Química Industrial e Ambiental – A importância estratégica

A importância estratégica dos Químicos Industriais e Ambientais – Parte 1

1 – OS DESAFIOS DA QUÍMICA INDUSTRIAL EM ÁREAS ESTRATÉGICAS

A revista Química e Derivados publicou na sua edição 409 algumas de nossas propostas para criar vários cursos de Engenharia Química e atender possíveis demandas das indústrias químicas (Zakon, Amorim, Sá, Rocha Neto, Porto, Lima Jr., e Pinheiro, 2002). Em 2004, a Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro implantou os cursos de Engenharia de Alimentos e Engenharia de Bioprocessos. Desde então, p.ex., outros cursos de Engenharia de Bioprocessos foram criados no Brasil: Universidade Federal do Tocantins (2007), Universidade Federal de São João Del Rey (2008), FUCAPI- Fundação Centro de Análise, Pesquisa e Inovação Tecnológica (2011) Universidade Positivo (2012), Universidade de Sorocaba (2013), Universidade Tecnológica Federal do Paraná (2014), Universidade Federal do Pará (2016).

Paralelamente, a duração do curso de Química Industrial foi ampliada para cinco anos, com um ciclo básico de disciplinas modificado e igual ao da graduação de Engenharia Química, voltado para Modelagem Matemática e Computação e uso de softwares prontos. Além disso, em especial, a graduação de Química Industrial da Escola (Nacional) de Química evoluiu do patamar de “Mineralogia Química” (baseada em análise e identificação de minerais) para “Mineralogia Industrial, Energética e Ambiental” (envolvendo os tratamentos de minérios, líquidos e gases inorgânicos e os combustíveis fósseis orgânicos e a reciclagem de descartes industriais e municipais).

O número de empresas mineradoras no Brasil, apurado pelo DNPM em 2013 é de 8.870, divididas pelas seguintes regiões: 1.075 no Centro-Oeste, 1.606 no Nordeste, 515 no Norte, 3.609 no Sudeste e 2.606 no Sul. A indústria de mineração é predominantemente formada por micro e pequenas empresas, embora os gigantes do ramo sejam mais evidentes junto à opinião pública brasileira. Os recursos minerais são expressivos e abrangem uma produção de 72 substâncias minerais, das quais 23 são metálicas, 45 não metálicas e 4 energéticas. São 1820 lavras garimpeiras, 830 complexos de água mineral e 13.250 licenciamentos (IBRAM, 2016). Por outro lado, é necessário prestar maior atenção para as 14.966 barragens de mineração: 14.966, das quais 13.366 são de usos múltiplos da água, 663 de rejeitos de mineração, 642 de energia elétrica e 295 de contenção de rejeitos industriais (Braz, 2015).

A extração, beneficiamento e consumo de minérios gera impactos sobre o ambiente, mas são passíveis de soluções adequadas. Em 2011, o CETEM – Centro de Tecnologia Mineral realizou um evento sobre “Resíduos: Tecnologias e Sustentabilidade”, reunindo e divulgando vários empreendimentos de reciclagem de descartes minerais em municípios brasileiros. Contudo, em 2014 e 2015, dois problemas ambientais brasileiros eclodiram: a escassez de águas em várias metrópoles e o rompimento de uma barragem de mineração com consequências trágicas para bacias hidrográficas e parte do litoral.

O aproveitamento adequado dos rejeitos de lavra e o beneficiamento mineral podem constituir fontes de recursos para o desenvolvimento da nação brasileira. O investimento na formação e contratação dos Químicos Industriais (e Ambientais) em bases reais (escalas laboratoriais e industriais) possibilita desenvolver oportunidades de negócios para as mineradoras e novas melhorias ambientais e sociais.

Os problemas tecnológicos e ecológicos das 8870 indústrias mineradoras e 14.966 barragens de mineração no Brasil justificam essa evolução e suas soluções dependem da Química Industrial.

