Carboquímica: Estudo dos Produtos do Carvão Mineral e da Madeira

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Carboquímica
Energia e carboquímicos
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Carboquimica
Carboquímica é o estudo dos produtos provenientes da destilação dos vários tipos de carvão mineral e da madeira. Quando se destila o carvão mineral, ou a madeira em atmosfera isenta de oxigênio, produz o alcatrão que ao ser condensado, e passandos por uma coluna de destilação fracionada, produz uma série de produtos ,que vai desde o benzeno, tolueno, naftaleno e no caso da madeira, acetonas, metanol, etanol, etc, além de uma série de hidrocarbonetos políciclicos e aromáticos complexo. É um mistura complexa. Além do mais a carboquímica estuda os produtos que se podem produzir a partir de reações com estas substãncias do alcatrão, da síntese síntese de outros compostos orgânicos. 
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Carboquimica
A Carboquímica é uma área de estudos análoca a Petroquímica. Só que a petroquímica estuda as sínteses que podem ser feitas a partir das substâncias provenientes da destilação do petróleo, e a Carboquímica do carvão mineral. Verificar se a química com os produtos da destilação da madeira pode ser incluída na carboquímica, pois, na destilação da madeira sobra com produto também o carvão que sobra, após a recuperação e destliação do alcatrão que exala do aquecimento do alto forno.
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Industria carboquimica
A indústria carboquímica pode utilizar-se dos vários produtos e subprodutos provenientes tanto da mineração e do processamento do carvão mineral, tanto do processamento industrial do carvão mineral. Junto com o minério do carvão pode vir outros minerais como pirita (sulfeto de ferro, FeS2), pirita associada a outros minérios, e outros minérios. A mineradora ao purificar o carvão mineral pode produzir como resíduos estes minerais associados a Pirita. Estes são utilizados pela Indústria Carboquímica Catarinense para produzir ácido sulfúrico, ácido fosfórico, adubos minerais sulfatados e fosfatados, dentre outros. Neste caso, a indústria Carboquímica, apesar do nome, não separa, nem sintetiza compostos orgânicos (de carbono), e sim compostos inorgânicos.
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Industria carboquimica
O carvão mineral purificado vai para um destilador. Ele é aquecido a temperaturas elevadas na ausência de oxigênio. Neste processo é produzido o coque (carvão que fica no fundo do destilador), e o alcatrão, que é condensado, separando-se dele várias frações, que são posteriormente destiladas em fracionadores produzindo dezenas de substâncias.
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O coque é vendido para as siderúrgicas, que é usado na redução do minério de ferro, ou alternativamente pode ser misturado em alto forno para reagir com cal anidro (CaO - produzido a partir da calcinação do Calcário, CaCO3), produzindo carbureo de Cálcio. O Carbureto reage espontaneamente com a água, produzindo o gás inflamável, acetileno (etino), que é usado para maçaricos que queimam o gás com o oxigênio puro (100% de Oxigênio), produzindo uma temperatura de 3000°C, cuja a chama é da cor ultravioleta (chama quase invisível), tamanha é a energia liberada. Está é a temperatura de ebulição do Ferro, ou seja, é capaz de evaporar o aço. Já a queima do acetileno com o ar atmosférico (20% de Oxigênio), produz uma temperatura de 1700°C, chama amarela com combustão incompleta, gerando monóxido de carbono e negro fumo, ou seja, um pó de carvão muito fino que possui várias aplicações industriais. Como referência, a queima do GLP (gás de cozinha)produz uma temperatura de 800°C.
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Industria carboquimica
Por um outro lado, o gás acetileno pode ser usado para produzir diversos derivados do vinil, como o cloreto de vinila, tetra fluoreto de vinila, acetado de vinila, etc, além do próprio vinil, que ao serem polimerizados produzem os plásticos, Policloreto de Vinila (PVC), Politetraflúor etileno (o famoso Teflon das superfície interna panelas que não grudam alimentos), o Poliacetato de Vinila (PVA: é o plástico de que é feito o chicletes - goma de mascar - e que é componente base de várias tintas polimerizantes em que são dissolvidos vários pigmentos, como o pigmento branco de dióxido de titânio), e o Polivinil, respectivamente.
