carvão mineral.

A lavra subterrânea (mais profunda) é feita através de galerias. Esta extração pode ser manual, semi-mecanizada ou mecanizada.

Pirólise da hulha:

A pirólise (destilação) da hulha é feita sob aquecimento de, aproximadamente, 1000º C e na presença de corrente de ar. Obtém-se quatro frações, sendo uma gasosa, duas líquidas e uma sólida.

Fração gasosa: gás de rua ou gás de iluminação (já serviu para iluminar as ruas e hoje é utilizada na indústria e como combustível doméstico). 

Composição química:  H₂  (gás hidrogênio) 50% 

CH₄  (gás metano) 30% 

outros gases: CO (monóxido de carbono), N₂ (nitrogênio), etc

Fração líquida clara ou águas amoniacais: predomina  NH₃  (amônia ou gás amoníaco). É empregada na preparação de fertilizantes (adubos), ácido nítrico, etc..

Fração líquida escura ou alcatrão da hulha: mais densa que a fração líquida clara - águas amoniacais.

Composição química do alcatrão da hulha, depois de sofrer um novo processo de destilação: 

·         óleo  leve                                       benzeno, tolueno, etc.

·         óleo médio                                    fenol, naftaleno, xilenos, etc.

·         óleo pesado                                              naftaleno, fenóis, etc.

·         óleo verde ou de antraceno       antraceno, fenantreno, etc.

A finalidade da destilação do alcatrão da hulha é de ser obter hidrocarbonetos aromáticos (benzeno, tolueno, naftaleno, antraceno, fenantreno, etc ...).

Fração sólida: coque (tipo de carvão poroso) que atua como agente redutor na produção do ferro na indústria siderúrgica e na produção de gasolina sintética. 

               Obs.: nas paredes da retorta fica um depósito de carvão utilizado na fabricação de eletrodos, denominado de "carvão de retorta".

Carvão Vegetal

O carvão vegetal é obtido da queima incompleta da madeira. É a falta de oxigênio na queima que "cria" o carvão.

               O processo tradicional de obtenção do carvão vegetal dá-se pela queima ou aquecimento de madeira, em temperaturas que variam entre 500 e 600 C, na ausência de ar. Empilham-se estacas de madeira, cobertas parcialmente por terra, para limitar a entrada de ar, e procede-se à queima. Trata-se de uma técnica bastante primitiva, que não permite o aproveitamento de nenhum subproduto, geralmente usada por pequenos produtores, que operam no próprio local de desbaste das árvores. 

A carbonização (se caracteriza por ser um processo de decomposição térmica, que depende do tempo e da temperatura e que tem como objetivo aumentar o teor de carbono na madeira.) ocorre, geralmente, em fornos de alvenaria, que são de baixo custo e de fácil construção. Porém, suas paredes são más condutoras de calor, o que fazem que sejam gastos dias para o resfriamento do forno, diminuindo a produtividade. Além disso, o processo é bastante heterogêneo, sendo assim, a cada fornada, têm-se carvões com qualidade variável e diferentes rendimentos gravimétricos.

O processo industrial utiliza fornos, pré-aquecidos à temperatura de 300 C, nos quais são colocados pedaços relativamente pequenos de madeira seca. Esse processo permite a produção em escala incomparavelmente maior de carvão vegetal destinado à siderurgia do ferro gusa e à obtenção de subprodutos, como metanol, ácido acético piche, óleo e gás. A madeira mais indicada é o eucalipto, plantado em grandes extensões.

Subprodutos

Carvão vegetal

Distinguem-se 3 produtos básicos formados durante a produção:

·         Carvão vegetal

·         Produtos condensáveis

·         Produtos gasosos

Carvão vegetal é o termo genérico do produto sólido obtido da carbonização da madeira. Mas, segundo as técnicas para sua obtenções e o uso para o qual ele é destinado, pode-se obter carvões muito diferentes. O rendimento em carvão vegetal gira em torno dos limites de 25 a 35% com base na madeira seca.

Os principais tipos de carvão são:

a) Carvão para uso doméstico

b) Carvão metalúrgico

c) Carvão para gasogênio.

d) Carvão ativo

e) Carvão para a indústria química

f) Outros usos: carvão para a indústria de cimento.

Produtos condensáveis

Tais produtos são representados pela água (no mínimo ¾ da totalidade dos produtos condensáveis), seguido pelo ácido acético, álcool metílico, acetona e alcatrões. Normalmente os produtos condensáveis se separam por repouso, em duas camadas: uma camada inferior formada por alcatrão bruto onde o creosoto é o constituinte mais importante e uma camada superior aquosa, onde são encontrados o ácido acético, álcool metílico, acetona e alcatrões solúveis dissolvidos em 80-85% de água. Essa camada é denominada de ácido ou licor pirolenhoso.

