Application of WDXRF and EDXRF Spectrometry for Chemical Characterization in Oil Sludge using the Fundamental Parameter Algorithm

Aline Leone Muguet Pinto; Marcos Antonio Scapin; Alexandre Luiz de Souza; Cláudia  Monteiro Paixão; Marycel  Elena Barboza Cotrim; Sabine Neusatz Guilhen

doi:10.15392/2319-0612.2024.2623

Autores

Aline Leone Muguet Pinto Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
Marcos Antonio Scapin Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
Alexandre Luiz de Souza Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
Cláudia Monteiro Paixão Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
Marycel Elena Barboza Cotrim Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
Sabine Neusatz Guilhen Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

DOI:

https://doi.org/10.15392/2319-0612.2024.2623

Palavras-chave:

Borra Oleosa, WDXRF, EDXRF, Método dos Parâmetros Fundamentais

Resumo

A borra oleosa é um resíduo gerado pela indústria petrolífera, composto por substâncias orgânicas (principalmente hidrocarbonetos poliaromáticos, aromáticos e alifáticos de cadeia longa), compostos inorgânicos (sedimentos e óxidos metálicos e não metálicos), água e resíduos do processamento do petróleo. Radionuclídeos das cadeias de decaimento do ²³⁸U e ²³²Th podem ser encontrados na borra oleosa, o que justifica a sua classificação como material radioativo de ocorrência natural (NORM). A indústria petrolífera gera, anualmente, aproximadamente 60 milhões de toneladas de borra oleosa. Com a produção contínua deste resíduo, será necessário o desenvolvimento de novos depósitos para seu armazenamento adequado, implicando custos substanciais. Além disso, o armazenamento e o transporte da borra oleosa representam riscos significativos de contaminação ambiental. Devido à sua composição complexa e diversificada, estabelecer uma metodologia única para a classificação das borras oleosas apresenta desafios consideráveis. O desenvolvimento de uma metodologia eficaz para a análise e classificação da borra oleosa é crucial para uma gestão adequada, além de facilitar o desenvolvimento de alternativas para tratamento e reutilização. A espectrometria de fluorescência de raios X (XRF) se destaca como uma técnica analítica promissora para a classificação das borras oleosas, permitindo uma análise direta e não destrutiva, o que resulta na redução de resíduos e custos de análise. Neste estudo, as técnicas de fluorescência de raios X por dispersão de comprimento de onda (WDXRF) e de fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF) foram comparadas para avaliar seu desempenho na análise dos constituintes majoritários (1–100%) e minoritários (0,01–0,99%) em amostras de borra oleosa. A quantificação dos elementos foi realizada por meio do algoritmo de Parâmetros Fundamentais (PF). O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia para determinar os elementos majoritários e minoritários presentes na borra oleosa, com o intuito de possibilitar uma gestão mais eficiente deste resíduo.

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Referências

[1] SHIE, J. L. ; SHIE, J.-L.; LIN, J.-P.; CHANG, C.-Y.; WU, C.-H.; LEE, D.-J.; CHANG, C.-F.; CHEN, Y.-H. Oxidative Thermal Treatment of Oil Sludge at Low Heating Rates. Energy & Fuels, v. 18, n. 5, p. 1272–1281, 1 set. 2004. DOI: https://doi.org/10.1021/ef0301811

[2] LOPES, A. G.; DA SILVA, F. C. A.; LOPES, R. T. Radiological assessment of the disposal of bulk oil NORM waste: Case study from Brazil. Journal of Environmental Radioactivity, v. 261, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2023.107139

[3] ABDULQAWI, M.; IBRAHIM, A.; EMBONG, R.; ISMAIL, N. Development of a hybrid technique of solvent extraction and freeze-thaw for oil recovery from petroleum sludge. Materials Today: Proceedings. 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.04.661

[4] DE ARAUJO, L.; PRADO, E.; MIRANDA, F. Physicochemical modifications of radioactive oil sludge by ozone treatment. Journal of Environmental Chemical Engineering, v. 8, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104128

[5] LINHARES, V.; DE ARAUJO, L.; VICENTE, R. Enhanced removal of radium from radioactive oil sludge using microwave irradiation and non-ionic surfactant. Journal of Petroleum Science and Engineering, v. 211, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110168

[6] OJOVAN, M. Handbook of advanced radioactive waste conditioning Technologies. Cambridge, UK. Woodhead Publishing Limited. ISBN 978-1-84569-626-9. 2011. DOI: https://doi.org/10.1533/9780857090959.1

[7] PRADO, E.; MIRANDA, F.; PETRACONI, G. Use of plasma reactor to viabilise the volumetric reduction of radioactive wastes. Radiation Physics and Chemistry v. 168, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.108625

[8] PRADO, E.; MIRANDA, F.; ARAUJO, L. Experimental study on treatment of simulated radioactive waste by thermal plasma: Temporal evaluation of stable Co and Cs. Annals of Nuclear Energy, v. 160, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108433

[9] PRADO, E.; MIRANDA, F.; RITA, C. Study of compactable solid Radioactive waste processing by termal plasma. Brazilian Applied Science Review, v. 8, p. 1795-1807, 2021. DOI: https://doi.org/10.34115/basrv5n4-005

[10] VICENTE, R.; TOLEDO, R.; REZENDE, R. Development of microwave technology for TENORM waste treatment – 17377. Waste management conference, p. 1-6, 2017.

