carvão mineral classificação e tabela diessel

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GEGEÓÓL.L.ªª LUCIANE GARAVAGLIALUCIANE GARAVAGLIA
CTCL (CENTRO TECNOLÓGICO DE CARVÃO LIMPO)/SATC
CRICIÚMA/SC, 29 DE JULHO DE 2008.
CURSO CARVÃO MINERALCURSO CARVÃO MINERAL
MMÓÓDULO 2DULO 2
1. 1. O que é Carvão
2. 2. Amostragem
Preparação das Amostras
3. 3. Processos de Carbonificação
Escala de Observação
Macroscopia (Litotipos)
Poder Refletor da Vitrinita (Classificação ISO e ASTM)
Petrografia (Microscopia)
Microlitotipos
4.4. Composição Química do Carvão
5. Propriedades Físicas do Carvão
PARTE IPARTE I
(Flora típica do Carbonífero)
Rocha sedimentar combustível, formada a partir de restos vegetais que 
se encontram em diferentes estados de conservação, tendo sofrido 
soterramento, seguido de compacção. 1963, ISO 1212-2, ISO 7404-1)
O carvão fóssil é impropriamente chamado de carvão mineral, designação 
incongruente já que o carvão é, pela sua própria gênese e natureza, uma 
rocha orgânica. A designação imprópria de “carvão mineral” tem, origem 
meramente comercial, portanto não científica, em contraste com o 
“carvão vegetal”.
Rocha combustível que contém mais de 50% em peso e mais de 70% em 
volume de material carbonoso, incluindo a humidade intrínseca. Bates & 
Jackson, 1987 (Glossary of Geology, AGI, 3rd Ed.)
Rocha sedimentar carbonosa, fundamentalmente derivada de 
restos vegetais, com matéria mineral associada correspondendo a 
um teor em cinzas (b.s.) inferior ou igual a 50%. (ISO, 2005 – 1st Ed.)
Amostragem de canal Amostragem de canal – representativa da camada (base p/ 
topo). Determinação das propriedades tecnológicas, a cada 30 cm 
– qualidade.
Amostragem de bloco Amostragem de bloco – acadêmico. Toda a camada em escala 
mm.
Amostragem pontual Amostragem pontual – amostra de mão
Amostragem de testemunho de sondagemAmostragem de testemunho de sondagem
Amostragem de calha Amostragem de calha – carvão quebrado
Amostragem ROMAmostragem ROM (run-of-mine)
2. Amostragem2. Amostragem
Jazida Santa 
Teresinha/RS
Carvão Bonito
Urussanga/SC
Histograma para preparação das amostrasHistograma para preparação das amostras
3. Processos de Carbonifica3. Processos de Carbonificaççãoão
Escala de ObservaEscala de Observaçção do Carvãoão do Carvão
LitotipoLitotipo
Designa as 
diferentes bandas 
macroscopicamente 
reconhecidas nas 
camadas de 
carvão.
Litotipos Características do Carvão 
(Austrália)
Descrição
Vitrênio
Carvão brilhante
Brilho vítreo a sub-vítreo; 
fratura conchoidal
<10% fosco
Carvão brilhante bandado
Carvão brilhante com 
bandas foscas
Entre 10 e 40% fosco
Clarênio
Carvão bandado
Bandas de carvão 
brilhante e fosco em igual 
proporção
40 a 60% fosco
Carvão fosco bandado
Carvão fosco com algumas 
bandas brilhantes
10 a 40% brilhante
Durênio Carvão fosco Opaco; sem fraturas<10% brilhante
Fusênio Carvão fibroso Brilho sedoso; friável
Macroscopia Macroscopia -- Litotipos do CarvãoLitotipos do Carvão
Poder Reflector da Vitrinita (Poder Reflector da Vitrinita (óóleo de imersão)leo de imersão)
Rank Rrandom (%)
Sub-betuminoso < 0,47
Betuminoso Alto-Volátil 0,50 – 1,12
Betuminoso Médio-
Volátil
1,12 – 1,51
Betuminoso Baixo-
Volátil
1,51 – 1,92
Semi-Antracito 1,92 – 2,50
Antracito > 2,50
Padrão R0 (%)
Safira 0,579
Granada-Ytrium-
Alumínio
0,895
Granada-Gadolínio-Gálio 1,697
Zirconita Cúbica 2,99
Diamante 5,32
ASTM - American Society for Testing 
and Materials
ClassificaClassificaçção dos Carvões ão dos Carvões –– Rank Rank (ISO)(ISO)
ClassificaClassificaçção dos Carvões ão dos Carvões –– RankRank (ASTM)(ASTM)
Grupo Maceral Fonte Processo Reflectância Química Carbonização Liquefação
VITRINITA
1Telocolinita
Tecidos lenhosos, 
folhas, etc.
