Os conhecimentos culturais ao redor do sabão de cinzas foram escolhidos como tema de um instrumento hipermídia visando inseri-los em uma sala de aula de Química de nível médio. A inspiração na etnografia foi a via considerada nessa direção, partindo da hipótese de trabalho para a etnociência proposta por D\'Olne Campos (2000) com ênfase em um guia êmico e de acordo com a \"teia de relações\" presente no discurso das produtoras do sabão de cinzas (FOUCAULT, 1986). O instrumento criado reuniu textos, fotografias, vídeos, vozes e perguntas/atividades para a interpretação dos alunos. A investigação em sala de aula buscou perceber a natureza da instrução baseada na inserção de um modo de conhecer distinto nas aulas e seus diálogos com outros conhecimentos. A base teórica da pesquisa procurou integrar a abordagem sociocultural da ação mediada (WERTSCH, 1997) com algumas perspectivas dos estudos (trans) culturais no ensino de ciências, como a noção de travessias de fronteiras culturais (AIKENHEAD, 1996), o modelo genérico para a compreensão holística do aluno de ciências (COSTA, 1995) e a teoria das visões de mundo aplicada na pesquisa no ensino de ciências (COBERN, 1991, 2000a). Os alunos interagiram com o Hipermídia inicialmente em grupos durante quatro aulas, respondendo ao mesmo com receptividade, curiosidade, interesse, exibindo diferentes trânsitos pela narrativa etnográfica e integrando os seus recursos. Os movimentos interpretativos dos alunos se basearam nos diálogos com os colegas de grupo, em pesquisas usando a internet e livros e mediante entrevistas envolvendo a comunidade, havendo evidências de respostas mais produtivas aos processos de significação por pares simétricos. Os alunos manifestaram duas tendências principais de respostas para as perguntas propostas no Hipermídia: o conhecimento químico e os modos de explicar das produtoras do sabão. Essas tendências foram associadas às visões de mundo de ciência escolar dos alunos, levando-os a se inclinarem na direção da ciência que explica (tendência dos alunos do tipo \"Cientista em Potencial\") ou em direções consideradas como sendo mais fáceis de compreender (caso dos \"Outros Alunos Espertos\"). Alunos com pressuposições emocionais, religiosas e utilitárias mostraram trânsitos mais engajados na direção da ciência popular e menor interesse pelas explicações da ciência escolar. Existiram barreiras na direção dos dois conhecimentos envolvidos destacando-se as de linguagem, mas essas foram sendo vencidas pela maioria dos alunos com o desenvolvimento das aulas, através do trabalho colaborativo e do suporte oferecido. A professora desenvolveu 14 aulas a partir da exploração do Hipermídia pelos alunos e foi necessário oferecer um suporte teórico e material para o trabalho da mesma: um texto sobre o construtivismo contextual e o hipermídia das \'Visões de Mundo\', um segundo instrumento criado para promover a interanimação com as vozes dos alunos. Tal suporte implicou em uma mudança do paradigma normal das aulas de Química, sugerindo uma direção contrária à assimilação dos conteúdos pelos alunos e apontando para a compreensão como práxis vinculada à explicitação dos contextos culturais de significação dos conhecimentos envolvidos. Isso conduziu a uma comparação entre conhecimentos, sugerindo que a tarefa da demarcação é difícil e delicada. A comparação entre linguagens e algumas crenças específicas das produtoras do sabão de cinzas, no entanto, pareceram facilitar essa tarefa. / The cultural knowledge around the ash soap was chosen as the theme of a hypermedia instrument aiming to insert it into a Chemistry classroom in the secondary level of education. The ethnographic inspiration was considered in this way according to the work hypothesis to ethnoscience proposed by D\'Olne Campos (2000) with an emics guide emphasis and by considering the \"web of relations\" of the ash soap makers\' discourse (FOUCAULT, 1986). The instrument designed joined texts, photographs, videos, voices and questions/activities to the students\' interpretation. The enquiry tried to perceive the nature of an instruction based on the insertion of a different way of knowing into the classes and its dialogues with other knowledge. The theoretical support attempted to integrate the sociocultural approach to mediated action (WERTSCH, 1997) with some perspectives from the (cross) cultural studies in science education, as the cultural border crossings approach (AIKENHEAD, 1996), the generic model for holistically understanding the science student (COSTA, 1995) and the world view theory applied to the science education research (COBERN, 1991, 2000a). In the beginning, the students interacted with the hypermedia into groups using four classes, answering to it with receptivity, curiosity, showing interest and different border crossings into the ethnographic narrative. Their interpretative movements were based on the dialogues with pairs, in the research using internet and books and by doing interviews with the community. There was evidence that more symmetric pairs respond in a more productive way on their meaning making processes. The students showed two main trends to answer the questions proposed in the hypermedia: the chemistry knowledge and the knowledge of the ash soap makers. These trends were associated to their school science world view, inclining them into the direction of the science that explains (trend of the \"Potencial Scientist\" students) or towards another direction seen as easier to understand (as was the case of the \"Other Smart Kids\" students). Students with emotional, religious and utilitarian presuppositions showed more engaged border crossings to popular science direction and lesser interest for the school chemistry explanations. There were barriers in the direction of both knowledge, highlighting the language ones, but these were figured out by the majority of the students as the teacher developed the classes, through the collaborative work and by the support offered. The teacher developed 14 classes since the students\' finished the hypermedia exploratory work, using different strategies to teach. It was necessary to offer theoretical and material support for her work: a text about the contextual constructivism and the \'World View\' hypermedia, a second instrument designed to promote the interanimation with the students\' voices. This support led to a change in the usual paradigm of the Chemistry classes, pointing to a contrary movement concerned to the students\' assimilation of the contents and towards the comprehension as praxis bridged to the knowledge contexts of meaning explanation. This guided to a comparative work between the knowledge involved, stating that the demarcation task is difficult and delicate. However, this task seemed to be easier to accomplish by comparing languages and through some specific beliefs of the ash soap makers.

