O método de lavra câmaras e pilares é muito utilizado em minas de carvão subterrâneo, principalmente nos estados de Santa Catarina e Paraná, onde todas as minas subterrâneas utilizam este método. Vale ressaltar, porém, que o método apresenta recuperações de lavra abaixo de 50%, dependendo do tamanho dos pilares, e a produtividade é altamente dependente de uma boa concatenação das operações unitárias. Entre os aspectos relacionados à eficiência produtiva, a distância de transporte é um item preponderante no desempenho do sistema. Devido à profundidade da lavra, há um aumento do tamanho dos pilares de sustentação da mina, e assim, surgem problemas relacionados ao incremento no tempo de ciclo de transporte dos equipamentos. O aumento da distância de transporte entre uma frente de lavra com material desmontado e o alimentador/britador primário, reduz o resultado da produção de um conjunto de equipamentos. Em mineração a céu aberto, este tipo de problema é resolvido com o aumento da frota de transporte, todavia, na mineração de carvão subterrânea, não é possível aumentar de forma irrestrita a quantia de máquinas em subsolo, pois impactaria diretamente na necessidade de incremento da vazão de ar, assim como, limitação de espaço para o tráfego de equipamentos. A aproximação da distância do ponto de descarga para um local adjacente às frentes de serviço é uma alternativa para solucionar a necessidade de incremento da frota de produção. No entanto, o ponto de mudança deve ser avaliado de forma consistente para determinar o momento mais adequado para que essa reaproximação proporcione um resultado ótimo. Este estudo buscou compreender esta etapa necessária ao processo produtivo, utilizando técnicas de regressão para analisar o impacto da distância de transporte na capacidade produtiva. O problema foi modelado e foram propostas alternativas que forneçam um sequenciamento de lavra capaz de amenizar os problemas decorrentes do aumento da distância de transporte das frentes de lavra aos respectivos pontos de descarga. Os resultados demonstraram que a distância de transporte tem influência direta na produção, mas não somente a distância máxima, mas também, uma distância mínima que deve ser respeitada para obter maior produtividade quando se tem a associação de equipamentos de produção. É possível concluir com este estudo que a distância de transporte tem impacto relevante e deve ser considerada, não tão somente no sequenciamento, mas também no dimensionamento da frota e consequente capacidade produtiva. / The room and pillar mining method is widely used in underground coal mines. Santa Catarina and Paraná where all underground mines use this method. Indeed, the method has mining recoveries below 50% and the productivity is highly dependent on a good concatenation of unit operations. Among the aspects related to production efficiency, the transport distance is an important item on system performance. Due to the depth of the mine, there is an increment in the size of the underground supporting pillars, and consequently, problems related to the increase in equipment cycle times. The increase of the transportation distance between mining faces and the primary crusher reduces the result of a set of production equipment. In open pit mining, this problem is solved by increasing the haulage fleet, however, in the underground coal mining, the number of machines cannot be increased indefinitely because it would impact directly on the need of increased air flow. Therefore, the approximation of the distance from the discharge point to an adjacent location from the mining faces is an alternative to address the need of increased production fleet. However, the relocation point must be evaluated consistently to determine the most appropriate time to get the most from this approach. The goal of the study was to understand this imperative step for the production process, using regression techniques to analyze the impact of transport distance in productive capacity. Based on the experimental design used in this study, alternative proposals provide a mining sequence able to mitigate the problems from increasing transportation distance from mining faces to their discharge points. The results show that the transport distance has directly influence on the production, and it is not limited to the maximum distance. Likewise, a minimum distance must be respected for higher productivity when you have the combination of production equipment. So, it is possible to conclude that the transport distance has a significant impact and must be considered not only during the sequencing, but also when determining the fleet size and consequent production capacity.

