Este trabalho fez parte de um projeto de pesquisa financiado pelo ITV - Instituto Tecnológico Vale, realizado em parceria com a UFRGS. Devido a heterogeneidade dos carvões, partículas que apresentam baixo ou nenhum contéudo de carbono estão misturadas ao carvão de excelente qualidade podendo representar uma parcela significativa do carvão ROM, implicando em aumento de custos no processamento de estéreis e transporte de rejeitos. Diante da disponibilidade de equipamento comerciais utilizados na separação de minerais grosseiros em unidades móveis ou semi-móveis junto as minas, estima-se que a técnica de SBS possa ser utilizada na pré-concentração de carvões Moçambicanos, com objetivo de reduzir a quantidade de rejeitos enviados a planta de beneficiamento, reduzindo custos operacionais e impactos ao meio ambiente, uma vez que a pré-concentração é realizada a seco. A técnica de SBS foi aplicada a 4 diferentes camadas do carvão da mina de Moatize e sua eficiência avaliada. Os resultados demonstraram ser possível reduzir o teor de cinzas da alimentação de minério ROM. Por meio da remoção de minério de baixa qualidade foi possível reduzir de 10 a 14% da massa, promovendo a redução do teor de cinzas de 10 a 20%, na fração grosseira estudada. / This research is part of a project financed by ITV - Vale Technological Institute, in partnership of UFRGS. Due to coal heterogeneity, particles with low or no content of carbon are mixed with high quality coals and constitute a significant part of the run of mine, which promotes an increase in costs of waste processing and transportation. Commercially available mobile and semi-mobile sorting equipments for mining ores implement dry processes for preconcentration. Therefore, it is estimated that the SBS technique could be used in preconcentration of Mozambique's coal, with the aim to reduce the waste sent to the concentration plant, thus reducing operational costs and environmental impacts. The SBS technique was applied to four different coal's of the Moatize Mine seam and the efficiency was evaluated. The results shows it is possible reduce the ash content in the coarse fraction from feed plant. Through removal of the low quality ore was possible reduce 10 to 14% of mass, which promoted the reduction of ash content from 10 to 20% in coarse fraction feeding the concentration plant.

O carvão da camada Barro Branco, situado na região sul do estado de Santa Catarina, tem sido amplamente estudado e utilizado, apresentando por esta razão reduzidas reservas. O carvão remanescente da camada Bonito na mesma região é menos conhecido e caracteriza-se pelo alto teor de cinzas e pela alta percentagem de partículas com densidade próxima a do concentrado. Esta peculiaridade torna difícil o seu tratamento nas usinas de beneficiamento atuais, que utilizam jigues para esta finalidade. Os requisitos técnicos do combustível (carvão) exigidos pelas usinas do Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, seu maior cliente, são teores de cinzas e enxofre total <43% e ≤2,3%, respectivamente. Algumas Carboníferas locais estão estudando outros processos de beneficiamento para o carvão, embora a maioria das que ainda mantêm jigue como o principal equipamento de tratamento não produza o carvão com as características exigidas pelo mercado. Este trabalho pesquisa outras rotas e melhorias para o tratamento do carvão em questão. Processamentos a seco e testes hidráulicos (jigagem) foram conduzidos na Alemanha para este objetivo. Na seqüência, testes utilizando dois intervalos granulométricos foram realizados em jigue processado por batelada para estudo da influência da freqüência de pulsação, amplitude e espessura do leito na segregação das frações de carvão, a fim de otimizar a operação de jigagem. Ao final, confirma-se que os resultados do processamento do carvão ROM nas freqüências específicas de 88 min-1 e 64 min-1 para as frações 16 mm x 6,3 mm e 6,3 mm x 2 mm, nesta ordem e com a espessura de leito em torno de 125 mm produz carvão com teores de cinzas e enxofre em torno de 43% e 2%, respectivamente e rendimento mássico de 28%. Se somados à fração 2 mm x 0,1 mm, tratada em espirais, o teor médio de enxofre mantém-se em 2% e o teor de cinzas e rendimento mássico do produto final alcançam os respectivos valores de 43,3% e 34%, embora os testes tenham sido conduzidos em laboratório. / The coal from Barro Branco seam, which is widely used, is situated in the southern Brazil, State of Santa Catarina, and it is reaching depletion. The remaining coal from Bonito seam in the same region is less known and is characterized by the high percentage of near-gravity material and ash content. This peculiarity makes it difficult to treat in the current processing plants, which use jigs for this purpose. This product should have <43% of ash content and ≤2.3% of sulfur content for supplying Jorge Lacerda‟s thermal electric power plant, which uses coal as combustible. A few local coal companies are testing the dense medium process for coal beneficiation, although most of them that still maintain jigs as the main cleaning equipment do not produce the coal required by the market. This study was carried out to investigate other routes and improvements for coal cleaning. Dry processing and jigging tests were conducted in Germany for this purpose. Dry processing was done using an X-ray sorter. Tests were also performed using a batch jig to study the influence of jig frequency, amplitude and bed thickness on the separation of two coal fractions. It was found that the processing of the ROM coal in the specific frequencies of 88 min-1 and 64 min-1 to respective intervals 16 mm x 6.3 mm and 6.3 mm x 2 mm, in a bed thickness around 125 mm, produces a coal with ash content and sulfur content about 43% and 2%, respectively and 28% mass yield. If added to size fraction 2 mm x 0.1 mm, treated in spirals, the average sulfur content remains at 2%, ash content and mass yield of the final product reach the respective values of 43.3% and 34%, although the tests have been handled in laboratory.

