Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. PROÁGUA, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-11-03T16:38:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-11-04T17:00:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-04T17:00:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) Previous issue date: 2015 / Um dos principais subprodutos do processamento de rocha fosfática para a produção de ácido fosfórico é o chamado fosfogesso (FG). Este rejeito é constituído principalmente de sulfato de cálcio di-hidratado, podendo conter também metais tóxicos, radioisótopos e acidez residual (pH 2-3). Sendo assim, a disposição deste resíduo é um desafio para a indústria. Os métodos de gerenciamento desse resíduo mais utilizados são a disposição em pilhas próximas às usinas, reaproveitamento em outras indústrias (ex. cimenteiras, agricultura, plásticoetc),o que nem sempre é possível devido à toxicidade de alguns elementos presentes no FG. Além disso, os métodos de disposição em pilhas nem sempre solucionam os problemas ambientais associados ao fosfogesso uma vez que, pode haver lixiviação das pilhas de resíduo pela água da chuva, contaminando o solo, águas superficiais e subterrâneas. O FG pode ser utilizado como fonte de sulfato para a produção de sulfeto em reatores anaeróbios, utilizando Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS). O sulfeto gerado pode ser utilizado posteriormente para a produção de enxofre elementar ou usado na precipitação de metais de transição. No presente trabalho, avaliou-se a viabilidade do uso do FG como fonte de sulfato para as BRS em um reator contínuo de leito fluidizado alimentado com glicerol p.a. como substrato e estudou-se a influência das variáveis: (i) razão mássica DQO/SO4 2-1,3; 1,5; 1,6 e 1,8 (ii) tempo de detenção hidráulica (TDH) real no processo de biorredução do sulfato contido no gesso. Esse último foi determinado em 15±2,6he 9,7±1,2h, respectivamente para os valores teóricos de 10h e 8h, a partir do uso de cloreto de lítio como traçador. Observou-se que, quando o sulfato de cálcio p.a. e o FG são utilizados como fonte de sulfato, se faz necessário adicionar alcalinidade na forma de bicarbonato à alimentação do sistema, devido a precipitação de CaCO3, e por consequência no reator, consumindo a alcalinidade. Quando o sulfato de cálcio p.a. foi a fonte de sulfato, a razão DQO/SO4 2-= 1,8 apresentou os melhores resultados de remoção do íon (72±16%), enquanto que para as DQO/SO4 2- = 1,3 e 1,6, foram obtidos, respectivamente 36% e 64% de remoção do íon. Com o FG e razão DQO/SO4 2- igual a 1,9, obteve-se remoção de sulfato de 73±11%, para os TDH 15±2,6h e 75±12%, para TDH 9,7±1,2h. As taxas de remoção específicas de sulfato obtidas foram de 0,106±0,04 gSO4 2-/gSSV.d e 0,179±0,07 gSO4 2-/gSSV.d, respectivamente, para 15±2,6h e 9,7±1,2h de tempo de residência. ___________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Phosphogypsum (FG) is an acidic (pH 2-3) residue of the wet phosphoric acid process, which contains calcium sulphate di-hydrate as a major phase along with toxic metals and sometimes radionuclides. Therefore it is a major environmental concern in the fertilizer industry. Such a residue is usually either stockpiled or recycled although the latter is restricted depending on the type and content toxic elements. Stockpiling is also a concern due to the slow gypsum dissolution in rainwaters that accounts for surface and underground water contamination as well as soil pollution. A relatively new approach to reduce the amount of stockpiled FG is its utilization in anaerobic sulphate reduction to sulphide applying sulphate reduction bacteria (SRB). The produced sulphide ions can be subsequently converted to elemental sulphur and recycled or utilized for metal precipitation. Thus, the current work investigated biogenic sulphide production in a lab scale fluidized bed reactor fed with a saturated sulphate solution resulting from mixing FG and Postgate medium. The effects of DQO/SO4 2- mass ratio (1.3 to 1.8) and two hydraulic retention times (15.0±2.6 h and 9.7±1.2 h) on continuous sulphate bio-reduction were assessed. Prior to treating FG, analytical grade calcium sulphate di-hydrate was used as sulphate source and the highest removal (72±16%) was observed for the DQO/SO4 2-ratio of 1.8, whereas 36% and 64% sulphate reduction were determined at lower mass ratios (1.3 and 1.6). After steady state conditions were achieved, FG replaced CaSO4.2H2O p.a. as the sulphate source and resulted in sulphate reduction yields similar to that observed with the latter, i.e., 73±11% and 75±12% for the HRT of 15±2.6 h and 9.7±1.2 h, respectively. With both materials sodium carbonate was required to be added to the growth medium because calcium carbonate precipitation reduced the alkalinity in the reactor. The specific sulphate reduction rates attained 0.106±0.04 gSO4 2-/gSSV.d and 0.179±0.07 gSO4 2-/gSSV.d, respectively, for 15±2.6 h and 9.7±1.2 h residence times, using FG and aDQO/SO4 2- ratio of 1.9.