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Industria carboquimica
Do alcatrão, são separados por destilação fracionada, produzindo dezenas de substâncias, muitas delas já importantes em si, como o benzeno, tolueno, naftaleno (que é usada para fazer as bolinhas de naftalina, entre outras utilidades), etc. Mas estas substâncias podem ser utilizadas para sintetizar outras. Por exemplo, o tolueno pode ser nitrato, usando ácido nítrico e tolueno como reagente, e ácido sulfúrico como catalisador, sintetizando o Trinitro-Tolueno, substância que possui uma sigla muito famosa, ou seja, TNT. É o ingrediente principal do Dinamite, no lugar da Trinitrato-glicerina, mais popularmente conhecida como nitroglicerina. O TNT é mais usados para aplicações militares, sendo o explosivo usado em projéteis (balas) de canhão, bombas de avião, cargas explosivas de torpedos, etc.
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Carvão: o que é?
O carvão mineral é formado a partir do soterramento e decomposição de restos materiais de origem vegetal. Gradualmente, estes materiais ao sofrerem soterramento e compactação em bacias de deposição, apresentam enriquecimento no teor de carbono.
Fatores externos, tais como pressão, temperatura e tempo de exposição, determinam o grau de carbonificação destes combustíveis. Durante o período de modificações existe desprendimento de umidade, óxidos de carbono e metano associado ao enriquecimento do carbono.
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Composição aproximada das diversas etapas de coalificação
* Coqueificáveis. No Brasil, apenas o carvão metalúrgico de SC (sub-betuminoso) é classificado como coqueificável, porém, possui elevado teor de cinzas (18,5%) e de enxofre (1,5%).
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Lavra
É o processo de extração do carvão. Pode ser a céu aberto ou lavra subterrânea. 
A lavra subterrânea apresenta o risco de explosões devido a presença de bolsões de gás metano. 
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Lavra
O processo de lavra a céu aberto inicia-se com a retirada do material estéril que recobre as camadas de carvão (este material é depositado no corte anteriormente lavrado). Após o carvão ter sido exposto, este é desmontado com o emprego de explosivos e transportado até a planta de beneficiamento.
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Lavra
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Beneficiamento
O carvão ROM (run of mine) é o minério bruto. 
O beneficiamento nas “bocas de mina” consiste de processos que visam a redução da matéria inorgânica existente no carvão. 
Consiste de processos de britagem e de lavagem.
No carvão nacional, o rendimento do processo de beneficiamento é de ~ 35%. 
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Beneficiamento
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Impactos socioambientais
Os maiores impactos socioambientais do carvão decorrem de sua mineração, que afeta principalmente os recursos hídricos, o solo e o relevo das áreas circunvizinhas. 
A abertura dos poços de acesso aos trabalhos de lavra, feita no próprio corpo do minério provoca a emissão de óxido de enxofre, óxido de nitrogênio, monóxido de carbono e outros poluentes da atmosfera.
Durante a drenagem das minas, feita por meio de bombas, as águas sulfurosas são lançadas no ambiente externo, provocando a elevação das concentrações de sulfatos e de ferro e a redução de pH no local de drenagem.
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O beneficiamento do carvão gera rejeitos sólidos, que são depositados no local das atividades, criando extensas áreas cobertas de material que é lançado em barragens de rejeito ou diretamente em cursos de água. Grande parte das águas de bacias hidrográficas circunvizinhas é afetada pelo acúmulo de materiais poluentes (pirita, siltito e folhelhos).