2 – PARADIGMAS DAS TECNOLOGIAS MINERAIS

A olho nu é visível a seguinte variedade (ou classificação) de paisagens naturais ou paradigmas minerais e biológicos: 1º – rochas (grandes massas duras, visíveis de longe), 2º – depósitos de partículas (areia, argilas, barro formado por argilas úmidas), 3º – formações hidrográficas (rios, lagos e mares), zonas alagadas (brejos, pântanos, charcos, mangues, banhados). Algumas formações suportam vegetação rasteira e/ou de grande porte, com raízes submersas em solos semi-secos ou inundados. Os fenômenos que governam a vida acima e abaixo da crosta terrestre são de natureza geológica, biológica e industrial estão indicados na Figura 1 e produzem os ciclos hidrogeológicos e assemelhados que interferem no equilíbrio de um ambiente em particular ou do global .

Os fenômenos que governam a vida acima e abaixo da crosta terrestre são de natureza geológica, biológica e industrial estão indicados
Os fenômenos que governam a vida acima e abaixo da crosta terrestre são de natureza geológica, biológica e industrial estão indicados

Os tratamentos de lavra, extração, modificação e conversão fabril envolvendo processos físicos e químicos (bio, hidro, termo e eletroquímicos) para recursos naturais sólidos, líquidos e gasosos são aplicáveis para despoluição e recuperação ambiental. Baseiam-se em Geoquímica e Mineralogia, Metalurgia Extrativa, Cerâmica, Químicas Geral, Inorgânica, Analíticas Clássica e Instrumental, Orgânica, Bioquímica, Microbiologia Industrial e Biologia. Envolvem minerais, águas, flora, pessoas, criação de animais, fauna, ar e combustíveis. Esses tratamentos constituem paradigmas fabris e despoluidores.
O domínio do fogo possui extraordinária presença industrial e laboratorial em processos de termodecomposição (incineração, pirólise, gasificação), pirometalúrgicos, cerâmicos, vítreos, clinquerização e calcinação industrial e laboratorial, inspirados nos ensaios de identificação rápida em campo e analítica de recursos naturais executados por alquimistas, geólogos e biólogos antigos.Os componentes geoquímicos da terra podem ser explorados para fins de sobrevivência humana, artesanais ou industriais; provém da litosfera (solo e subsolo) e dos oceanos e abrangem: minerais sólidos e Hg (fluido), combustíveis sólidos e fluidos, águas subterrâneas (aquíferos) e superficiais, organismos vivos e matéria orgânica morta, tendem a existir e atuar espontaneamente em ciclos ou paradigmas biogeoquímicos (Branco, 2009; NASA, 2010).

O solo é um ente da Natureza, que resulta da ação de fenômenos geológicos sobre as rochas e depósitos minerais que formam a crosta terrestre. Admite-se que resulte dos seguintes processos naturais: 1º – as rochas sofrem, inicialmente, processos de contração e expansão térmica, que resultam na sua fragmentação a quente e/ou a frio, ou sua decomposição mecânica (por fratura) em tamanhos diferentes, mantendo sua composição química e mineralógica originais; 2º – ocorrem ataques químicos por água acidulada com ácido carbônico agressivo, e os cristais e não-cristais formadores das rochas sofrem decomposição química. A formação de solos transportados (ou secundários), ocorre, muitas vezes, depois que o solo é erodido por enxurradas de chuvas, cujo regime turbulento arrasta tamanhos diferentes de partículas, perde força de arraste com a dissipação das chuvas, e deposita-se adiante formando camadas de solos de granulometria variável, em que as partículas ultra finas se depositam sobre as finas, médias e grossas. Os solos podem servir de base para o crescimento e florescimento de vegetais, após sua umidificação por percolação de água oriunda de aquíferos ou bacias hidrográficas ou rejeitos industriais ou das chuvas. Os vegetais podem decompor-se e formar turfa e carvões. A umidade pode acumular-se no solo e nos materiais sedimentados e formar materiais plásticos ou moldáveis. No caso das chuvas, o excesso de água produz a liquidez ou formação de suspensões (que em tecnologias de argilas são denominadas de barbotinas, porém são produzidas artificialmente) (adaptado de Vargas, 1981). Às vezes, uma rocha é formada inteiramente de um mineral, porém, mais frequentemente, compõe-se de dois ou três minerais inorgânicos e pode conter parcialmente frações orgânicas (Nast, 1955).

