A lama vermelha, resíduo da produção de alumina, é altamente alcalina e sua exposição afeta o meio ambiente quando disposta inadequadamente. Ela apresenta características que favorecem a captura de carbono, propiciando dois benefícios: a neutralização da lama vermelha e a diminuição do CO2, principal gás causador do efeito estufa que é responsável pela intensificação do aquecimento do planeta.

1. Curso Superior de Tecnologia em
Gestão Ambiental
Campus Rio de Janeiro
UTILIZAÇÃO DA LAMA VERMELHA
COMO AGENTE DE REMOÇÃO DE
POLUENTES: captura de CO2
Aluna: Thaíse Nunes Lima
1
Orientadora: Profª. Drª. Simone Lorena Quiterio de Souza
Rio de Janeiro , 2012

2. Sumário 2
Introdução
1.Aquecimento global
2.Captura de CO2através da
lama vermelha
3.Metodologia
4.Resultados e discussão
http://vidadeuniversitario.files.wordpress.com/2010/04/apresenta-ccedil-atildeo-da-pessoa-thumb7408464.jpg
Conclusão

3. Introdução
 Os impactos ambientais aumentaram
e, atualmente, o mais relevante
mundialmente é o aquecimento
global.
http://u.jimdo.com/www34/o/sd8f98e172e759248/img/i9d73e51ee8682ddb/1279203410/std/image.jpg
 O dióxido de carbono (CO2) é
o principal gás de efeito estufa.
https://lh6.googleusercontent.com/-
flBKTVWYQAI/TXPdrjsEWJI/AAAAAAAAA4A/
X-gORAxTHDY/CO2.jpg
 Um exemplo de tecnologias de
captura e armazenamento de CO2 é
a fixação industrial em carbonatos
inorgânicos.
3

4. Introdução
 Uma proposta foi apresentada
ao Centro de Tecnologia Mineral
 Empresa produtora de alumina.
 Mudança de matriz energética
 Maior emissão de CO2 http://www.saiadolugar.com.br/arquivos/2010/03/parcerias.jpeg
 Solução: utilizar lama vermelha
para capturar CO2.
4

5. Etapas do projeto
5

6. Objetivo 6
Estudar a capacidade de absorção do CO2
originado de misturas gasosas sintéticas
por amostras de lama vermelha e avaliar a
eficiência de captura do CO2 pela lama
vermelha através do processo de
adsorção.
http://2.bp.blogspot.com/-7IE3fiVGHfM/Tj3GU3LXC5I/AAAAAAAACeg/G5kQ_Obkuo0/s1600/Objetivo+NFU.png

7. Temperaturas históricas globais dos últimos 1000 anos e previsões das temperaturas globais
dos próximos 100 anos.
Fonte: Banco Mundial, 2010 7

8. Esquema do efeito estufa.
Fonte: http://www.rudzerhost.com/ambiente/estufa.htm
8

9. Aquecimento global
 Principais gases do Potencial de Aquecimento Global em um
horizonte de tempo de 100 anos.
efeito estufa:
Gás GWP
CO2 1
CH4 21
N2O 310
HFC-23 11,700
HFC-32 650
HFC-125 2,800
HFC-134a 1,300
HFC-143a 3,800
HFC-152a 140
HFC-227ea 2,900
HFC-236fa 6,300
HFC-4310mee 1,300
CF4 6,500
C2F6 9,200
Emissões antrópicas globais de gases de efeito C4F10 7,000
estufa em 2004. C6F14 7,400
SF6 23,900
Fonte: IPCC (1995).
Fonte: IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007: Synthesis Report.
9

10. Cenários de emissões do CO2.
Fonte: Banco Mundial, 2010
10

11. Elevação de
temperaturas e do
nível do mar
associados às altas
concentrações de
CO2.
Fonte: Banco Mundial, 2010 11

12.  Dados do IPCC
mostram que o
nível do mar tem
aumentado
desde 1961 a
uma taxa média
de 1,8 mm ano-1 e
que desde 1993 o
aumento é cerca
de 3,1 mm ano-1
devido ao
aumento da
temperatura e
derretimento das
geleiras
Mudanças na
temperatura, nível do
mar e cobertura de
neve no Hemisfério
Norte.
Fonte: IPCC 4th Assessment Report: Climate Change 2007. Synthesis Report, 2007. 12

13. Aquecimento Global
 Em 2011 a
Energy
International
Agency (EIA)
divulgou que as
emissões de
gases de efeito
estufa de 2010
bateram
recorde e a
quantidade de
CO2 emitida
chegou a 30,6
gigatoneladas.
Fontes de emissão de CO2.
Fonte: EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011 13

14. Aquecimento Global
 Uma das indústrias Emissões de CO2 pela produção
de alumínio (1 Tg = 1Mt).
que mais emitem
Ano Tg CO2 eq
CO2 na atmosfera é
a indústria de 1990 6,8
alumínio.
2000 6,1
 De acordo com o 2005 4,1
IPCC o processo 2006 3,8
de produção do
alumínio é 2007 4,3
responsável, por
aproximadamente 2008 4,5
, 1% das emissões 2009 3,0
globais de gases
de efeitos estufa. Fonte: EPA - Inventory Of U.S. Greenhouse Gas Emissions And Sinks (1990-2009), 2011
14