As pilhas de rejeito são percoladas pelas águas pluviais, ocasionando a lixiviação de substâncias tóxicas, que contaminam os lençóis freáticos. A posterior separação de carvão coqueificável de outras frações de menor qualidade forma novos depósitos, que cobrem muitos hectares de solos cultiváveis.
Impactos socioambientais
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Principais produtos carboquímicos
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Combustão para geração de energia
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Carvão para geração de energia elétrica
Fonte 		Obtenção Usos Vantagens 	Desvantagens 
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Uso das fontes de energia
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Reservas, produção e consumo
de carvão mineral - 2002
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No final de 2002, as reservas nacionais de carvão giravam em torno de 12 bilhões de toneladas. As principais reservas estão no RS que detém mais de 90% das reservas nacionais. 
Reservas, produção e consumo de carvão mineral - 2002
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Baixo poder calorífico
Altos teores de cinza (entre 47% e 58%)
Altos teores de enxofre (1,0% a 4,7%)
Recuperação baixa no processo de beneficiamento (< 35%)
Necessidade de melhorias das tecnologias para aproveitamento
Carvão mineral nacional
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Vendas de Carvão no Brasil – (Ton)
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Detalhamento das Vendas por Setor de Consumo x Empresa – 2.005 (ton) 
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Carvão como combustível
A queima de combustíveis fósseis resulta na emissão de uma série de poluentes para o ar:
Particulados : Cinzas pesada e leve; 
Gases: SOx, NOx e CO2; 
Orgânicos: Hidrocarbonetos e POM (polycyclic organic matter); e 
Elementos traços. 
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Impactos socioambientais
Além dos impactos da mineração, a queima de carvão em indústrias e termelétricas causa graves impactos socioambientais, em face da emissão de material particulado e de gases poluentes, dentre os quais se destacam o dióxido de enxofre (SO2) e os óxidos de nitrogênio(NOx). 
Além de prejudiciais à saúde humana, esses gases são os principais responsáveis pela formação da chamada chuva ácida, que provoca a acidificação do solo e da água e, conseqüentemente, alterações na biodiversidade, entre outros impactos negativos, como a corrosão de estruturas metálicas.
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Pirólise do carvão mineral
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Processos de coqueificação
A coqueificação é um processo pelo qual o carvão mineral, ao ser submetido a temperaturas elevadas na ausência de oxigênio, libera gases presentes em sua estrutura, originando um resíduo sólido infusível, que é o coque. 
Este é um processo químico, na medida em que envolve quebra de moléculas, cujas principais etapas são:
- Perda de umidade: Ocorre a temperaturas entre 1000C e 1200C e caracteriza-se pela liberação de umidade presente no carvão;
- Desvolatização primária: É o primeiro estágio da coqueificação propriamente dita e ocorre entre temperaturas da ordem de 3500C a 5500C, com a liberação de hidrocarbonetos pesados e alcatrão;
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Processos de coqueificação
Fluidez: Ocorre entre 4500C e 6000C, quando o material se torna fluido, pastoso, devido ao rompimento das pontes de oxigênio presentes em sua estrutura química;
Inchamento: etapa que ocorre paralelamente à fluidez devido à pressão dos gases difundindo-se na estrutura de microporos do carvão. A intensidade do inchamento será função da velocidade de liberação destes, através da massa fluida. 
Resolidificação: ocorre à temperaturas próximas de 7000C, formando o semi-coque. Determina em grande parte a qualidade do coque, uma vez que uma resolidificação sem formação de fissuras originará um produto de elevada resistência mecânica; 
-Desvolatização secundária: última fase do processo, ocorre na faixa situada entre 8500C  e 13000C com eliminação sobretudo de hidrogênio.
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Produção do coque
A coqueificação é o processo de aquecimento de carvão, obtendo-se como resultado, um resíduo sólido, poroso, juntamente com a evolução de certo número de produtos voláteis que escapam da câmara de coqueificação. 
As operações de uma coqueria se resumem em: 
Carregamento
Coqueificação,
Descarregamento
Apagamento 
Expedição.