Humificação
Gelificação Cinza médio
Conteúdo 
intermediár
io de H e 
voláteis
Principal 
constituinte 
reativo do 
coque de 
carvão
Suscetível a 
liquefação
2Desmocolinita
Vitrodetrinita*
Corpogelinita
Gelinita
LIPTINITA
Esporinita Esporos
Resistente Cinza escuro
Alto 
conteúdo 
de H e 
voláteis; 
mais 
alifáticos
Reativo 
durante a 
carbonização
Suscetível a 
liquefação
Cutinita Cutículas
Resinita Resina
Alginita Algas
Suberinita
Liptodetrinita*
INERTINITA
Fusinita
Tecidos lenhosos, 
etc.
Oxidação 
bioquímica
Branco, 
amarelado e 
cinza claro
Baixo 
conteúdo 
de H e 
voláteis; 
mais 
aromáticos
Inerte 
durante a 
carbonização
Resistente a 
liquefação
Semifusinita
Tecidos lenhosos, 
etc.
Intermediária 
entre vitrinita 
e fusinita 
(estrutura mais 
apertada)
Funginita Fungos
Remanescentes 
resistentes
Secretinita Secreção
Macrinita
Micrinita Materiais das plantas
Produto da 
degradação
Inertodetrinita*
Petrografia do CarvãoPetrografia do Carvão
MACERALMACERAL são os constituintes individuais do carvão reconhecidos 
microscopicamente, podendo ocorrer sozinho ou em associações. 
Escala MicroscEscala Microscóópica (Petrografia)pica (Petrografia)
Grupo da VITRINITA
Telocolinita 
(Telovitrinita)
Telinita
Desmocolinita
Vitrodetrinita
Corpogelinita
Gelinita
Grupo da LIPTINITA
Esporinita (Exinita)
Cutinita
Resinita
Alginita
Suberinita
Liptodetrinita
500 
µm
500 
µm
telocolinita
telocolinita associada c/ 
inertodetrinita telinita
Esporinita e 
cutinita
(luz refletida e luz 
fluorescente)
Detrovitrinita = dv
Fusinita = f
Semifusinita = sf
Inertodetrinita = id
Minerais = mmGrupo da 
INERTINITA
Fusinita
Semifusinita
Funginita
Secretinita
Macrinita
Micrinita
Inertodetrinita
Matéria Mineral
500 
µm
Petrografia (ContinuaPetrografia (Continuaçção ...)ão ...)
FORMAÇÃ PRIMÁRIA FORMAÇÃO SECUNDÁRIA
Detrítico Autigênico
Depositado em cleat, 
fraturas e cavidades
Transformação de 
minerais primários
Argilas
Caolinita, Ilita, 
Interestratificados
Sericita, Esmectita Ilita, Clorita
Carbonatos
Siderita, Dolomita, 
Anquerita, Calcita
Anquerita, Dolomita, 
Calcita
Sulfetos Pirita, Marcasita
Pirita, Marcasita, 
Esfalerita, Galena, 
Calcopirita
Pirita
(siderita)
Sílica Quartzo Quartzo, Calcedônia Quartzo, Calcedônia
Óxidos e 
Hidróxidos
Rutilo Hematita, Limonita Goetita
Fosfatos Apatita (Fosforita), Apatita
Silicatos
Zircão, Feldspato, 
Turmalina, Micas
Sulfatos
Sulfatos hidratados de 
ferro, Gipso (oxidação)
Petrografia (ContinuaPetrografia (Continuaçção ...)ão ...)
esmectita concreções de pirita
Microlitotipos Principais Grupos Composicionais Macerais
Vitrita Vitrinita (V) > 95% V
Liptita Liptinita (L) > 95% L
Inertita Inertinita (I) > 95% I
Clarita Vitrinita + Liptinita > 95% V + L
Durita Inertinita + Liptinita > 95% I + L
Vitrinertita Vitrinita + Inertinita > 95% V + I
Duroclarita Vitrinita + Liptinita + Inertinita V, L, I >5% cada, V I, L
Vitrinertoliptita Vitrinita + Liptinita + Inertinita V, L, I >5% cada, L I, V
Clarodurita Vitrinita + Liptinita + Inertinita V, L, I >5% cada, I V, L
Microlitotipos do CarvãoMicrolitotipos do Carvão
Tissue Preservation Index (TPI)
Telinita + Telocolinita + Fusinita + Semifusinita
Desmocolinita+ Macrinita + Inertodetrinita
Gelification Index (GI)
Vitrinita + Macrinita
Semifusinita + Fusinita + Inertodetrinita
Ambiente Deposicional
Razão entre os macerais para a avaliação 
relativa entre os processos de degradação 
e/ou oxidação.