Mineral é um componente de um minério. Dentre as principais definições geoquímicas para o termo “mineral”, é possível encontrar: 1ª – é uma substância (natural inorgânica) que possui sua composição e características físicas definidas ou que varia entre limites naturais (adaptado de Winchell, 1942); 2ª – é uma parte da crosta terrestre que é homogênea no senso de uma fase separada de sistemas físico-químicos (Godlevsky (1939), citado por Winchell, 1942). Os minerais podem ser de origem terrestre ou extraterrestre (sólidos e líquidos) e oferecem meios para se compreender a origem e a evolução da Terra e dos planetas (adaptado de Klein, 2002). Um minério pode ser uma substância inorgânica dominante ou pura com valor econômico e, também, conter vários componentes cristalinos e não-cristalinos. Os recursos da Mineralogia Industrial, Energética e Ambiental possibilitam desenvolver soluções sustentáveis para as cinzas da incineração de lixos (que são minerais sintéticos) e rejeitos sólidos diversos. Os paradigmas industriais da Economia Mineral são apresentados na Figura 2 e são vinculados com a Química Industrial ou Tecnológica.

Os paradigmas industriais da Economia Mineral vinculados com a Química Industrial ou Tecnológica.
Os paradigmas industriais da Economia Mineral vinculados com a Química Industrial ou Tecnológica.

O Sumário Mineral 2014 considera “Indústria Extrativa Mineral” aquela referente, dentre outras, a petróleo e gás natural, minério de ferro e outros metalíferos, carvão mineral, minerais não metálicos e atividades de apoio à extração mineral. Classificam-se como “Indústria de Transformação Mineral” as de refino de petróleo, produtos químicos, fabricação de resina, defensivo agrícola, tintas, vernizes e esmaltes, químicos diversos, cimento Portland, outros produtos de minerais não-metálicos, metalurgia de não ferrosos e outros produtos metalúrgicos (Pereira et alii, 2015). Ambos os tipos de indústrias vinculadas com minerais participam das etapas da transformação de um minério em produtos úteis, conforme exposto na Figura 3. As rotas genéricas da conversão física e química de vários minérios em produtos químicos industriais e comerciais são apresentadas nas Figuras 4, 5 e 6. Os três nutrientes básicos que atuam na fisiologia vegetal para aumentar a produtividade do seu cultivo são os elementos químicos nitrogênio (N), fósforo (P) e o potássio (K), cujos símbolos misturados são oferecidos aos produtores rurais sob a fórmula NPK (conforme sugerido na Figura 5).

Ambos os tipos de indústrias vinculadas com minerais participam das etapas da transformação de um minério em produtos úteis, conforme exposto
Ambos os tipos de indústrias vinculadas com minerais participam das etapas da transformação de um minério em produtos úteis, conforme exposto

 

 rotas genéricas da conversão física e química de vários minérios em produtos químicos industriais e comerciais
rotas genéricas da conversão física e química de vários minérios em produtos químicos industriais e comerciais

 

Matérias-Primas Básicas, Insumos, Fertilizantes Básicos e Intermediários e Fertilizantes Adicionais
Matérias-Primas Básicas, Insumos, Fertilizantes Básicos e Intermediários e Fertilizantes Adicionais

Química e Derivados, A importância estratégica dos químicos industriais e ambientais - Parte 1

O Sumário Mineral 2015 revela as atividades de extração mineral nas 26 unidades da Federação e no Distrito Federal (Lima e Neves, 2015). Publicado desde 1981 pelo DNPM, o Sumário Mineral consolida estudos econômicos sobre o desempenho de 49 (quarenta e nove) substâncias minerais selecionadas – inclusive petróleo e gás natural – que representam mais de 90,0% do valor da produção mineral do Brasil, disponíveis em seu endereço eletrônico http://www.dnpm.gov.br (Nery, 2003). O Brasil produziu em 2002 aproximadamente 72 bens minerais, sendo: 20 substâncias do grupo dos metálicos, 45 dos não-metálicos e 4 dos energéticos, indicados na Tabela 1 (Souza e Oliveira, 2003).

