Identificação de elementos tóxicos em partículas ultrafinas e nanométricas de cinzas volantes de carvão mineral co-incinerado com óleo diesel

Abstract

As usinas termelétricas a carvão têm grande relevância na demanda mundial de energia elétrica, no entanto, seus impactos ambientais são inerentes ao processo. Essas usinas são uma fonte de material particulado com elevadas concentrações de elementos tóxicos, além de produzirem, diariamente, toneladas de cinzas provenientes da combustão do carvão, sendo a maior parte composta por cinzas leves ou volantes (CFAs). Devido a crescente preocupação no que tange a questões ambientais, existe a necessidade de uma melhor compreensão da relação entre a geoquímica, nanomineralogia e os efeitos na saúde humana causados pelas CFAs. Neste estudo, foi oferecida uma abordagem multi-analítica para identificação de elementos tóxicos contidos em partículas ultrafinas e nanométricas de cinzas volantes obtidas, com e sem adição de diesel, durante a combustão do carvão mineral em termelétrica. Elementos tóxicos foram identificados através de análise química elementar, espectroscopia de emissão por plasma óptico e de massas (ICPAES/MS), e microscopias de varredura por emissão de campo (FE-SEM/EDS) e transmissão de alta resolução (HR-TEM/SEAD/FFT/EDS), bem como análise mineralógica por difração de raios-X (XRD). Os resultados ratificaram uma alta proporção de material ultrafino e nanométrico nas cinzas volantes de carvão e demonstraram abundância e complexidade química de partículas ultrafinas metálicas nas CFAs. Os elementos perigosos mais comuns observadas nessas partículas são Al, Cr, Fe, K, Mg, Ni, Si, Ti e Zr, embora outros elementos tóxicos -- tais como As, Be, Cd, Co, Cu, Hg, Li, Mn, Mo, Pb, Se, U, Th, V e Zn -- também possam estar presentes em nível de traço. Além disso, verificou-se que quartzo, mulita e maguemita são os principais componentes cristalinos presentes nas CFAs, porém 60-70% da massa é material amorfo. Relativamente às cinzas da co-combustão com óleo diesel, o presente estudo mostrou que tais CFAs podem ter diferentes proporções de carvão não queimado e retenção de enxofre, bem como maiores quantidades de alguns elementos-traço tóxicos tais como As, Cd, Hg, Se, Sb, Mo e Pb.