4. Caracteriza4. Caracterizaçção Quão Quíímica dos Carvõesmica dos Carvões
Análise Imediata (Qualidade)
Obtenção da quantidade relativa de compostos orgânicos leves (matéria 
volátil) em oposição a matéria orgânica não volátil (carbono fixo). 
Determina também a quantidade de umidade e a medida dos componentes 
inorgânicos deixados como resíduo ou cinzasquando o carvão é queimado.
Umidade: Umidade total (água inerente e qualquer outra água presente), livre 
(excesso de água), higroscópica (retida nos interstícios e poros ou ligada quimicamente), 
residual, de retenção, de equilíbrio (quantidade de água contida no carvão)
Cinza (Determina os constituintes inorgânicos do carvão. Fração não 
queimada – matéria mineral constituinte)
Matéria volátil (Determina o potencial de produtos gasosos desprendidos 
durante a queima. É um dos principais parâmetros do rank do carvão e 
fornece a base de compra e venda do carvão no mercado)
Carbono fixo (fração não volátil do carvão, exceto a cinza)
Poder calorífico (Qualidade)
Determina o calor produzido pela combustão. É medido em Btu/lb ou 
kcal/kg.
A – “ÁÁgua Pretagua Preta” (San Juan Basin) – Ferro, manganês e cheiro de sulfeto.
B – “ÁÁgua Vermelhagua Vermelha” (Black Warrior Basin) – Oxidação do ferro.
C,D – Eletrodomésticos manchados – Precipitação de óxidos insolúveis de 
ferro.
A B C D
(Gorody, 2001)
ÁÁgua no Carvão gua no Carvão 
CaracterizaCaracterizaçção Quão Quíímica dos Carvões mica dos Carvões 
(Continua(Continuaçção ...)ão ...)
Análise elementar (Qualidade)
Carbono
Hidrogênio (grau de hidrogenação do carvão, importante na liquefação)
Nitrogênio (importante na gaseificação como fonte de produtos nitrogenados)
Formas de Enxofre (pirítico-S-2, sulfático -SO4-2 e total)
Oxigênio
Cloro (halogêneos)
Análise química das cinzas
Fluorescência de Raios X (FRX)
ICP-AES e ICP-MS
Cromatografia Iônica
AAS
Cold Vapor AAS
Difração de Raios X
MEV Análise qualitativa
ClassificaClassificaçção de Alguns Carvões do Rio Grande do Sul ão de Alguns Carvões do Rio Grande do Sul 
e Santa Catarinae Santa Catarina
Rm Umidade Cinzas Matéria Volátil Poder calorífico Classificação
% % % bs % bsic cal/g
Superior 0.40 12.00 11.90 37.80 3.208*
Inferior 0.40 15.20 7.60 40.80 3.416*
Capanezinho 0.57 17.43 5.52 34.40 6.800**
Superior 0.48 8.20 9.40 36.10 -
Superior 0.49 7.35 6.55 37.70 6.000***
MB 0.51 6.60 14.00 36.70* 6.579**
I1F 0.47 10.20 17.50 36.20* 6.829**
I2B 0.46 14.80 19.20 41.90* 5.930**
Superior 0.52 5.50 8.80 37.30 -
Média 0.54 9.50 7.70 37.30 -
Inferior 0.56 5.60 2.30 37.30
M1 0.62 - - - -
M2 0.62 - - - -
M3 0.52 - - - -
CL2 0.62 1.79 4.90 42.50 -
CL4 0.69 1.75 7.50 37.50 -
CL6 0.67 1.53 21.50 45.30 -
ST4 0.88 0.70ª 15.40ª 36.60ª - Betuminoso alto volátil A
Santa Catarina Barro Branco 0.80 0.70 12.70 37.60 8.635
Irapuá 0.83 1.10 11.20 37.50 -
*base seca; **base seca isenta de cinzas;***20% de cinzas;ªcarvão flutuado em líquido 1,50 
1 Laboratório de Análises de Carvão, UFRGS; 2 Nahuys, 1967 (carvão flutuado em líquido 1,50)
Betuminoso alto volátil A
Betuminoso alto volátil B/A
Betuminoso alto volátil B
Betuminoso alto volátil C/B
Sub-betuminoso A
Faxinal1
Morungava1
Chico Lomã1
Stª Terezinhaª
Capané1
Irui1
Leão1
Charqueadas2
Camada
Candiota1
JAZIDA
5. Propriedades F5. Propriedades Fíísicas dos Carvõessicas dos Carvões
Potencialidade
Plasticidade Coque (FSI)
Perfil do coque para diferentes valores de 
FSI
Para avaliar a potencialidade deve-se 
testar as propriedades físicas, 
petrográficas e químicas do carvão, e 
também dos respectivos produtos.
