Hidrojelin Su ile Etkileşimi

Cerca de 20 milhões de hectares de cana-de-açúcar são cultivados em todo o mundo. Por ser uma lavoura tropical, é cultivada principalmente na América Latina, Índia e Extremo Oriente. Brasil, Índia, China, Tailândia e Paquistão cultivam mais de um milhão de ha, sendo que a área no Brasil aumentou 40% na última década (CONAB, 2011) e consequentemente a geração de bagaço e cinzas.

O Brasil possuía 434 usinas e destilarias de álcool cadastrado no Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) em 2011. O estado de São Paulo concentra a maioria de unidades de produção, com 199 delas. Em segundo lugar vem Minas Gerais, com 43, seguido de Goiás, com 33, e do Paraná, com 31. Toda a energia necessária na fabricação de açúcar e etanol é proveniente da queima do bagaço em fornalhas que aquecem caldeiras, que geram vapor na sua maioria a uma pressão de 22 bar e temperatura de 300ºC (ANA, 2009).

A grande demanda por excedentes de energia elétrica tem levado as usinas a optarem pela geração de vapor em alta pressão (em torno de 65 bar) e temperatura (entre 480 e 515ºC), havendo estudos para se implantar caldeiras com pressão superior (até 90 a 105 bar) (TEIXEIRA et al., 2008).

Um fato apurado por vários autores reside na maior volatilização dos elementos da cinza com temperaturas crescentes de incineração (CORDEIRO et al.,

2006, FRIAS et al., 2007, PAYA et al., 2002). De acordo com a literatura, a temperatura de combustão de resíduos agrícolas é responsável pela maior ou menor sublimação dos componentes químicos de sua composição e determina o surgimento de fases amorfas ou cristalinas da sílica presente nas cinzas (TASHIMA, 2006). É importante esclarecer que a sílica cristalina, em estado puro, pode apresentar-se sob diferentes fases polimórficas. Os polimorfismos mais importantes são quartzo, tridimita e cristobalita. (DEER et al., 1992).

Morales et al. (2009), citam que além de influenciar no grau de cristalinidade da sílica na CBCA, as condições de queima também afetam a área de superfície especifica das partículas, propriedade com estreita relação com a reatividade da cinza. A areia (quartzo), oriunda da lavoura, pode contribuir com o teor de sílica na composição da cinza, quando não é removida totalmente através do processo de lavagem da cana-de-açúcar (SOARES, 2010). Esta areia é facilmente identificada nas operações de limpeza das caldeiras, onde ocorre a combustão. Dias chuvosos podem contribuir com o aumento dos teores de areia (sílica em forma de quartzo) na composição da CBCA como também, a poeira em período de seca.

Os sólidos minerais dependem dos processos de colheita e transporte da cana, bem como, da existência e dos tipos de sistemas de lavagem da cana na indústria (ANA, 2009). Com o aumento da colheita mecanizada, e consequente redução da utilização de água de lavagem na cana, maior quantidade desses sólidos vêm sendo admitida nas caldeiras.

As características das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar são algo distinta das oriundas de outras biomassas de origem vegetal. Tomando como referência os dados da Tabela 2.1, constata-se que o silício é o elemento mineral dominante na cinza da queima do bagaço, representando, nas nove amostras, valores superiores a 59%. Os restantes elementos possuem proporções variáveis, mas de um modo geral surge por ordem decrescente o ferro, alumínio, cálcio, magnésio e o potássio como elementos mais importantes.

É importante destacar as variações dos valores de perda ao fogo (0,34 a 19,38%) que são função das condições de queima e do sistema de tratamento de águas de fuligem utilizado. O tipo de incinerador (ou caldeira) influi na quantidade de carbono orgânico final, sendo que os mais eficientes, como os de leito fluidizado ou caldeiras de alta eficiência (pressão de até 100 bar e temperatura de vapor > que 500º C), deixam pouca quantidade de carbono orgânico não queimado, enquanto

Tabela 2.1 – Composição química da CBCA por espectroscopia de fluorescência de raios-X apresentada por diversos autores em diferentes pesquisas.

