Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5691.pdf: 2363257 bytes, checksum: 1b87aba5fb2da5066e321b0f60317cbf (MD5) Previous issue date: 2013-09-24 / Financiadora de Estudos e Projetos / This work presents the development and the optimization of the synthesis of magnetic nanoparticles of iron oxides by the solvothermal method with benzyl alcohol using iron chlorides as metallic precursors in substitution to the iron (III) acetylacetonate, an expensive organometallic reagent an usually less available in laboratories. The synthesis parameters were studied and varied in order to obtain the higher possible yield of magnetite. During the synthesis optimization the necessity of a reducing agent to provide the charge balance of the magnetite s structure and the metallic iron, in a defined concentration, was used for this purpose. Furthermore, the use of urea as a precipitation agent was crucial to the increase in yield of magnetite once it decreased the acidity of the medium and induced the precipitation of the Fe2+ ions. The time of solvothermal method was also evaluated and it could be noticed that bigger times of solvothermal treatment lead to the increase in yield of magnetite, whose formation process follows the Ostwald rule, considering the stability of the phases in the set of conditions applied. Images of transmission electronic microscopy confirmed the nanometric scale of the particles. The polymerization of the benzyl alcohol was also studied to a better comprehension of the synthesis. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a otimização da síntese de nanopartículas magnéticas de óxidos de ferro pelo método solvotérmico com álcool benzílico utilizando-se o cloreto de ferro como precursor metálico em substituição ao acetilacetonato de ferro(III), um reagente organometálico de alto custo e normalmente menos disponível nos laboratórios. Os parâmetros de síntese foram estudados e variados a fim de se obter o maior rendimento possível de magnetita. Durante a otimização da síntese ficou clara a necessidade de um agente redutor para viabilizar o balanço de cargas da estrutura da magnetita, e ferro metálico, em concentrações definidas, foi utilizado para este fim. Além disso, a utilização da ureia como agente precipitante foi determinante para o aumento do rendimento de magnetita, uma vez que diminuiu a acidez do meio e induziu a precipitação dos íons Fe2+. O tempo de tratamento solvotérmico também foi avaliado e observou-se que maiores tempos de tratamento solvotérmico levam ao aumento no rendimento de magnetita, cujo processo de formação segue a regra de Ostwald, considerando-se a estabilidade das fases nas condições aplicadas. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão comprovam o tamanho das partículas em escala nanométrica. A polimerização do solvente durante a síntese também foi estudada para uma melhor compreensão da síntese.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3852.pdf: 6300005 bytes, checksum: 84c75c05126555f93fac2d43f164e72b (MD5) Previous issue date: 2011-08-12 / Universidade Federal de Sao Carlos / The presence of iron oxide in ceramic tile mass contributes to the reddish color firing of the products leading to a lower aggregate value, not to be regarded as a "noble" ceramic. However, the use of raw materials with low levels of iron oxides (Fe2O3) is economically unfeasible in Brazil, since most of the deposits have iron compounds as mineral component. Thus, the objective of this work was that of studying the interaction of the iron element in the final color mechanism of the ceramic tile mass. For this purpose, we have employed several compositions of stoneware tile mass making use of natural raw materials, and a synthetic flow. This flow is constituted of a vitreous phase of the silicates family obtained by fusion/solidification of oxides and carbonates. Such flow influences the color ceramic mass during the process of sinterization modifying the red color firing into whiteness. That occurs when added in compositions containing clays with high levels of iron oxides. Beyond the physical properties obtained from the different employed compositions, we have also used other characterization techniques in order to study the phenomenon, such as: X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Mössbauer spectroscopy, Xray diffraction (XRD), quantitative analysis of phases by Rietveld method and scanning electron microscopy (SEM). The results have shown that the synthetic flow acts as a modifying agent for color when incorporated with values above 33%wt. in the compositions and temperature at 1,100°C . The color firing modification occurs because the chemical composition of the synthetic flow assists to form new iron compounds, thus making the final color firing light. By using this mechanism in the ceramic substrates, the stoneware tiles can be manufactured using low cost clays with high levels of iron oxides. This method proved to be an economical as well as commercial strategy for the ceramic tile industries. / A presença do óxido de ferro nas massas de revestimentos cerâmicos contribui para a cor de queima avermelhada dos produtos, levando a depreciação do seu valor agregado, por não ser considerado como um produto nobre . Porém, o uso de matérias-primas com baixos teores de óxidos de ferro (Fe2O3) é economicamente inviável no Brasil, pois a maior parte das jazidas brasileiras tem o ferro como componente mineral. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi estudar a interação do elemento ferro no mecanismo de coloração final das massas de revestimentos cerâmicos. Para esse propósito, foram empregadas várias composições de massas de porcelanatos, fazendo uso de matérias-primas naturais e de um fundente sintético. O fundente sintético é constituído de uma fase vítrea da família dos silicatos, obtido por fusão/solidificação de óxidos e carbonatos. Esse fundente influencia na coloração da massa cerâmica durante o processo de sinterização, modificando a cor de queima de vermelha para clara. Isso ocorre quando ele é adicionado em composições contendo argilas com elevado teor de óxido de ferro. Além das propriedades físicas obtidas das diferentes composições propostas, também foram utilizadas outras técnicas de caracterização com o intuito de estudar o fenômeno, tais como: espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS), espectroscopia Mössbauer, difratometria de raios X (DRX), análises quantitativas das fases presentes pelo método de Rietveld e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que o fundente sintético atua como agente modificador de cor quando incorporado com valores acima de 33% em peso nas composições, e com temperatura a partir de 1100°C. A alteração da cor de queima ocorre porque a composição química do fundente auxilia a formar novos compostos ferrosos durante a queima, tornando a coloração de queima final clara. Usando esse mecanismo nos suportes cerâmicos, é possível fabricar porcelanatos fazendo uso de argilas com elevados teores de óxidos de ferro e de baixo custo, tornando-se uma estratégia tanto econômica quanto comercial para as indústrias de revestimentos cerâmicos.

