Beneficiamento do carvão mineral catarinense da camada Bonito visando à produção de materiais à base de grafeno

Abstract

O carvão mineral é um recurso de grande relevância na matriz energética global, mas com a Lei nº 14.299/2022 (Programa de Transição Energética Justa - TEJ), a Lei nº 18.330/2022 (Política Estadual de TEJ) e o Decreto nº 11.124/2022, que trata do Conselho e do Plano de Transição Justa para a região carbonífera de SC, buscam-se alternativas ao seu uso. Uma solução é sua aplicação como precursor de nanomateriais de carbono, como o grafeno, que exige carvão com baixo teor de cinzas e alta pureza para garantir eficiência e boas propriedades elétricas. Neste trabalho, as características do carvão mineral da camada Bonito/SC foram analisadas e processos físicos de beneficiamento foram aplicados com o intuito de se obter um produto com menor teor de matéria mineral, mais adequado para a síntese de óxido de grafeno. Amostras de carvão de uma mineradora do sul catarinense foram coletadas em diferentes estágios do processo de beneficiamento da mineradora, pré-tratadas e caracterizadas em parceria com o Centro Tecnológico da SATC (Criciúma/SC). Elas foram submetidas a diversos ensaios de flotação em bancada, variando-se a razão sólido/líquido (4%, 6% e 8%) na cuba, o tempo de flotação (15 s, 30 s, 60 s e 120 s) e a concentração dos reagentes utilizados (óleo de pinho: 100 g/t, 300 g/t e 500 g/t de carvão, e óleo diesel: 600 g/t, 1000 g/t e 1400 g/t de carvão), além disso, análises de granulometria foram feitas para avaliar a porcentagem de cinzas que cada fração possuía antes e após o processo de reflotação. A amostra inicial de carvão coletada na mineradora apresentou teor de cinzas de 58,38% (b.s.) e, a partir dela, conseguiu-se resultados promissores, chegando próximo dos 11% (b.s.) de cinzas, mostrando que os métodos de beneficiamento aplicados ao carvão da camada Bonito foram eficazes na redução da fração mineral, possibilitando novas aplicações comerciais para o carvão regional.

Mineral coal is a highly relevant resource in the global energy matrix. However, with Law No. 14,299/2022 (Just Energy Transition Program - TEJ), Law No. 18,330/2022 (State Policy on TEJ), and Decree No. 11,124/2022, which addresses the Council and the Just Transition Plan for the coal mining region of Santa Catarina, alternatives to its use are being sought. One solution is its application as a precursor for carbon nanomaterials, such as graphene, which requires coal with low ash content and high purity to ensure efficiency and superior electrical properties. In this study, the characteristics of coal from the Bonito seam in Santa Catarina were analyzed, and physical beneficiation processes were applied to produce a material with reduced mineral matter content, making it more suitable for graphene oxide synthesis. Coal samples from a mining company in southern Santa Catarina were collected at different stages of the company's beneficiation process, pre-treated, and characterized in collaboration with the SATC Technological Center (Criciúma, SC). These samples underwent various bench flotation tests, varying the solid-to-liquid ratio (4%, 6%, and 8%) in the cell, flotation time (15s, 30s, 60s and 120s), and reagent concentrations (pine oil: 100 g/t, 300 g/t and 500 g/t of coal, and diesel oil: 600 g/t, 1000 g/t, and 1400 g/t of coal). Additionally, granulometry analyses were conducted to evaluate the ash content of each fraction before and after the re-flotation process. The initial coal sample collected at the mining company had an ash content of 58.38% (dry basis). From this, promising results were achieved, reducing the ash content to approximately 11% (dry basis), demonstrating that the beneficiation methods applied to the coal from the Bonito seam were effective in reducing ash content and enabling new commercial applications for the regional coal.