Autor, ano Composto químico (%) Paula et al., (2009) Paya et al., (2009) Cordeiro et al., (2009) Frias et al., (2007) Silveira (2010) Lima et al., (2009) *CBC-J Lima et al., (2009) *CBC-I Lima et al., (2009) *CBC-B Lima et al., (2009) *CBC-A SiO2 83,7 59,87 60,97 70,2 62,58 88,2 96,2 62,7 93,5 Fe2O3+Al2O3 6,6 26,45 0,18 4,02 11,63 7,4 1,9 13,3 3,8 K2O+Na2O 6,1 1,48 9,72 3,55 2,62 1,4 0,3 1,9 0,8 CaO 1,2 3,36 5,97 12,2 1,13 0,6 0,1 0,9 0,4 MgO ---- 1,87 8,65 1,95 1,14 0,4 <0,1 0,6 0,3 SO3 0,7 1,03 --- 4,1 --- <0,1 0,1 0,2 <0,1 P2O5 --- --- 8,34 1,4 ---- 0,4 0,1 0,7 0,2 P. F. 5,00 0,63 5,7 1,81 19,38 0,35 1,04 16,28 0,34

P.F.= Perda ao fogo; *; CBC-B: cinza coletada na Usina Da Barra em Barra Bonita; CBC-A: cinza coletada na Usina Tamoio, em Araraquara; CBC-J: cinza coletada na Usina Diamante em Jau; CBC-I: cinza coletada na Usina Da Serra, em Ibaté.

que os sistemas mais antigos, como os incineradores de grelha ou caldeiras de baixa eficiência (pressão de 21 bar e temperatura de vapor de 300º C) podem deixar entre 5 a 30% de carbono orgânico não incinerado (ANA, 2009).

Normalmente o teor em silício nas cinzas de biomassa de gramíneas é muito superior ao que se observa na maioria das restantes espécies vegetais (Figura 2.1) (JENKINS et al., 1998). Segundo estes autores a composição das cinzas do bagaço de cana-de-açúcar e da casca de arroz é similar à composição do vidro comum.

Ainda segundo estes autores, comparativamente às cinzas de biomassa lenhosa, o potássio e o cloro surgem em maiores concentrações nas cinzas de biomassa herbácea. Segundo Obernberger et al. (1997), a concentração de cálcio difere fortemente entre as cinzas destes dois tipos de biomassa, estando presente em maior quantidade nas de biomassa lenhosa. Estes autores verificaram ainda que a concentração de metais pesados é mais elevada nas cinzas de biomassa lenhosa que nas de palhas de gramínea, isto devido ao longo período de crescimento das espécies lenhosas que resulta numa maior acumulação destes elementos. Aparentemente a presença de íons ácidos na cinza é uma das causas para a redução do seu valor de ECC (PITA, 2009). A presença de íons como o sulfato, nitrato ou cloreto diminuem o poder alcalinizante das cinzas, pois substituem os vulgares ânions alcalinizantes (O2-, OH-, CO32-) (HANSEN et al., 2001). Segundo

pH pode baixar até 5,9. O alumínio e ferro existentes na cinza também podem contribuir para a redução do ECC, visto que ao dissolverem-se irão formar hidróxidos insolúveis. (ZHANG et al., 2002).

Figura 2.1 – Composição inorgânica de biomassas que sofreram combustão: a) biomassa lenhosa, b) casca de arroz, c) bagaço de cana-de-açúcar; comparados com d) o vidro comum. Fonte: modificado de Jenkis et al., (1998).

No Brasil, assim como na Indonésia, os dois tipos de CBCA (fly ash e boiler

ash) normalmente são misturadas e utilizadas no campo para adubação orgânica

nas lavouras de cana apesar de terem poucos nutrientes e contribuírem muitas vezes para o aumento da acidez do solo (TEIXEIRA et al., 2008).