Densidade, HGI (índice de moabilidade), 
Ensaio Granulométrico, Ensaio Densimétrico 
(afunda-flutua), FSI (livre inchamento), 
Permeabilidade, Dustiness Index
Popriedades Físicas COQUE
Tamanho máximo do coque (mm)
Testes de estabilidade (Tumbler e Drop Shatter 
Test )
Roga Index
Composição baseada em macerais
Avaliação da qualidade do coque (Coke 
Strenght after Reaction, Grey-King Coke Type e índice 
de reatividade )
Parâmetros reológicos do coque (Gray-King 
Low Temperature)
Popriedades Físicas Carvão
6. Uso Tecnol6. Uso Tecnolóógico do Carvãogico do Carvão
7. Geografia/Geologia do Carvão e das 7. Geografia/Geologia do Carvão e das 
Reservas BrasileirasReservas Brasileiras
PARTE IIPARTE II
Indústria 
Química/Petroquímica
Energia 
Limpa
Combustível 
(Hidrogênio)
GASEIFICAGASEIFICAÇÇÃOÃO
Gás natural para aquecimento de 
casas e uso industrial
Base tecnológica para H2, gás natural 
e captura de CO2 para seqüestro
Gaseificação de ciclo combinado 
(IGCC) como opção tecnológica para 
geração de energia a partir do carvão
Controle do carbono
6. Uso 6. Uso 
TecnolTecnolóógicogico
COMBUSTÃOCOMBUSTÃO GASEIFICAGASEIFICAÇÇÃOÃO
Processo Químico Oxidação total Oxidação parcial
Ambiente Químico Excesso de oxigênio – oxidação Falta de oxigênio – redução
Produto Primário Calor (e.g., vapor) Syngas (CO & H2)
Produto Secundário Energia elétrica Energia elétrica, H2 puro, combustível líquido
Uso Geração de energia através do carvão
Geração de energia, química e 
combustíveis
Eficiência 35-37% HHV (poder calorífico) 39-42% HHV
Risco Alta experiência/baixo risco Confiabilidade renovada com o crescimento
Conversão do Enxofre SO2 H2S
Captura do Enxofre Depuradores de gás e injeção de calcário na caldeira Absorvido por solventes físicos
Conversão do nitrogênio NOx
Traço de NH3 no syngas
(combustão de syngas produz baixos níveis de 
NOx)
Conversão do Carbono Diretamente para CO2 CO no syngas
Controle do CO2
Removido pós-combustão por vapor 
diluído (alto custo)
Removido pré-combustão por vapor 
concentrado
GaseificaGaseificaçção ão vs.vs. CombustãoCombustão
QuQuíímica da Gaseificamica da Gaseificaççãoão
Gaseificação com Oxigênio
C + ½ O2  CO
Combustão com Oxigênio
C + O2  CO2
Gaseificação com Dióxido de Carbono
C + CO2  2CO
Gaseificação com Vapor
C + H2O  2CO
Gaseificação com Hidrogênio
C + 2H2  CH4
Mudança de Água para Gás
CO + H2O  H2 + CO2
Metanização
CO + 3H2  CH4 + H2O
Carvão
Oxigênio
Vapor
Composição do Gás 
(Vol.%)
H2 (25 -30)
CO (30 – 60)
CO2 (5 – 15)
H2O (2 – 30)
CH4 (0 – 5)
H2S (0,2 – 1)
COS (0 – 0,1)
N2 (0,5 – 4)
Ar (0,2 – 1)
NH3 + HCN (0 – 0,3)
Rotas de Captura de CORotas de Captura de CO22
Modificado de IPCC (2006)
Processos de Conversão durante a Processos de Conversão durante a 
GaseificaGaseificaççãoão
SecagemSecagem
T
Transferência térmica e de massa – f(T, porosidade)
DevolatilizaDevolatilizaççãoão
Transferência térmica e de massa – f(T, porosidade)
Voláteis – f(rank, taxa de calor, P)
Char – f(rank, tamanho, T)
Combustão parcialCombustão parcial
GaseificaGaseificaçção Charão Char
Controle cinético – f(T, P, tipo de char, reatividade: O2 > H2O > 
CO2 > H2)
GaseificaGaseificaçção com Carvões de Baixo ão com Carvões de Baixo 