[11] GUIMARÃES, A. K. V.; CHIAVONE-FILHO, O.; DO NASCIMENTO, C. A. O.; TEIXEIRA, A. C. S. C.; MELO, H. N. S. Study of oil sludge characteristics and oil extraction process. Eng. Sant. Ambient, v. 21, n.2, 2016. DOI: https://doi.org/10.1590/s1413-41522016139564

[12] BECKHOFF, B.; KANNGIEßER, B.; LANGHOFF, N.; WEDELL, R.; WOLFF, H. Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis. Springer Berlin, Heidelberg, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-36722-2

[13] SCAPIN, M. A. Application of X-ray diffraction and flourescence (WDXRF): testing of clay minerals. 2003. Dissertation (Master's Degree in Nuclear Technology - Materials) - Nuclear and Energy Research Institute, São Paulo, 2003.

[14] BORTOLETO, G. G. Development of Analytical Methods Using X-ray Spectrometry and Chemometrics, 2007. Thesis (PhD) - Institute of Chemistry, Department of Analytical Chemistry. State University of Campinas, São Paulo, 2007.

[15] LI, S.; SHEN, J.; BISHOP, T.F.A.; VISCARRA ROSSEL, R.A. Assessment of the Effect of Soil Sample Preparation, Water Content and Excitation Time on Proximal X-ray Fluorescence Sensing, Sensors, v. 22, 4572, 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/s22124572

[16] ASTM – AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS. ASTM D 482 – 95. Standard Test Method for Ash from Petroleum Products. A. W. Drews, Manual on Hydrocarbon Analysis, ASTM International, West Conshohocken, PA. 1998.

[17] ROUSSEAU, R. M. How to Apply the Fundamental Parameters Method to the Quantitative X-ray Fluorescence Analysis of Geological Materials. Journal of Geosciences and Geomatics, v. 1, n. 1, pp. 1-7, 2013.

[18] GUILHEN, S. N.; Cotrim, M. E. B.; SAKATA, S. K; SCAPIN, M. A. Application of the fundamental parameter method to the assessment of major and trace elements in soil and sediments from Osamu Utsumi uranium mine by WDXRF. REM - International Engineering Journal, v. 72, n. 4, p. 609–617, out. 2019. DOI: https://doi.org/10.1590/0370-44672018720146

[19] INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, NORMALIZAÇÃO E QUALIDADE INDUSTRIAL – INMETRO. Orientação sobre Validação de Métodos Analíticos (DOQ-CGRE-008), Revisão 09, JUN/2020.

[20] ROUSSEAU, R. Detection limit and estimate of uncertainty of analytical XRF results. The Rigaku Journal, v. 18, n. 2, 2001.

[21] BROWN, R.J.C.; MILTON, M. J.T. Analytical techniques for trace element analysis: an overview, TrAC Trends in Analytical Chemistry, v. 24, Issue 3, p. 266-274, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.trac.2004.11.010

[22] KATSUTA, N. ; UMEMURA, A.; NAITO, S.; MASUKI, Y. ; ITAYAMA, Y.; NIWA, M.; SIRONO, S.; YOSHIDA, H.; KAWAKAMI, S. Heterogeneity effects in micro-beam XRF scanning spectroscopy of binary powdered mixtures and lake sediments, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, v. 210, 106817, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sab.2023.106817

[23] MARGUI, E.; QUERALT, I.; DE ALMEIDA, E. X-ray fluorescence spectrometry for environmental analysis: Basic principles, instrumentation, applications and recent trends, Chemosphere, v. 303, 135006, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.135006

[24] ZHOU, S.; WEINDORF, D. C.; CHENG, Q.; YANG, B.; YUAN, Z.; CHAKRABORTY, S. Elemental assessment of vegetation via portable X-ray fluorescence: Sample preparation and methodological considerations, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, v. 174, 105999, 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sab.2020.105999

[25] KAPIL, A.; KAILASH, RANI, R.; KUMAR, S.; MEHTA, D.; KUMAR, S. Study of chemical effects on L X-rays spectra of 59Pr compounds using high resolution WDXRF and EDXRF measurements, Applied Radiation and Isotopes, v. 205, 111185, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2024.111185

[26] XHIXHA, G.; BALDONCINI, M.; CALLEGARI, I.; COLONNA, T.; HASANI, F.; MANTOVANI, F.; SHALA, F.; STRATI, V.; KAÇELI, M. X. A century of oil and gas exploration in Albania: Assessment of Naturally Occurring Radioactive Materials (NORMs), Chemosphere, v. 139, p. 30-39, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.05.018

[27] INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Radiation Protection and the management of Radioactive waste in the oil and gas industry. Austria, Vienna: IAEA, 2003.

[28] RAVISANKAR, R.; HARIKRISHNAN, N.; CHANDRASEKARAN, A.; SURESH, M.; GANDHI, R. A. Data on heavy metal and magnetic relationships in coastal sediments from Southeast Coast of Tamilnadu, India. Data in Brief, v. 16, p. 392-400, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dib.2017.11.056

[29] QUINTUS, S.; DYE, T.; MILLS, P.; LUNDBLAD, S.; BALAI, C.; TIMOTHY, M. R.; FILIMOEHALA, D.; FILIMOEHALA, C. W.; MORRISON, A. E.; TULCHIN, J.; DUARTE, T.; MCCOY, M. D.; JIANG, P. The patterning of volcanic glass transfer across eastern Oʻahu Island, Hawaiʻi. Journal of Archaeological Science, v. 52, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jasrep.2023.104282