O presente estudo tem como objetivo à caracterização do carvão de Candiota visando seu beneficiamento. A caracterização do carvão para o seu beneficiamento tem sido de grande importância hoje, uma vez que este recurso mineral representa uma alternativa energética em todo o mundo. Entretanto, a previsão de um bom aproveitamento deste recurso mineral, não passa da necessidade da sua caracterização efetiva. O beneficiamento do carvão tem por objetivo promover a redução do teor de cinza, o aumento do teor da matéria carbonosa e conseqüentemente, do poder calorífico. Além disso, promove a redução do teor de enxofre e a obtenção de granulometrias adequadas às especificações industriais, visando a sua utilização em função das necessidades do mercado consumidor. Para a caracterização do carvão de Candiota para este estudo foram elaboradas tabelas comparativas de todas as camadas divididas em dois grupos: camadas inferiores e superiores nos furos 364, 365, 366, 368, 369, 670, 371 e 372. Devido às exigências mínimas no conteúdo de teor de cinzas no carvão mineral para o seu uso no mercado consumidor, foram pré-definidos três cortes de cinzas em 35, 42 e 48 %. Para alcançar o objetivo proposto, foi calculado para todas as camadas presentes nos furos anteriormente referidos, o concentrado e o respectivo rejeito. Também foi calculada para cada camada a recuperação mássica teórica, média ponderada nas frações -25,4 +2,0 mm e -2,0 +0,1mm respectivamente. A fração fina de -0,1 mm foi considerada para descarte. Igualmente foram elaborados os fluxogramas de beneficiamento para todas as camadas do carvão nos furos anteriormente referidos, assim como as suas respectivas curvas médias de blendagem. Não foram usados métodos estatísticos para este estudo, nem a previsão de maior recuperação usando as curvas tromp ou de erro, em contra partida foram elaboradas as curvas médias nas blendagens das camadas inferiores e superiores incluindo neste último a camada Banco Louco. / This study aims to characterize the Candiota coal processing your order. The characterization of coal to its processing has been of great impotrance today, since this non-renewable mineral resource represents an alternative energy source worldwide. However, the forecast of a good use of this mineral resource is but need for effective characterization. The beneficiation of coal aims to promote the reduction of ash content, the increase in content of carbonaceuos matter and therefore, the calorific value.It also promotes the reduction of surfur content and particle size appropriate for obtaining industrial specification for their application to the needs of the consumer market. For the characterization of coal Candiota for this study were prepared comparative tables of all seams divided in two groups: lower and upper seams in the holes 364, 365, 366, 368, 369, 370, 371 and 372. Due to the specification, the minimumm content of ash content in coal for use in the market, were pre-defined three of ash 35, 42 and 48%. To achive the proposed objective, was calculated for all seams in the holes previously mentioned, its concentrate and their waste. Was also calculated for each seams theoretical mass recovery ash content, calculate the weighted average fractions -25,4 +2,0 mm and -2,0 +0,1 mm respectively. The fine fraction of -0,1 mm was considered for disposal. Also were prepared flowcharts of processing for all seams of coal holes mentioned above, as well as their respective average curves blending. No statiscal methods were used for this study, neithet the higher recovery prediction curves using tromp or error, starting from the average curves were prepared in blends of lower and upper seams including the discontinue seam.

Neste estudo, amostras de carvão (feed coal), cinzas pesadas e cinzas leves, amostradas pelo intervalo de 3 a 4 meses no período um ano, de usinas termelétricas localizadas no sul do Brasil (Candiota (RS), Charqueadas (RS), São Jerônimo (RS) e Jorge Lacerda (SC)) foram analisadas e comparadas. As amostras de carvão foram caracterizadas pela análise petrológica (reflectância da vitrinita e análise macerais), análise química (imediata e elementar), determinação do poder calorifico, difração de raios X e espectrometria micro-Raman. As amostras de cinzas pesadas e leves foram analisadas por difração de Raios X, carbono total (CT) e métodos petrológicos. A análise de reflectância da vitrinita mostrou que os carvões utilizados em usinas termelétrica do Rio Grande do Sul têm um rank subbetuminoso, enquanto o carvão de Jorge Lacerda (SC) é composto de uma mistura de carvões com níveis de rank que variaram de subbetuminoso até meta-antracita, mas que são predominantes de betuminoso alto volátil. A análise de macerais mostrou que vitrinita e inertinita foram os grupos de macerais predominantes em todas as amostras de carvão. As misturas de carvão de Jorge Lacerda são caracterizadas pelas diferentes populações de vitrinita, turfa e coque de petróleo. A análise imediata mostrou que todos os carvões têm elevado teor de cinzas, com valores médios de: 49% (p/p) para Candiota, 47,6% (p/p) para Charqueadas, 38,9% (p/p) para São Jerônimo e 40,5% (p/p) para Jorge Lacerda. A análise elementar apresentou valores médios de enxofre de: 1,4% (p/p) para carvões de Candiota, 0,9% (p/p) de Charqueadas, 0,7% (p/p) de São Jerônimo e 2,0% (p/p) de Jorge Lacerda. Os valores médios de poder calorífico foram: 2928 cal/g para Candiota, 3156 cal/g para Charqueadas, 