Aula 03 - 08-09-2025 - Carvao II (2)

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Profº Luiz Ghelmandi Netto Complementos de Química Aplicada
Complementos de Química Aplicada
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Análise Imediata do Carvão Mineral
 Método Brasileiro (MB-15): Este método fixa o modo pelo qual deve ser feita a
determinação da composição imediata do carvão mineral, para um melhor
conhecimento do material que se considera.
 A análise imediata do carvão mineral abrange a determinação das seguintes
características:
 Umidade
 Matéria Volátil
 Cinza
 Carbono Fixo
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Umidade (%U)
 Umidade Superficial: Possui fraca aderência e pode ser retirada por simples exposição
do carvão ao ar. Proveniente de processos de lavagem do carvão ou da exposição do
mesmo à chuva, quando em trânsito. 1ª Fração de Umidade.
 Umidade Inerente: Umidade característica do carvão. Retirada do carvão em condições
padronizadas de aquecimento (ABNT). 2ª Fração de Umidade.
Umidade Total = Umidade Superficial + Umidade Inerente
 A análise imediata da “base úmida” refere-se a amostra de carvão seco ao ar ou seja,
contendo apenas a unidade inerente ou de equilíbrio. (2° fração da Umidade).
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Matéria Volátil (%MV)
 Matéria Volátil Total (%MVT): Inclui a umidade inerente do carvão.
 Matéria Volátil Propriamente Dita (%MVpd): Não inclui a umidade inerente do carvão. É
constituída por:
a) Água não originalmente presente como umidade livre ou inerente, porém derivada da
decomposição química do carvão.
b) Mistura complexa de gases combustíveis, incluindo, hidrogênio, metano, etano,
benzeno, etc.
c) Alcatrão, uma mistura complexa de hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos,
alguns destes, especialmente fenóis, contendo oxigênio na sua composição química.
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Matéria Volátil (%MV)
 Praticamente nada da matéria volátil expelida do carvão quando aquecido existe como
tal no carvão original; as substâncias que a compõe são quimicamente formadas como
resultado da destruição do carvão.
 A porcentagem da matéria volátil expressa como uma fração do carvão seco e sem
cinza, é um fator de utilidade para classificar o carvão e para se avaliar sua utilização na
indústria.
%MVT = %MVpd + %U
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Cinzas (%Z)
 É o produto final residual mineral da queima total do carvão. A cinza é derivada de
matéria mineral no carvão, porém, não existe no carvão na mesma forma em que é
pesada na experiência.
 Quando o carvão é queimado, como no teste, a matéria mineral se decompõe, com
produção de óxidos desidratados e pequenas quantidades de sulfatos.
 A massa de cinza é menor do que aquela da matéria mineral no carvão original.
 A umidade e a cinza (ou matéria mineral) são materiais incombustíveis e não são de
utilidade para o consumidor. São referidas como “material inerte” no carvão.
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Carbono Fixo (%CF)
 Dá-se o nome de “carbono fixo” ao conjunto de substâncias combustíveis que não se
desprendem quando o carvão é aquecido fora do contato do ar na determinação da
matéria volátil.
 A porcentagem de carbono fixo não é um número determinado por análise em
laboratórios; é obtido subtraindo de 100 as porcentagens de umidade, matéria volátil
(propriamente dita) e cinza obtidas pela análise. O termo “ carbono fixo” é portanto, um
conceito hipotético, derivado, puramente aritmético.
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Experimento
+
Cadinho de porcelana
2g de carvão mineral
1,5h em estufa ≈ 105°C
%U %MVpd
Cadinho com tampa
Em aquecimento direto
Incineração em Mufla
≈ 900°C
%Z
Coqueamento
(Número de Inchamento)
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1 – Capa com NOME, RA, TURMA, NOME DO EXPERIMENTO.
2 – Objetivo: Determinação das quantidades de matéria volátil,
carbono fixo e características da coqueificação do carvão mineral.
3 – Introdução Teórica: Pesquisar entre três e cinco parágrafos sobre
a coqueificação do carvão mineral
4 – Materiais Utilizados: Cadinho de porcelana com tampa; balança
analítica; estufa; mufla; bico de Bunsen; tela de amianto; tripé;
dessecador, pinças; carvão mineral, espátula dosadora.
Relatório – INDIVIDUAL E MANUSCRITO
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5 – Procedimentos
Determinação da Matéria Volátil Total
Obter a massa, com aproximação de 1 mg, de 2 g do carvão. Colocar num cadinho de porcelana, pondo no mesmo uma
tampa que o vede perfeitamente. O aquecimento deve ser feito em bico de Bunsen, Teclú, Mecker ou equivalente.
O aquecimento é feito em fogo brando durante um minuto; em seguida aumenta-se a chama até envolver o cadinho. Nota-
se uma chama amarela no topo do cadinho, que indica a queima da matéria volátil, durante o aquecimento escapa entre a
tampa e o cadinho.
Dá-se por encerrada a determinação da matéria volátil quando a chama amarela torna a ficar azul novamente.
Retirar a chama; passar o cadinho sem o abrir, para um dessecador (com cloreto de cálcio seco ou ácido sulfúrico
concentrado); deixar esfriar e medir a massa final.
Para obter o percentual de Matéria Volátil propriamente dita (%MVpd) subtrai-se da Matéria Volátil Total (%MVT) o
percentual de Umidade obtido no experimento anterior:
%MVT = %MVpd + %U
Relatório – INDIVIDUAL E MANUSCRITO
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Teste do Número de Inchamento
Após a realização da destilação seca, para a determinação da matéria volátil, retirar o botão de coque do cadinho e
compará-lo com a tabela de perfis padrão. Determinar o perfil de inchamento do carvão.