15. Indústria de alumínio
Insumos da produção de alumínio
primário.
Insumo Quantidade
Alumina 1919 kg t-1 Al
Energia elétrica 15,0 MWhcc t-1 Al
Criolita 8,0 kg t-1
Fluoreto de alumínio 19,7 kg t-1
Coque de petróleo 0,384 kg kg-1 Al
Piche 0,117 kg kg-1 Al
Óleo combustível 44,2 kg t-1
Fonte ABAL: http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp
15

16. Fluxograma do Processo Bayer.
16
Fonte:
CONSTANTINO, V.R.L. et al., 2002

17. Processo Bayer
17

18. Lama vermelha
 Esse resíduo
contém alto teor
de alcalinidade.
Fonte: http://n.i.uol.com.br/noticia/2010/10/16/desastre-ambiental-na-hungria-1287276627083_615x300.jpg
 A lama vermelha é proveniente do refino da bauxita para
produção de alumina (Al2O3) através do processo Bayer.
 Em média são geradas 2 toneladas de resíduo para cada
tonelada de alumina produzida. 18

19. Disposição
a seco
X
Disposição
a úmido
Fonte: SILVA FILHO et al., 2007
19

20. Lama vermelha
 A disposição inadequada da lama vermelha pode
acarretar em problemas como:

Contaminação da água de superfície e subterrânea
por NaOH, ferro, alumínio ou outro agente químico;

Contato direto com animais, plantas e seres
humanos;
O vento pode carrear pó dos depósitos de lama
vermelha seca, formando nuvens de poeira alcalina;

Impacto visual sobre uma extensa área.
20

21. Lama vermelha
 A lama vermelha surge como alternativa para a
indústria de alumínio como abatedora do CO2 e tem
como consequência a sua neutralização constituindo
um benefício secundário da captura do gás.
21

22. Absorção
 A lama vermelha é composta geralmente por óxidos
de ferro, quartzo, aluminossilicatos de sódio,
carbonatos e aluminatos de cálcio e dióxido de titânio
presente em traços.
NaAl(OH)4 + CO2 ↔ NaAlCO3(OH)2 + H2O
NaOH + CO2 ↔ NaHCO3
Na2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2NaHCO3
3Ca(OH)2 • 2Al(OH)3 + 3CO2 ↔ 3CaCO3 + Al2O3 • 3H2O + 3H2O
Na6[AlSiO4]6 • 2NaOH + 2CO2 ↔ Na6[AlSiO4]6 + 2NaHCO3
22

23. Adsorção
 A lama vermelha possui uma grande área superficial,
um bom tamanho de poros e uma boa distribuição
desses poros.
Classificação granulométrica da lama
vermelha Escala de Wentworth
Malha # Abertura µm Fração %
Sedimento Dimensão
48 297 0,71
Argila Menor que 4 µm
65 210 1,38
Silte Entre 4 µm e 64 µm
150 105 5,53
Areia Entre 64 µm e
200 74 3,79
Cascalho Entre e
325 45 6,53
Seixo Entre e
400 38 9,78
Bloco ou Calhau Entre e
-400 -38 72,28
Matacão Maior que
100,00
Fonte: Sistema
Nacional de Informação Geocientífica 23

24. Aplicações da lama vermelha
 A aplicação da lama vermelha em outras atividades
após a sua neutralização proporciona uma diminuição
dos custos econômicos e dos riscos ambientais.
Construção civil;
Indústria de cerâmica;

Agricultura;

Meio ambiente.
24

25. Metodologia - Absorção
Vazões e composições gasosas
utilizadas.
Vazão (cm3 Composição (% CO2 v
min-1) v-1)*
VA = 2362 23
VB = 1766 20
VC = 1736 12
Sistema de absorção gasosa consistindo de reator
de vidro, pHmetro, cromatógrafo a gás e
VD = 835 12 notebook com software para aquisição de
dados.
25

26. Metodologia - Absorção
1. Ajuste da concentração de CO2 empregando rotâmetro
e misturador.
2. Alimentação do reator de vidro com suspensão de lama
vermelha.
3. Injeção de ar no reator de vidro.
4. Medidor de vazão de gases
5. Detecção contínua a cada 3 min da concentração do
gás na saída do reator através do cromatógrafo a gás.
6. Detecção contínua a cada 30s do pH da amostra.
7. Registro de dados (software).
26

27. Metodologia - Absorção
 Nas suspensões com 20% e 5 % de sólidos foram
adicionados sais nos processos de absorção gasosa pela
lama vermelha.

Em algumas suspensões de 5% e 20% de sólidos foram
adicionados 4g de CaSO4.