3834 cal/g para São Jerônimo e 4510 cal/g para Jorge Lacerda. A matéria mineral determinada pela difração de raios X consistiu principalmente de quartzo e caolinita. A matéria mineral das cinzas pesadas e leves, determinada por difração de raios X, consistiu predominantemente de quartzo e mulita. Os valores médios do CT nas cinzas pesadas e leves foi: 0,66 e 0,35% (p/p) para Candiota, 10,11 e 1,17% (p/p) para Charqueadas, 16,97 e 9,34% (p/p) para São Jerônimo e 2,47 e 0,99% (p/p) para Jorge Lacerda respectivamente. A composição da matéria mineral das amostras de cinzas consistiu na sua maioria de vidro e esferas de espinélio. Crassisphere e crassinetworks, derivados de vitrinita, foram as partículas de char mais comuns observadas nas amostras de cinzas, bem como partículas de mixed dense e solid/fusinoid, derivadas de macerais de inertinita.Espectrometria micro-Raman foi utilizada para observar diferenças entre os grupos de macerais das amostras de carvão neste estudo e entre vitrinitas de carvões com rank diferentes. Os espectros Raman da vitrinita e inertinita foram semelhantes, porém a vitrinita apresentava maior deslocamento Raman do pico – D e o pico – G apresentava uma largura maior. O espectro obtido para liptinita consistiu de alta fluorescência, sem picos significativos. Em relação o rank de carvão, as larguras dos picos G e D tornaram-se menores com aumento da reflectância da vitrinita. / In this study feed coal, bottom ash and fly ash from coal-burning power plants located in southern Brazil (Candiota (RS), Charqueadas (RS), São Jerônimo (RS) and Jorge Lacerda (SC)) were collected in intervals of three to four months over a period of one a period of one year and analyzed by petrological and chemical methods. Analyses on the feed coal samples included the following: petrological (vitrinite reflectance and maceral analysis) chemical (proximate and ultimate analyses, determination of calorific values) and mineralogical (X-ray diffraction and Raman micro-spectrometry). Analyses on bottom and fly ash samples included X-ray diffraction, total carbon (TC) and petrological methods.The petrological analyses showed that the coals from Rio Grande do Sul have a rank of: subbituminous, while the coal from Jorge Lacerda is composed of a blend of coals with ran levels that ranged from subbituminous to meta-anthracite, with a predominance of high volatile bituminous coal. The maceral analysis showed that vitrinite and inertinite were the dominate maceral groups in the coals. The coal blends from Jorge Lacerda were composed of different vitrinite populations and also included peat and petroleum coke. The proximate analysis showed that the coals have high ash content, with average values of: 49.0% wt. for Candiota, 47.6% wt. for Charqueadas, 38.9% wt. for São Jerônimo and 40.5 for Jorge Lacerda. The ultimate analysis showed average sulfur values of: 1.4% wt. for Candiota, 0.9% wt. for Charqueadas, 0.7% wt. for São Jerônimo and 2.0% wt. for Jorge Lacerda. The average calorific values were: 2928 cal/g for Candiota, 3156 cal/g for Charqueadas, 3834 cal/g for São Jerônimo and 4510 cal/g for Jorge Lacerda. The mineral matter consisted of mainly quartz and kaolinite, as determined by X-ray diffraction. The mineral matter of the bottom ash and fly ash, as determined by X-ray diffraction, consisted predominately of quartz and mullite. The average values of the TC in the bottom ash and fly ash was determined to be: 0,66 wt.% and 0,35 wt.% for Candiota, 10,11 wt.% and 1,17 wt.% for Charqueadas, 16,97 wt.% and 9,34 wt.% for São Jerônimo and 2,47 wt.% and 0,99 wt.% for Jorge Lacerda respectively. The mineral matter of the ash samples consisted mostly of glass and spinel spheres. Crassisphere and crassinetworks, derived from vitrinite, were common char particles observed in the ash samples, as well as mixed dense and solid/fusinoid, particles derived from inertinite macerals. Ash samples from São Jerônimo contained several unburnt coal particles, while samples from Jorge Lacerda contained solid particles derived from petroleum coke.Raman spectrometry was used to characterize the coal samples in this study, with respect to the different maceral groups and changes in coal rank. The Raman spectra of vitrinite and inertinite were similar with the exception that vitrinite had higher D- peak wave numbers and the G-peaks were wider. The spectrum obtained for liptinites consisted of a high background florescence, without significant peaks. With increasing coal rank, the widths of the G and D-peaks become smaller.

As camadas de carvão de idade Permiana da Formação Rio Bonito de Candiota constituem o maior depósito do país. Atualmente são mineradas duas camadas, denominadas “Camada Candiota Superior” e “Camada Candiota Inferior”. As outras camadas, S1-S9 (camadas superiores) e I1-I5 (camadas inferiores), não são explotadas. O objetivo deste trabalho foi realizar um detalhamento das camadas inferiores, superiores e Banco Louco do depósito, utilizando como metodologia a aplicação dos conceitos de sedimentologia e estratigrafia de sequências; petrologia do carvão (descrição dos litotipos, análise da reflectância da vitrinita e análise de macerais) e análises químicas (imediatas, elementares, poder calorífico e difração de raios X). Foram identificados quatro sistemas deposicionais na área: leque aluvial, fluvial, laguna-barreira e marinho raso. A partir da base, a sucessão de litofácies compreende conglomerados matriz-suportado