RankRank
Avaliar a eficiência do gaseificador mcom relação 
ao baixo rank do carvão
Influência dos altos conteúdos de umidade e cinza 
nos processos termais
Avaliar o conteúdo de água dos carvões
7. Geografia/Geologia do Carvão e 7. Geografia/Geologia do Carvão e 
das Reservas Brasileirasdas Reservas Brasileiras
(Fonte: Balanço Energético Nacional, 1996) (Fonte: Informativo Anual da Indústria Carbonífera, 1994)
Bacia FanerozBacia Fanerozóóicas Brasileirasicas Brasileiras
Ocorrências de carvão, linhito e turfaOcorrências de carvão, linhito e turfa
Bacia do Rio Fresco Bacia do Rio Fresco –– Idade ProterozIdade Proterozóóicaica
Sudeste do Pará
Espessura 2 km/Área 1000 km2
83 ocorrências de níveis carbonosos (antracito)
Bacia do ParnaBacia do Parnaííba ba -- CarbonCarbonííferafera
Estados do Maranhão e Piauí – Formação Poti
Espessura: 80 m
Níveis carbonosos finos (10-20 cm de espessura)
Área: 400.000 km²
Ocorrência de 20 níveis de linhito (Terciário-Cretáceo 
(Localidade de Mocambo) e 220 a 1.060 m de profundidade.
Bacia do Solimões Bacia do Solimões –– TerciTerciááriaria
Estado do Amazonas – Formação Solimões
Espessura 300 m/Área 800.000km²
Linhito - camadas acima de 1 m de espessura e 
baixa profundidade (<12 m)
Alto teor de cinzas (47%)
Enxofre (7,8%)
Poder Calorífico 2.000 a 2.500 Kcal/kg
Bacia do CalBacia do Calççoeneoene-- TerciTerciááriaria
Estado do Amapá – Foz do 
Amazonas
Informes de ocorrências de 
linhito, sem registro de dados.
Fossa de Pimenta Bueno Fossa de Pimenta Bueno -- Bacia dos ParecisBacia dos Parecis
PermocarbonPermocarbonííferafera
Estado de Rondônia – Form. Pimenta 
Bueno
Área- 8.900 km²
Informações de lentes de carvão
Bacia do Alto TapajBacia do Alto Tapajóós s ––SiluroSiluro--DevonianaDevoniana
Zona Limítrofe dos Estados do Pará, Amazonas e Mato Grosso (Serra do 
Cachimbo)
Espessura total 1.700 m
Formação Borrachudo – Espessura 200 m/Área 105.000 km²
Presença de níveis carbonosos de hulha
Bacia do Acre Bacia do Acre –– CretCretáácicacica
Estado do Acre – Formação Môa (Espessura 950 m)
Formação Rio Azul (Espessura 700 m)
Informes da presença de folhelhos carbonosos e restos de plantas carbonizadas.
Bacia do JatobBacia do Jatobáá
PaleozPaleozóóicoico--MesozMesozóóicoico--CenozCenozóóicoico
Estado do Pernambuco
Formação Moxotó (Carbonífero Inf.)/Formação Candeias (Cretáceo Inf.)
Área 4.800 km²
Ocorrência de até 05 níveis de linhito com até 15 cm de espessura. 
Poder calorífico de 5.500 kcal/kg
Bacia do ParanBacia do Paranáá –– Estados de SP e PREstados de SP e PR
SP
Monte Mor, Cerquilho e Buri
Reserva aproximada de 10 milhões de toneladas de carvão betuminoso (parte semi-antracítico) –
Cinzas 30%/S 1%/Boa lavabilidade
PR
Campo Rio das Cinzas, Campo Rio do Peixe (Bacia Cambuí Sapopema), Campo Tibagi (Jazida Salto 
Apparado e Jazida Campina dos Pupos), Campo Imbituva e Campo Teixeira Soares (São João 
do Triunfo e São Mateus do Sul)
Reserva aproximada de 100 milhões de toneladas de carvão betuminoso (semi-antracítico) – Cinzas 
40%/S até 10%/Boa lavabilidade
Bacia do ParanBacia do Paranáá –– Estados do RS e SCEstados do RS e SC
FIMFIM