O presente trabalho reúne elementos para projeto de precipitadores eletrostáticos, com dados levantados de cinzas volantes provenientes da combustão de gases em caldeiras de carvão mineral. Os objetivos desta pesquisa são construir um dispositivo padronizado para medição da resistividade ôhmica de materiais, levantar dados de resistividade ôhmica das cinza volantes de carvão mineral utilizado no Brasil e, com estes dados, listar recomendações sobre cuidados no dimensionamento de precipitadores (cálculo da área de captação), quando este equipamento é posicionado após uma caldeira que queima o carvão mineral nacional. A metodologia utilizada foi baseada em norma americana ASME, em que o pó (material a ser testado) é colocado sobre eletrodos de descarga e de coleta, uma alta tensão elétrica é aplicada até atingir a tensão de ruptura elétrica e neste instante é medida a resistividade. A construção do experimento e procedimento de execução foram seguidos conforme esta norma. O material de teste foi coletado de precipitadores eletrostáticos existentes na região Sul do Brasil, onde o carvão mineral tem seu uso freqüente. Os resultados apresentaram baixos valores para resistividade da cinza volante nacional, se comparados com resultados de carvões de outros países. Sua variação em função da temperatura segue a tendência de cinza volantes de outros países, ou seja, aumento da resistividade ôhmica com o aumento da temperatura. Foram realizados também experimentos com material retirado de precipitadores eletrostáticos acoplados a caldeiras de biomassa, que forneceram valores de resistividade ainda menores do que os do carvão mineral nacional. O material de teste, composição química e processo de coleta foram totalmente caracterizados, disponibilizados e uma análise completa pôde ser realizada, fato inédito no Brasil. Esses resultados permitiram listar recomendações visando o projeto de precipitadores eletrostáticos acoplados a caldeiras que queimam carvão mineral nacional. / This report is a collection of elements to be used in the design of Electrostatic Precipitators, with experimental data of fly ashes from combustion gases of Mineral Coal Fired Boilers. The aims of this research are to construct a standard device to measure the ohmic resistivity of materials, to get data of ohmic resistivity of fly ashes from mineral coals used in Brazil and with this data, to list recommendations about the key points to size electrostatic precipitators (calculation of specific collection area), when this equipment is arranged after one boiler that burns Brazilian mineral coals. The method used was based on the ASME Standard, in which the fly ash (material to be tested) is put between the discharge and the collecting electrodes, a high electrical tension is applied until the electrical break down tension to be reached; at this moment, the resistivity is measured. The construction of this device and the experimental procedure were conducted according to this standard. The tested materials were collected from existing Electrostatic Precipitator of South of Brazil, where the mineral coal is commonly used. The results indicated low values of ohmic resistivity of the Brazilian fly ashes, if compared to results of coals from other countries. Its variation with the temperature has the same behavior of fly ashes from other countries, i.e., the ohmic resistivity increases when the temperature increases. It was also executed tests with particulate materials from electrostatic precipitator of biomass boiler whose ohmic resistivity is lower than the Brazilian mineral coal. The tested material, chemical composition, and collecting process were totally described, available and a full analysis can be executed; these data are inedita in Brazil. These results allow to list the recommendations to design Electrostatic Precipitators for Brazil Mineral Coal Fired Boilers.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:58:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 440622.pdf: 2553977 bytes, checksum: b11f8c29e33dc22a9196a011c9531918 (MD5) Previous issue date: 2012-07-31 / The main use of coal is the generation of electricity, which represents 41% of all electricity generated in the world. Coal burning power plants in the southern states of Brazil produce 3.0x106 tons of ash per year. The present work aims the integrated synthesis of zeolites NaP1 and 4A under mild conditions using coal fly ash as raw material. These zeolites present industrial and environmental applications of great importance for the country, aiming at the minimization of environmental impacts and waste generated. For the synthesis of zeolites hydrothermal process was carried out with different concentrations of the NaOH in low cost glass reactor. The liquid/solid ratio, temperature, sources of aluminum, among other factors, was also investigated. Several techniques