O Carvão da camada Bonito, jazida Sul Catarinense: uma contribuição para a caracterização petrográfica, química e tecnológica.

Abstract

Os depósitos de carvão economicamente importantes do Brasil ocorrem na Região Sul (RS,SC,PR), e estão contidos na sucessão de rochas sedimentares da Formação Rio Bonito da Bacia do Paraná, com idade Permiana. A jazida Sul Catarinense contém 10 camadas de carvão, entre elas, a Barro Branco, Bonito e Irapuá são as de maior importância. A Camada Bonito tem uma reserva de 2,3 milhões de toneladas e uma espessura de camada de carvão chegando a 3,5 metros. Seguindo a crescente demanda por energia, a camada Bonito entra em evidência como recurso energético e siderúrgico, por consequência fazendo-se necessário um aumento do conhecimento sobre suas características físicas, químicas e de aplicabilidade tecnológica. As amostras da camada Bonito para este estudo foram coletadas nas minas Bonito I, Cruz de Malta e Lauro Muller. Foram realizados testes de beneficiamento, análises petrográficas, análises imediatas, poder calorífico, difração de raios-X, fluorescência de raios-X, índice de inchamento livre (FSI) e fusibilidade da cinza. A camada apresenta em média teores de cinza de 58 % em peso, matéria volátil livre de cinza (d.a.f) de 38% e um poder calorífico (d.a.f) superior de 7240 cal/g. Quartzo, caulinita e pirita são as fases minerais mais importantes da matéria inorgânica, tendo como elementos mais comuns Si, Fe, K e subordinadamente Al e S. O valor médio da Refletância da Vitrinita obtido foi de 0,77 Rrandom (%), permitindo classificar o carvão como médio rank C média Vitrinita Alta cinza. Para valores livres de matéria mineral, Inertinita é o grupo maceral mais abundante, com um range de 38,1 - 49,3 %, seguido por Vitrinita 21,7 - 46,2 % e Liptinita 10,4 - 29,0 %As amostras apresentaram um FSI de 1 e uma variação de fusibilidade das cinzas de 1210 a 1290 °C, para temperatura de deformação, e de 1420 a 1520 °C, para temperatura de fluidez. No beneficiamento, as amostras apresentaram uma separação orgânico-inorgânico de intermediária à ruim, obtendo-se uma fração nobre com 26 % de cinza para um rendimento de 10 %. A Vitrinita apresenta-se enriquecida na fração de menor densidade, enquanto a Inertinita mantém patamares maiores até densidades intermediárias. O teor de cinzas apresenta um crescimento com o aumento da densidade, comportamento inversamente proporcional aos valores de poder calorífico, matéria volátil e carbono fixo que tem seus mais altos valores nas menores densidades. A camada Bonito sozinha não apresentou frações coqueificável para a metodologia de beneficiamento utilizada neste trabalho, porem pode ser utilizada na formação de misturas com carvões importados. Em contrapartida ela apresenta uma fração de carvão energético com recuperação em torno de 50 % em massa.

Economically important coal deposits occur in Brazil's southern region (RS, SC, PR), and are contained in the sedimentary rocks of the Permian-age Rio Bonito Formation, Paraná Basin. The South Catarinense coalfield contains 10 coal seams, of which the Barro Branco, Bonito and Irapuá seams are the most important. The Bonito seam has a proven reserve of 2.3 million tons of coal and a thickness of up to 3.5 meters. Due to the increasing demand for energy, the Bonito seam has recently been the focus of renewed interest as an energy resource and also been considered for the steel making process. For this reason it is necessary to increase the knowledge about its physical, chemical and technological properties. Samples of the Bonito seam for this study were collected in the Bonito I, Cruz de Malta and Lauro Muller mines. The samples were characterized by petrographic analyses (vitrinite reflectance, macerals), and chemical anaylyses (proximate analysis, calorific value, X-ray diffraction, X-ray fluorescence). This was followed by by tests on technological properties such as the free swelling index (FSI) and fusibility of ash. In addition, the samples were subjected to beneficiation tests. The seam has an average ash yield of 58%, a volatile matter content of 38% (daf) and a Gross calorific value of 7240 cal/g (daf). Quartz, kaolinite and pyrite mineral phases are the most important inorganic constituents, with the most common elements being Si, Fe, K and subordinately S and Al. The average vitrinite reflectance was determined as 0.77 % Rrandom. The Inertinite is the most abundant maceral group, with a range from 38.1 to 49.3%, followed by Vitrinite 21.7 to 46.2% and Liptinite 10.4 to 29.0%. Based on vitrinite reflectance level, vitrinite content and ash yield the Bonito seam is classified as medium rank C coal, characterized by a medium vitrinite content and high ash content. The tests on technological properties showed an FSI of 1 and a variation of the fusibility of the ash from 1210 to 1290 °C for the initial deformation temperature, and from 1420 to 1520 °C to flow temperature. In the beneficiation process, the samples showed an average to bad separation of the organic-inorganic components, yielding a fraction noble with 26% ash with a yield of 10%. The Vitrinite component was enriched at lower density, while enriching the inertinite levels at intermediate densities. The ash yield was found, as expected, to increase with increasing density, a behavior inversely proportional to the calorific values, volatile matter and fixed carbon that has their highest values at lower densities. The results of this study suggests that the Bonito seam on its one has no properties required for coke making, but may be used in coal blends with higher quality imported coals. This aspect will be studied in future research projects. At current time, the Bonito seam presents a thermal coal with recovery of around 50% by mass.