Cinzas de carvão mineral são resíduos gerados em grandes quantidades nas usinas termelétricas. Este é um dos resíduos de maior geração no Brasil, aproximadamente 1,7 milhões de toneladas por ano. A disposição muitas vezes irregular deste resíduo pode causar problemas de ordem ambiental, como contaminação de águas subterrâneas, do solo e desequilíbrio de sistemas ecológicos. Uma possibilidade de uso para estas cinzas é a síntese de zeólitas, que são minerais aluminossilicatos microporosos com propriedades interessantes para uso na indústria. Neste trabalho, estudou-se a síntese de zeólitas a partir de cinzas volantes visando à sua aplicação em dessulfuração de gases. A síntese foi realizada pelo método hidrotérmico, utilizando solução alcalina de KOH e relação solução/sólido de 2 mL g-1. As variáveis estudadas foram temperatura (100 e 150 °C), concentração da solução alcalina (3 e 5 mol L-1) e tempo de reação (8, 24, 48 e 72 h). Os produtos obtidos e as cinzas precursoras foram caracterizados quanto à composição química (FRX), mineralógica (DRX), morfológica (MEV), área específica (BET) e capacidade de troca catiônica (CTC). A partir da determinação das estruturas cristalinas (DRX) foi possível identificar a formação das zeólitas merlinoíta e perlialita em algumas das condições investigadas. O maior valor de área específica BET foi de 102,42 m2 g-1, nas condições de síntese de 150 °C, 5 mol L-1 e 72 h, representando um aumento de 30 vezes em relação à área das cinzas. Os valores de capacidade de troca catiônica ficaram entre 0,71 e 2,02 meq NH4+ g-1 para as diferentes condições estudadas. Com as amostras que apresentaram os melhores resultados nas caracterizações foram realizados testes de dessulfuração e seu desempenho foi comparado com as cinzas precursoras, carvão ativado e zeólita comercial. Foram construídas curvas de ruptura e isotermas de adsorção para esses sistemas. As zeólitas sintetizadas a partir das cinzas apresentaram maiores valores de adsorção máxima. A zeólita que apresentou melhor resultado de adsorção foi a sintetizada nas condições de 150 °C, 5 mol L-1 e 72 h de tempo de reação, sendo esta também a que apresentou maior valor de área específica. Sendo assim, a síntese de zeólitas a partir de cinzas de carvão, geradas no próprio processo de combustão em usinas térmicas, mostra-se como uma potencial aplicação no sentido de que estas podem ser utilizadas na própria usina para adsorção do SO2 gerado durante a combustão. / Coal ash is a waste generated in large quantities in the power plants. This is one of the wastes generated in larger quantities in Brazil, approximately 1.7 million tons per year. The often irregular disposal of this waste can cause environmental problems, such as contamination of groundwater, soil and imbalance of ecological systems. One possibility for using ashes is the synthesis of zeolites, which are microporous aluminosilicate minerals with interesting properties for use in industry. In this work, the synthesis of zeolites from fly ash was studied, aiming its application for gas desulfurization. The synthesis was performed by the hydrothermal method using an alkaline solution of KOH and a solution/solid ratio of 2 mL g-1. The variables temperature (100 and 150 °C), alkaline solution concentration (3 and 5 mol L-1) and reaction time (8, 24, 48 and 72 hours) were studied. The products obtained and the precursory ashes were characterized by its chemical composition (FRX), mineralogical (XRD), morphological (SEM), specific surface area (BET) and cation exchange capacity (CEC). From the determination of the crystalline structures (XRD) it was possible to identify the formation of the merlinoite and perlialite zeolites for some of the investigated conditions. The highest BET surface area was 102.42 m2 g-1 under the synthesis conditions of 150 °C, 5 mol L-1 and 72 hours. This value represented