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Características de coquerias (Usiminas)
Tabela: Características de coquerias 
 
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Coqueificação
Uma vez carregada, a mistura começará imediatamente a sofrer as transformações químicas, já descritas, que proverão o aparecimento do coque metalúrgico.
O processo ocorre na ausência de oxigênio para evitar a combustão da mistura de carvões. O calor necessário para a coqueificação é fornecido por condução através das paredes dos fornos (fabricadas com material refratário de sílica e sílico-alumínio de alta qualidade) proveniente da combustão de gases em câmaras intercaladas àqueles.
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Coqueificação
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Apagamento 
Ao ser desenfornado, o coque incandescente (1200º C) é descarregado no interior de um carro de apagamento, que se locomove em trilhos dispostos na lateral da coqueria. Este carro conduz o material até a estação de apagamento, o qual é feito por intermédio de jatos d’agua (Usiminas) ou à seco (CST).
Ao sair do apagamento, o coque é levado à estação de peneiramento para classificação granulométrica. Os pedaços maiores do que 100mm são quebrados em moinhos de rolos.
O coque que passou pela primeira peneira e o britado passam por uma segunda peneira de 50mm e é levado até os silos para alimentação do alto-forno.
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Produtos da pirólise do carvão mineral
Fração gasosa: gás de hulha
Frações líquidas: águas amoniacais e 				alcatrão de hulha
Fração sólida: coque
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Pirólise do carvão mineral
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Fluxograma do processo
Coqueificação
Alto-forno
Coletor principal
Pulverização com solução diluída de amônia
Tanque de decantação
Saturador
Tanques de armazenamento de alcatrão
gás
gases e líquidos
líquidos
Extrator de alcatrão
fração amoniacal
alcatrão
alcatrão
gás
Sulfato de amônio
Condensador
Naftaleno
Lavador de óleos leves
Óleos leves
Extração de S
G.O.C
Processamen-to do alcatrão
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Produção aproximada de derivados por ton. de carvão
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Alcatrão de hulha
Mistura de compostos químicos, na sua maioria aromáticos.
A quantidade de alcatrão varia de 30 a 80 l/ton de carvão.
O produto residual da destilação do alcatrão é o piche (> 60% do alcatrão bruto).
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Destilação do alcatrão
Óleos leves (até 199ºC). BTX
Óleos médios ou de creosoto: fração entre 200ºC e 249ºC). Contém naftaleno, fenol e cresóis.
Óleos pesados constituem a fração entre 250ºC e 299ºC.
Óleo de antraceno. Constitui a fração entre 300ºC e 399º. 
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Composição do alcatrão
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Quantos descendentes tem um pedaço de carvão?
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Carboquímica da Amazônia
É uma empresa brasileira que atua no mercado de Metalurgia há 25 anos, vem criando soluções inteligentes em construções metálicas para os mais diversos segmentos, onde os principais são do ramo da Construção Civil, Industrial e Logístico
Como destaques alguns de nossos principais produtos: Estruturas Metálicas, Mezaninos, Reservatórios Metálicos, Sistemas de Armazenagem, Telha Zipada, Pontes Rolantes, Pontes Rodoviárias, Peças Estampadas, Tubos e Conexões.
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Companhia Siderúrgica Paulista
A COSIPA ou Companhia Siderúrgica Paulista ou ainda Usina José Bonifácio de Andrade e Silva, localiza-se no município paulista de Cubatão no litoral do Estado de São Paulo, no Brasil. Possui 12 milhões de metros quadrados, incluindo um porto privativo alfandegado e que pode operar 12 milhões de toneladas/ano, e um complexo ferroviário com capacidade de atender 4 milhões de toneladas/ano. A empresa conta com cerca de 5.500 empregados, dos quais 5.300 trabalhando na Usina de Cubatão.