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A produção mineral brasileira apresentada em cada Sumário Mineral corresponde, em sua maioria, à Produção Beneficiada Anual, que inclui o Aço em seu cenário e seu Anexo apresenta os itens exportados e importados dos bens primários, semimanufaturados, manufaturados, compostos químicos, incluindo essa subdivisão na lista dos bens indicados na Tabela 1, obtidos após beneficiamento (Tabela 2).

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Os dados de reservas minerais do Brasil, obtidas pelo Relatório Anual de Lavra (RAL), quando comparados com os dados de reservas econômicas fornecidos pelo United States Geological Survey (USGS) permitem avaliar a nossa participação em relação ao resto do mundo. Assim, os resultados apontam que o Brasil em 2015 era possuidor das maiores reservas de nióbio (98,2%) e grafita natural (50,6%). O país se destacou também por suas reservas de tântalo (33,8%), terras raras (17,4%) e níquel (14,7%) ocupando a posição de segundo maior detentor destes bens minerais, conforme a Figura 7 (Lima e Neves, 2016).

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O Brasil se destacou como o principal produtor mundial de nióbio, com participação de 93,7% no mercado desse metal. O país se tornou o segundo maior produtor de magnesita, com 14,5%. Outras substâncias minerais também mostraram elevada participação na produção mundial, a saber: crisotila (15,6%), manganês (15,3%), alumínio (14,9%), vermiculita (13,9%), ferro (12,8%), tântalo (10,0%), talco e pirofilita (9,2%), estanho (8,3%) e grafita (7,8%) conforme a Figura 8 (Lima e Neves, 2016)

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As atividades extrativas minerais, em geral, envolvem geólogos, engenheiros de minas e civis. À luz do exposto até aqui, pode-se considerar que a participação de químicos industriais nas empresas mineradoras é um fator capaz de criar soluções tecnológicas químicas e oportunidades de negócios para reciclar substâncias tóxicas e poluentes usualmente estocadas em aterros industriais e barragens de rejeitos de mineração.3 – OS DESAFIOS AMBIENTAIS DAS INDÚSTRIAS MINERO-QUÍMICO-METALÚRGICAS

A problemática ambiental – a poluição e degradação do ambiente, a crise de recursos naturais, energéticos e de alimentos – surgiu nas últimas décadas do século XX como uma crise de civilização, questionando as racionalidades econômica e tecnológica dominantes. Essa crise tem sido explicada a partir de uma diversidade de perspectivas ideológicas. Por um lado, é percebida como resultado da pressão exercida pelo crescimento da população sobre os limitados recursos do planeta. Por outro, é interpretada como o efeito da acumulação de capital e da maximização das taxas de lucro em curto prazo, que induzem a padrões tecnológicos de uso e ritmos de exploração da natureza, bem como formas de consumo que vêm esgotando as reservas de recursos naturais, degradando a fertilidade dos solos e afetando as condições de regeneração dos ecossistemas naturais (Leff, 2002).

O setor mineral foi um dos pioneiros da industrialização brasileira. No século XX e na década de 2000 houve a extraordinária demanda internacional de commodities minerais, em especial, os concentrados de minério de ferro. As características comuns a todas as empresas (industriais) são: grandes instalações e o uso intensivo de insumos químicos, água, energia e recursos naturais. Um dos desafios da sustentabilidade é a otimização dos insumos químicos de toda a cadeia da produção (Cassola e Bartalini, 2010). O desafio corolário consiste na destinação segura e econômica dos rejeitos de mineração.

O Brasil ainda é um país de intensas atividades de extração mineral, cuja exportação de minérios brutos é uma importante fonte de divisas na balança comercial. Por lidarem com varias matérias sólidas ou fluidas, suas origens e comportamentos e os possíveis fenômenos de interação química, físico-química, bioquímica e termoquímica, e efeitos sobre os produtos a que se destinam e dos riscos ambientais inerentes, os químicos industriais e ambientais são os profissionais capazes de atuar em todas as etapas apresentadas na Figura 9.

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O impacto associado à contaminação dos corpos hídricos superficiais e subterrâneos pelas drenagens ácidas de mina (DAM´s) ou rochas (DAR´s) é muito significativo; resulta de minerais sulfetados presentes em resíduos de mineração que são oxidados em presença de água. A DAR pode ocorrer em obras de construção civil que movimentam minerais sulfetados, conforme a equação estequiométrica 1.