e arenitos grossos, sugerindo um ambiente típico para sistemas de leques aluviais e fluviais, com camadas de carvão pouco desenvolvidas (camadas inferiores). As principais camadas de carvão (espessas e contínuas) ocorrem no subambiente lagunar, no final do Trato de Sistemas Transgressivo da seqüência 2. As camadas superiores desenvolvem-se no Trato de Sistemas de Nível Alto e Trato de Sistemas de Nível Baixo, sendo tipicamente finas e descontinuas. Em seguida ocorrem sedimentos marinhos no topo da seção (Formação Palermo), sobrepostos à sucessão portadora de carvão. Os resultados das reflectâncias da vitrinita das camadas analisadas indicam um rank de carvão sub-bituminoso C (Rrandom= 0,36% - 0,47%), com evidências de alguns valores anômalos baixos relacionados ao alto conteúdo de matéria mineral. A análise dos litotipos determinou o litotipo fosco (durênio) predominante. A composição dos macerais é altamente variável, com algumas camadas extremamente ricas em macerais do grupo da inertinita (fusinita, semifusinita, inertodetrinita). A petrologia juntamente com a estratigrafia de seqüências mostra que as características do carvão são controladas pelo ambiente deposicional. Os resultados da análise elementar apresentam teores médios em peso das amostras de 28,3% para o carbono, 2,8% para o hidrogênio, 0,6% para o nitrogênio, 1,9% para o enxofre total e 20,3% para o oxigênio. A matéria volátil apresenta em média 43,6% em peso (d.a.f.) classificando as camadas de carvão como sub-bituminoso A. O poder calorífico calculado em uma base seca e livre de cinzas (d.a.f.) obteve valor médio de 5588 cal/g, classificando as amostras como sub-bituminoso B. Através da difração de raios X a mineralogia é constituída principalmente por quartzo, caolinita e ilita. As camadas de carvão analisadas são ricas em cinzas, utilizando os critérios do International Classification of in-Seam Coals (1998), a maioria das camadas é classificada como carvões de categoria muito inferior, entretanto, as camadas S4, I1, I4 e I5 são classificadas como rochas carbonosas (>50% em peso de cinza). Conforme dados da CRM, a usina termelétrica Presidente Médici pode operar com até 53% % em peso de cinzas e 2,0 de enxofre total. Assim sendo, as camadas S3, S6, S7, S8, S9, BL, I3 e I4 atenderiam as exigências de teor de cinzas e enxofre total máximo e exigido pela termelétrica. / The Candiota Coalfield, RS, is the largest coal deposit in the country, with coal seams developed in the Permian age the Rio Bonito Formation. Currently two seams are mined, called "Seam Candiota Superior" and "Seam Candiota Inferior". The other seams, S1-S9 (upper seams) and I1-I5 (lower seams) have not being mined so far. The aim of the present study was a characterization of the lower and upper seams of the deposit using methods of sequence stratigraphy and sedimentology, coal petrology (coal lithotypes, vitrinite reflectance, maceral analyses), and chemical characterization (proximate analysis, ultimate analysis, calorific value determination and x-ray diffraction). Sedimentological analyses identified four depositional systems in the area: alluvial fan, fluvial, lagoon-barrier and shallow marine. From the base, the succession of lithofacies comprises matrix-supported conglomerates and coarse grained sandstones, suggesting a typical environment for systems dominated by alluvial fans and river, with poorly developed coal seams (lower seams). The main coal seams (continuous, thick) occur in a lagoon-type subenvironment at the final stage of a transgressive systems tract of sequence 2. The upper seams developed in a Highstand Systems Tract and Lowstand Systems Tract, and are typically thin and discontinuous. Marine sediments occur at the top of the section (Palermo Formation), overlapping the coal-bearing strata. The results of the vitrinite reflectance measurements of the coal seams indicate a rank of sub-bituminous C (Rrandom = 0.36 - 0.47%), with evidence of some anomalous low values related to the high content of mineral matter. The dominant lithotype in the coal seams is durain. The maceral composition is highly variable, with some seams extremely rich in the maceral group inertinita (fusinite, semifusinite, inertodetrinite). The petrology along with the sequence stratigraphic interpretation show that the characteristics of the coal seams are controlled by depositional environment. Results from elemental analysis show that the average content (wt.%) were: 28.3% carbon, 2.8 % hydrogen, 0.6% for nitrogen, 1.9% for total sulfur and 20.3% for oxygen. The average volatile matter content obtained from proximate analyses is 43.6 wt% (daf), classifying the seams as sub-bituminous A. The average calorific value calculated on an dry, ash-free basis (daf) is 5588 cal /g, classifying the samples as sub-bituminous B. Based on results from x-ray diffraction the mineralogy consists mainly of quartz, kaolinite and illite. The coal seams are rich in ashes, ranging from 32,0 to 62,3 wt%, with most seams according to the International Classification System ranked as very low quality coals. Seams such as S4, I1, I4 and I5 are classified as carbonaceous rocks (> 50 wt.% ash). According to data from CRM, the President Medici power plant in Candiota can operate with coal containing of up to 53% wt% ash and 2,0 wt% total sulfur. Thus, coal seams S3, S6, S7, S8, S9, BL, I3 and I4 meet the requirements of maximum ash and total sulphur contents for combustion in the power plant.