Há poucos estudos sobre a influência da mineralogia no comportamento do solo em relação aos atributos de resistência física. Neste sentido, o estudo tem como hipótese que independentemente do potencial matricial de água no solo a composição mineralógica da fração argila interfere na pressão de préconsolidação, modificando a capacidade de suporte de carga dos solos. Assim, objetivou-se caracterizar a composição mineralógica de classes de solos representativas no Rio Grande do Sul; Determinar parâmetros físico-mecânicos dos solos; E estabelecer correlações entre parâmetros físico-mecânicos com mineralógicos melhorando o entendimento da capacidade de suporte de carga. Para tal, foram selecionados sete solos de duas classes de solos; três Argissolos e quatro Latossolos. As amostras deformadas e indeformadas foram coletadas sob vegetação natural na camada de 10 a 15 cm de profundidade. Na fração TFSA, foram realizadas análises físicas (granulometria e área superficial específica), químicas (carbono orgânico total, teor de óxidos de ferro pedogênicos e óxidos de baixa cristalinidade) e mineralógicas (difratometria de raio x e refletância difusa). Nas amostras indeformadas foram realizadas as análises de permeabilidade ao ar e o ensaio de compressão uniaxial. Os dados foram analisados por correlações de Pearson. Os solos avaliados possuem a caulinita como principal mineral da fração argila, no entanto diferenças com relação aos óxidos de ferro foram encontradas, os quais correlacionaram com a pressão de pré-consolidação. A hematita influenciou positivamente sobre a pressão de pré-consolidação à 100 kPa, assim, dependendo do potencial matricial de água no solo. / There are few studies on the influence of mineralogy on the ground behavior in relation to physical resilience attributes. The is study has hypothesized that regardless of the matric potential of soil water the mineralogical composition of the clay fraction interferes with the pre-consolidation pressure by modifying the soil bearing capacity. Therefore, this study aimed to characterize the mineralogical composition of representative soil classes in Rio Grande do Sul; determine physical-mechanical parameters of the soil; and establish correlations between physico-mechanical parameters mineralogical improving the understanding of the load-bearing capacity. To this end, it was selected seven soils of two soil classes; three Ultisols and four Oxisols. The disturbed and undisturbed samples were collected under natural vegetation in the layer from 10 to 15 cm deep. In TFSA fraction, physical analyzes were performed (particle size and specific surface area), chemical (total organic carbon content of pedogenic iron oxides and low crystallinity oxides) and mineralogical (x ray diffraction and diffuse reflectance). In undisturbed soil samples were carried out air permeability tests and uniaxial compression test. Data were analyzed by Pearson correlations. The evaluated soils have kaolinite as the main mineral of the clay fraction, however differences with respect to iron oxides were found, which correlated with the pressure of pre-consolidation. The hematite had a positive effect on the pre-consolidation pressure of 100 kPa, thus depending on the matric potential of soil water.