an increase of 30 times in the surface area comparing to the ash. The cation exchange capacity values varied between 0.71 and 2.02 meq NH4+ g-1 for the different conditions studied. Desulfurization tests were carried out for the samples that showed the best characterization results and its performance was compared with the precursor ash, activated carbon and commercial zeolite. Rupture curves and adsorption isotherms were constructed for these systems. The zeolites synthesized from ash showed higher values of maximum adsorption. The zeolite that showed the best adsorption result was synthesized at the conditions of 150 °C, 5 mol L-1 and 72 hours of reaction time, which also had the highest surface area value. Thus, the synthesis of zeolites from coal ash, generated in the combustion process in thermal plants, is shown as a potential application in the sense that these can be used in the plant to adsorb SO2 generated during combustion.

O processo de espessamento e clarificação dos efluentes das usinas de beneficiamento de carvão mineral com a adoção de sedimentadores é uma prática consagrada ao longo de todo o mundo uma vez que é necessário o reaproveitamento da água utilizada tanto por questões econômicas como ambientais. O primeiro sedimentador, tipo espessador, a entrar em operação industrial na região carbonífera de Santa Catarina foi instalado na Mina Barro Branco da Carbonífera Rio Deserto em 2007. O equipamento era dotado de lamelas de PVC e foi instalado como alternativa às bacias de decantação, que apresentam alto custo de construção e operação. Contudo, o equipamento se mostrou ineficaz devido a deposição de sólidos nas lamelas. Essa dificuldade levou a adoção de outros modelos de sedimentadores de fluxo vertical que não utilizam lamelas. Esse trabalho apresenta os dados disponíveis da operação do equipamento com as lamelas na Mina Barro Branco e resultados atuais da operação dos sedimentadores da Mina Esperança sem lamelas. Nesse segundo caso foi medida a vazão, concentração de sólidos e dos metais ferro, alumínio e manganês, nos fluxos de entrada e saída. No efluente clarificado mediu-se ainda o pH e a turbidez. Registraram-se dados de uma operação satisfatória, com impacto importante na redução dos custos no transporte e deposição dos rejeitos finos e no tratamento do overflow clarificado possibilitando o descarte de acordo com a Legislação Ambiental. / The process of thickening and clarifying the effluents of mineral coal processing plants with the use of settlers is a well-established practice throughout the world since it is necessary to reuse the water used for both economic and environmental reasons. The first settler, a thickener type, to enter into industrial operation in the Santa Catarina coal region was installed at the Barro Branco Mine of the Carbonifera Rio Deserto in 2007. The equipment was equipped with PVC lamellae and was installed as an alternative to the decantation basins, which have a high cost of construction and operation. However, the equipment proved to be ineffective due to deposition of solids in the lamellae. This difficulty led to the adoption of other models of vertical flow settlers that do not use lamellae. This work presents the available data of the operation of the equipment with lamellae in the Mina Barro Branco and current results of the operation of the settlers in the Mina Esperança without lamellae. In this second case the flow, concentration of solids and iron, aluminum and manganese metals in the inflow and outflow were measured. In the clarified effluent the pH and turbidity were also measured. Data were recorded for a satisfactory operation, with a significant impact on the reduction of costs in the transportation and deposition of the fine tailings and in the treatment of the clarified overflow, allowing the disposal according to the Environmental Legislation.

O beneficiamento de carvão mineral para a utilização em termoelétricas gera grandes quantida-des de rejeitos, os quais contêm diversos minerais, entre eles a pirita (sulfeto de ferro - FeS2). A pirita, na presença de água e oxigênio se oxida, gerando a drenagem ácida de minas (DAM), principal fonte de contaminação dos aquíferos e do solo nas regiões carboníferas. Atualmente, a DAM é tratada pelo método de neutralização/precipitação de metais. Essa é uma técnica con-siderada “fim-de-tubo” com diversas desvantagens, entre elas o alto custo. Entretanto, através de técnicas preventivas, baseadas nos princípios da produção mais limpa, é possível, concomi-tantemente, minimizar a geração de DAM e agregar valor à parte ou totalidade dos rejeitos de carvão. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a produção do coagulante sulfato férrico a partir da lixiviação de um concentrado de pirita oriundo de rejeitos de carvão via cristaliza-ção/solubilização de sulfato ferroso, comparando o processo para duas jazidas distintas de car-vão mineral. Amostras de concentrados de pirita foram obtidas de rejeitos de carvão das jazidas do Estado de Santa Catarina, minerados na cidade de Forquilhinha, e do Estado do Paraná, na cidade de Figueira A parte experimental foi realizada a partir de um reator de leito empacotado em planta-piloto e envolveu as seguintes etapas: produção de um lixiviado férrico, conversão do lixiviado férrico em ferroso, precipitação do Fe2+ e do sulfato na forma de cristais de sulfato ferroso heptahidratado com auxílio de etanol. Estudou-se, de forma detalhada, a proporção li-xiviado:etanol para o melhor rendimento do processo. Os cristais de sulfato ferroso produzidos a partir do concentrado de pirita catarinense apresentaram características semelhantes a um pa-drão analítico (menos de 1% de impurezas). Os cristais produzidos a partir da pirita paranaense apresentaram um índice levemente superior ao padrão estabelecido comercialmente (1,08%), além de apresentar alguns metais bastante perigosos à saúde, como arsênio. Também se estudou a produção do coagulante férrico via dissolução dos cristais de sulfato ferroso e oxidação do ferro pela adição de soluções aquosas com agentes ácidos e oxidantes. A melhor condição ob-tida foi a seguinte: 5 g de sulfato ferroso, 7,5 mL de água destilada, 1,5 mL de peróxido de hidrogênio e 5 gotas de ácido sulfúrico. Essa proporção proporcionou um coagulante com quase 12% de ferro, sendo que 97% deste ferro na forma férrica. O coagulante produzido foi utilizado no tratamento de água do corpo hídrico Guaíba, empregando-se como referência os padrões brasileiros de potabilidade (Portaria nº 2914 do Ministério da Saúde). Mostrando-se eficiente no tratamento de água para fins de abastecimento público. / The coal processing for use in power plants, generates amounts of residues, which contain var-ious minerals, such as pyrite (iron sulfide-FeS2). Pyrite, in the presence of water and oxygen, oxidizes, generating acid mine drainage (AMD), the main source of contamination of aquifers and soil in the carboniferous region of Santa Catarina. Currently, the AMD is treated by the method of neutralization/precipitation of metals. This is a technique considered "end-of-pipe" with many disadvantages, like the excessive cost. However, through preventive techniques, based on the principles of cleaner production, it is possible, at the same time, minimize the generation of AMD and to add value to a part or totality of coal waste. Thus, the objective of this work was to study the production of ferric sulphate coagulant from the leaching of a pyrite concentrate from coal tailings via crystallization / solubilization of ferrous sulphate, comparing the process to two distinct mineral coal deposits. Samples of pyrite concentrates were obtained from coal tailings from the State of Santa Catarina mines, mined in the city of Forquilhinha, and from the State of Paraná, in the city of Figueira The experimental part was carried out in a bed reactor packed in a pilot plant and involved the following steps: production of a ferric leachate, conversion of ferric leachate into ferrous, precipitation of Fe2 + and sulphate as crystals of ferrous sulphate heptahydrate. It was also studied, in detail, the proportion leached:ethanol for the best yield of the process. The ferrous sulphate crystals produced from the Santa Catarina pyrite concentrate showed characteristics similar to an analytical standard (less than 1% of im-purities). The crystals produced from the Paraná pyrite concentrate presented an index slightly higher than the commercially established standard (1.08%), besides presenting some metals very dangerous to health, such as arsenic. The production of ferric coagulant was also studied by dissolving the ferrous sulphate crystals and iron oxidation by adding aqueous solutions with acidic and oxidizing agents. The best condition obtained was as follows: 5 g of ferrous sulphate, 7.5 ml of distilled water, 1.5 ml of hydrogen peroxide and, 5 drops of sulfuric acid. This pro-portion provided a coagulant with almost 12% iron, with 97% of this iron in the ferric form. The coagulant produced was used in the water treatment of lake Guaíba, using as reference the Brazilian standards of potability. The coagulant produced showed to be efficient in the water treatment for public supply purposes.

O uso de combustíveis fósseis para a geração de energia, especificamente carvão mineral, ainda dominará a matriz energética mundial por algumas décadas. No Brasil, entretanto, apesar de sua vasta disponibilidade, o carvão mineral segue ocupando uma tímida posição na matriz. Ao mesmo tempo, há uma considerável geração de resíduos de biomassa oriundos de atividades agrícolas, que poderiam ser incorporados ao uso do carvão na geração termoelétrica de energia. Sobre o uso de combustíveis fósseis na geração termoelétrica e a consequente emissão de CO2, a ainda insipiente tecnologia de oxicombustão aparece como possibilidade de geração de emissões quase-zero de CO2. Diante disso, esta tese tem como objetivo estudar os aspectos envolvidos na adaptação da combustão em leito fluidizado borbulhante para a oxicombustão de carvão mineral e biomassa. Para tanto, inicialmente, realiza-se uma estimativa da possibilidade do uso de resíduos de biomassa, especificamente os provenientes da cadeia produtiva de madeira e casca de arroz, em sistemas de combustão no estado do Rio Grande do Sul. Estes combustíveis são, então, utilizados na combustão com ar atmosférico em planta piloto, com capacidade de 0,25 MWt de leito fluidizado borbulhante, para posterior comparação com a oxicombustão dos mesmos combustíveis. As comparações foram realizadas quanto ao balanço de massa balanço de energia e questões fluidodinâmicas. A influência dos principais parâmetros de processo na transição de combustão com ar atmosférico para a oxicombustão foi analisada quanto à possibilidade de minimizar a entrada de ar falso no sistema. A manutenção de pressões negativas mostrou-se indesejável na oxicombustão, especialmente quando é realizada a adaptação de plantas já existentes. Os resultados indicaram uma forte influência do ajuste da válvula de recirculação dos gases, da potência do ventilador e da vazão de gases no sistema na minimização da entrada de ar falso. A partir do ajuste das condições operacionais, foi possível a obtenção de uma concentração de 59,6% vol. de CO2 nos gases de combustão. / The fossil fuels use for energy generation, especially coal, will dominate the world energy matrix for decades. However, in Brazil, coal still occupies a timid position in spite of its extensive disponibility. At the same time, there is a considerable generation of wastes from agricultural activities that could be incorporated to coal as fuels on thermoelectric energy processes, in special for a decentralized system configuration. Yet, by considering the use of fossil fuels on thermoelectric generation and the consequent CO2 emission, there is the oxyfuel combustion technology that has appeared as an option for near-zear CO2 emissions by promoting its capture. From this perspective, this work has the objective of studying the aspects that involve the retrofit of bubbling fluidized bed combustion to oxyfuel combustion by using coal and biomass wastes as fuels. In this sense, an estimative of the use of biomass wastes, especially wood wastes and rice husk, on combustion systems in the State of Rio Grande do Sul is firstly proceeded. These fuels are used on air combustion in a 0,25 MWt bubbling fluidized bed pilot plant for comparison to oxyfuel combustion with the fuels used. Such comparisons where done by applying material balance, energy balance and fluid dynamics analysis. The influence of the main process parameters on the retrofit of air combustion to oxyfuel combustion were analyzed concerning the air leakage minimization. Negative pressure maintenance in key points of the system was shown as an undesirable issue when retrofitting. The results indicated a strong influence of the recycling valve adjustment, fan power and gases flow on the air leakage. From operational conditions adjustment, 59,6 vol.% CO2 concentration could be achieved in the gases.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de diferentes tipos de coberturas secas utilizadas em células experimentais preenchidas com rejeitos piritosos de carvão mineral. Quatro células de igual dimensão foram preenchidas com rejeitos piritosos, provenientes do beneficiamento de carvão mineral da Unidade Mineira II – Verdinho, pertencente à Carbonífera Criciúma S.A., situada no município de Forquilhinha, Estado de Santa Catarina. Em relação à composição das células, a primeira foi construída sem cobertura; a segunda, com somente pré-cobertura, constituída de mistura de rejeitos; a terceira, com cobertura de argila compactada; e a quarta elaborada com sistema de barreira capilar dupla. Todas foram expostas às mesmas condições meteorológicas. Para avaliação do desempenho das coberturas analisou-se o volume e características químicas e físico-químicas da água de percolação no período compreendido entre 2009 e 2010. Os parâmetros físicoquímicos considerados foram os seguintes: pH, Eh, acidez, alcalinidade e condutividade enquanto que os parâmetros químicos foram Fe, Al, Mn, Zn e sulfato. A partir dos resultados obtidos, fez-se uma análise técnica dos diferentes tipos de cobertura seca utilizados. De acordo com análise técnica constatou-se que o melhor desempenho no tocante ao volume e à qualidade da água percolada ocorreu na célula em que se utilizou cobertura com argila compactada e na célula em que se empregou cobertura do tipo barreira capilar dupla. / This work aimed to evaluate the performance of different types of dry cover employed in experimental cells filled with pyritic waste of mineral coal. Four cells with the same dimension were filled with coal tailings from the coal preparation plant of Unidade Mineira II –Verdinho, which belongs to Carbonífera Criciúma SA, located in Forquilhinha, Santa Catarina State. The first cell was constructed without any kind of cover, the second one was built with a cover composed by a mixture of coal wastes, the third one was built with a layer of compacted clay, and the forth one was constructed with a system composed by a dual-capillary barrier. All were exposed to the same meteorological conditions. To evaluate the performances of dry covers we analyzed the volume and the chemical and physicochemical characteristics of seepage between 2009 and 2010. The water was analyzed in terms of pH, Eh, acidity, alkalinity, conductivity and the concentration of Fe, Al, Mn, Zn, and sulfate. The experimental results showed that the best performance concerning the volume and the quality of the percolated water was obtained in the cell that received a cover of compacted clay and in the one that received a cover composed by dualcapillary barrier.

Neste trabalho foram realizadas as moagens da cinza pesada de carvão mineral nos tempos de 2h, 4h, 8h, 16h, 32h e 64h para desenvolvimento do compósito Cinza- 20Fe contendo 80% de cinza pesada moída e 20% de pó de ferro. As amostras foram compactadas com diferentes pressões, variando entre 300 a 400 N/mm2 e posteriormente sinterizadas a 1500 °C, seguindo as etapas da metalurgia do pó convencional. A determinação do tamanho de partículas das amostras após a moagem foi realizada por difração a laser. A análise microscópica mostrou que com o aumento do tempo de moagem resultou em uma maior deformação e/ou fragmentação das partículas. A microestrutura dos corpos de prova e a homogeneidade da cinza nos diferentes tempos de moagem foram avaliadas utilizando-se Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). Em seguida foi feita a compactação e obteve-se a curva de compressibilidade. Também determinou-se a densidade aparente e a densidade à verde. Realizou-se a sinterização e foi verificada a densidade das amostras sinterizadas. Mediu-se a microdureza, realizouse o ensaio de MEV e EDS da amostra sinterizada. Os melhores resultados para o compósito Cinza-20Fe foram conseguidos para o tempo de 32 horas de moagem, onde foi obtida uma boa densificação. Tempos de moagem maiores que 32 horas foram prejudiciais nas propriedades do material. Os resultados mostraram que não é possível a obtenção de compósitos a partir da cinza pesada. / In this work the miling of coal bottom ash was performed in times of 2h, 4h, 8h, 16h, 32 h and 64 h for the development of ash - 20Fe composite containing 80% bottom ash and 20 % milled iron powder. Samples they were compressed with a pressures ranging from 300 to 400 N/mm2 and then sintered at 1500°C, following the steps of conventional powder metallurgy. The determination of the particle size after grinding of the samples was performed by laser diffraction. Microscopic analysis showed that with increasing milling time resulted in a greater deformation and / or fragmentation of the particles. The microstructure of the specimens and the homogeneity of the ashes in different milling times were evaluated using Scanning electron microscope (SEM). Then the compression tests was permormed and the curve was obtained. We also determined the apparent density and the green density. Sintering was performed and the density of the sintered samples. Microhardness, SEM and EDS test analyses of the sintered samples were performed. The best results for the composite ash- 20Fe was achieved for the time of 32 hours grinding, which achieved a good densification . Times greater than 32 hours of milling were detrimental to the properties of the material. The results showed that it is not possible to obtain composites from bottom ash.