were used, to characterize the synthesized zeolite, such as SEM, XRD, XRF, CEC, among others. The best zeolitic products were used in the effluents treatment. Under the conditions used in this study NaP1 and 4A zeolites were obtained with CEC values of 2.5 and 4.5 meq g-1, respectively, indicating high conversions. The zeolite NaP1 proved been highly efficient in removing Mn and NH4+, from Acid Mine Drainage and Swine manure effluents, respectively, within the emission limits imposed by legislation. The results of this study indicate that the zeolite 4A is could be used in replacement of the polyphosphate in detergents. / O principal uso do carv?o ? a gera??o de eletricidade, o que representa 41% de toda a eletricidade gerada no mundo. A combust?o do carv?o nas usinas dos estados do sul do Brasil gera 3,0x106 toneladas de cinzas por ano. O presente trabalho visa a s?ntese integrada de ze?litas NaP1 e 4 A em condi??es brandas, utilizando cinzas volantes de carv?o como mat?ria-prima. Estas ze?litas apresentam aplica??es industriais e ambientais de grande import?ncia para o pa?s, visando a minimiza??o dos impactos ambientais e os res?duos gerados. Para a s?ntese das ze?litas foi realizado processo hidrot?rmico com diferentes concentra??es de NaOH em reator de vidro de baixo custo. A rela??o L/S, temperatura, as fontes de alum?nio, entre outros fatores, tamb?m foram investigados. V?rias t?cnicas foram utilizadas, para caracterizar as ze?litas sintetizadas, tais como MEV, DRX, FRX, CTC, entre outras. Os melhores produtos zeol?ticos foram utilizados no tratamento de efluentes. Sob as condi??es utilizadas neste estudo as ze?litas NaP1 e 4 A foram obtidas com valores de CTC de 2,5 e 4,5 meq g-1, respectivamente, indicando convers?es elevadas. A ze?lita NaP1 provou ser altamente eficiente na remo??o de Mn e NH4+, de drenagem ?cida de mina e efluentes de dejetos su?nos, respectivamente, dentro do limites de emiss?es impostos pela legisla??o. Os resultados deste estudo indicaram que a ze?lita 4 A pode ser utilizada em substitui??o dos polifosfatos na formula??o de detergentes.

No presente estudo, a capacidade da zeólita sintetizada a partir de cinzas de carvão na remoção do corante remazol vermelho RB de solução aquosa foi investigada por meio de processo descontínuo. O equilíbrio foi alcançado após 360 min de tempo de contato. A velocidade de adsorção seguiu o modelo cinético de pseudo-segunda-ordem. Os dados de equilíbrio obtidos se ajustaram à isoterma de adsorção de Langmuir apresentando capacidade de adsorção máxima de 1,20 mg g-1. A eficiência de adsorção estava entre 75 a 91 % no tempo de equilíbrio. Visando obter as melhores condições de remoção do corante, verificou-se a influência dos seguintes parâmetros: concentração inicial do corante, pH da solução aquosa, dose do adsorvente e temperatura. Os parâmetros termodinâmicos foram avaliados indicando que o processo de adsorção do remazol vermelho sobre a zeólita é de natureza espontânea. Experimentos adicionando-se NaCl e Na2SO4 foram realizados com o objetivo de simular as reais condições dos efluentes de banhos de tingimento e avaliar a influência destes compostos quimicos no fenômeno de adsorção. Os dados de equilíbrio de adsorção do remazol vermelho sobre a zeólita foram alcançados em um tempo menor na presença de concentrações crescentes dos sais em solução e houve um aumento na capacidade de adsorção. A eficiência do estudo como tratamento foi avaliada quanto à toxicidade aguda utilizando o microcrustáceo Daphnia similis. / In this study, the capacity of zeolite synthesized from coal ash in the removal of Remazol Red dye aqueous solution was investigated by batch mode operation. The equilibrium was attained after 360 min of contact time. The adsorption rate followed the kinetic model of pseudo-second-order. The equilibrium data obtained fitted to Langmuir adsorption isotherm showing the adsorption capacity of up to 1.20mg g-1. The efficiency of adsorption was between 75 to 91% in the equilibrium time. In order to obtain the best conditions for removal of this dye, the influence of the following parameters was: initial concentration of the dye, pH of the aqueous solution, dose of adsorbent and temperature. The thermodynamic parameters were evaluated showing that the adsorption of Remazol red on the zeolite is of a spontaneous nature. Experiments by adding NaCl and Na2SO4 were carried out to simulate the real conditions of the effluents from the dyeing bath and to evaluate the influence of these chemical compounds in the phenomenon of adsorption. The equilibrium data of adsorption of Remazol red on the zeolite was achieved in a shorter time in the presence of increasing concentrations of salts in solution and an increase in adsorption capacity. The efficiency of the study was evaluated as a treatment for acute toxicity using Daphnia similis microcrustacean.

