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CARVÃO MINERAL

Carvão fóssil

O carvão mineral é um combustível fóssil natural extraído do subsolo por processos de mineração. É um mineral de cor preta ou marrom prontamente combustível. É composto primeiramente por átomos de carbono e magnésio sob a forma de betumes. Dos diversos combustíveis produzidos e conservados pela natureza sob a forma fossilizada, acredita-se ser o carvão mineral o mais abundante.

Carvão é o nome genérico que pode ser utilizado para designar as quatro etapas típicas na gênese deste combustível: TURFA, LINHITO, HULHA E ANTRACITO, que constituem a série evolutiva do carvão, sendo a turfa o menos carbonificado e o antracito o mais carbonificado. O GRAFITE de origem metamórfica é carbono puro. Todos resultam da transformação da matéria vegetal submetida a pressão e temperatura elevadas, por mais de 600 milhões de anos.
 
Os elementos que constituem o carvão são principalmente carbono e hidrogênio. Seus outros componentes são enxofre, nitrogênio, oxigênio e halogênios. O carbono, em função do seu elevado teor, é o principal elemento químico no carvão e está estreitamente ligado ao grau de carbonificação.
 
O carvão é uma rocha sedimentar, combustível, formada a partir de vegetais que se encontravam em diferentes estágios de conservação, e tendo sofrido soterramento com compactação em bacias pouco profundas.
 
Decompõem-se a matéria vegetal, sob pequena espessura de água, dando-se a gelificação da matéria orgânica.

A camada de sedimentos, sob pressão, desce (é o fenômeno de subsidência) e nova camada se forma no topo, sob pequena espessura de água. Esse fenômeno pode se repetir grande número de vezes, durante o tempo geológico.

A formação da bacia é regulada pela velocidade de subsidência, e pela velocidade crítica de formação de desenvolvimento da vegetação. Se a velocidade de subsidência é menor do que a velocidade crítica, tem-se o desenvolvimento da vegetação. Se a velocidade de subsidência é maior do que a velocidade crítica, a inundação recobre a vegetação e o fenômeno da fitogenia não se produz mais. Portanto, a formação da bacia é o problema de equilíbrio entre a rapidez do crescimento vegetal e a velocidade de soterramento.

Na fase biológica ou bioquímica, dá-se a decomposição da matéria vegetal, pela ação de microorganismos inicialmente aeróbios (oxidantes) e depois sob exclusão de ar (bactérias redutoras anaeróbias). Dá-se então a formação da turfa, o que leva cerca de mil anos para uma espessura de trinta centímetros.

A decomposição da matéria vegetal é provocada por agentes diversos: oxigênio, cogumelos e bactérias. A velocidade de decomposição dos tecidos depende da decomposição do meio ambiente; assim, em presença de compostos nitrogenados, a destruição da celulose e da linhina é acelerada, mas a da celulose torna-se quinze vezes mais rápida do que a da linhina. Essa última pode, portanto, ser considerada como uma das substâncias iniciais que levará ao deterioramento dos vegetais.
 
As camadas de carvão usualmente são originárias de turfas depositadas em charcos. Os seguintes fatores são cruciais na formação de depósitos de turfa:
 - Desenvolvimento evolucionário da flora;
 - Clima;
 - Posição geográfica e estrutural da região.
 
O desenvolvimento da turfa através dos estágios linhito, hulha (carvão sub-betuminoso ou betuminoso) e antracito é chamado "carbonificação" ou "rango", tradução da palavra inglesa "rank".
 
O rango é, pois, o estágio atingido pelo carvão no curso da carbonificação, e não é uma grandeza diretamente mensurável. Para determinar o rango, devemos nos referir a uma propriedade física ou química determinada, que varia de maneira significativa durante a carbonificação.
 
Além disso, as propriedades dos diversos constituintes do carvão não variam segundo as mesmas leis.
Para  obter valores comparáveis, deve-se sempre determinar o rango sobre o mesmo maceral. Isto acarreta problemas para os estágios de linhito tenro, que contrariamente aos estágios de hulhificação mais elevados, hulha e antracito, dificilmente podem ser considerados como um todo.
 
Numerosas são as propriedades que permitem medir a evolução dos carvões ou rangos. Algumas são gerais (teor de carbono e refletância), outras são interessantes nos estágios precoces da evolução (umidade, poder calorífico, fluorescência), e outras enfim caracterizam melhor os estágios terminais (teor em hidrogênio, índice de grafitação dos raios X e bi-refletância). Com o aumento de carbonificação, o hidrogênio diminui, as matérias voláteis também e o carbono e o poder refletor aumenta.

DESTILAÇÃO SECA DA HULHA

Na prática, a destilação seca da hulha é feita pelo seu próprio aquecimento a 1.000 °C em retortas de ferro, ao abrigo do ar. São obtidas as seguintes frações.

a) Fração gasosa

– gás de rua ou gás de iluminação

b) Fração líquida

– águas amoniacais

– alcatrão da hulha

c) Fração sólida ou resíduo

– carvão coque

O  gás de rua é constituído de H₂ (50%), CH₄ (35%), CO (7%) e outros componentes.

As águas amoniacais contêm NH₃, sais de amônio, aminas e outros componentes orgânicos em solução aquosa. A partir das águas amoniacais são fabricados sais de amônio de grande aplicação como fertilizantes na agricultura.

O carvão coque é usado como redutor em metalurgia e, em particular, na siderurgia na fabricação de carbureto, gás d’água etc...

Na química orgânica, a fração mais importante obtida da destilação seca da hulha é o alcatrão, que representa a fonte natural mais importante para a obtenção dos compostos aromáticos.

As principais frações obtidas pela destilação fracionada do alcatrão da hulha são as seguintes:

a) Óleos Leves

até 150 °C: Benzeno, Tolueno, Xileno.

b) Óleos Médios

de 150 °C a 220 °C: Fenol, Naftaleno.

c) Óleos Pesados

de 220 °C a 270 °C: Cresóis, Anilina.

d) Óleos Verdes

de 270 °C a 400 °C: Antraceno, Fenantreno.

e) Resíduos ou Piche

Resumindo e salientando os aspectos principais do que até aqui explanamos, temos a citar:

- O carvão é fóssil e não é adequado chamá-lo de carvão mineral, como usualmente é conhecido. Trata-se de um composto de matéria carbonosa e de material mineral, esse originário sobretudo do aporte de material detrítico que chega à matéria vegetal trazido pelas águas, sobre os acúmulos de plantas, que, sob tempo, pressão e temperatura vão se carbonificando.

- A carbonificação se dá na série evolutiva da turfa para o antracito e o rango do carvão é definido seja pelo seu teor de carbono, por suas matérias voláteis ou pelo seu poder refletor.

- Os carvões brasileiros estão localizados no sul do Brasil, nos Estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná. Há também no Brasil jazidas de linhito em Minas Gerais e algumas no Amazonas.

Existem doze entrepostos instalados com capacidade de armazenar 8 milhões de toneladas de carvão mineral, sendo que o de Tubarão, Santa Catarina, é para seis milhões de toneladas, ocupando uma área de 120 hectares. No planeta, os maiores produtores de carvão mineral são: China 44,7%, Estados Unidos 19,1%, Índia 8%, Austrália 6%, África do Sul 4,8%, Rússia 4,4%.

-O quadro abaixo mostra como ocorre a evolução da composição elementar, desde vegetais até o termo mais evoluído do carvão mineral que é o antracito, quase carbono puro.

-Formação do carvão:

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Este site foi atualizado em 22/07/10