Este trabalho investiga a obtenção de nanopartículas (NP) de óxido de ferro por coprecipitação, sua estabilização com surfactantes e caracterização quanto à morfologia e comportamento magnético. Atualmente, as NP estão sendo amplamente utilizadas para aplicações biomédicas, tais como contraste em imagens médicas e sistema de distribuição de drogas. Na síntese das NP foram investigados, parâmetros como a temperatura da reação, o pH da solução e a velocidade de agitação. O estudo da estabilidade comparou dois diferentes surfactantes: o ácido oleico (AO) e o polietileno glicol (PEG). As NP obtidas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), e quanto à sua morfologia por microscopia eletrônica por varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), a qual também proporcionou uma distribuição de tamanho de partículas, com variação entre 5 nm e 10,23 nm. A interação entre o óxido de ferro e seus revestimentos foi caracterizada por espectrocopia no infravermelho (FTIR) e espectrocopia Raman. O comportamento magnético das NP foi caracterizado por magnetometria de gradiente de força alternada (AGFM) e espectroscopia Mössbauer. Os resultados revelaram que as NP de óxido de ferro são tipicamente constituídas por magnetita ( ) revestida com AO e PEG e com um tamanho médio de cristalito entre 4,6 e 19,2 nm, calculado através da equação de Scherrer. O AGFM mostrou que as propriedades magnéticas das partículas foram mais eficientes para as NP com revestimento, do que com as NP sem revestimento, e o valor de magnetização de saturação (M) para a revestida com PEG foi maior quando comparado com a revestida com AO. A espectroscopia Mössbauer foi utilizada para confirmação do óxido de ferro como , para estimar tamanho de partícula quando os espectros são medidos a baixa temperatura e para análise do comportamento superparamagnético das partículas. / This work investigates the obtained nanoparticles (NP) iron oxide by coprecipitation stabilization with surfactants and characterize the morphology and magnetic behavior. Currently, the NP are being widely used for biomedical applications such as contrast in medical imaging and drug delivery system. In the synthesis of NP were investigated parameters such as the reaction temperature, the pH and stirring speed. The stability study compared two different surfactants: oleic acid (OA) and polyethylene glycol (PEG). The NP were characterized by X-ray diffraction (XRD), and morphologically by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), which also provided a distribution of particle size, ranging from 5 nm and 10.23 nm. The interaction between the iron oxide and their coatings was characterized by infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy. The magnetic behavior of NP was characterized by magnetometry alternating gradient force (AGFM) and Mössbauer spectroscopy. The results show that the NP iron oxide are typically comprised of magnetite ( ) coated with PEG and AO and a crystallite size between 4.6 and 19.2 nm calculated by the Scherrer equation. The AGFM showed that the magnetic properties of the particles were more efficient for the NP uncoated than to NP coated, and the value of saturation magnetization (M) to coated with PEG was higher when compared to coated AO. Mössbauer spectroscopy was used to confirm the iron oxide as , to estimate the size of particle where the spectra are measured at low temperature and to analyze the behavior of superparamagnetic particles.

A carepa é um resíduo da produção de aço gerado principalmente nas etapas de lingotamento e laminação. O objetivo do presente trabalho foi a produção do coagulante cloreto férrico a partir da carepa oriunda da indústria siderúrgica. Em termos experimentais, foram realizados ensaios de solubilização da carepa avaliando-se o efeito da concentração de ácido clorídrico, tempo de reação e temperatura. Ainda, avaliou-se a oxidação do Fe2+, presente no liquor, para Fe3+ por dois métodos distintos, sendo adição de peróxido de hidrogênio e injeção de ozônio. A solução de cloreto férrico produzido a partir da carepa foi caracterizada e aplicada no tratamento de esgoto doméstico sanitário de uma instituição universitária. Como resultado, a melhor condição para a dissolução da carepa foi com o uso de uma solução de HCl 90%, tempo de reação de 2 horas a uma temperatura de 80oC. Nesta condição, a eficiência de dissolução da carepa foi de 90%. A completa oxidação do Fe2+ dissolvido no liquor para Fe3+ foi possível tanto com a adição de H2O2 como com O3. Contudo, o processo de ozonização apresenta vantagens, pois estequiometricamente é mais eficiente e não dilui a solução rica em cloreto férrico. A análise físico-química do coagulante produzido com a digestão da carepa com HCl 90% e oxidada com ozônio, após evaporação, atendeu ao critério de concentração de Fe de no mínimo 12% em volume. A aplicação do reagente no tratamento de um esgoto doméstico sanitário mostrou que é eficiente na remoção de sólidos suspensos e fósforo. Por fim o estudo mostrou que é possível produzir um coagulante a partir da carepa gerada na indústria siderúrgica. A prática sugerida neste trabalho pode reduzir a quantidade de resíduos deslocados para aterros industriais pela indústria siderúrgica. / Mill scale is a residue of steel production generated mainly in casting and lamination phases. The objective of this work was the production of the ferric chloride coagulant from the mill scale which comes from the steel industry. In experimental terms, trials of mill scale solubility were carried out in order to evaluate the effect of hydrochloric acid concentration, reaction time and temperature. After that, the oxidation of Fe2 +, present in the liquor, to Fe3 + was evaluated by two distinct methods, addition of hydrogen peroxide and ozone injection. The ferric chloride solution produced from mill scale was characterized and applied in the sewage treatment of a university campus. As a result, a good condition for the dissolution of mill scale was with the use of 90% HCl solution, reaction time of 2 hours, at a temperature of 80ºC. In this condition, the efficiency of mill scale dissolution was of 90%. The complete oxidation of Fe2+ dissolved in the liquor for Fe3+ was possible both with the addition of H2O2 as well as with O3. However, the ozonation process has advantages because it is stoichiometrically more efficient and does not dilute the solution rich in ferric chloride. Physico-chemical analysis of the coagulant produced with the dissolution of mill scale with 90% HCl and oxidized with ozone, after evaporation, answered to the criterion of Fe concentration of, at least, 12% in volume. The use of the reagent in the treatment of a sewer showed that it is effective in removing suspended solids and phosphorus. Finally, it is possible to produce a coagulant from mill scale produced in the steel industry. The practice suggested in this work can reduce the amount of waste sent to industrial landfills by the steel industry.