O uso de carvão mineral como fonte energética tem como consequência a geração de cinzas volantes, que é atualmente um dos resíduos mais gerados no Brasil. A primeira fase deste estudo consistiu em aplicar diferentes cinzas volantes de carvão provenientes de usinas termelétricas brasileiras na síntese de material zeolítico usando tratamento hidrotérmico clássico bem como caracterizar físico-quimicamente os produtos e as matérias primas. O conteúdo dos principais compostos formadores de estruturas de zeólitas, SiO2 e Al2O3, correspondeu acima de 70% para todas as amostras de cinzas. As cinzas apresentaram composição mineralógica similar com a presença de quartzo, mulita, hematita e magnetita. O tipo de zeólita formado por tratamento hidrotérmico variou em geral com a composição química das cinzas precursoras. Zeólitas NaP1 foram possíveis de serem sintetizadas somente usando-se matérias primas com baixo teor de ferro e cálcio. A zeólita X, por sua vez, foi obtida a partir de amostras com elevados teores de alumínio. Os valores de capacidade de troca catiônica (CTC) das zeólitas foram maiores do que os valores encontrados para as cinzas devido à elevada área específica e menor relação SiO2/Al2O3. Na segunda fase do estudo, zeólitas A e X com grau de pureza entre 88 e 100%, respectivamente, foram sintetizadas pelo método de duas etapas com fusão prévia utilizando-se dois tipos de cinzas de carvão brasileiras com diferentes composições químicas e sem tratamento prévio. Não foram utilizadas sementes ou agentes direcionadores de estrutura durante a síntese. Um roteiro geral para a síntese de zeólitas A e X com elevado grau de pureza foi elaborado baseando-se nos estudos relatados na segunda fase deste estudo. Verificou-se por meio dos estudos de composição mineralógica e morfologia que o método de duas etapas com fusão prévia das cinzas é responsável pela síntese de materiais mais puros e uniformes quando comparados aos materiais sintetizados pelo tratamento hidrotérmico clássico. Os valores da relação Si/Al molar calculados para todas as zeólitas com elevado grau de pureza foram próximos aos valores teóricos presentes em literatura e seus valores de CTC representaram um aumento de 1,9 a 3,0 vezes com relação às zeólitas sintetizadas pelo tratamento hidrotérmico clássico. Um estudo da possibilidade de reaproveitamento da solução remanescente de síntese hidrotérmica clássica foi realizado. Os materiais zeolíticos resultantes apresentaram misturas de fases de zeólitas A, X e Sodalita. O projeto de uma planta em escala piloto para a produção de material zeolítico usando cinzas de carvão como matéria prima contendo a descrição do processo e a lista de equipamentos e materiais básicos é também apresentado na tese. Este projeto poderá servir de base para as usinas termelétricas a carvão que desejam agregar valor às cinzas volantes produzidas em grande escala. / The use of coal as an energetic source has as a consequence the fly ash generation, which is currently one of the wastes generated in greater quantities in Brazil. The first step of this study was to apply different coal fly ashes from Brazilian thermal power plants for the synthesis of zeolitic materials using a classic hydrothermal treatment as well as to characterize the physical and chemical properties of the products and the raw materials. The contents of the main compounds which are responsible for the zeolitic structure formation, SiO2 and Al2O3, corresponded above 70 wt.% for all fly ash samples. The ashes presented a similar mineralogical composition with the presence of quartz, mullite, hematite and magnetite. The kind of zeolite formed by the hydrothermal treatment varied depending on the chemical composition of fly ash. NaP1 zeolite was formed only using fly ashes samples with low content of iron and calcium. X zeolites was synthesized using fly ashes with high content of aluminium. Cation exchange capacity (CEC) values for the zeolitic materials were higher than those of fly ash due to their higher specific surface area and lower SiO2/Al2O3 ratio. In the second stage of this study, A and X zeolites with a purity between 88 and 100%, respectively, were synthesized using the two-step method with a fusion step using two kinds of Brazilian coal ashes with different chemical compositions and without pre-treatment. No seeds or structure-directing agents were used in the synthesis. A general route for the synthesis of A and X zeolites with high purity was developed based on the studies reported in the second stage of this study. It has been found through mineralogical composition and morphology studies that the two-step method with a fusion step of the ash is responsible for the synthesis of more pure and uniform materials when compared to materials synthesized by conventional hydrothermal treatment. The Si/Al molar ratios values calculated for all high purity zeolites were close to the theoretical values found in the literature and their CEC values were 1.9 - 3.0 times higher than those of the zeolites synthesized by classic hydrothermal treatment. A study of the reuse of the residue solution in classic hydrothermal synthesis was also performed. The resulting zeolitic materials presented mixtures of A, X and Sodalite zeolites phases. The project design of a pilot-scale plant for the zeolitic material production using coal ash as a raw material containing the description of the process and the list of equipment and basic materials needed is also presented in the thesis. This project can provide a reference for coal-fired power plants which wish to add value to their fly ashes in large scale production.

No presente estudo, a capacidade da zeólita sintetizada a partir de cinzas de carvão na remoção do corante remazol vermelho RB de solução aquosa foi investigada por meio de processo descontínuo. O equilíbrio foi alcançado após 360 min de tempo de contato. A velocidade de adsorção seguiu o modelo cinético de pseudo-segunda-ordem. Os dados de equilíbrio obtidos se ajustaram à isoterma de adsorção de Langmuir apresentando capacidade de adsorção máxima de 1,20 mg g-1. A eficiência de adsorção estava entre 75 a 91 % no tempo de equilíbrio. Visando obter as melhores condições de remoção do corante, verificou-se a influência dos seguintes parâmetros: concentração inicial do corante, pH da solução aquosa, dose do adsorvente e temperatura. Os parâmetros termodinâmicos foram avaliados indicando que o processo de adsorção do remazol vermelho sobre a zeólita é de natureza espontânea. Experimentos adicionando-se NaCl e Na2SO4 foram realizados com o objetivo de simular as reais condições dos efluentes de banhos de tingimento e avaliar a influência destes compostos quimicos no fenômeno de adsorção. Os dados de equilíbrio de adsorção do remazol vermelho sobre a zeólita foram alcançados em um tempo menor na presença de concentrações crescentes dos sais em solução e houve um aumento na capacidade de adsorção. A eficiência do estudo como tratamento foi avaliada quanto à toxicidade aguda utilizando o microcrustáceo Daphnia similis. / In this study, the capacity of zeolite synthesized from coal ash in the removal of Remazol Red dye aqueous solution was investigated by batch mode operation. The equilibrium was attained after 360 min of contact time. The adsorption rate followed the kinetic model of pseudo-second-order. The equilibrium data obtained fitted to Langmuir adsorption isotherm showing the adsorption capacity of up to 1.20mg g-1. The efficiency of adsorption was between 75 to 91% in the equilibrium time. In order to obtain the best conditions for removal of this dye, the influence of the following parameters was: initial concentration of the dye, pH of the aqueous solution, dose of adsorbent and temperature. The thermodynamic parameters were evaluated showing that the adsorption of Remazol red on the zeolite is of a spontaneous nature. Experiments by adding NaCl and Na2SO4 were carried out to simulate the real conditions of the effluents from the dyeing bath and to evaluate the influence of these chemical compounds in the phenomenon of adsorption. The equilibrium data of adsorption of Remazol red on the zeolite was achieved in a shorter time in the presence of increasing concentrations of salts in solution and an increase in adsorption capacity. The efficiency of the study was evaluated as a treatment for acute toxicity using Daphnia similis microcrustacean.

