Carbonatação de Escória de Aciaria como Alternativa para o
Seqüestro de CO2
III Mostra de Pesquisa
da Pós-Graduação
PUCRS
Jonatã Rangel Nienczewski, Rosane A. Ligabue (orientador), Jeane E. L. Dullius (co-orientador)
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia e Materiais, Faculdade de Engenharia, PUCRS.
CEPAC – Centro de Excelência sobre Pesquisa e Armazenamento de Carbono
Resumo
Atualmente, o dióxido de carbono (CO2) é o gás produzido pelo homem que tem
gerado maior preocupação devido ao fato de estar diretamente relacionado ao aquecimento
global. Muita pesquisa tem sido feita com o intuito de reduzir as emissões atmosféricas desse
gás. Com esse objetivo, este projeto procura desenvolver um método de captura e
armazenamento de CO2 utilizando um resíduo de pouco valor agregado, a escória de aciaria.
Este co-produto possui um alto teor de óxidos de cálcio e magnésio, compostos essenciais
para o armazenamento em longo prazo desse gás de efeito estufa. O método consiste na
lixiviação dos componentes principais e uma posterior carbonatação através da passagem do
fluxo de CO2 pela solução. Resultados preliminares mostram que com apenas 1,3 mL de HCl
e sob condições brandas de reação, é possível extrair mais de 80% do cálcio contido na
escória de aço carbono.
Introdução
Atualmente é fato incontestável que as emissões mundiais de gás CO2 têm aumentado
significativamente e que este gás é um dos principais causadores do efeito estufa. A solução
mais difundida nos dias de hoje em toda a comunidade científica tem sido a captura e
armazenamento de CO2, como uma das principais opções para a redução das emissões de CO2
advindas de atividades antropogênicas (IPCC, 2007).
A solução mais coerente encontrada até hoje pela humanidade para equilibrar a
quantidade de CO2 liberada com a armazenada é o armazenamento de CO2 em grande
quantidade. Dentre todos os métodos de armazenamento de CO2 disponíveis –
armazenamento geológico, armazenamento oceânico, etc – a carbonatação mineral e de
resíduos industriais é considerado um método bem promissor.
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A carbonatação consiste na passagem de um fluxo do gás CO2 numa solução que
contenha uma concentração elevada de hidróxidos de metais alcalinos terrosos, e que quando
transformados para carbonatos, precipitam, pois carbonatos de metais alcalinos terrosos
(CaCO3 e MgCO3, principalmente) são muito insolúveis (Bennaceur, 2004).
Sabe-se que as empresas siderúrgicas geram escória como resíduo de processo
possuindo um elevado teor de óxidos de cálcio e magnésio. Assim, para que esse resíduo
possa ser comercializado como agregado para cimento, pavimentos, entre outros, adota-se o
procedimento de cura. Esse procedimento envolve deixar a escória à intempérie por seis
meses ou mais para que os óxidos indesejáveis sejam lixiviados pela água da chuva. Como
conseqüência, uma solução aquosa rica em cálcio e magnésio é gerada. Essa solução pode
servir como fonte de matéria prima para o armazenamento de CO2, pois contém compostos
essenciais para a precipitação de carbonatos de cálcio e magnésio, considerados uma forma
eficiente de armazenamento de longo prazo para o carbono.
Este trabalho tem como objetivo melhorar a extração de cálcio e magnésio – dando
preferência aos sistemas de lixiviação já existentes – visando facilitar uma posterior
precipitação dos respectivos carbonatos. Depois de estabelecidos os parâmetros de extração,
serão estudadas as condições de precipitação e separação de carbonatos de cálcio e magnésio.
Metodologia
A escória aço-carbono proveniente da siderúrgica, foi seca durante 48 horas numa
estufa à 100ºC para a retirada da umidade em excesso. A amostra foi então peneirada e
separada por faixas (> 75 µm, 75-150 µm, 150-300 µm, 300-600 µm e 600-1180 µm). A
reação consiste em se adicionar a solução de ácido clorídrico com a escória num reator de
vidro com controle de temperatura e sob agitação magnética. Após o tempo de reação, a
solução é filtrada. O filtrado é então analisado por Absorção Atômica de Chama e
Cromatografia Iônica.
Os parâmetros que estão sendo avaliados atualmente nesse estudo são: concentração
da solução de extração, razão líquido/sólido, temperatura, tempo de reação e granulometria.
Resultados Preliminares e Discussão
Conforme mencionado anteriormente, de modo a estudar a influência da variação das
condições de reação, três parâmetros foram fixados enquanto um deles era variado. A figura I
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apresenta variação da quantidade de cálcio extraído em função da concentração de ácido. Há
um aumento gradativo na quantidade de cálcio extraído quando se utiliza concentrações de
ácido até 0,8 mol/L. Concentrações acima desse valor, nessas condições, não aumentam
significativamente extração de cálcio. É importante destacar que a extração máxima de cálcio
nessas condições (razão líquido/sólido 50 kg/kg, 25ºC, 30 min. e tamanho de partícula 150300 µm) pode ser alcançada com uma solução ácida de aproximadamente 0,8 mol/L. Isso
indica que em torno de 1,3 mL de HCl/g de escória são necessários para uma extração
adequada de cálcio.
Calcio Extraído (%)
100,00
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Concentração da Solução (mol/L)
Figura I Extração de cálcio em função da concentração da solução de extração. Condições de reação: razão
líquido/sólido 50 kg/kg, 25ºC, 30 min. e tamanho de partícula 150-300 µm.
Conclusão
Levando-se em conta a quantidade de escória gerada anualmente no Brasil, pode-se
dizer que, de acordo com os resultados desse trabalho, seriam armazenados por ano 1,74
milhões de toneladas de CO2; isso significa pelo menos 0,17% de todo o carbono emitido em
um ano no Brasil. É pouco quando analisado de maneira isolada, mas deve-se lembrar que o
sistema de mitigação é composto por várias alternativas e quando todas funcionarem juntas,
os resultados serão facilmente perceptíveis (Pacala & Socolow, 2004).
Referências
BENNACEUR, K.; Gupta, N.; Monea, M.; Ramakrishnan, T.S.; Randen, T.; Sakurai, S.; Whittaker, S. CO2
Capture and Storage—A Solution Within. Oilfield Review, outono de 2004, vol 16, N° 3. Disponível em:
<www.slb.com/content/services/resources/oilfieldreview/index.asp>. Acesso em: 24 dez 2007.
IPCC. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth
Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Disponível em <http://www.ipcc.ch/>.
Acesso em 30 out 2007.
PACALA, S. e Socolow, R., 2004. Stabilization Wedges: Solving the climate Problem for the Next 50 Years
with Current Technologies. Science, Vol 305, pp. 968 – 972.
III Mostra de Pesquisa da Pós-Graduação – PUCRS, 2008