O caulim do Rio Capim na Amazônia Oriental se constitui num depósito importante para o Brasil, ocupando lugar de destaque na produção mundial desta matéria prima mineral. Os modelos estabelecem uma origem para a caulinita vinculada ao intemperismo em condições lateríticas (Paleogeno Inferior) a partir de um substrato formado por rochas sedimentares da Formação Ipixuna (Cretáceo Superior). No perfil, destacam-se em ordem de importância entre os compostos de ferro, a hematita e a goethita, minerais pouco estudados no caulim do Rio Capim. A partir dos fácies principais do caulim (fácies caulim macio na base e caulim duro no topo), foram separados e concentrados os minerais de interesse para estudos de detalhe, utilizando a difratometria de raios X (DRX) e a espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Entre os parâmetros determinados, obtiveram-se estimativas da dimensão, forma, área superficial e substituição isomórfica. A interpretação dos resultados evidencia o potencial de aplicação das informações na estimativa do comportamento destes minerais durante o processo de beneficiamento e para a discussão do modelo genético dos perfis de caulim. As goethitas e hematitas de ambos os fácies possuem propriedades muito semelhantes, reforçando o modelo que especula sobre uma origem comum para a fácies caulim macio e caulim duro do perfil. Entre as propriedades, destacam-se a elevada cristalinidade e a baixa participação do alumínio em sua composição, proporcionando a estes minerais um comportamento com resistência moderada a elevada nos processos de lixiviação ácida e a tendência de dissolução preferencial da hematita. O conjunto de características dos óxidos e oxihidróxidos de ferro são compatíveis com uma formação em ambientes hidromórficos, com baixa influência da matéria orgânica a partir de soluções com baixa atividade do ferro, moderadamente redutoras a fracamente ácidas. Dentro do modelo genético da formação do caulim, sua origem não está associada à zona de laterização do perfil, sendo compatível com um ambiente saprolítico e hidromórfico. As propriedades observadas permitem afirmar que os processos naturais que favoreceram a formação da caulinita na base do manto de alteração foram suficientemente longos e intensos para promover a retirada do ferro destas fácies num processo não dissociado no tempo. No modelo, o caulim é uma fácies da base do perfil formado abaixo do nível freático de um espesso perfil laterítico em condições moderadamente redutoras e ácidas com elevada atividade do Si e do Al, porém, com carência de Al disponível para a formação da hematita e da goethita. Neste ambiente, haveria uma lenta mobilização do Fe dentro do perfil sem a necessidade do estabelecimento de um evento excepcional com uma elevada atividade da matéria orgânica, como previsto em alguns modelos. / The Rio Capim Kaolin from the eastern Amazon is recognized as one of the largest deposits of Brazil with a quality and volume that place this area amongst the most important deposits in the world. Despite the importance and the significant amount of studies about kaolin, many questions remain unanswered and the genesis of this occurrence is not well understood. Perhaps, the consensus today is the acceptance of the Rio Capim kaolin origin to be related to a lateritic weathering process during the Early Paleogene, period with favorable geotectonic, duration and climatic conditions to originate a thick cover with the development of a complete weathering profile above a substrate composed by sedimentary rocks of the Ipixuna Formation (Cretaceous). The models consider kaolin to be a bottom facies of a thick lateritic profile, but nowadays the upper lateritic facies was destroyed (probably by erosion periods along the middle to upper Paleogene). The kaolin profile has two facies: the bottom one, which is called soft kaolin, and the upper, differentiated one forming the flint kaolin. Most controversial points are related to the way that the flint kaolin was formed and the mechanism in which the iron was mobilized from the kaolin profile as a whole. This study aims to get some insight about the Rio Capim kaolin development using some properties measured from the iron oxides and oxyhydroxides. The iron and titanium minerals from the kaolin represent the most important contaminants, and a large effort is made by the industry to eliminate their influence but, despite this negative reputation, those minerals also represent a source of valuable information about the environmental conditions of the profile. Among them, hematite is the most widespread in the entire kaolin profile, followed by goethite, whose importance increases in the direction of the flint kaolin facies. Representative samples of kaolin facies were selected from the kaolin profile and submitted to an approach that allowed concentrating the iron minerals and eliminating the influence of kaolinite. Using X-ray diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared (FTIR), a set of properties of the hematite and goethite were determined, including median crystal dimensions, shapes, specific surface area and mineral composition by estimating the isomorphous replacement of iron (Fe) by aluminum (Al). The results show that hematites and goethites do not have enough differences in their properties to support a genesis model with radical changes in their conditions . In terms of behavior to acid leaching, the observed variations were important to predict differences in the rate of mineral dissolution and possibilities of preferential dissolution of hematite in relation to goethite, promoting the increase of the yellow component with the leaching. Both hematite and goethite have high crystallinity and the isomorphous replacement of Fe by Al is low. Comparing the properties observed in synthetic and natural environments, the hematite and goethite from the Rio Capim kaolin profile have characteristics that relate these minerals to a formation environment in hydromorphic conditions where the influence of organic matter was low, with low