Avaliação da impregnação e da desmineralização na reatividade ao CO2 do carvão vegetal e seus efeitos na qualidade do coque

• Ano de defesa: 2026
• Autor(a) principal: Fraga, Matheus Teixeira
• Orientador(a): Osorio, Eduardo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Engenharia
• Palavras-chave em Inglês: Charcoal; CO2; Reactivity; Coke
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/302411

A descarbonização da siderurgia tem estimulado a busca por insumos renováveis que reduzam emissões sem demandar mudanças profundas nas rotas industriais atuais. Nesse contexto, a incorporação de carvão vegetal em misturas para produção de coque é uma alternativa promissora, especialmente no Brasil, devido à ampla disponibilidade de biomassa. Entretanto, diferenças entre o biocarbono e o coque metalúrgico, em particular a elevada reatividade ao CO2 do carvão vegetal, ainda limitam sua aplicação em misturas coqueificantes. Este trabalho teve como objetivo desenvolver e avaliar estratégias de redução da reatividade ao CO2 do carvão vegetal visando sua utilização como componente de misturas para coque. Para isso, foram investigadas rotas de impregnação com alcatrão (mistura sólido/líquido, spray e deposição a vapor), empregando alcatrão mineral e alcatrão vegetal, bem como tratamentos de desmineralização por lixiviação (HCl, H2SO4, H3PO4 e H2O). As metodologias foram inicialmente estabelecidas com a fração de carvão vegetal industrial mais homogênea (granulometria > 9,5 mm) e, em seguida, as melhores condições foram aplicadas à moinha (< 9,5 mm), fração de baixo valor agregado, tipicamente mais heterogênea e rica em cinzas. Nessas etapas, as melhores condições de impregnação alcançaram cerca de 99% de redução da reatividade ao CO2, enquanto a desmineralização atingiu cerca de 85% de redução. Além disso, foi possível elucidar aspectos do mecanismo de gaseificação do carvão vegetal impregnado e relacionar a diminuição de reatividade do carvão vegetal desmineralizado aos elementos removidos durante a lixiviação. Após os tratamentos, a moinha tratada e não tratada foi incorporada (7% em massa) a misturas coqueificantes, e coques foram produzidos para avaliar o efeito dos tratamentos na qualidade do produto. Os tratamentos reduziram a reatividade ao CO2 do carvão vegetal, com maior potencial para estratégias baseadas em recobrimento por alcatrão. Nos ensaios de coqueificação, a adição de moinha de carvão vegetal não tratada tendeu a elevar a reatividade e a reduzir a resistência mecânica do coque. Em contraste, o uso de carvão vegetal impregnado com alcatrão minimizou esses efeitos, preservando em maior medida a qualidade do coque; já a incorporação de moinha desmineralizada não reproduziu, no coque, o mesmo potencial observado nas melhores condições de redução de reatividade do carvão vegetal tratado isoladamente. Conclui-se que a impregnação com alcatrão, particularmente com alcatrão mineral, é a estratégia mais promissora para viabilizar a incorporação de biomassa em misturas coqueificantes, ao reduzir a acessibilidade do CO2 à superfície reativa do carvão vegetal e atenuar impactos sobre a qualidade do coque. Por fim, os resultados indicam que o aprimoramento das rotas de recobrimento pode ampliar a participação de biomassa em misturas sem comprometer o desempenho tecnológico do coque, com especial interesse na valorização da moinha de carvão vegetal.