Relatório – INDIVIDUAL E MANUSCRITO
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Determinação do Carbono Fixo
A determinação do carbono fixo é feita por diferença. Calculadas as porcentagens de umidade, de
matéria volátil (propriamente dita) e de cinza, a diferença entre 100 e a soma dessas três
porcentagens dará a porcentagem do carbono fixo.
%CF = 100 - (%U + %MVpd + %Z)
Relatório – INDIVIDUAL E MANUSCRITO
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6 – Resultados e Conclusões
Dados obtidos no relatório anterior:
%U =
%Z =
Determinação da Matéria Volátil
Massa do cadinho:
Massa da amostra:
Massa após destilação seca:
%MVT =
%MVpd =
Relatório – INDIVIDUAL E MANUSCRITO
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Perfil de Inchamento
Classificação de acordo com a Tabela:
Utilização mais adequada do carvão:
Carbono Fixo
%CF =
7 – Referências Bibliográficas
Relatório – INDIVIDUAL E MANUSCRITO
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Coqueificação
 Chamamos de coque, como o produto restante da destilação seca do carvão, sendo então constituído por
carbono fixo e cinzas.
 As propriedades de coqueificação ou de aglutinação de um carvão têm grande importância para a
fabricação de coque ou de gás.
 O carvão coqueificável é carvão que apresenta propriedades aglutinantes, que acredita-se ser
principalmente alto teor de betume e alcatrão.
 Quando aquecido em ausência de ar em temperatura de 350 a 400°C ele se torna pastoso (amolecido),
devido justamente aos componentes descritos.
 Com saída de materiais voláteis nesta temperatura haverá um inchamento do mesmo, e ao chegar à
temperatura de cerca de 500°C, o coque formado endurece, dando o que nos chamamos de botão de
coque.
 Quanto mais plástico ou pastoso se torna o carvão pelo aquecimento, maior será seu poder de
coqueificação.
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Número de Inchamento
 Existem vários tipos de carvões e estes apresentam variações nas suas características de
coqueificação, sendo que alguns carvões se expandem alguns não se modificam e outros se
contraem.
 Quando um carvão tem alto teorde matéria volátil, tem-se como resultado, os
aquecimentos de uma massa plástica relativamente fluida da qual os gases liberam-se
rapidamente.
 O carvão não se expande, isto é tem um baixo inchamento podendo até ter contração de
volume.
 Quando um carvão tem baixo teor de matéria volátil, a massa plástica é mais viscosa sendo
que a retenção de gases é maior.
 Não escapam, proporcionando ao se expandirem um aumento de volume, com inchamento
grande.
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Número de Inchamento - Perfis
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Número de Inchamento - Classificação
 Até 2 ½: Não coqueificável ou propriedades de coqueificação muito fracas. Carvões adequados para
produção de vapor de água em caldeiras e para queima em outras fornalhas (geralmente de
alimentação mecânica móvel);
 3 e 3 ½: Carvões de poder de coqueificação fraco e moderado. São carvões para todos os fins de
combustão: adequados para carbonização para produção de gás, porém, inadequados para
fabricação de coque metalúrgico;
 De 4 a 6 ½: Carvões de poder de coqueificação moderado. São adequados para fins de combustão
porém são um tanto fortemente coqueificáveis para algumas formas de alimentadores mecânicos.
São usados para produção de gás combustível e para fabricação de coque metalúrgico de segunda
qualidade;
 De 7 a 9: Carvões fortemente coqueificáveis. Estes carvões são muito coqueificáveis para serem
adequados para combustão em fornalhas e ainda fortemente coqueificáveis para uso em produção
de gás. Essa classe inclui os carvões que são os melhores para a fabricação de coque metalúrgico em
coquerias.
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Exercício
A análise imediata de um carvão mineral foi realizada em laboratório. Os dados da análise seguem abaixo:
Percentual de matéria volátil propriamente dita 21,5%
Percentual de matéria volátil total 29,7%
Percentual de cinzas 6,3%
Pede-se:
a) Resultados da análise em base úmida
b) Resultados da análise em base seca
c) Resultados da análise em base seca e sem cinzas
d) Poder calorífico do carvão pela Fórmula de Gouthal
MV’’ A MV’’ A MV’’ A MV’’ A
25 103 28 100 31 97 34 95
26 102 29 99 32 97 35 94
27 101 30 98 33 96 36 91
Fatores de Multiplicação: Base seca: 100 / (100 – U); Base seca e sem cinzas = 100 / (100 – (U + Z))
PCS [kcal/kg] = 82 (CF) + A (MV)
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Exercício
Base Úmida:
%U = %MVT - %MVpd = 29,7 – 21,5 = 8,2%
%MVpd = 21,5%
%Z = 6,3%
%CF = 100 – (8,2 + 21,5 + 6,3) = 64%
Base Seca:
MV' = 21,5% x 100 = 23,4%
100 - 8,2
Z' = 6,3% x 100 = 6,9%
100 - 8,2
CF' = 100 - ( 23,4% + 6,9% ) = 69,7%
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Exercício
Base Seca Sem Cinzas:
MV" = 21,5% x 100 = 25,1%
100 - (8,2 + 6,3)
CF" = 100 - 25,1 = 74,9%
MV’’ A MV’’ A MV’’ A MV’’ A
25 103 28 100 31 97 34 95
26 102 29 99 32 97 35 94
27 101 30 98 33 96 36 91
Interpolação
Linear
MV" A
25 103
25,1 X
26 102
X = 102,9
PCS = 82 (64,0) + 102,9 (21,5)
PCS = 7.459,36 kcal/kg
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Fim