Em algumas suspensões de 20% de sólidos foram adicionados
3,43g de NaCl.
27

28. Metodologia - Adsorção
Condições experimentais
para os ensaios de
adsorção.
Teste Condições Operacionais
Conc. CO2 Massa de Vazão (L
(%) Lama (g) min-1)
1 10 600 6,0
2 10 600 4,0
3 15 400 2,5
4 15 1000 5,0
5 10 200 4,0
6 15 400 5,0
7 34 400 5,0
8 15 400 10,0
9 6 400 5,0
10 15 400 5,0 Sistema de adsorção consistindo de coluna,
11 15 120 5,0 analisador de gases e notebook com software
12 20 600 4,0 para aquisição de dados.
13 20 200 6,0
14 20 600 6,0
15 20 200 4,0
16 10 200 6,0
28

29. Metodologia - Adsorção
1. Ajuste da concentração de CO2 empregando rotâmetro,
misturador e analisador de gases
2. Alimentação da coluna com amostra de lama vermelha.
3. Injeção de ar na base da coluna.
4. Medidor de vazão de gases
5. Detecção contínua a cada 10s da concentração do gás
na saída da coluna através do analisador de gases.
6. Registro de dados (software).
29

30. Metodologia – Análise Estatística
 A fim de determinar e
avaliar a capacidade
de adsorção e a
correlação existente
entre a vazão e a
massa de lama
vermelha aplicou-se à
análise estatística dos
resultados
encontrados.
http://www.gawkwire.com/thumbnail.php?file=statsoft_188376968.jpg&size=article_medium 30

31. Resultados e Discussão - Absorção
13
35% A
12 35% B
11 30% A
30% B
10 20% C
20% D
pH
9 10% C
10% D
8
7
00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:00 49:00
tempo (min)
Variação do pH com o tempo de absorção de amostras de suspensão com diversas
concentrações, utilizando a vazão de 1766 cm 3 min-1 (20% CO2).
31

32. Resultados e Discussão - Absorção
12
30% A
11 30% B
30% C
10 35% A
35% B
pH
9 35% C
8
7
00:00 07:00 14:00 21:00 28:00 35:00 42:00
tempo (min)
Variação do pH com o tempo de absorção de amostras de suspensão 30 e 35%,
utilizando as vazões de 2362 cm3 min-1 (23% CO2) para amostras 30% C e 35% C e
de 1766 cm3 min-1 (20% CO2) para as demais amostras.
32

33. Resultados e Discussão - Absorção
11 E20%Ca
E20%Na
10 E20%
pH
9
8
7
00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00
tempo
Variação do pH com o tempo de absorção de amostras da suspensão com 20%
de sólidos, utilizando a vazão de 2362 cm3 min-1 (23% CO2). Adição de CaSO4 e
NaCl nas amostras E20%Ca e E20%Na, respectivamente.
33

34. Resultados e Discussão - Absorção
30
% COAbsorvido
36
% COAbsorvido
25 5%, VA
20%, VA 30 5%, VB
20%, CaSO4, VA 5%, CaSO4,VB
20 10%, VB
24
20%, VB
15
2
18
2
10 12
5 6
0
0
00:00 02:30 05:00 07:30 10:00 12:30 00:00 03:30 07:00 10:30 14:00 17:30 21:00
tempo (min) tempo (min)
80
40 5%, VC
% COAbsorvido
5%, VD
5%, CaSO4,VC 70
% COAbsorvido
5%, CaSO4,VD
35 10%, VC
10%, VD
20%, VC 60
30 20%, VD
30%, VD
50
25
2
20 40
2
15 30
10 20
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00
tempo (min) tempo (min)
Curvas de variação do CO2 absorvido em função do tempo de absorção de amostras com
concentrações diversas, submetidas a diferentes vazões do gás de entrada. VA = 2362 cm3
min-1 (23% CO2); VB = 1766 cm3 min-1 (20% CO2); VC = 1736 cm3 min-1 (12% CO2); VD = 835 cm3
min-1 (12% CO2).
34

35. Resultados e Discussão - Absorção
11
10
pH
9 20%, 3 min
20%, 6 min
10%, 3 min
8 10%, 6 min
5%, 3 min
7 5%, 6 min
0 5 10 15 20 25
Dias
Curvas de variação do pH em função do tempo de repouso das amostras
(suspensões de lama) submetidas ao processo de absorção por 3 e 6 minutos.
35

36. Resultados e Discussão - Adsorção
Resultados Obtidos
Teste
% de Adsorção Massa de CO2 Adsorvida (g) Capacidade de Adsorção (kg/t)
1 54,18 0,988 1,646
2 90,23 1,440 2,399
3 46,06 0,450 1,125
4 91,74 1,806 1,806
5 68,02 0,819 4,097
6 21,15 0,659 1,647
7 15,01 0,689 1,722
8 23,63 0,492 1,229
9 20,75 0,198 0,494
10 26,19 0,732 1,829
11 23,66 0,174 1,451
12 48,57 1,627 2,711
13 21,71 0,425 2,123
14 35,32 1,117 1,862
15 21,30 0,301 1,505
16 25,38 0,267 1,333
36

37. Resultados e Discussão - Adsorção
Variação do percentual de CO2 adsorvido com o tempo de contato em leito fixo.
37

38. Resultados e Discussão - Adsorção
Superfície de contorno para capacidade de adsorção de CO 2 em leito fixo de
lama vermelha.
38

39. Conclusão
39

40. 40