As cinzas de carvão são subprodutos da combustão de carvão mineral gerados em grandes quantidades a partir de usinas termelétricas no mundo todo. Nos últimos anos, pesquisas sobre a utilização das cinzas estão sendo desenvolvidas visando soluções sustentáveis, garantindo, assim, a preservação do meio ambiente e a saúde humana. As cinzas de carvão podem ser aproveitadas como matéria-prima para síntese de zeólita, material este que possui uma vasta gama de aplicações industriais. Em muitas dessas aplicações é requerido o uso de formas peletizadas de zeólitas. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi desenvolver um método de obtenção de zeólita de cinzas leves de carvão na forma granular e avaliar seu uso como material adsorvente. A primeira etapa deste estudo consistiu na síntese e caracterização de zeólita convencional (ZCL) e de zeólita do tipo NaA com alto grau de pureza (ZA). As cinzas leves de carvão utilizadas na síntese das zeólitas foram coletadas na Usina Termelétrica Jorge Lacerda, localizada no Estado de Santa Catarina, Brasil, o maior complexo termelétrico a carvão da América Latina. O material de partida e as zeólitas sintetizadas em pó foram caracterizados em termos da composição química, composição mineralógica, morfologia, capacidade de troca catiônica, estabilidade térmica, área superficial específica, distribuição de poros e dos grupos funcionais. As fases zeolíticas formadas por tratamento hidrotérmico foram hidroxisodalita e traços de NaX. A zeólita do tipo NaA foi sintetizada por método de duas etapas apresentando grau de pureza de 84%. O valor de capacidade de troca catiônica da zeólita A com alto grau de pureza foi aproximadamente duas vezes maior do que o valor encontrado para a zeólita convencional (1,84 meq g-1 para ZCL e 3,81 meq g-1 para ZA). Na segunda etapa, os produtos zeolíticos sintetizados neste estudo foram peletizados com a aplicação de diferentes métodos. Os grânulos de zeólitas foram formados manualmente na forma de esferas na faixa de tamanho entre 3 mm e 7 mm a partir da mistura das zeólitas em pó com um ou mais agentes aglutinantes e adição de água deionizada. As diferentes metodologias experimentais de peletização das zeólitas sintetizadas foram comparadas e avaliadas por meio da determinação da capacidade de troca catiônica dos produtos obtidos, trabalhabilidade, resistência mecânica e estabilidade em água. O método de peletização no qual as argilas caulinita e bentonita foram usadas como agentes aglutinantes, na proporção de 5% em massa cada, foi considerado o melhor para a zeólita convencional. Para a zeólita A, foi selecionado o método com 10% de bentonita. Os valores de capacidade de troca catiônica dos produtos zeolíticos foram mantidos após o processo de peletização. Posteriormente foi realizado um estudo direcionado à aplicação da zeólita granular no tratamento de água. A amostra de zeólita A com alto grau de pureza peletizada, obtida pelo método otimizado, foi selecionada para ser usada como material adsorvente no processo de adsorção de íons cádmio em solução aquosa em coluna de leito fixo. Os resultados evidenciaram a potencialidade do uso da zeólita A peletizada no tratamento de efluentes. / Coal ashes are by-products of coal combustion generated in large quantities from thermoelectric plants worldwide. In recent years, research on the use of ash has been developed aiming at sustainable solutions, thus guaranteeing the preservation of the environment and human health. Coal ashes can be used as raw material for zeolite synthesis, which has a wide range of industrial applications. In many such applications the use of zeolite pelletized forms is required. In this context, the objective of the present study was to develop a method to obtain zeolite of light ash from coal in the granular form and to evaluate its use as an adsorbent material. The first step of this study was the synthesis and characterization of zeolite conventional (ZFA) and of the zeolite NaA type with a high degree of purity (ZA). The coal fly ashes used in the synthesis of the zeolites were collected in the Thermoelectric Complex Jorge Lacerda, located in the Santa Catarina State, Brazil, the largest coal burning thermoelectric complex of Latin America. The starting material and the zeolites synthesized in powder were characterized in terms of chemical composition, mineralogical composition, morphology, cation exchange capacity, thermal stability, specific surface area, pore distribution and functional groups. The zeolitic phases formed by conventional hydrothermal treatment were hydroxysodalite and traces of NaX. The zeolite of the NaA type was synthesized by a two-step method with a fusion step having a degree of purity of 84%. The value of cation exchange capacity of zeolite A with high purity was approximately two times higher than the value found for the zeolite conventional (1.84 meq g-1 for ZFA and 3.81 meq g-1 for ZA). In the second step, the zeolitic products synthesized in this study were pelletized with the application of different methods. The zeolite granules were formed manually in the form of spheres in the size range between 3 mm and 7 mm from the powder mixture of zeolite with one or more binders and addition of deionized water. The different experimental methodologies of pelletization the synthesized zeolites were compared and evaluated through of the determination of the cation exchange capacity, workability, mechanical strength and water stability. The pelletization method in which clays kaolinite and bentonite were used as binders in the proportion of 5% by weight each was considered the best for the conventional zeolite. For zeolite-A, was selected the method with 10% bentonite. The cation exchange capacity values of the zeolitic products were maintained after the pelletization process. Subsequently, a study was carried out on the application of granular zeolite in water treatment. The zeolite-A sample with high degree of pelletized purity, obtained by the optimized method, was selected to be used as adsorbent material in the adsorption process of cadmium ions in aqueous solution in a fixed bed column. The results evidenced the potential of the use of pelletized zeolite-A in the treatment of effluents.

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2016-06-20T14:26:30Z No. of bitstreams: 1 Mario Roberto Dos Santos.pdf: 2805393 bytes, checksum: 05385968aee97107c3fb2c3af54f225c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-20T14:26:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mario Roberto Dos Santos.pdf: 2805393 bytes, checksum: 05385968aee97107c3fb2c3af54f225c (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / The aim of this study was to evaluate the eco-efficiency of the transformation of industrial waste in potential profitable co-products, as a business approach to reducing environmental impacts within the supply chain. The paper was based on to the following research question: How to measure the eco-efficiency of companies that value their industrial waste to allocate or offer them as alternative raw material for other industries? In this context, bottom ash resulting from the coal combustion in power plants was evaluated as a alternative raw material replacing sand in the production of ceramic materials and clinker in Portland cement industry, as an approach to eco-efficiency in power plants. The methodological procedures have been carried out in three phases: data collection through interviews; secondary data collection in thesis and periodical articles for the Life Cycle Assessment [LCA] preparation and the data evaluation. Pollutant emissions to atmosphere, water and soil were measured in numerical terms, relating to the production process of electric power and its waste, focused on bottom ash. All pollutants emissions to atmosphere, water and soil in numerical terms relating to the production process of sand and clinker were also measured. The evaluation has been carried out following the ABNT NBR ISO 14045 standard. The inventory calculation was based on primary data collected directly in the studied company and secondary data collected from the literature and regulatory agencies and analyzed by the software SimaPro. Within the limits of this research, it can be inferred that the eco-efficiency measure is carried out in two steps: 1) assessment of environmental impacts through research of the environmental aspects involved in the production process from the extraction of raw materials to the final disposal of waste and compare them to the production process to include the use of such waste. For this evaluation it was essential to measure LCA of waste (or wastes) to be evaluate and to compare the two processes (using and without using residue) so you can check what the major impacts are. Calculate the eco-efficiency of the process; 2) survey the probable cost’s uses of this waste in other production processes so that you can check for a monetary threshold that can afford possible valuation resulting from the new operations additions to the delivery of waste to another industrial sector. Based on these two phases it was possible to established eco-efficiency of the project, from both environmentally and economic perspectives. This research used the ReCiPe endpoint score method that presented the following results: a) Eco-efficiency of the generation of bottom ash for use in the ceramic industry compared with the generation of bottom ash by thermal plant and replacing the sand by the bottom ash in the production of ceramic tiles, thermal plant eco-efficiency spend 0.2% lower