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2018-04-10T12:58:11Z No. of bitstreams: 1 2010 - Cla?dio Rocha Lopes.pdf: 2005134 bytes, checksum: 3f0410cad2ed7af0f6a0fb58a582090a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T12:58:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010 - Cla?dio Rocha Lopes.pdf: 2005134 bytes, checksum: 3f0410cad2ed7af0f6a0fb58a582090a (MD5) Previous issue date: 2010-03-26 / The aim of this study was to characterize the main physical and chemical properties, and testing of combustion and CO2 reactivity of biomass, towards its use as material injetante the tuyeres of blast furnaces. This aims to use economic and environmental gains by reducing the rates of carbon emissions and trading of Certified Emission Reductions. The biomass studied were two types of cellulignin: cellulignin from 100% wood and 50% wood + 50% organic matter of trash- MOL, five types of waste biomass in natura: marc barley, macadamia shells, cobs corn, sugar cane bagasse and wood Eucalytus urophylla. Carbonization was carried out at three temperatures (450, 600 and 900 oC) to provide data that could determine the temperature or temperature range in which the ?in natura? biomass and cellulignin should be carbonized to obtain the best properties to use as fuel/reducer in blast furnaces. Simulation tests of injection of powdered materials in blast furnaces were performed with three different masses (200, 250 and 300mg) for setting the rate of injection, after setting the mass to be injected (250mg) studied the carbonaceous were tested to obtain rates of combustion (burning efficiency). Tests were also made of mixtures of biomass with coal of low volatile coal, showing the synergy when mixing these coals. The rates of combustion-IC is obtained from the analysis of gaseous combustion products by gas chromatography. Tests of reactivity to CO2 at three temperatures (950, 1000 and 1050 oC) in order to obtain kinetic data (apparent activation energy and frequency factor) of various coals. The continuous reaction model (Equation Mampel-1st order) was used and the kinetic values obtained from the Arrhenius plot. Correlations of various physical and chemical properties of carbonaceous study (total carbon, fixed carbon, volatile matter, alkali content, density-He, density-Hg, open porosity, total porosity and surface area) compared to the rate of combustion-IC were obtained. It was also correlated the rate of combustion-IC with the values of reactivity to CO2 / O objetivo geral deste trabalho foi avaliar a viabilidade de utiliza??o de biomassas e seus carv?es atrav?s da inje??o pelas ventaneiras dos Altos-Fornos - t?cnica conhecida como Inje??o de Carv?es Pulverizados (ICP). Desta forma, diferentes biomassas e seus carv?es tiveram as suas propriedades f?sicas e qu?micas avaliadas, sendo realizados tamb?m testes de combust?o e de reatividade ao CO2. Esta utiliza??o visa ganhos ambientais e econ?micos, atrav?s da redu??o dos ?ndices de emiss?es de carbono e comercializa??o de Certificados de Emiss?es Reduzidas. As biomassas estudadas foram dois tipos de celuligninas: celuligninas provenientes de 100% madeira e celuligninas provenientes de 50% madeira + 50% mat?ria org?nica do lixo, cinco tipos de res?duos de biomassas ?in natura?: baga?o de cevada, cascas de macad?mia, sabugo de milho, baga?o de cana e madeira de Eucalyptus urophylla. Foram realizadas carboniza??es em tr?s temperaturas (450?C, 600?C e 900?C), visando obter dados que pudessem determinar a temperatura ou faixa de temperatura na qual as celuligninas e biomassas ?in natura? devem ser carbonizadas para se obter as melhores propriedades visando a utiliza??o como combust?veis/redutor nos Altos-Fornos. Os carbon?ceos estudados foram ensaiados para a obten??o dos ?ndices de combust?o (efici?ncia de queima). Tamb?m foram realizados testes de misturas de carv?es de biomassas com carv?o mineral baixo vol?til, mostrando a sinergia quando se misturam estes carv?es. Foram realizados ensaios de reatividade ao CO2 em tr?s temperaturas (950?C, 1000?C e 1050?C) com o intuito de obter dados cin?ticos (energia de ativa??o aparente e fator de frequ?ncia) de diversos carv?es. Utilizouse o modelo de rea??o cont?nua (Equa??o de Mampel-1? ordem) e os valores cin?ticos foram obtidos atrav?s do gr?fico de Arrhenius. Correla??es de diversas propriedades f?sicas e qu?micas dos carbon?ceos estudados em rela??o ao ?ndice de combust?o-IC foram obtidas. Tamb?m foi correlacionado o ?ndice de combust?o-IC com os valores de reatividade ao CO2. Os resultados mostraram que as celuligninas CCC3(50% madeira + 50 % lixo) e CCC5 (100% madeira) possuem caracter?sticas semelhantes ao carv?o vegetal tradicional, podendo serem injetadas nas ventaneiras, sem necessidade de carboniza??o. A temperatura de carboniza??o de biomassas deve ser entre 450?C e 600?C, possibilitando melhores rendimentos gravim?tricos e boas caracter?sticas f?sico-qu?micas. De modo geral, os maiores ?ndices de combust?o foram obtidos pelos carv?es carbonizados ? 600?C e pelo Carv?o vegetal tradicional (madeira de Eucalyptus). Avaliando-se as propriedades f?sicas e qu?micas dos materiais carbon?ceos com o ?ndice de combust?o, pode-se dividir os materiais em quatro grupos espec?ficos (grupo de biomassas in natura, grupo das celuligninas, grupo dos carv?es vegetais e grupo dos carv?es minerais). Os valores dos ensaios de reatividade ao CO2 est?o em conson?ncia com os resultados de ?ndice de combust?o, onde os carv?es de celulignina, bem como os carv?es de biomassa tradicional, s?o materiais de alta reatividade com grande potencial para utiliza??o na inje??o em altoforno.