O uso de carvão mineral como fonte energética tem como consequência a geração de cinzas volantes, que é atualmente um dos resíduos mais gerados no Brasil. A primeira fase deste estudo consistiu em aplicar diferentes cinzas volantes de carvão provenientes de usinas termelétricas brasileiras na síntese de material zeolítico usando tratamento hidrotérmico clássico bem como caracterizar físico-quimicamente os produtos e as matérias primas. O conteúdo dos principais compostos formadores de estruturas de zeólitas, SiO2 e Al2O3, correspondeu acima de 70% para todas as amostras de cinzas. As cinzas apresentaram composição mineralógica similar com a presença de quartzo, mulita, hematita e magnetita. O tipo de zeólita formado por tratamento hidrotérmico variou em geral com a composição química das cinzas precursoras. Zeólitas NaP1 foram possíveis de serem sintetizadas somente usando-se matérias primas com baixo teor de ferro e cálcio. A zeólita X, por sua vez, foi obtida a partir de amostras com elevados teores de alumínio. Os valores de capacidade de troca catiônica (CTC) das zeólitas foram maiores do que os valores encontrados para as cinzas devido à elevada área específica e menor relação SiO2/Al2O3. Na segunda fase do estudo, zeólitas A e X com grau de pureza entre 88 e 100%, respectivamente, foram sintetizadas pelo método de duas etapas com fusão prévia utilizando-se dois tipos de cinzas de carvão brasileiras com diferentes composições químicas e sem tratamento prévio. Não foram utilizadas sementes ou agentes direcionadores de estrutura durante a síntese. Um roteiro geral para a síntese de zeólitas A e X com elevado grau de pureza foi elaborado baseando-se nos estudos relatados na segunda fase deste estudo. Verificou-se por meio dos estudos de composição mineralógica e morfologia que o método de duas etapas com fusão prévia das cinzas é responsável pela síntese de materiais mais puros e uniformes quando comparados aos materiais sintetizados pelo tratamento hidrotérmico clássico. Os valores da relação Si/Al molar calculados para todas as zeólitas com elevado grau de pureza foram próximos aos valores teóricos presentes em literatura e seus valores de CTC representaram um aumento de 1,9 a 3,0 vezes com relação às zeólitas sintetizadas pelo tratamento hidrotérmico clássico. Um estudo da possibilidade de reaproveitamento da solução remanescente de síntese hidrotérmica clássica foi realizado. Os materiais zeolíticos resultantes apresentaram misturas de fases de zeólitas A, X e Sodalita. O projeto de uma planta em escala piloto para a produção de material zeolítico usando cinzas de carvão como matéria prima contendo a descrição do processo e a lista de equipamentos e materiais básicos é também apresentado na tese. Este projeto poderá servir de base para as usinas termelétricas a carvão que desejam agregar valor às cinzas volantes produzidas em grande escala. / The use of coal as an energetic source has as a consequence the fly ash generation, which is currently one of the wastes generated in greater quantities in Brazil. The first step of this study was to apply different coal fly ashes from Brazilian thermal power plants for the synthesis of zeolitic materials using a classic hydrothermal treatment as well as to characterize the physical and chemical properties of the products and the raw materials. The contents of the main compounds which are responsible for the zeolitic structure formation, SiO2 and Al2O3, corresponded above 70 wt.% for all fly ash samples. The ashes presented a similar mineralogical composition with the presence of quartz, mullite, hematite and magnetite. The kind of zeolite formed by the hydrothermal treatment varied depending on the chemical composition of fly ash. NaP1 zeolite was formed only using fly ashes samples with low content of iron and calcium. X zeolites was synthesized using fly ashes with high content of aluminium. Cation exchange capacity (CEC) values for the zeolitic materials were higher than those of fly ash due to their higher specific surface area and lower SiO2/Al2O3 ratio. In the second stage of this study, A and X zeolites with a purity between 88 and 100%, respectively, were synthesized using the two-step method with a fusion step using two kinds of Brazilian coal ashes with different chemical compositions and without pre-treatment. No seeds or structure-directing agents were used in the synthesis. A general route for the synthesis of A and X zeolites with high purity was developed based on the studies reported in the second stage of this study. It has been found through mineralogical composition and morphology studies that the two-step method with a fusion step of the ash is responsible for the synthesis of more pure and uniform materials when compared to materials synthesized by conventional hydrothermal treatment. The Si/Al molar ratios values calculated for all high purity zeolites were close to the theoretical values found in the literature and their CEC values were 1.9 - 3.0 times higher than those of the zeolites synthesized by classic hydrothermal treatment. A study of the reuse of the residue solution in classic hydrothermal synthesis was also performed. The resulting zeolitic materials presented mixtures of A, X and Sodalite zeolites phases. The project design of a pilot-scale plant for the zeolitic material production using coal ash as a raw material containing the description of the process and the list of equipment and basic materials needed is also presented in the thesis. This project can provide a reference for coal-fired power plants which wish to add value to their fly ashes in large scale production.