Em termos de rendimento os valores encontrados para estas duas frações têm estado compreendidos entre 40 e 45% para o caso do ácido pirolenhoso e 5% a 15% para o alcatrão, com base na madeira seca.

Produtos gasosos

O volume e a composição dos gases não condensáveis bem como os demais produtos da destilação dependem da madeira e da técnica de carbonização empregada. A destilação seca da madeira fornece em média de 15 a 20% de seu peso em gás. Seu poder calorífico a 15oC corresponde em média a 1.300 calorias/m3.

A composição química quantitativa média desses gases é mostrada na tabela 4.

Tabela 4. Composição química média dos produtos gasosos da destilação seca da madeira.

Dos produtos passíveis de serem obtido a partir da destilação seca da madeira, o carvão tem sido tradicionalmente o mais importante e, como visto anteriormente, ele possui uma série de utilizações. No entanto, hoje, cresce cada vez mais o interesse pelo aproveitamento industrial dos demais produtos da destilação seca da madeira.

A França foi um dos países pioneiros na carbonização de madeira. Atualmente, essa indústria sobrevive baseada quase exclusivamente na obtenção de uma gama de produtos a partir do alcatrão e ácido pirolenhoso. O carvão vegetal é que é considerado subproduto e vendido para outras finalidades que não o alto-forno.

Como pode ser observado na tabela 5 são bastante amplas as possibilidades de utilização dos produtos da destilação seca da madeira.

Tabela 5. Possíveis utilizações dos produtos da destilação seca da madeira.Fonte: Adaptado de PANDOLFO (1977)

Carvão mineral

·   Fração gasosa: gás de hulha

·   Frações líquidas: águas amoniacais e alcatrão de hulha

·   Fração sólida: coque

Produção aproximada de derivados por tonelada de carvão

VANTAGENS E DESVANTAGENS DA UTILIZAÇÃO

Vantagens da utilização do carvão

·               Contém muita energia.

·               Vastas reservas.

·               Elevado poder calorífico.

·               Domínio da tecnologia para o seu aproveitamento.

·               Facilidade de transporte e distribuição.

Desvantagens da utilização do carvão

·               Graves alterações ao nível dos solos, atmosfera e dos recursos hídricos.

·                Elevado uso dos solos.

·               Possibilidade de graves consequências ao nível da saúde humana.

·                Poluição da atmosfera.

·                Contribui para as chuvas ácidas.

Carvão vegetal

Vantagem

·               O carvão também é usado na medicina, nesse caso chamado de carvão ativado oriundo de determinadas madeiras de aspecto mole e não resinosas.

·               Diante de várias indicações positivas do carvão pode-se destacar o seu uso no tratamento de dores estomacais, mau hálito, aftas, gases intestinais, diarreias infecciosas, desinteria hepática e intoxicações.

·               O carvão também se destaca na condução de oxigênio e um eficiente disseminador de toxinas.

·               O carvão vegetal é derivado de uma matéria-prima renovável - o eucalipto -, que tem poder de limpeza da atmosfera por meio da reação da fotossíntese.

Desvantagem

·               A desvantagem da produção do carvão vegetal no Brasil está na questão da origem da madeira: usualmente, utilizam as nativas, causando um grande dano ambiental.

Carvão mineral

Vantagens

·               Grandes quantidades de eletricidade são formadas onde existe carvão

·               Custo relativamente baixo por causa de grandes reservas

·               O carvão é o recurso mineral mais abundante

·               Simples acessibilidade

Desvantagens

·               Recurso não renovável

·               Grande poluente da atmosfera liberta CO₂, óxidos de enxofre de azoto, além de poluentes radioativos e de cinzas.

·               Agrava o aquecimento global

·               Contribui para as chuvas ácidas

BIBLIOGRAFIA

·         http://www.mma.gov.br/clima/energia/fontes-convencionais-de-energia/carvao

·         http://meioambiente.culturamix.com/recursos-naturais/carvao-vegetal-e-mineral

·         http://www.algosobre.com.br/quimica/carvao.html

·         http://www.brasilescola.com/quimica/carvao-mineral-ou-natural.htm

·         http://www.mundoeducacao.com/quimica/tipos-carvao.htm

·         http://www.grupoescolar.com/pesquisa/carvao-mineral.html

·         http://pt.wikipedia.org/wiki/Carv%C3%A3o_mineral

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·         http://carvao-vegetal.info/mos/view/Carv%C3%A3o_vegetal_na_medicina/

·         http://fontesdeenergianaesdah.blogspot.com.br/2010/05/carvao.html

·         http://www.stabh.com/carvao-vegetal/

·         http://pt.slideshare.net/materiaissustentabilidade/carvo-9837000

Apresentação Slides: