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Type: Tese
Title: Utilização de rejeitos da mineração de ferro e fontes alternativas de carbono para a obtenção de biocombustíveis
Authors: Vivian Andrade Luciano
First Advisor: Ana Paula de Carvalho Teixeira
First Co-advisor: Marcelo Gonçalves Rosmaninho
First Referee: Renata Pereira Lopes Moreira
Second Referee: Sara Silveira Vieira
Third Referee: Camila Nunes Costa Corgozinho
metadata.dc.contributor.referee4: Luiz Carlos Alves de Oliveira
Abstract: O avanço das atividades das indústrias de mineração e o aumento da demanda de operações na produção de ferro, fizeram com que a quantidade de rejeitos gerados por esses setores aumentasse cada vez mais. O segmento da mineração de ferro é um dos mais importantes do país e é responsável pela geração de grandes quantidades de rejeitos. Assim, a reutilização desses rejeitos é uma alternativa interessante para reduzir a necessidade de armazenamento desse material. Rejeitos da mineração de ferro são ricos em óxidos de ferro e quartzo e podem ser utilizados para diferentes aplicações como catalisadores ou auxiliares para a produção de biocombustíveis. Assim, este trabalho teve como objetivo geral utilizar rejeitos da mineração de ferro como fonte de ferro para a obtenção de produtos de alto valor agregado utilizando ácido oleico e óleo de fritura residual como fontes de carbono e hidrogênio. Esses compostos foram produzidos a partir da reação de decomposição térmica, dos compostos orgânicos na presença do rejeito, em um reator de alta pressão (12,5 bar), utilizando a proporção de 1:1 em massa de ácido ou óleo em relação ao rejeito, em temperaturas entre 250 e 450 °C e intervalos de tempo entre 3 e 12 horas. Essas reações formaram produtos sólidos, líquidos e gasosos, os quais foram caracterizados por análise elementar (CNH), DRX, IV, TG, RMN de 1H e 13C e CG. Os resultados mostraram que para todas as reações apresentadas nesse trabalho, os produtos sólidos obtidos apresentaram uma porcentagem menor que 6% de material de carbono, o que é uma vantagem a não formação de coque nos produtos sólidos. Além disso, nos sólidos houve a formação de diferentes fases de ferro de acordo com o tempo e a temperatura de reação. Para as reações realizadas em menores temperaturas o produto líquido foi obtido em maior proporção. Já para temperaturas maiores, produtos gasosos formaram a fração principal, sendo os principais produtos gases hidrogênio e hidrocarbonetos do tipo C3. As reações realizadas com o óleo de fritura residual como fonte de carbono, apresentaram resultados interessantes. Resultados de caracterizações mostraram que para as reações a 350 °C nos intervalos de tempo de 3 e 12 horas, foram obtidos balanços de massas semelhantes, promovendo a formação de uma maior quantidade de produtos líquidos, que são compostos majoritariamente por cetonas. Os resultados obtidos mostram o potencial desse trabalho, no qual rejeitos de ferro foram utilizados como fonte de ferro e fonte de carbono residuais também foram utilizados, obtendo vários produtos interessantes para o setor industrial. Estudos da viabilidade técnica e econômica desse trabalho também foram realizados, a partir do programa Escale-se, o qual avaliou as etapas necessárias para a realização do escalonamento de uma tecnologia. Nesse estudo, foi criado uma identidade visual, um modelo de negócio da tecnologia, avaliado a importância da mesma, condições de mercado, além da realização dos balanços de massas e energia para o processo.
Abstract: Advances of the activities of the mining industries and the increased demand of operations have caused the amount of waste generated by these sectors to increase more and more. The iron mining segment is one of the most important in the country and is responsible for the generation of large amounts of tailings. Thus, the reuse of these wastes is an interesting alternative to reduce the need to store this material. Iron mining tailings are rich in iron oxides and quarts and can be used for different applications such as the production of biofuels. Therefore, this work had, as general objective, to use iron mining tailings as a source of iron for the production of high added value products using oleic acid and residual frying oil as carbon sources. These compounds were produced by thermal decomposition reaction of organic compounds in the presence of the tailings, in a high pressure reactor (12.5 bar), using the ratio of 1:1 in mass of acid or oil in relation to the tailings, at temperatures between 250 to 450 ° C and time intervals between 3 and 12 hours. These reactions formed solid, liquid and gaseous products, which were characterized by elemental analysis (CNH), XRD, FTIR, TG, 1H and 13C NMR and GC. The results showed that, for all the reactions presented in this work, the solid products obtained showed a percentage of less than 6% of carbon material, which is an advantage to not forming coke in the solid products. In addition, there was the formation of different iron phases in the solids, which changed according to the reaction time and temperature. For the reactions carried out at temperatures of 250 and 350 °C over 3 hours using oleic acid as a carbon source, the main fraction obtained was the liquid. However, it was mainly composed of the starting compound. For the reactions carried out at 400 and 450 °C over 3 hours, the main fraction was gas, being selective for hydrogen gas. For the reaction carried out at 350 °C for 12 hours and using oleic acid as a carbon source, the mass balance showed the formation of similar amounts of liquid and gaseous products. The liquid products were separated by means of a chromatographic column and were selective for ketones, while the gaseous products were identified and presented a greater selectivity for C3 hydrocarbons. The reactions carried out with the residual frying oil as a carbon source presented interesting results. Preliminary characterization results showed that for reactions at 350 °C in time intervals of 3 and 12 hours, similar mass balances were obtained, promoting the formation of a greater quantity of liquid products, which are mainly composed of ketones. Other reactions varying other parameters and other carbon sources will be carried out. However, these results already show the potential of this work, in which iron tailings were used as a source of iron and residual carbon sources were also used, obtaining several interesting products for the industrial sector. Studies of the technical and economic viability of this work were also carried out, from the Escale-se program, which evaluated the necessary steps to carry out the scaling of a technology. In this study, a visual identity was created, a technology business model, evaluating the importance of technology, market conditions, in addition to carrying out mass and energy balances for the process.
Subject: Química inorgânica
Resíduos Ferro Minas e mineração
Carbono
Óxidos de ferro
Biocombustíveis
Óleos e gorduras
Hidrocarbonetos
Hidrogênio
Resíduos Reaproveitamento
Craqueamento
Sílica
Viabilidade econômica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/59065
Issue Date: 31-Mar-2023
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