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-07-17T19:26:25Z No. of bitstreams: 1 WelkisonCarvalho.pdf: 2082259 bytes, checksum: a734b522c86b6f9dc34abd2ba1fb6152 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-17T19:26:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WelkisonCarvalho.pdf: 2082259 bytes, checksum: a734b522c86b6f9dc34abd2ba1fb6152 (MD5) Previous issue date: 2017-04-25 / The fly ash is a by-product from the combustion of coal which when it is an adequate control of some non-desulphurization process variables, can result in minor impacts and reuse of ash. The objective of this work is to promote the treatment of the fly ash generated by the burning of coal from a thermoelectric plant and to study a proposal to manage this residue in a sustainable way, based on the economic, environmental and social aspects. Thus, the optimization of the desulphurization process was carried out, and afterwards the qualitative and quantitative analysis of the losses of the fire (unbaked), sulfite, mineralogical analysis and classification of the residue generated by the combustion and desulphurization of Mineral coals of different sulfur contents and studies of economic and environmental gain were also carried out. The results showed that after the optimization of some variables in the process of flue gas desulphurization, such as: concentration of calcium hydroxide solution in 10%, flow rate of calcium hydroxide solution in 3.0 m3/h, of virgin lime in the desulfurization system at 0.3 ton/h and the temperature of the exhaust gases in the absorber tower in the range of 80°C to 110 °C, fly ash formation showed acceptable parameters for sulfite content (<5 %) and loss in ignition (<6%); in addition, mineralogical analysis confirmed that light ash presents compositions mainly of silicon, aluminum and iron oxides, which characterizes them as pozzolanic materials qualified for use in the cement industry. The results of the economic gain studies showed reductions in disposal costs of this residue in the range of 18.5 higher than the revenue from the sale of this same residue, the results of environmental gain also showed a reduction of 24,740.30 tons of CO2 and a reduction in the consumption of raw water in the range of 59,376.72 m3, due to the reuse of the light ashes in the incorporation of the cement in the year of 2016. In addition to converging to the guidelines for compliance with the National Policy on Solid Waste. / A cinza leve é um subproduto proveniente da combustão do carvão mineral que quando se tem um controle adequado de algumas variáveis no processo de dessulfurização, pode resultar em menores impactos e o reaproveitamento das cinzas. Este trabalho tem como objetivo promover o beneficiamento das cinzas leves geradas da queima de carvão mineral de uma termoelétrica de São Luís do Maranhão e estudar uma proposta de gerenciar, de forma sustentável esse resíduo, sustentada no tripé dos aspectos econômicos, ambientais e sociais. Assim, fez-se a otimização do processo de dessulfurização e posteriormente analisou-se qualitativa e quantitativamente os teores de perda ao fogo (incombustos), sulfito. Realizou-se também a análise mineralógica e classificação do resíduo gerados a partir da combustão e dessulfurização de carvões minerais de diferentes teores de enxofre e realizou-se ainda os estudos de cunho econômico e ambiental. Os resultados evidenciaram que após a otimização de algumas variáveis no processo de dessulfurização dos gases de combustão, tais como: concentração da solução de hidróxido de cálcio em 10%, vazão de dosagem de solução de hidróxido de cálcio em 3,0 m3/h, dosagem de cal virgem no sistema de dessulfurização em 0,3 ton/h e temperatura dos gases de exaustão na torre absorvedora na faixa entre 80°C a 110°C, a formação de cinzas leves apresentaram parâmetros aceitáveis quanto aos teores de sulfito (<5%) e perda ao fogo (<6%), além disso a análise mineralógica confirmou que as cinzas leves apresentam composições majoritariamente de óxidos de silício, alumínio e ferro, o que as caracteriza como materiais pozolânicos qualificados para utilização na indústria cimenteira. Os resultados dos estudos de ganho econômico mostraram reduções de custos de disposição desse resíduo na faixa de 18,5 maior que a própria receita proveniente da venda desse mesmo resíduo Os resultados de ganho ambiental mostraram também uma redução anual de 24.740,30 ton de CO2 e uma redução anual do consumo de água bruta na faixa de 59.376,72 m3, em virtude do reaproveitamento das cinzas leves na incorporação do cimento no ano de 2016. Além de convergir para às diretrizes de atendimento à Política Nacional de Resíduos Sólidos.