iron activity, weakly reduced and acidic conditions. These conditions are found in a saprolitic domain in accordance with the bottom facies of a thick laterite profile. Despite agreeing with a laterite model, differences make it difficult to explain iron depletion by organic matter only (Pirabas Event) and the origin of flint kaolin facies by a subsequent and superimposed laterite period. With the hematite and goethite properties found in this study, it is possible to propose that the Rio Capim kaolin is the bottom facies of a laterite profile formed in the zone permanently below the water table. Contrasting with the upper laterite portion of the profile, the bottom zone is in hydromorphic conditions and allowed the fixation of Al and Si to form kaolinite by primary feldspar and mica minerals of the Ipixuna Formation. This environment promotes the slow depletion of iron without the need of an exceptional accumulation of organic matter. The flint kaolin facies was formed in the same period of the soft kaolin facies and the observed differences in the kaolinite morphology are only related to changes caused by the location of this facies in the intermediate zone characterized by the water table fluctuation, but again without the need of subsequent superimposed lateritic processes.

O caulim do Rio Capim na Amazônia Oriental se constitui num depósito importante para o Brasil, ocupando lugar de destaque na produção mundial desta matéria prima mineral. Os modelos estabelecem uma origem para a caulinita vinculada ao intemperismo em condições lateríticas (Paleogeno Inferior) a partir de um substrato formado por rochas sedimentares da Formação Ipixuna (Cretáceo Superior). No perfil, destacam-se em ordem de importância entre os compostos de ferro, a hematita e a goethita, minerais pouco estudados no caulim do Rio Capim. A partir dos fácies principais do caulim (fácies caulim macio na base e caulim duro no topo), foram separados e concentrados os minerais de interesse para estudos de detalhe, utilizando a difratometria de raios X (DRX) e a espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Entre os parâmetros determinados, obtiveram-se estimativas da dimensão, forma, área superficial e substituição isomórfica. A interpretação dos resultados evidencia o potencial de aplicação das informações na estimativa do comportamento destes minerais durante o processo de beneficiamento e para a discussão do modelo genético dos perfis de caulim. As goethitas e hematitas de ambos os fácies possuem propriedades muito semelhantes, reforçando o modelo que especula sobre uma origem comum para a fácies caulim macio e caulim duro do perfil. Entre as propriedades, destacam-se a elevada cristalinidade e a baixa participação do alumínio em sua composição, proporcionando a estes minerais um comportamento com resistência moderada a elevada nos processos de lixiviação ácida e a tendência de dissolução preferencial da hematita. O conjunto de características dos óxidos e oxihidróxidos de ferro são compatíveis com uma formação em ambientes hidromórficos, com baixa influência da matéria orgânica a partir de soluções com baixa atividade do ferro, moderadamente redutoras a fracamente ácidas. Dentro do modelo genético da formação do caulim, sua origem não está associada à zona de laterização do perfil, sendo compatível com um ambiente saprolítico e hidromórfico. As propriedades observadas permitem afirmar que os processos naturais que favoreceram a formação da caulinita na base do manto de alteração foram suficientemente longos e intensos para promover a retirada do ferro destas fácies num processo não dissociado no tempo. No modelo, o caulim é uma fácies da base do perfil formado abaixo do nível freático de um espesso perfil laterítico em condições moderadamente redutoras e ácidas com elevada atividade do Si e do Al, porém, com carência de Al disponível para a formação da hematita e da goethita. Neste ambiente, haveria uma lenta mobilização do Fe dentro do perfil sem a necessidade do estabelecimento de um evento excepcional com uma elevada atividade da matéria orgânica, como previsto em alguns modelos. / The Rio Capim Kaolin from the eastern Amazon is recognized as one of the largest deposits of Brazil with a quality and volume that place this area amongst the most important deposits in the world. Despite the importance and the significant amount of studies about kaolin, many questions remain unanswered and the genesis of this occurrence is not well understood. Perhaps, the consensus today is the acceptance of the Rio Capim kaolin origin to be related to a lateritic weathering process during the Early Paleogene, period with favorable geotectonic, duration and climatic conditions to originate a thick cover with the development of a complete weathering profile above a substrate composed by sedimentary rocks of the Ipixuna Formation (Cretaceous). The models consider kaolin to be a bottom facies of a thick lateritic profile, but nowadays the upper lateritic facies was destroyed (probably by erosion periods along the middle to upper Paleogene). The kaolin profile has two facies: the bottom one, which is called soft kaolin, and the upper, differentiated one forming the flint kaolin. Most controversial points are related to the way that the flint kaolin was formed and the mechanism in which the iron was mobilized from the kaolin profile as a whole. This study aims to get some insight about the Rio Capim kaolin development using some properties measured from the iron oxides and oxyhydroxides. The iron and titanium minerals from the kaolin represent the most important contaminants, and a large effort is made by the industry to eliminate their influence but, despite this negative reputation, those minerals also represent a source of valuable information about the environmental conditions of the profile. Among them, hematite is the most widespread in the entire kaolin profile, followed by goethite, whose importance increases in the direction of the flint kaolin facies. Representative samples of kaolin facies were selected from