A lixiviação de elementos tóxicos presentes nas cinzas de carvão causa contaminação no meio ambiente e é, por isso, motivo de grande preocupação. Ensaios em batelada e em coluna de leito fixo foram realizados para avaliar a estabilização de As, Cr, Mo e Se em cinzas leve de carvão modificadas com orgânosilano (OS) e surfactante de amônio quaternário (SF). As cinzas leve utilizadas foram coletadas na Usina Termelétrica da Figueira, localizada na cidade de Figueira, Estado do Paraná. Nos ensaios em batelada, em primeiro lugar, avaliou-se a influência da relação massa de cinzas/volume de água na concentração dos elementos lixiviados das cinzas não tratadas. Posteriormente, determinou-se o pH, a condutividade e as capacidades de imobilização dos elementos tóxicos presentes nas cinzas após a modificação. As reduções de concentração usando OS foram de 89%, 77%, 42% e 11% para Cr, Mo, As e Se, respectivamente. Quando SF foi utilizado para o tratamento das cinzas, a redução de concentração nos lixiviados foi superior a 60% para todos os elementos. As cinzas tratadas foram caracterizadas em relação ao ponto de carga zero, morfologia, grupos funcionais, mineralogia e hidrofobicidade. As superfícies das cinzas tratadas com OS e SF apresentaram carga superficial positiva em água. A composição mineralógica e a morfologia das cinzas não foram alteradas após o tratamento, enquanto mudanças nos grupos funcionais foram observadas. Esse resultado corroborou com o observado nos testes de hidrofobicidade onde, as cinzas tratadas com OS e SF na proporção 1:10 foram classificadas como material extremamente hidrofóbico e na proporção 1:100 foram classificadas como material fortemente hidrofóbico, confirmando que foi efetivo o tratamento das cinzas com os agentes imobilizadores. Na segunda etapa do estudo foram realizados três ensaios de lixiviação em colunas contendo cinzas de carvão e solo coletado na região da Usina Termelétrica da Figueira. Nos ensaios foram usadas cinzas não tratadas, cinzas tratadas com OS e cinzas tratadas com SF nas diluições de maior efetividade selecionadas pelos ensaios em batelada. Nas colunas foi aplicado um volume de chuva ácida sintética simulando a precipitação que ocorre na região. Na coluna com cinzas tratadas com OS ocorreu redução considerável na concentração de As e principalmente do Cr. Após o tratamento com SF, as concentrações de As e Cr reduziram aproximadamente 30%. Em ambos os tratamentos, as concentrações de Mo e Se também foram reduzidas. Os resultados evidenciaram que tanto o orgânosilano, quanto o surfactante podem ser utilizados como agentes imobilizadores para a retenção de elementos tóxicos presentes em cinzas de carvão. / The leaching of toxic elements in coal ash causes contamination of the environment and is therefore of great concern. Batch and column tests were performed to evaluate the stabilization of As, Cr, Mo and Se in fly ash modified with organosilane (OS) and quaternary ammonium surfactant (SF). The fly ashes used were collected at the Figueira Thermoelectric Plant, located in the city of Figueira, State of Paraná. In the batch tests, first, the influence of ash / volume ratio on the concentration of the leached elements of the untreated ash was evaluated. Subsequently, the pH, conductivity and immobilization capacities of the toxic elements present in the ashes after the modification were determined. The reductions in the concentrations of toxic elements using OS were 89%, 77%, 42% and 11% for Cr, Mo, As and Se, respectively. When SF was used for ash treatment, the concentration reduction in the leachates was greater than 60% for all elements. The treated ash was characterized in relation to zero charge point, morphology, functional groups, mineralogy and hydrophobicity. OS and SF treated ash surfaces showed a positive surface charge in water. The mineral composition an morphology of the ashes was not altered after treatment, while changes in the functional groups were observed. This result corroborated with that observed in the hydrophobicity tests, where ashes treated with OS and SF in the proportion 1:10 were classified as extremely hydrophobic material and in the proportion 1: 100 were classified as strongly hydrophobic material, confirming that the treatment of the ashes with immobilizing agents were efficient. In the second stage of the study three leaching tests were carried out on columns containing coal ash and soil collected in the Figueira Thermoelectric Power Plant region. In the tests, untreated fly ash, OS treated fly ash and SF treated fly ash were used at the most effective dilutions selected by batch tests. In the columns a synthetic acid rain was applied simulating the precipitation that occurs in the region. In the column with ash treated with OS there was a considerable reduction in the concentration of As and especially of Cr. After treatment with SF, concentrations of As and Cr reduced approximately 30%. In both treatments, the concentrations of Mo and Se were also reduced. The results showed that both the organosilane and the surfactant can be used as immobilizers for the retention of toxic elements present in coal ash.

As indústrias lançam diversos poluentes no meio ambiente. Dentre os poluentes destacam-se os elementos tóxicos presentes em efluentes líquidos por acarretarem alto risco potencial à saúde humana e ao meio ambiente. Os efluentes podem ser tratados por materiais adsorventes, os quais podem ser provindos de resíduos industriais. Uma forma de contribuir significativamente na sustentabilidade de uma indústria é a transformação de um de seus resíduos em sub-produto de valor agregado para aplicação no tratamento de seus efluentes líquidos como adsorvente de baixo custo. O objetivo deste trabalho foi sintetizar, e caracterizar zeólitas de cinzas de carvão e avaliar sua aplicação como material adsorvente no tratamento de efluente. Os materiais zeolíticos derivados de três tipos diferentes de cinzas de carvão (cinzas manga, cinzas ciclone e cinzas pesadas) geradas na usina termelétrica de Figueira-PR foram usados para tratar o lixiviado do aterro de cinzas de carvão da mesma usina. As seguintes características das zeólitas foram determinadas: composição mineralógica, composição química, teor de carbono total, análise morfológica, área superficial específica, capacidade de troca catiônica (CTC), perda ao fogo, pH, condutividade e densidade aparente. A fase zeolítica formada foi do tipo sodalita com as três amostras usadas como matéria prima após ativação hidrotérmica alcalina. O material zeolítico de cinzas manga apresentou a menor relação SiO2/Al2O3 (1,46), maior CTC (2,36 meq g-1) e área superficial específica (69,5 m2 g-1) e, consequentemente, maior capacidade de remoção dos íons do efluente. As concentrações de As e Cr estavam acima do padrão de lançamento de efluentes. As três amostras de materiais zeolíticos apresentaram uma remoção significativa de Ni, Cd, Zn e Co na dose de 10 g.L-1. Os materiais zeolíticos das cinzas manga e ciclone foram eficientes para reduzir a concentração de As abaixo do limite imposto pela legislação, enquanto a remoção do Cr não foi efetiva com nenhum dos materiais. Na segunda etapa do trabalho, as zeólitas foram modificadas com o surfactante brometo de hexadeciltrimetilamônio (HTDMA-Br) em concentrações de 1,8 e 20 mmol L-1. A modificação das zeólitas não melhorou a eficiência de remoção do As. A remoção do Cr usando a amostra de zeólita de cinzas manga modificada com HDTMA-Br 20 mmol L-1 resultou em uma concentração final muito próxima ao limite permitido pela legislação. / The industries release various types of pollutants into to the environment. Among these pollutants are the liquid effluents containing toxic elements, they carry a high potential risk to human health and the environment. Some effluents can be treated by adsorbent materials, which can be made from industrial waste. One way to contribute significantly to the sustainability of an industry is to transform one of its residues into a value-added by-product and use in the treatment of its own liquid effluents as a low cost adsorbent. The objective of this estudy was to synthesize and characterize coal ash zeolites and evaluate their application as adsorbent material in the treatment of effluent. Zeolite materials derived from three different types of coal ash (fly ashes, cyclone ashes and heavy ashes) generated at the Figueira-PR thermoelectric plant were used to treat leachate from the coal ash landfill of the same plant. The following zeolite characteristics were determined: mineralogical composition, chemical composition, total carbon content, morphological analysis, specific surface area, cation exchange capacity (CTC), fire loss, pH, conductivity and bulk density. The zeolite phase formed with the three samples used as raw material after alkaline hydrothermal activation was sodalite. The zeolite material from fly ash had the lowest SiO2/Al2O3 ratio (1.46), higher CTC (2.36 meq g-1) and specific surface area (69.5 m2 g-1) and, consequently, greater effluent removal capacity. The As and Cr concentrations were above the effluent discharge standard. The three samples of zeolitic materials showed a significant removal of Ni, Cd, Zn and Co in the dose of 10 g L-1. The zeolite materials from fly and cyclone ash were efficient to reduce As concentrations below the limit imposed by legislation, while removal of Cr was not effective with any of the materials. In the second stage of the study, the zeolites were modified with the surfactant hexadecyltrimethylammonium bromide (HTDMA-Br) in concentrations of 1.8 and 20 mmol.L-1. The zeolite removal efficiency of As did not improve after its modification. Removal of Cr using the 20 mmol.L-1 modified HDTMA-Br modified fly ash zeolite sample resulted in a final concentration very close to the limit allowed by the legislation.