O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um protótipo para a produção hidrometalúrgica de sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4.7H2O – melanterita). A matéria prima foi um concentrado de pirita obtido a partir de rejeitos do beneficiamento de carvão mineral. Construiu-se, em escala piloto, uma planta de lixiviação com 300 kg de um concentrado com 73,2% de pirita. Nesta unidade, realizou-se uma etapa de lixiviação com água, em circuito fechado, sob condições aeróbias, com o intuito de se obter um extrato aquoso rico em íons férrico e sulfato. A seguir, procederam-se mudanças no sistema de forma a estabelecer uma condição anaeróbia ao meio, transformando os íons férricos em ferrosos. O lixiviado, rico em Fe2+, foi precipitado na forma de sulfato ferroso heptahidratado pela adição de etanol. Esse precipitado foi submetido a uma etapa de recristalização, obtendo-se cristais de melanterita de maior pureza. Ambos os produtos foram caracterizado por análise química elementar e difração de raios X. Os cristais de melanterita recristalizados apresentaram alta pureza, com qualidade para uso químico e farmacêutico. Assim, desenvolveu-se uma nova rota para produção de sulfato ferroso tendo como matéria-prima um concentrado de pirita da mineração de carvão (usualmente o sulfato ferroso é produzido como coproduto da produção de ilmenita e aço). A tecnologia apresenta uma elevada conversão do ferro lixiviado em melanterita e os insumos necessários são pirita, água e álcool etílico. A proposta abre uma nova possibilidade de uso dos rejeitos de carvão e a possibilidade de comercialização de outro produto na cadeia produtiva de carvão mineral. / The aim of this work was to develop a prototype for hydrometallurgical production of ferrous sulfate heptahydrate crystals (FeSO4.7H2O – melanterite). The raw material was a pyrite concentrate obtained from a coal tailing. The leaching system was assembled in pilot scale with 300 kg of a concentrate with 73.2% pyrite. Initially, it was carried out a leaching step in aerobic conditions with the purpose to obtain an aqueous solution rich in ferric ions and sulfate. Next, modifications were proceeded to establish an anaerobic condition in the reactor, converting the ferric to ferrous ions. Ethanol was added to the leaching solution to provide the precipitation of the Fe2+ and sulfate as ferrous sulfate heptahydrate. The ferrous sulfate precipitate was recrystallized, allowing producing melanterite crystals of higher purity. The crystals were characterized in terms of chemical and mineralogical composition. The process allowed producing crystals with a high purity attending chemical and pharmaceutical purposes. Thus, it was developed a process to produce ferrous sulfate from coal wastes (usually, ferrous sulfate crystals are produced as a co product from titanium dioxide and steel production). The technology presents a high conversion factor of soluble Fe2+ to melanterite and the necessary incomes are pyrite, water, and ethylic alcohol. The hydrometallurgical technique applied in this study allowed production of a commercial grade product from coal mining waste material.

Estima-se que 60 a 70% do carvão ROM (run of mine) de Santa Catarina é descartado em módulos de rejeitos. Para mitigar o impacto ambiental decorrente deste armazenamento, cabe o manejo do rejeito integrando-o à paisagem através da implantação de cobertura vegetal. Neste sentido, este trabalho teve por objetivo propor a produção de solo a partir de rejeito de carvão mineral. Esse solo é passível de ser empregado na própria recuperação de áreas degradadas, evitando a extração de solo em áreas de empréstimo. O método consistiu na coleta e caracterização de rejeito de carvão (substrato), escórias e calcário (materiais alcalinos) e de lodo de estação de tratamento de esgoto (fonte de carbono orgânico, nitrogênio e fósforo). O rejeito foi beneficiado em meio denso para retirada de material carbonoso como flutuado na densidade de 2,2 e de material pirítico como afundado na densidade de 2,6; seguido de britagem e moagem para granulometria inferior a 2,0 mm. Escórias de aciaria, decorrentes da produção de aços especiais e aço ao carbono, foram britadas, moídas para granulometria inferior a 2,0 mm e utilizadas separadamente. O calcário já é comercializado abaixo de 2,0 mm não necessitando processamento extra. Lodo de ETE foi submetido a processo térmico, para desinfecção e secagem, destorroado também abaixo de 2,0 mm constituindo um biossólido. Adotou-se solo de área de empréstimo como material de controle. Estudos de crescimento vegetal foram conduzidos em um modelo experimental fatorial (dezesseis tratamentos implantados em triplicata): substrato principal (rejeito de carvão ou solo de área de empréstimo), misturado ou não a lodo de ETE, misturados ou não, separadamente, a três fontes de alcalinidade (escória de aço especial, escória de aços carbono e carbonato de cálcio). Os tratamentos com rejeito receberam cinzas de casca de arroz como condicionador físico. Os tratamentos foram dispostos em vasos, semeados com Avena strigosa (Aveia Preta), caracterizados e monitorados considerando-se parâmetros químicos (pH, macro e micro nutrientes), físicos (porosidade, densidade, capacidade de campo e condutividade elétrica) e ambientais (metais ambientalmente disponíveis). A Aveia Preta foi colhida próximo ao encerramento de seu ciclo. O material vegetal produzido foi pesado e analisado em termos de nutrientes e metais. Os resultados mostram que a mistura de rejeito da mineração de carvão (0,8% enxofre total) com a cinza de casca de arroz, concomitantemente a fonte de alcalinidade (escória ou calcário) e material orgânico (biossólido), resultou em um solo com propriedades químicas adequadas ao crescimento da Aveia Preta. Análises de tecido vegetal mostraram valores de macro e micronutrientes dentro dos padrões estabelecidos para esta espécie. A combinação rejeito de carvão dessulfurizado/cinza de casca de arroz/escória de aciaria/lodo configura-se como uma alternativa à disposição dos mesmos em módulos de rejeito e aterros. O uso de escórias de aciaria mostra-se uma alternativa viável ao calcário para neutralização de rejeito de carvão nas condições do experimento. Ainda que as escórias de aciaria, e em especial a escória de aço especial, tenham incluído cromo ao sistema solo-planta, as condições edáficas favoreceram o crescimento da Aveia Preta, denotando pouco efeito do mesmo no crescimento vegetal. / It is estimated that 60 to 70% of South Brazilian run of mine (ROM) coal is discharged into refuse piles as coal waste. In order to mitigate the environmental impact caused by storage, coal waste management is necessary through its integration into the landscape by the establishment of a vegetational cover. Because of this, the objective of this study was to propose the production of a soil from coal waste. This soil could be used in restoration itself, avoiding the extraction of soil from borrow areas. Methodology included sample collection and characterization of coal waste (main material), steel slag and agricultural lime (alkaline materials), and sewage sludge from a waste water treatment plant (organic carbon, nitrogen and phosphorous sources). Coal waste beneficiation used dense medium gravity separation to remove carbonaceous material that was floated at a density of 2.2 and pyritic material that sank at a density of 2.6, followed by blasting and milling to a particle size smaller than 2.0 mm. Steel slag derived, from special and carbon steel mills, were blasted, milled to particle size smaller than 2.0 mm and used separately. Commercial agricultural lime has a particle size smaller than 2.0 mm and did not need further processing. Sewage sludge from an urban waste water treatment plant was submitted to a thermal process for disinfection and drying, clods were broken to less than 2.0 mm rendering it into a biosolid. Soil from a borrow area was used as a control. Growth vegetation studies were conducted in a factorial delineation (sixteen treatments, all in triplicate): main substrate (coal waste or borrow area soil), main substrate mixed or unmixed with sewage sludge, than each combined with three sources of alkalinity (special steel slag, carbon steel slag and agricultural lime), or a non-alkaline treatment. Treatments composed of coal waste were mixed with rice husk ash to act as a physical soil amendment. All treatments were put in vessels and sown with Avena strigosa (Black Oat), characterized and monitored by chemical (pH, macro and micronutrients), physical (porosity, density, field capacity and electric conductivity), and environmental (readily available metals) parameters. Black Oat was harvested close to the end of its biological cycle. Plant tissue produced was weighed and analyzed for nutrients and metals. Results show that a mixture of coal waste (0.8% total sulfur) with rice husk ash combined concomitantly with a source of alkalinity (steel slag or agricultural lime) and organic material (biosolid) produced a fabricated soil with chemical properties adequate for the growth of Black Oat. Plant material showed that macro and micronutrient values were in agreement with standards established for this species. The combination - dessulfurized coal waste/rice husk ash/steel slag/sewage sludge could serve as an alternative to their disposal in refuse piles and landfills. The use of steel slag was shown to be a feasible alternative to agricultural lime to neutralize coal waste under these experimental conditions. Even though steel slag, especially special slag, added chromium to the soil-plant system, edafic conditions favored Black Oat growth which indicates a minor effect of the chromium present in the soils.