the kaolin profile and submitted to an approach that allowed concentrating the iron minerals and eliminating the influence of kaolinite. Using X-ray diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared (FTIR), a set of properties of the hematite and goethite were determined, including median crystal dimensions, shapes, specific surface area and mineral composition by estimating the isomorphous replacement of iron (Fe) by aluminum (Al). The results show that hematites and goethites do not have enough differences in their properties to support a genesis model with radical changes in their conditions . In terms of behavior to acid leaching, the observed variations were important to predict differences in the rate of mineral dissolution and possibilities of preferential dissolution of hematite in relation to goethite, promoting the increase of the yellow component with the leaching. Both hematite and goethite have high crystallinity and the isomorphous replacement of Fe by Al is low. Comparing the properties observed in synthetic and natural environments, the hematite and goethite from the Rio Capim kaolin profile have characteristics that relate these minerals to a formation environment in hydromorphic conditions where the influence of organic matter was low, with low iron activity, weakly reduced and acidic conditions. These conditions are found in a saprolitic domain in accordance with the bottom facies of a thick laterite profile. Despite agreeing with a laterite model, differences make it difficult to explain iron depletion by organic matter only (Pirabas Event) and the origin of flint kaolin facies by a subsequent and superimposed laterite period. With the hematite and goethite properties found in this study, it is possible to propose that the Rio Capim kaolin is the bottom facies of a laterite profile formed in the zone permanently below the water table. Contrasting with the upper laterite portion of the profile, the bottom zone is in hydromorphic conditions and allowed the fixation of Al and Si to form kaolinite by primary feldspar and mica minerals of the Ipixuna Formation. This environment promotes the slow depletion of iron without the need of an exceptional accumulation of organic matter. The flint kaolin facies was formed in the same period of the soft kaolin facies and the observed differences in the kaolinite morphology are only related to changes caused by the location of this facies in the intermediate zone characterized by the water table fluctuation, but again without the need of subsequent superimposed lateritic processes.

Este trabalho investiga a obtenção de nanopartículas (NP) de óxido de ferro por coprecipitação, sua estabilização com surfactantes e caracterização quanto à morfologia e comportamento magnético. Atualmente, as NP estão sendo amplamente utilizadas para aplicações biomédicas, tais como contraste em imagens médicas e sistema de distribuição de drogas. Na síntese das NP foram investigados, parâmetros como a temperatura da reação, o pH da solução e a velocidade de agitação. O estudo da estabilidade comparou dois diferentes surfactantes: o ácido oleico (AO) e o polietileno glicol (PEG). As NP obtidas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), e quanto à sua morfologia por microscopia eletrônica por varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), a qual também proporcionou uma distribuição de tamanho de partículas, com variação entre 5 nm e 10,23 nm. A interação entre o óxido de ferro e seus revestimentos foi caracterizada por espectrocopia no infravermelho (FTIR) e espectrocopia Raman. O comportamento magnético das NP foi caracterizado por magnetometria de gradiente de força alternada (AGFM) e espectroscopia Mössbauer. Os resultados revelaram que as NP de óxido de ferro são tipicamente constituídas por magnetita ( ) revestida com AO e PEG e com um tamanho médio de cristalito entre 4,6 e 19,2 nm, calculado através da equação de Scherrer. O AGFM mostrou que as propriedades magnéticas das partículas foram mais eficientes para as NP com revestimento, do que com as NP sem revestimento, e o valor de magnetização de saturação (M) para a revestida com PEG foi maior quando comparado com a revestida com AO. A espectroscopia Mössbauer foi utilizada para confirmação do óxido de ferro como , para estimar tamanho de partícula quando os espectros são medidos a baixa temperatura e para análise do comportamento superparamagnético das partículas. / This work investigates the obtained nanoparticles (NP) iron oxide by coprecipitation stabilization with surfactants and characterize the morphology and magnetic behavior. Currently, the NP are being widely used for biomedical applications such as contrast in medical imaging and drug delivery system. In the synthesis of NP were investigated parameters such as the reaction temperature, the pH and stirring speed. The stability study compared two different surfactants: oleic acid (OA) and polyethylene glycol (PEG). The NP were characterized by X-ray diffraction (XRD), and morphologically by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), which also provided a distribution of particle size, ranging from 5 nm and 10.23 nm. The interaction between the iron oxide and their coatings was characterized by infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy. The magnetic behavior of NP was characterized by magnetometry alternating gradient force (AGFM) and Mössbauer spectroscopy. The results show that the NP iron oxide are typically comprised of magnetite ( ) coated with PEG and AO and a crystallite size between 4.6 and 19.2 nm calculated by the Scherrer equation. The AGFM showed that the magnetic properties of the particles were more efficient for the NP uncoated than to NP coated, and the value of saturation magnetization (M) to coated with PEG was higher when compared to coated AO. Mössbauer spectroscopy was used to confirm the iron oxide as , to estimate the size of particle where the spectra are measured at low temperature and to analyze the behavior of superparamagnetic particles.

A carepa é um resíduo da produção de aço gerado principalmente nas etapas de lingotamento e laminação. O objetivo do presente trabalho foi a produção do coagulante cloreto férrico a partir da carepa oriunda da indústria siderúrgica. Em termos experimentais, foram realizados ensaios de solubilização da carepa avaliando-se o efeito da concentração de ácido clorídrico, tempo de reação e temperatura. Ainda, avaliou-se a oxidação do Fe2+, presente no liquor, para Fe3+ por dois métodos distintos, sendo adição de peróxido de hidrogênio e injeção de ozônio. A solução de cloreto férrico produzido a partir da carepa foi caracterizada e aplicada no tratamento de esgoto doméstico sanitário de uma instituição universitária. Como resultado, a melhor condição para a dissolução da carepa foi com o uso de uma solução de HCl 90%, tempo de reação de 2 horas a uma temperatura de 80oC. Nesta condição, a eficiência de dissolução da carepa foi de 90%. A completa oxidação do Fe2+ dissolvido no liquor para Fe3+ foi possível tanto com a adição de H2O2 como com O3. Contudo, o processo de ozonização apresenta vantagens, pois estequiometricamente é mais eficiente e não dilui a solução rica em cloreto férrico. A análise físico-química do coagulante produzido com a digestão da carepa com HCl 90% e oxidada com ozônio, após evaporação, atendeu ao critério de concentração de Fe de no mínimo 12% em volume. A aplicação do reagente no tratamento de um esgoto doméstico sanitário mostrou que é eficiente na remoção de sólidos suspensos e fósforo. Por fim o estudo mostrou que é possível produzir um coagulante a partir da carepa gerada na indústria siderúrgica. A prática sugerida neste trabalho pode reduzir a quantidade de resíduos deslocados para aterros industriais pela indústria siderúrgica. / Mill scale is a residue of steel production generated mainly in casting and lamination phases. The objective of this work was the production of the ferric chloride coagulant from the mill scale which comes from the steel industry. In experimental terms, trials of mill scale solubility were carried out in order to evaluate the effect of hydrochloric acid concentration, reaction time and temperature. After that, the oxidation of Fe2 +, present in the liquor, to Fe3 + was evaluated by two distinct methods, addition of hydrogen peroxide and ozone injection. The ferric chloride solution produced from mill scale was characterized and applied in the sewage treatment of a university campus. As a result, a good condition for the dissolution of mill scale was with the use of 90% HCl solution, reaction time of 2 hours, at a temperature of 80ºC. In this condition, the efficiency of mill scale dissolution was of 90%. The complete oxidation of Fe2+ dissolved in the liquor for Fe3+ was possible both with the addition of H2O2 as well as with O3. However, the ozonation process has advantages because it is stoichiometrically more efficient and does not dilute the solution rich in ferric chloride. Physico-chemical analysis of the coagulant produced with the dissolution of mill scale with 90% HCl and oxidized with ozone, after evaporation, answered to the criterion of Fe concentration of, at least, 12% in volume. The use of the reagent in the treatment of a sewer showed that it is effective in removing suspended solids and phosphorus. Finally, it is possible to produce a coagulant from mill scale produced in the steel industry. The practice suggested in this work can reduce the amount of waste sent to industrial landfills by the steel industry.