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As ações despoluidoras dependem das Químicas Analíticas Inorgânicas, Orgânicas, Bioquímicas, Operações e Processos Unitários fabris, da Mineralogia Industrial e Microbiologia Industrial, que são paradigmas curriculares obrigatórios e indispensáveis para os Químicos Industriais. Uma disciplina complementar adequada para completar a base de conhecimentos é a Biodiversidade Industrial.

As atividades de exploração dos recursos naturais do solo provocam, incessantemente, questionamentos políticos e econômicos sobre desastres ecológicos resultantes. As perdas das mineradoras dependem do método de extração, da técnica de beneficiamento e da tecnologia de conversão do concentrado mineral em metal/liga (Figura 10).

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4 – A IMPORTÂNCIA ECONÔMICA DO SETOR MINERO-QUÍMICO-METALÚRGICO

O “Sumário Mineral de 2015” (Lima e Neves, 2015) revela que as Indústrias Extrativas Minerais e de Transformação (Química) Mineral produzem recursos, somados às exportações, em torno de 8,7% do Produto Interno Bruto (Figura 6). Mostra que há importações de produtos químicos beneficiados ou manufaturados os quais merecem investimentos em desenvolvimento tecnológico no Brasil, conforme o intuito original da criação do CETEM-Centro de Tecnologia Mineral, localizado na Cidade Universitária da UFRJ, Ilha do Fundão. RJ.

A Figura 11 mostra, ainda, que não há registro de dados econômicos pelo DNPM sobre a reciclagem e recuperação de rejeitos industriais e sucatas, além das barragens e bacias de rejeitos e sua influência na economia nacional, que desde a tragédia ecológica de novembro de 2015 em Mariana, MG, se tornou objeto de atenções obrigatórias e transparentes. Há que se atuar sobre as possibilidades de reciclagem industrial de todos os descartes operacionais ao invés de mantê-los estocados em condições de riscos permanentes em ambientes geológicos passíveis de sofrerem desastres e perdas inestimáveis de pessoas e contaminação ambiental por longuíssimo prazo. Tais passivos industriais e ambientais merecem ser incluídos doravante na contabilidade mineral das nossas autoridades minerais.

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5 – DESAFIOS PARA A CRIATIVIDADE QUÍMICA INDUSTRIAL E AMBIENTAL

Reciclar ou redestinar descartes, despejos e emissões gasosas é uma vocação dos químicos industriais, pois sempre estudaram e lidaram com matérias primas naturais, beneficiadas e comercializadas. Assim, todo químico industrial é ambiental e sua atuação é uma demanda estratégica.

A tragédia do rompimento da barragem de rejeitos de mineração de Mariana, ocorrida em novembro de 2015, ainda perdura agredindo a natureza e impedindo a captação de água nas bacias hidrográficas envolvidas para os sistemas de abastecimento de água potável, além de afetar o ambiente marítimo. O alerta formulado à Presidência da República pelo IBAMA (conforme divulgação em 10/maio/2016) revela uma preocupação sobre o risco de rompimento da barragem da Usina de Candonga (MG).

Não basta multar ou impedir outras atividades porque os descartes passivos das atividades de mineração no Brasil estão distribuídos, segundo estatísticas do DNPM – Departamento Nacional da Produção Mineral, em quase 15 mil barragens de rejeitos. Vislumbramos ser necessário que as indústrias mineradoras contratem químicos industriais para atuar em suas atividades de pesquisas e de controle químico do beneficiamento de minérios, visando criar sistemas ativos de desenvolvimento tecnológico para reciclagem química dos rejeitos de mineração e evitar que essa tragédia, e outras passíveis de acontecer pelo acúmulo continuado de descartes, permaneçam insolúveis. A despoluição pode resultar de três agentes de transformação configurados na Figura 12, visando criar ou desenvolver processos químicos industriais (tecnologia básica) sustentáveis.

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A problemática ambiental está associada à todos os setores da exploração dos recursos naturais, isto é, na Mineração, Agricultura, Pecuária, Pesca, Construção Civil, Transportes e atividades humanas no campo, cidades e indústrias. Passou a ser uma preocupação grave e crescente a partir do Século XX.

