Síntese de zeólitas a partir de cinzas volantes de carvão mineral da mina de Candiota

Abstract

O carvão mineral é fundamental para a matriz energética de grande parte dos países do mundo. De seu processamento térmico para geração de energia elétrica são gerados diversos resíduos, dentre os quais as cinzas volantes correspondem ao maior volume. Este resíduo é produzido na ordem de milhões de toneladas ao ano em nosso Estado, de cujo total somente uma fração é reutilizada, além de que uma parcela circunstancial do montante é disposta incorretamente, podendo acarretar em problemas ambientais. Neste contexto se insere o presente trabalho, que visa processar as cinzas de carvão de acordo com o método hidrotérmico clássico, produzindo zeólitas, analisando a influência do tempo de síntese e da concentração da solução alcalina na síntese e, por fim, conferindo consequentemente uma finalidade mais nobre a este coproduto da geração de energia elétrica. Neste estudo, a síntese das zeólitas foi efetuada a 150 °C e razão solução/cinzas de 2 mL g-1. Assim, as variáveis estudadas foram a concentração de solução alcalina (o álcali utilizado foi NaOH), avaliada em 3 e 5 mol L-1; e o tempo de reação, mantido em 24, 48 ou 72 horas. Os materiais sintetizados e a cinza foram caracterizados por Difratometria de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Área Superficial Específica (BET) e Volume de Poros (BJH). Constatou-se a viabilidade de realizar a síntese sob baixa razão solução/cinzas (2 mL g-1), permitindo um consumo significativamente menor de água no processo. Neste estudo, foram identificadas as espécies zeolíticas analcita, zeólita P1, zeólita P, zeólita Phi e cancrinita. Por fim, dentre os parâmetros analisados no produto obtido, foram encontrados valores compatíveis com a literatura em termos de área superficial específica - apontando para a aplicabilidade prática do material.

Coal is a material of fundamental relevance to the energetic mix of the majority of the countries of the world. Many residues are generated from its thermal processing for electricity generation, among which the fly ash corresponds to the largest volume. Millions of tons of this waste are per year produced in our state, even though only a fraction thereof is reutilized. Besides, a large part of this total ends up incorrectly disposed, which may lead to environmental issues. It is in this very context that this piece of work is presented, aiming to process the fly ash according to the classic hydrothermal method in order to produce zeolites, analyzing the influence of the reaction time and of the concentration of the alkaline solution and, finally, granting the byproduct a more noble finality. In this study, the zeolite synthesis was carried out by means of NaOH as alkali under 150 °C and solution-ash ratio of 2 mL g-1. As such, the variables studied were the concentration of alkaline solution, assessed at 3 and 5 mol L-1; and the reaction time, which was maintained at either 24, 48 or 72 hours. The results were subsequently analyzed by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Specific Surface Area (BET) and Volume of Pores (BJH). It was verified that it is viable to undertake the synthesis under a low solution-ash ratio (2 mL g-1), thus allowing for a much lower water consumption. Also, it was shown that the synthesis via NaOH requires a significantly lower reaction time when compared to KOH. Finally, among the parameters analyzed on the product, values compatible to the literature were obtained regarding its specific surface area - pointing out to the practical applicability of the material.