Submitted by Alisson Mota (alisson.davidbeckam@gmail.com) on 2015-07-20T19:22:15Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Francisco Alexandre Fernandes Mariano.pdf: 2085876 bytes, checksum: be811ea97cd738da2088f0b8473be519 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-07-23T13:30:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Francisco Alexandre Fernandes Mariano.pdf: 2085876 bytes, checksum: be811ea97cd738da2088f0b8473be519 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-07-23T13:36:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Francisco Alexandre Fernandes Mariano.pdf: 2085876 bytes, checksum: be811ea97cd738da2088f0b8473be519 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-23T13:36:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Francisco Alexandre Fernandes Mariano.pdf: 2085876 bytes, checksum: be811ea97cd738da2088f0b8473be519 (MD5) Previous issue date: 2014-05-06 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / Composites were prepared with activated carbon (AC) of oily sludge impregnated with synthetic iron oxide in proportions 1:1 and 4:1, and temperatures of 400, 600 and 800 °C. Composites and CA were investigated and compared their capability to removal of organic (methylene blue, MB) and inorganic compounds (Cd2+ and Pb2+) in the aqueous system. These materials were characterized by analytical techniques of infrared spectroscopy, thermogravimetry, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Mössbauer spectroscopy (only iron oxide). Except CA, other materials showed varying degrees of magnetization in the presence of magnet hand. This characteristic was due to the presence of magnetite and/or maghemite and/or metallic iron confirmed by infrared spectroscopy and X-ray diffraction. Iron oxide it a stoichiometric and crystalline hematite confirmed mainly by Mössbauer spectroscopy. Composites and CA showed upper thermal stability to 300 °C. Tests removal capability of the MB, Cd2+, and Pb2+ were carried out at room temperature and pH~4.5. Adsorption capacity for MB for the CA was 141.6 mg g-1, this value was higher to that observed for the composites ranged between 128.8 (CP611) and 99.4 mg g-1 (CP811). The adsorption process for the MB showed better correlation values for the Langmuir isotherm, typical monolayer adsorption. The surface area was estimated indirectly by the maximum values of MB adsorption capacity of the studied materials, where AC of 273 m2 g-1 and the composites between 247 m2 g-1 (CP611) and 191 m2 g-1 (CP811). Composites showed excellent results for removal to Cd2+ ranged from 223 mg g-1 (CP411) to 503 mg g-1 (CP611), while Pb2+ ranged from 218 (CP841) to 486 mg g-1 (CP611) compared values found in the literature. Composites are also better represented by Langmuir. The CP611 composite showed higher adsorption affinity Cd2+ the higher presence magnetic phase while the CP811 had higher affinity for Pb2+ to having higher contribution of activated carbon in its composition. These materials are great for remediation of MB, Cd2+ and Pb2+. / Os compósitos foram preparados a partir de carvão ativado (CA) de borra oleosa impregnado com óxido de ferro sintético, nas proporções de 1:1 e 4:1, e temperaturas de 400, 600 e 800 °C. Os compósitos e CA foram investigados e comparados suas capacidades de remoções de compostos orgânico (azul de metileno, MB) e inorgânicos (Cd2+ e Pb2+) em sistema aquoso. Esses materiais foram caracterizados pelas técnicas analíticas de espectroscopia no infravermelho, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e espectroscopia Mössbauer (somente óxido de ferro). Exceto o CA, os demais materiais apresentaram variados graus de magnetização frente a imã de mão. Essa característica foi devida a presença de magnetita e/ou maghemita e/ou ferro metálico confirmada pela espectroscopia de infravermelho e difração de raios X. O óxido de ferro trata-se de uma hematita estequiométrica e cristalina confirmada, principalmente pela espectroscopia Mössbauer. Os compósitos e CA apresentaram estabilidade térmica superior a 300 °C. Os testes de capacidade de remoção do MB, Cd2+e Pb2+ foram realizados a temperatura ambiente e em pH ~4,5. A capacidade de adsorção do CA para o MB foi de 141,6 mg g-1, esse valor foi superior ao observado para os compósitos em que variou entre 128,8 (CP611) e 99,4 mg g-1 (CP811). O processo de adsorção para o MB apresentou melhores valores de correlações para isoterma de Langmuir, típico de adsorção em monocamada. A área superficial foi estimada indiretamente pelos valores máximos de capacidade de adsorção do MB pelos materiais estudados, para o CA com 273 m2 g-1 e para os compósitos entre 247 m2 g-1 (CP611) e 191 m2 g-1 (CP811). Os compósitos apresentaram excelentes resultados para remoção para o Cd2+ que variou de 223 (CP411) a 503 mg g-1 (CP611), enquanto que o Pb2+ variou de 218 (CP841) a 486 mg g-1 (CP611), em comparação valores encontrados na literatura. Os compósitos também são melhores representados por Langmuir. O compósito CP611 apresentou maior afinidade de adsorção pelo Cd2+ a maior presença de fase magnética enquanto que o CP811 teve maior afinidade pelo Pb2+ por ter maior contribuição de carvão ativado na sua composição. Esses materiais são ótimos para remediação de MB, Cd2+ e Pb2+.