O presente trabalho mostra a investigação da influência da temperatura sobre a absorção de SO2 por calcários na combustão de carvão mineral em reator de leito fluidizado atmosférico. Introduz-se bateladas de carvão no reator fluidizado com ar pré-aquecido a temperaturas entre 700 e 900ºC, e a combustão se desenvolve produzindo gases contendo SO2. Bateladas de calcário são injetadas para absorção do SO2. Considera-se duas situações distintas: injeção simultânea de carvão e calcário e injeção defasada. Na primeira situação investiga-se sulfatação direta, enquanto na segunda estuda-se sulfatação com o calcário previamente calcinado. Utiliza-se um carvão energético CE4500 procedente de Criciúma-SC, e dois tipos de calcário : um calcítico procedente de Itaú-MG, outro dolomítico de Ipeúna-SP. Os resultados mostram absorção de SO2 mais eficiente quando os calcários são previamente calcinados. As máximas conversões são observadas em temperaturas em torno de 800ºC. / This work shows the investigation about the influence of temperature on the absorption of SO2 by limestones in atmospheric bubbling fluidized bed combustion of mineral coal. Batches of coal are introduced into the reactor fluidized by air pre-heated at temperatures between 700 and 900ºC, and the combustion develops producing gases containing SO2. Batches of limestone are injected for sulfur absorption. Two distinct situations are considered: simultaneous and non-simultaneous injection of coal and limestone. In the first situation direct sulfation is investigated, while in the second situation sulfation is carried out by pre-calcined limestone. A CE4500 energetic coal from Criciúma-SC is used, alongside with two types of limestone : a calcitic limestone from Itaú-MG, and a dolomite from Ipeúna-SP. The results show that tha absorption of SO2 is more efficient for limestones previously calcined. The maximum conversions were observed for temperatures around 800ºC.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de simulação que em base a dois dos maiores recursos naturais da Colômbia, o carvão e os recursos hídricos, procura dimensionar um sistema intermodal de transporte que visa o aproveitamento de ditas riquezas e o fornecimento de carvão térmico para produção de energia nos principais países industrializados do mundo. Neste trabalho os principais dados levantados de fontes como a Agencia Internacional de Energia, o World Energy Council, o Ministério de Transporte e o Ministério de Minas e Energia da Colômbia, entre outras, permitiram entender melhor o contexto e detalhar o problema em consideração. Baseado na metodologia de simulação de eventos discretos a descrição do sistema modelado é feita através do detalhamento de seus subcomponentes, os parâmetros de entradas, as saídas esperadas e a esquematização do modelo conceitual para conduzir os testes computacionais no software computacional Arena, conforme um cenário padrão de experimentações definido para conseguir o escoamento do excedente da produção de mineiro procedente do departamento colombiano de Cesar. Finalmente, logo de ter achado a melhor configuração para o sistema, esta foi testada e analisada o desempenho da mesma quando mudanças como variações na demanda de carvão entre outras foram introduzidas. / This work introduces the development of a simulation model based on two of the largest natural resources of Colombia, the coal and water resources, looking for sizing an intermodal system of transportation aiming for the approach of such resources and the supplying of steam coal for energy productions in the world industrialized countries. Data collection taken from sources as International Energy Agency, World Energy Council, Colombian Transport and Energy Ministries, between others, allowed a better understanding and detailing of the context for the studied problem. Founded on discrete event simulation methodology, the system description is done thought the detailing of its subcomponents, the input parameters, outputs and conceptual model schematization for conducting experimental tests in the Arena computational software, considering a standard scenario in order to size the intermodal transportation system for Colombian thermic coal exportation based on the surplus production from Cesar department. Finally, after finding the best configuration for the system, its performance was tested and analyzed adopting changes such variations in demand for coal among others.

A dissertation submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment, University of the Witwatersrand, in fulfilment of the requirements for the degree of Master of Science in Engineering. Johannesburg 2016 / The quantity and particle size distribution of pulverised coal supplied to combustion equipment downstream of coal pulverising plants are critical to achieving safe, reliable and efficient combustion. These two key performance indicators are largely dependent on the mechanical condition of the pulveriser. This study aimed to address the shortfalls associated with conventional time-based monitoring techniques by developing a comprehensive online pulveriser condition monitoring philosophy. A steady-state Mill Mass and Energy Balance (MMEB) model was developed from first principles for a commercial-scale coal pulveriser to predict the raw coal mass flow rate through the pulveriser. The MMEB model proved to be consistently accurate, predicting the coal mass flow rates to within 5 % of experimental data. The model proved to be dependent on several pulveriser process variables, some of which are not measured on a continuous basis. Therefore, the model can only function effectively on an industrial scale if it is supplemented with the necessary experiments to quantify unmeasured variables. Moreover, a Computational Fluid Dynamic (CFD) model based on the physical geometry of a coal pulveriser used in the power generation industry was developed to predict the static pressure drop across major internal components of the pulveriser as a function of the air flow through the pulveriser. Validation of the CFD model was assessed through the intensity of the correlation demonstrated between the experimentally determined and numerically calculated static pressure profiles. In this regard, an overall incongruity of less than 5 % was achieved. Candidate damage scenarios were simulated to assess the viability of employing the static pressure measurements as a means of detecting changes in mechanical pulveriser condition. Application of the validated pulveriser CFD model proved to be highly advantageous in identifying worn pulveriser components through statistical analysis of the static pressure drop measured across specific components, thereby demonstrating a significant benefit for industrial application. / MT2016