Com a chegada dos portugueses em 1500, surgiram indústrias químicas incipientes. A primeira talvez tenha sido da cal obtida na queima das conchas calcárias dos sambaquis para serem misturadas com óleo de baleia e areias para produzir argamassas demandadas na construção civil e militar de casas e fortes. No Brasil Colônia, a atividade de destaque foi a instalação, primeiro no Nordeste e, mais tarde no Sudeste, dos engenhos de fabricação de açúcar a partir da cana. Posteriormente, algumas manufaturas de fabricação de têxteis e de tratamento de couro também se desenvolveram. Até a metade do século XX, o surgimento e o crescimento das indústrias químicas e afins no Brasil dependiam da formação de químicos industriais. Quase não existiam engenheiros químicos mesmo nos países do Hemisfério Norte.

A Química Industrial inspirou em 1888 a criação da Engenharia Química no Massachussets Institute of Technology (MIT) e em 1952 na Escola Nacional de Química da Universidade do Brasil (ENQ-UB). A Engenharia Química surgiu da junção da Química Industrial com a Engenharia Mecânica (Fig. 13) para projetar e dimensionar equipamentos e para otimizar os balanços materiais e de energia das indústrias químicas, de modo a agregar os conhecimentos dos engenheiros mecânicos (projetistas habituais de equipamentos em detalhes), civis, eletricistas. Apesar do admirável e importante crescimento das áreas de atuação das Engenharias Químicas (que incluem as de Alimentos, Metalurgia, Cerâmica, Polímeros, Compósitos e Materiais, Bioprocessos, Saneamento Básico, Ambiental, Petróleo, Petroquímica), a Química Industrial continua sendo a base científica e tecnológica capaz de resolver problemas de natureza fabril e despoluidora e preservada na Escola (Nacional) de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro-Universidade do Brasil.

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(A segunda e última parte deste artigo será publicado na próxima edição de Química e Derivados)

Texto: Abraham Zakon, Sergio de Jesus Alevato e Dilson Rosalvo dos Santos

OS AUTORES

Abraham Zakon, Eng. Químico, M.Sc., D. Eng.
Atuou na Foster Wheeler Ltda. e na Abott Laboratórios do Brasil Ltda.
Lecionou no Convênio Petrobrás-UFRJ (CENPRO/CENPEQ), no Departamento de Engenharia Química e no Curso de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da EQ-UFRJ.
Leciona nos cursos de graduação das Engenharias Química, de Bioprocessos, Alimentos e Ambiental e de Química Industrial.
Laboratório de Mineralogia Industrial–Lab MIND – Departamento de Processos Inorgânicos,
Escola de Química, Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro.
[email protected] e www.ambientesquimicos.eq.ufrj.br.

Sergio de Jesus Alevato, Eng. Químico, M.Sc.
Atuou no Departamento Nacional da Produção Mineral – DNPM, na fábrica da Cimento Irajá S.A.
e no Laboratório da Telerj/Telebrás.
Foi Conselheiro e Vice-Presidente no Conselho Regional de Química-3ª Região.
Atua em consultorias.
[email protected]

Dilson Rosalvo dos Santos, Químico Industrial
Atuou na Cia. Mineração do Cajati, na Indústria Brasileira de Pigmentos (UniRoyal Pigmentos S/A) e
na B. Herzog Comércio e Indústria.
Lecionou Físico-Química e Operações Unitárias nos Cursos Técnicos de Química do Colégio Fluminense de Meriti Ltda. e do Colégio Mercúrio Ltda.
Foi Chefe da Fiscalização e Presidente do Conselho Regional de Química -3ª Região.
Presidiu o Sindicato dos Químicos e Engenheiros Químicos do Rio de Janeiro.
Foi Presidente da Associação dos Ex-alunos da Escola de Química – EXAEQ-UFRJ.
Atua no Sindicato dos Trabalhadores das Indústrias Químicas Farmacêuticas do Rio de Janeiro. É microempresário de produtos químicos de limpeza.
[email protected]

A importância estratégica dos químicos industriais e ambientais – Parte 2

 

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