to 0.97% higher; b) Eco-efficiency of generation of bottom ash for use in cement industry compared with the generation of bottom ash by thermal plant and replacing the clinker by between 15-50%, have eco-efficiency values ranging from 2.4% to 11.5%. The use of bottom ash total replacement scenario of industrial sand in the production of ceramic tiles can use 91% of the amount spent on the acquisition of sand to buy the bottom ash. The use of bottom ash in the partial replacement scenario clinker in Portland cement production is that 91.4% of the clinker value can be used in the purchase of bottom ash. We can infer that it is possible to measure the eco-efficiency by measuring the environmental impacts through the ACV of the waste and, together, economically test the feasibility of their use. / O objetivo desta pesquisa foi avaliar a ecoeficiência da transformação de resíduos industriais em potenciais coprodutos rentáveis, como uma abordagem empresarial para a redução dos impactos ambientais dentro de uma cadeia de suprimentos. Este trabalho teve como referência a seguinte questão de pesquisa: Como medir a ecoeficiência das empresas que valorizam seus resíduos sólidos industriais ao destiná-los como matéria-prima alternativa para outros setores industriais? Nesse contexto, foi avaliada a valorização de cinzas pesadas, provenientes da combustão de carvão mineral em usinas termelétricas, como matéria-prima alternativa em substituição da areia na produção de materiais cerâmicos e também na substituição do clínquer na indústria de cimento Portland, como uma abordagem de ecoeficiência em termelétricas. Os procedimentos metodológicos foram realizados em três fases: levantamento dos dados por meio de questionários e entrevistas; levantamento de dados secundários em teses e artigos de periódicos para elaboração da Avaliação do Ciclo de Vida [ACV]; e a avaliação dos dados. Foram dimensionadas as emissões de poluentes para atmosfera, água e solo em termos numéricos relativos ao processo produtivo de energia elétrica e seus resíduos, com o foco nas cinzas pesadas. Foram dimensionadas também todas as emissões de poluentes para atmosfera, água e solo em termos numéricos relativos ao processo produtivo da areia e do clínquer. A avaliação foi realizada segundo a norma ABNT NBR ISO 14045. O cálculo do inventário foi baseado em dados primários levantados diretamente na empresa estudada e os dados secundários coletados na literatura e nas agências reguladoras e analisados pelo software SimaPro. No limite desta pesquisa, pode-se inferir que a medida de ecoeficiência seja realizada em duas etapas: 1) avaliação dos impactos ambientais por meio da pesquisa dos aspectos ambientais envolvidos no processo produtivo desde a extração das matérias-primas até a disposição final dos resíduos e sua comparação com o processo produtivo com a inclusão do uso desses resíduos. Para essa avaliação, é fundamental dimensionar a ACV do resíduo (ou dos resíduos) a ser valorizado e comparar os dois processos (sem uso e com do resíduo) para que se possa verificar quais são os maiores impactos. Calcular o valor da ecoeficiência do processo; 2) levantamento dos prováveis custos do uso desses resíduos em outros processos produtivos para que se possa verificar se há uma margem monetária que possa arcar com possíveis valores decorrentes do acréscimo de novas operações até a entrega do resíduo para outro setor industrial. Baseado nessas duas etapas, foi possível estabelecer a ecoeficiência, tanto ambiental quanto econômica do projeto. Esta pesquisa utilizou o método ReCiPe endpoint H pontuação única, que apresentou os seguintes resultados: a) Ecoeficiência da geração de cinzas pesadas para uso na indústria de revestimentos cerâmicos comparada com a geração de cinzas pela termelétrica e a substituição da areia pelas cinzas pesadas na produção de revestimentos cerâmicos, a ecoeficiência da termelétrica passaria de 0,2% inferior para 0,97% superior; b) Ecoeficiência da geração de cinzas pesadas para uso na indústria de cimento comparada com a geração de cinzas pela termelétrica e a substituição do clínquer por cinzas pesadas em quantidades de massa entre 15-50%, têm-se valores de ecoeficiência variando de 2,4% a 11,5%. O uso das cinzas pesadas no cenário de substituição total da areia industrial na produção de revestimentos cerâmicos poderá usar 91% do valor gasto na aquisição de areia para comprar as cinzas pesadas. No uso das cinzas pesadas no cenário de substituição parcial do clínquer na produção de cimento Portland tem-se que 91,4% do valor do clínquer poderá ser utilizado na compra das cinzas pesadas. Pode-se inferir que é possível medir a ecoeficiência medindo-se os impactos ambientais, por meio da ACV do resíduo e, em conjunto, verificar economicamente a viabilidade do seu uso.