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2017-04-25T13:08:45Z No. of bitstreams: 1 2014 - Luis Claudio Jord?o da Cruz.pdf: 1154945 bytes, checksum: 76e27a77176ae3119d01bd7db89464dd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T13:08:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014 - Luis Claudio Jord?o da Cruz.pdf: 1154945 bytes, checksum: 76e27a77176ae3119d01bd7db89464dd (MD5) Previous issue date: 2014-02-19 / In the humid tropics elephant grass (Pennisetum purpureum Schum.), also known as Napier, of African origin, is known for its high production of biomass, which made him an ideal candidate for use as an energy feedstock for the biofuels industry, since the amount of fertilizer nitrogen mainly be low to avoid high costs inputs from fossil fuels. In the search for sources of biomass for the production of heat or electricity to reduce greenhouse gas (GHG), highlight the use of highly productive C4 grasses such as Miscanthus, Panicum and Saccharum spp. For this reason, many elephant grass accessions were investigated on the ability of high dry matter production without additions of nitrogen fertilizers, where the largest producers of biomass without N genotypes were as Cameroon and Gramafante. Bacteria were isolated fixing N in high numbers from this species genotypes, resulting in the study with 14 genotypes planted in soil with low 15N enrichment with production of more than 30% of its N biological fixation of N. After 10 years study, five elephant grass genotypes were indicated by the high biomass production, where there was also a lot of soil K extraction, which further highlights the use or reuse of the ashes as a nutrient source for minimize the consumption of said input. The objective of this study was to investigate the potential of ash five elephant grass genotypes and ash from industrial furnace to provide nutrients in soils of low fertility, comparing efficiency of use of nutrients by plants in response to different doses of ash and fertilizers minerals. Three experiments in pots used ash from 5 different elephant grass genotypes (Gramafante, Cameroon, BAG 02, CNPGL F06-3 and Roxo) that were conducted with low fertility soil, with brachiaria (Brachiaria decumbens Stapf.) as an indicator plant of plant development. The experiment consisted in pots with treatments with the ashes of elephant grass genotypes, contrasting with mineral fertilizer. The treatments were arranged in a randomized block design (factorial 3x2+1), with five repetitions, harvested six times at intervals of 60 days after the establishment of biomass brachiaria. A low fertility soil in a field experiment with the ashes derived from the ceramics industry of thermal power generation was conducted using elephant grass Cameroon genotype. The soil used in all experiments was Serop?dica?s Planosol, Rio de Janeiro. Experiments in pots showed a strong correlation between the amount of nutrients applied and absorption of nutrients by brachiaria at all doses of mineral fertilizers or ashes. The field trial showed no differences in income or absorption of nutrients in the elephant grass genotype Cameroon / Nas regi?es tropicais ?midas o capim-elefante (Pennisetum purpureum Schum.), tamb?m conhecido como Napier, de origem Africana, ? conhecido por sua alta produ??o de biomassa, o que o tornou um candidato ideal para seu uso como mat?ria-prima energ?tica para a ind?stria de biocombust?veis, desde que a dose de fertilizantes nitrogenados, principalmente, seja baixa para evitar altas entradas de gastos com combust?veis f?sseis. Na busca de fontes de biomassa para a produ??o de calor ou energia el?trica com redu??o de gases de efeito estufa (GEE), destacam-se o uso de gram?neas C4 altamente produtivas, como Miscanthus, Panicum e Saccharum spp. Por este motivo, diversos acessos de capim-elefante foram investigados sobre a capacidade de alta produ??o de mat?ria seca sem adi??es de fertilizantes nitrogenados, onde os maiores produtores de biomassa sem N foram gen?tipos como Cameroon e Gramafante. Foram isoladas bact?rias fixadoras de N em n?meros elevados a partir de gen?tipos desta esp?cie, que resultaram no estudo com 14 gen?tipos plantados em solo com baixo enriquecimento 15N com produ??o de mais de 30% do seu N da fixa??o biol?gica de N. Ap?s 10 anos de estudo, cinco gen?tipos de capim-elefante foram indicados pela alta produ??o de biomassa, onde se verificou tamb?m uma grande quantidade de extra??o de K do solo, o que evidencia ainda mais a utiliza??o, ou reutiliza??o, de suas cinzas como fonte de nutriente, para minimizar o consumo do referido insumo. O objetivo deste estudo foi investigar o potencial de cinzas de cinco gen?tipos de capim-elefante e de cinzas provenientes de forno industrial para disponibilizar nutrientes em solos de baixa fertilidade, com compara??o da efici?ncia de uso dos nutrientes pelas plantas em resposta de diferentes doses de cinzas e fertilizantes minerais. Tr?s experimentos em vasos utilizaram cinzas provenientes de 5 diferentes gen?tipos de capim-elefante (Gramafante, Cameroon, BAG 02, CNPGL F06-3 e Roxo) que foram conduzidos com solo de baixa fertilidade, com braqui?ria (Brachiaria decumbens Stapf.) como planta indicadora do desenvolvimento vegetal. O experimento em vasos consistiu com tratamentos com as cinzas dos gen?tipos de capim-elefante, em contraste com fertilizante mineral. Os tratamentos foram dispostos em blocos casualizados (fatorial 3x2+1), com cinco repeti??es, colhido em seis ocasi?es, com intervalos de 60 dias ap?s o estabelecimento da biomassa de braqui?ria. Um experimento de campo em solo de baixa fertilidade com as cinzas derivada da ind?stria cer?mica de gera??o de energia t?rmica foi realizado com uso do gen?tipo de capim-elefante Cameroon. O solo utilizado em todos os experimentos foi Planossolo de Serop?dica, Rio de Janeiro. Os experimentos em vasos mostraram uma forte correla??o entre a quantidade de nutriente aplicado e a absor??o de nutrientes pela braqui?ria em todas as doses de adubos minerais ou das cinzas. O experimento de campo n?o mostrou diferen?as de rendimento ou de absor??o de nutrientes no gen?tipo de capim-elefante Cameroon.

