Estudo da reação de dissolução de serpentinitos brasileiros para uso em processo de captura de carbono

Abstract

Nesta dissertação, investiga-se a reação de dissolução ácida de rochas silicatos brasileiras visando a aplicação em um processo de captura e sequestro de carbono denominado por Carbonatação Mineral. Na carbonatação mineral pela rota indireta utiliza-se ácidos, bases ou sais de amônia para a extração do magnésio, principalmente, presente na rocha silicato a fim de a formar carbonatos estáveis. Destaca-se que a etapa de dissolução ácida é uma fase limitante para o processo de carbonatação mineral, principalmente por apresentar baixa taxa de reação. O objetivo deste trabalho é utilizar o ácido clorídrico (HCl) e dois serpentinitos oriundos do estado de Goiás e Minas Gerais para avaliar o processo de dissolução ácida. Os serpentinitos foram preparados, selecionados e caracterizados para determinar a composição elementar. Aplicou-se o planejamento experimental e arranjo L9 de Taguchi na avaliação dos fatores que influenciam o processo de dissolução, tais como, temperatura do processo, concentração do HCl, tamanho médio das partículas da matéria prima e excesso de ácido. Os 9 ensaios previstos na matriz de planejamento para cada serpentinito foram executados de forma aleatória e em duplicata. Os produtos finais, resíduo sólido retido no papel filtro e solução contendo os elementos de interesse, foram analisados obtendo-se a composição elementar das soluções. Considerando-se os testes previstos na matriz de planejamento, a condição de melhor ajuste para extração de Mg foi utilizando-se a granulometria média de 69 µm, temperatura de 70°C, HCl 2 M com quatro vezes a quantidade estequiométrica. Nas soluções foram obtidas as concentrações de 29 % e 76 % de Mg para as amostras de serpentinito de Minas Gerais e de Goiás, respectivamente. Foram também avaliadas as melhores condições para extração de Fe e Ca e menor extração de Si, uma vez que o Si diminui a conversão no processo. Na análise estatística verificou-se que para a amostra de Minas Gerais todos os fatores apresentaram significância. No caso da a amostra de Goiás a temperatura no nível alto (70°C) apresentou maior significância.

In this dissertation, acid dissolution reaction of Brazilian silicate rocks was investigated aiming the implementation in a Carbon Capture and Storage process named Mineral Carbonation. In the mineral carbonation by indirect route, acids, bases or salts of ammonia are used for magnesium extraction, mainly, present in the silicate rock in order to form stable carbonates. It is noteworthy that the acid dissolution step is a limiting step in the process of mineral carbonation, mainly because of its low reaction rate. The objective of this study was to use hydrochloric acid (HCl) and two serpentinites from Goiás and Minas Gerais states to evaluate the acid dissolution process. The serpentinites were prepared, selected, and characterized to determine the elemental composition. The L9 experimental design and Taguchi arrangement were applied to evaluate the factors that influence in the dissolution process, such as process temperature, HCl concentration, average particle size of material and acid excess. The nine tests prescribed in planning matrix for each serpentinite were performed at random and in duplicate. The end products, solid residue retained on the filter paper and the solution containing the elements of interest were analyzed obtaining the elemental composition of the solutions. Considering the prevised tests on planning matrix, the best adjust condition for Mg extraction was using the average particle size of 69 µm temperature of 70°C, 2 M HCl with four times the stoichiometric amount. In the solutions, the concentrations obtained were 29 % and 76 % Mg for samples of serpentinite from Minas Gerais and Goiás, respectively. The best conditions for the extraction of Fe and Ca and lower extraction of Si were evaluated, since Si decreases the conversion in the process. In the statistical analysis was found that in Minas Gerais sample all factors were significant. In the case of Goiás sample, the temperature at the high level (70°C) showed greater significance.