A empresa produz aços planos não-revestidos, (placas, chapas grossas, laminados a quente e a frio), que atendem segmentos estratégicos da economia, como o automobilístico, ferroviário, automotivo, naval, de construção civil, agrícola, de embalagens, mecânico, eletroeletrônico, de utilidades domésticas, máquinas e equipamentos e de distribuição.
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Usiminas
Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A ou Usiminas, pertencente ao Sistema Usiminas (Holding), é uma empresa do setor siderúrgico líder na produção e comercialização de aços planos laminados a frio e a quente, bobinas, placas e revestidos, destinados principalmente aos setores de bens de capital e de bens de consumo da linha branca, além da indústria automotiva. Foi fundada em 25 de abril de 1956 em Coronel Fabriciano, no que viria a ser o Vale do Aço, Minas Gerais. Sua constituição societária e legal foi elaborada nessa data por Gabriel Andrade Janot Pacheco e seu primeiro presidente foi o engenheiro Amaro Lanari Júnior. Em 1964 Ipatinga, a 220 km de Belo Horizonte, se emancipa de Coronel Fabriciano e a Usiminas passa a estar neste novo município. Sua sede administrativa encontra-se em Belo horizonte, em frente à Universidade Federal de Minas Gerais e ao lado do BH-TEC.
O Sistema Usiminas destaca-se como o maior complexo siderúrgico de aços planos da América Latina e um dos 20 maiores do mundo. A Usiminas é a líder do Sistema, formado por empresas que atuam em siderurgia e em negócios onde o aço tem importância estratégica. Atualmente designa um pool de diversas empresas, estando empenhada com a transparência no relacionamento com o mercado de capitais.
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Companhia Siderúrgica Nacional
A Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) é a maior indústria siderúrgica do Brasil e da América Latina, e uma das maiores do mundo.
Sua usina situa-se na cidade de Volta Redonda, no Vale do Paraíba, no sul do estado do Rio de Janeiro, tendo suas minas de minério de ferro e outros minerais na região de Congonhas e Arcos, ambas cidades do estado de Minas Gerais e também de carvão na região de Siderópolis no estado de Santa Catarina.
Sua principal usina hoje produz cerca de 6 milhões de toneladas de aço bruto e mais de 5 milhões de toneladas de laminados por ano, sendo considerada uma das mais produtivas do mundo.
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Industria Carboquimica Catarinense 
a instalação da ICC, ambicioso projeto que previa a implementação de um grande complexo industrial na cidade de Imbituba. Busca enfocar, principalmente, os debates gerados no município acerca do impacto ambiental advindo com ela, impacto este resultante, sobretudo, pela supervalorização da perspectiva desenvolvimentista em detrimento do perigo e risco da degradação ambiental.
A instalação da industria carboquimica na região catarinense ocorreu devido a forte atividade carvoeira. A cidade de Imbituba (sede da industria) possui um porto, facilitando o escoamento, alem de uma malha ferroviaria que liga a cidade até a regiao carbonifera.Outro fator importante para a decisão dessa sede foi a proximidade com Anitápolis que possui reservas de rochas fosfáticas que é essencial para a produção de ácido fosfórico, insumo utilizado na produção de fertilizantes. 
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Industria Carboquimica Catarinense 
O processo de apresntaçao do projeto à polulaçao foi baseado em duas promessas: geração de emprego e melhorias na infra-estrutura da cidade, já que esta contaria dali para frente com investimentos em saneamento básico, com a implataçao do sistema de abastecimento de água feita pela CASAN; melhorias na distribuição de energia elétrica realizada pela CELESC, pela ampliação da rede de telefonia através da TELESC e pelas obras de construção e pavimentação de estradas. Um dos problemas gerados era o destino que deveria ser dado ao chamados “rejeitos” do carvão, que acumulavam-se em pátios e transformavam espaços dessas cidades em depósitos a céu aberto com aspecto de “paisagem lunar”, além de provocarem sérios danos ambientais devido a ação do tempo. 
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