A lixiviação de elementos tóxicos presentes nas cinzas de carvão causa contaminação no meio ambiente e é, por isso, motivo de grande preocupação. Ensaios em batelada e em coluna de leito fixo foram realizados para avaliar a estabilização de As, Cr, Mo e Se em cinzas leve de carvão modificadas com orgânosilano (OS) e surfactante de amônio quaternário (SF). As cinzas leve utilizadas foram coletadas na Usina Termelétrica da Figueira, localizada na cidade de Figueira, Estado do Paraná. Nos ensaios em batelada, em primeiro lugar, avaliou-se a influência da relação massa de cinzas/volume de água na concentração dos elementos lixiviados das cinzas não tratadas. Posteriormente, determinou-se o pH, a condutividade e as capacidades de imobilização dos elementos tóxicos presentes nas cinzas após a modificação. As reduções de concentração usando OS foram de 89%, 77%, 42% e 11% para Cr, Mo, As e Se, respectivamente. Quando SF foi utilizado para o tratamento das cinzas, a redução de concentração nos lixiviados foi superior a 60% para todos os elementos. As cinzas tratadas foram caracterizadas em relação ao ponto de carga zero, morfologia, grupos funcionais, mineralogia e hidrofobicidade. As superfícies das cinzas tratadas com OS e SF apresentaram carga superficial positiva em água. A composição mineralógica e a morfologia das cinzas não foram alteradas após o tratamento, enquanto mudanças nos grupos funcionais foram observadas. Esse resultado corroborou com o observado nos testes de hidrofobicidade onde, as cinzas tratadas com OS e SF na proporção 1:10 foram classificadas como material extremamente hidrofóbico e na proporção 1:100 foram classificadas como material fortemente hidrofóbico, confirmando que foi efetivo o tratamento das cinzas com os agentes imobilizadores. Na segunda etapa do estudo foram realizados três ensaios de lixiviação em colunas contendo cinzas de carvão e solo coletado na região da Usina Termelétrica da Figueira. Nos ensaios foram usadas cinzas não tratadas, cinzas tratadas com OS e cinzas tratadas com SF nas diluições de maior efetividade selecionadas pelos ensaios em batelada. Nas colunas foi aplicado um volume de chuva ácida sintética simulando a precipitação que ocorre na região. Na coluna com cinzas tratadas com OS ocorreu redução considerável na concentração de As e principalmente do Cr. Após o tratamento com SF, as concentrações de As e Cr reduziram aproximadamente 30%. Em ambos os tratamentos, as concentrações de Mo e Se também foram reduzidas. Os resultados evidenciaram que tanto o orgânosilano, quanto o surfactante podem ser utilizados como agentes imobilizadores para a retenção de elementos tóxicos presentes em cinzas de carvão. / The leaching of toxic elements in coal ash causes contamination of the environment and is therefore of great concern. Batch and column tests were performed to evaluate the stabilization of As, Cr, Mo and Se in fly ash modified with organosilane (OS) and quaternary ammonium surfactant (SF). The fly ashes used were collected at the Figueira Thermoelectric Plant, located in the city of Figueira, State of Paraná. In the batch tests, first, the influence of ash / volume ratio on the concentration of the leached elements of the untreated ash was evaluated. Subsequently, the pH, conductivity and immobilization capacities of the toxic elements present in the ashes after the modification were determined. The reductions in the concentrations of toxic elements using OS were 89%, 77%, 42% and 11% for Cr, Mo, As and Se, respectively. When SF was used for ash treatment, the concentration reduction in the leachates was greater than 60% for all elements. The treated ash was characterized in relation to zero charge point, morphology, functional groups, mineralogy and hydrophobicity. OS and SF treated ash surfaces showed a positive surface charge in water. The mineral composition an morphology of the ashes was not altered after treatment, while changes in the functional groups were observed. This result corroborated with that observed in the hydrophobicity tests, where ashes treated with OS and SF in the proportion 1:10 were classified as extremely hydrophobic material and in the proportion 1: 100 were classified as strongly hydrophobic material, confirming that the treatment of the ashes with immobilizing agents were efficient. In the second stage of the study three leaching tests were carried out on columns containing coal ash and soil collected in the Figueira Thermoelectric Power Plant region. In the tests, untreated fly ash, OS treated fly ash and SF treated fly ash were used at the most effective dilutions selected by batch tests. In the columns a synthetic acid rain was applied simulating the precipitation that occurs in the region. In the column with ash treated with OS there was a considerable reduction in the concentration of As and especially of Cr. After treatment with SF, concentrations of As and Cr reduced approximately 30%. In both treatments, the concentrations of Mo and Se were also reduced. The results showed that both the organosilane and the surfactant can be used as immobilizers for the retention of toxic elements present in coal ash.