melétricas gera energia, mas também ocorre a produção de vários resíduos sólidos durante o processo. O primeiro resíduo gerado provém das cinzas pesadas que não são arrastadas pelo fluxo de gases devido ao tamanho dos seus grãos. As cinzas de grãos menores são arrastadas através do queimador juntamente com os gases, uma parte delas é retida no sistema de filtro ciclone e as partículas ainda menores pelo sistema de filtro manga, estas duas cinzas são consideradas cinzas leves. Durante o processo de queima de carvão 80 % das cinzas geradas são cinzas leves.

A produção anual de cinzas de carvão no Brasil está ao redor de 1,7 x 10 toneladas e irá alcançar 4 x 10 toneladas em 2005 devido à demanda de energia elétrica pela sociedade. A forma de acumulação destas cinzas se dá numa decisão puramente econômica, sem considerar as relações com o meio ambiente, sendo dispostas de forma inadequada dentro do perímetro urbano e nas zonas rurais próximas à usina.

A lixiviação de áreas de disposição de cinzas traz consigo a possibilidade de que metais tóxicos e íons sulfato possam ter acesso ao solo e ao lençol freático contaminando fontes de abastecimento de água atuais e potenciais. O teor de compostos solúveis na cinza varia de traços a vários por cento e estas espécies também podem entrar na cadeia alimentar via plantas. Os testes de toxicidade ambiental identificaram efeitos tóxicos agudos e crônicos nas águas em diferentes áreas sob influência das cinzas, principalmente por causa de acidificação do meio.

As principais aplicações das cinzas são na fabricação e incorporação ao cimento e uso como material fertilizante, mas isto ainda ocorre em pequena escala (~ 30%). Uma das maneiras de reduzir os impactos ambientais decorrentes da disposição destes resíduos no meio ambiente consiste na ampliação das potencialidades de sua utilização.

O Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) em parceira com a Companhia Carbonífera do Cambuí Ltda desenvolve um projeto de pesquisa sobre o aproveitamento destes resíduos pela transformação das cinzas de carvão em um adsorvedor de baixo custo capaz de remover substâncias tóxicas de águas contaminadas. A Companhia Carbonífera do Cambuí Ltda é responsável pela operação e manutenção da usina termelétrica a carvão de Figueira, localizada no município de Figueira, a nordeste do Estado do Paraná.

As cinzas de carvão mineral são constituídas basicamente de sílica e alumina sendo possível convertê-las em material zeolítico após tratamento hidrotérmico em meio alcalino. Os metais tóxicos que a cinza contém são removidos na solução básica que é encaminhada para tratamento. O conteúdo de zeólita obtido varia entre 20 - 75% dependendo das condições da reação de ativação. O material zeolítico pode ser utilizado como trocador catiônico apresentando capacidade de troca catiônica na faixa de 100 a 396 meq 100 g.

O projeto avalia a eficiência de remoção de metais tóxicos usando material zeolítico em efluente das indústrias do setor mineral e metal mecânico, em particular as indústrias de tratamento de superfície. Estas empresas geram efluentes com altas concentrações de metais dissolvidos que não podem ser lançados aos corpos d'água sem tratamento adequado.

As cinzas leves (do filtro manga e do filtro ciclone) e as cinzas pesadas (da base da chaminé, da tremonha e do malachador) coletadas na usina termelétrica de Figueira (PR) foram utilizadas como matéria-prima na preparação do material zeolítico por tratamento hidrotérmico. No procedimento, usou-se NaOH como agente de ativação, temperatura de 100 C, tempo de contato de 24 h e razão solução /amostra igual a 8 mL g. A análise por difração de raios-X revelou que o principal produto obtido após o tratamento hidrotérmico das diferentes cinzas era a zeólita P1 com traços de quartzo, mulita e hidroxisodalita.

O estudo da capacidade de troca iônica das zeólitas sintéticas foi realizado por processo em leito móvel. No sistema, a massa de zeólita utilizada foi 10 g por litro de água a ser tratada e a concentração dos íons metálicos Cd, Zn, Pb, Cu e Ni variou de 127 a 1658 mg L. As variáveis do processo de adsorção envolveram o tempo de agitação da suspensão e o pH.

Os processos em leito fixo foram conduzidos em coluna de vidro de 49,5 cm de altura por 1,3 cm de diâmetro. A coluna foi recheada com 3,0 g de material adsorvente e a percolação realizada no sentido descendente.

A remoção atingiu o equilíbrio após 4 horas de agitação da suspensão contaminada com íons metálicos e observou-se uma retenção mínima de 70% e máxima de 96%. As melhores condições de adsorção foram obtidas no intervalo de pH de 4,5 a 5,0. As zeólitas preparadas com a cinza leve do filtro manga e com a cinza pesada da base da chaminé apresentaram as maiores taxas de remoção dos íons metálicos com capacidades de adsorção máxima entre 19,6 a 246,9 mg g, pelo modelo de Langmuir.

O processo de desorção é também muito importante economicamente, pois auxilia no tratamento da vida útil do adsorvedor e permite a obtenção de uma solução concentrada de metal pesado, com reduzidos teores de contaminantes, de fácil eletrodeposição e possível retorno como matéria-prima ao processo produtivo.

Ao término do processo de adsorção em leito móvel, o material zeolítico saturado de contaminantes pode ser regenerado após contato com NaCl 2 mol L. O tratamento de solução de Zn 327 mg Lpermitiu ciclos de adsorção e recuperação do metal de até 3 vezes (adsorção > 80% e recuperação > 87% ).

As eficiências de retenção do Zn e Cd estavam entre 58 a 79% usando-se material zeolítico preparado a partir das cinzas leves de carvão, e entre 10 a 53% com as zeólitas comerciais 4A e 5A, no processo por leito móvel com tempo de contato de 2 horas.

O material zeolítico preparado a partir de cinza leve do filtro manga foi usado para descontaminar o efluente de um processo de zincagem de uma indústria de galvanoplastia (Zn 17 mg L, pH 4,6). O gráfico 1 mostra os resultados da concentração do zinco antes e após o tratamento. No processo de leito móvel, obteve-se uma média de 88 % de remoção do íon. A quantidade do metal na água e o pH, após o tratamento, estavam dentro dos limites permitidos pela legislação para descarte no meio ambiente (Resolução CONAMA n 20 - artigo 21). O Zn adsorvido foi recuperado (85%) com NaCl 2 mol L.

No tratamento do efluente de galvanoplastia pelo processo de leito fixo, alcançou-se 99,5% de remoção do íon metálico após 250 mL de passagem da amostra a ser tratada com vazão descendente de 15 mL h ( gráfico 2). O efluente da coluna de percolação manteve a concentração dentro dos níveis de descarte exigidos pela legislação até 500 mL,

 após este ponto recomenda-se a regeneração ou troca do material adsorvedor.

A desorção dos íons de zinco após o tratamento do efluente industrial por operação em coluna foi realizado pelo contato do leito zeolítico saturado com NaCl. A recuperação do Zn foi de 88,6 % após 500 mL da solução regenerante e completa com 750 mL.

As altas taxas de remoção e de recuperação do zinco no tratamento com material zeolítico preparado a partir de cinza de carvão do filtro manga puderam ser alcançadas, apesar da competição de outros íons metálicos que normalmente são encontrados nos efluentes industriais por sítios de troca iônica do adsorvedor.

A zeólita sintética preparada com cinzas de carvão mostrou-se eficiente como material alternativo para ser usado no polimento final de efluentes de indústrias do setor de processamento de metais, bem como no tratamento de altos níveis de metais tóxicos. A abundância do resíduo e o baixo custo viabilizam o processo. A substituição da resina de troca iônica comercial pela zeólita sintetizada com cinza de carvão pode representar uma economia de cerca de42% para as indústrias do setor de processamento de metais. O material zeolítico apresentou-se adequado para ser utilizado em colunas de percolação, em sistemas similares aos empregados para resina de troca catiônica e carvão ativado por industrias de galvanoplastia.

A redução dos danos ambientais e dos prejuízos à saúde humana causados pela atividade de usinas termelétricas a carvão com a transformação de um rejeito poluidor em matéria-prima geradora de um produto aplicável no tratamento de efluentes é a grande contribuição do projeto. A adoção desta prática na gestão ambiental das usinas termelétricas se justifica por acarretar uma redução de futuros ônus ambientais (legislação), sociais (comunidade) e comerciais (colaboradores, investidores, clientes, etc).