O fosfogesso (FG), um subproduto da indústria de fosfato, é classificado como Material Radioativo de Ocorrência Natural Tecnologicamente Aumentado (TENORM) ou como um resíduo NORM. Ele é obtido durante o ataque da rocha fosfática com ácido sulfúrico para a produção de ácido fosfórico. O FG apresenta em sua composição radionuclídeos das séries de decaimento natural do U e Th: principalmente 226Ra, 228Ra, 232Th, 210Pb e 210Po. Os produtores brasileiros estocam o FG em pilhas secas, o que representa riscos para o meio ambiente. Sendo assim, estudos foram realizados para avaliar meios de sua reutilização. Uma possível solução para este problema é o emprego do FG na agricultura como um condicionador do solo. A entidade reguladora brasileira (CNEN) estabeleceu limites de isenção para o uso de FG na agricultura ou na indústria cimenteira: a concentração de atividade de 226Ra e 228Ra deve ser inferior a 1 Bq g-1. No entanto, para a sua aplicação segura, ainda é necessário assegurar que os radionuclídeos presentes no PG não estarão disponíveis para o ambiente. Este estudo tem como objetivo verificar a disponibilidade de 238U e 232Th em amostras de solos com FG através de percolação com água, por meio do cálculo da fração disponível. Esta fração foi obtida pela relação entre a concentração dos radionuclídeos no lixiviado (pelo emprego de um procedimento radioquímico adaptado, publicado pela Agência Internacional de Energia Atômica - IAEA) sobre a concentração total das amostras (obtida por Análise por Ativação com Nêutrons Instrumental e espectrometria gama). Os resultados demonstraram que a fração disponível dos radionuclídeos foi em todos os casos inferior a 0,2%. Isto indica que a utilização de fosfogesso como insumo agrícola não contribui para o aumento da disponibilidade de 238U e 232Th na água de lixiviação. / Phosphogypsum (PG), a byproduct of the phosphate industry, is classified as Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material (TENORM) or as a NORM waste. It is obtained during the attack of the phosphate rock with sulphuric acid for the production of phosphoric acid. PG presents in its composition radionuclides of the natural U and Th decay series: mainly 226Ra, 228Ra, 232Th, 210Pb and 210Po. The Brazilian producers stock the PG in dry stacks, posing risks to the surrounding environment. Therefore, several studies were undertaken to evaluate viable ways of its reuse. One possible solution to this problem is to reuse PG in agriculture as a soil conditioner. The Brazilian regulatory body (CNEN) established exemption limits for the use of PG in agriculture or cement industry: the 226Ra and 228Ra activity concentration should be below 1.0 Bq g-1. However, for its safe application, it is still necessary to ensure that the radionuclides present in the PG will not be available to the environment. This study aims to determine the availability of 238U and 232Th in samples of soils amended with PG through percolation with water, by calculating the available fraction. This fraction was obtained by the ratio of the concentration of the radionuclides in the leachate (by a radiochemical procedure based on a publication from International Atomic Energy Agency - IAEA) over the total concentration in the samples (by Instrumental Neutron Activation Analysis and gamma spectrometry). The results demonstrated that the available fraction of the radionuclides were in all cases lower than 0.2%. This indicates that the use of phosphogypsum as agricultural input does not contribute to increase the availability of 238U and 232Th to the leaching water.

Este trabalho tem como objetivo estudar, a partir de ensaios de laboratório, o comportamento mecânico de misturas de fosfogesso e cal destinadas à construções de bases e sub-bases rodoviárias. O fosfogesso é um resíduo resultante da produção do ácido fosfórico, principal componente de fertilizantes fosfatados. O fosfogesso é gerado em grande escala, originando sérios problemas de armazenagem. Restrições de leis ambientais e o aumento do custo de espaço para a armazenagem do fosfogesso têm estimulado pesquisas para a aplicação desse material. Entre as pesquisas, encontra-se, o aproveitamento desse resíduo como material de construção de bases e sub-bases rodoviárias. As amostras destas misturas foram submetidas a ensaios de compressão simples, compressão diametral e CBR. Nos ensaios de compressão simples e compressão diametral, os corpos de prova foram ensaiados sem imersão e após imersão prévia em água por quatro horas. Para todos os teores de cal utilizados (0%, 3%, 5%, 7% e 10%) os corpos-de-prova foram compactados na energia equivalente ao Proctor modificado. Para cada teor de cal os corpos-de-prova passaram por processo de cura de 0, 3, 7 e 28 dias. Quatro réplicas foram moldadas para cada condição de ensaio, obtendo-se a média dos resultados pelo método estatístico de GRUBBS. Concluiu-se com esses ensaios que valores crescentes de tempo de cura e de teor de cal conduziram a maiores valores de resistência e de rigidez. Além disso, ensaios realizados após a imersão em água apresentaram valores de resistência à compressão simples, resistência à compressão diametral e rigidez menores do que os obtidos sem imersão. Observou-se também que as misturas de fosfogesso e cal, no geral, apresentaram melhores resultados de resistência à compressão simples, resistência à compressão diametral e coesão do que as misturas de solo cal. Entretanto as misturas compostas por fosfogesso e cimento obtiveram valores superiores de resistência e rigidez se comparada com as misturas de fosfogesso e cal. / This work has the aim of study, considering laboratory experiments, the mechanical behavior of a mixture of phosphogypsum and lime to be used in bases and sub-bases of road construction. The phosphogypsum is a solid waste result of the phosphoric acid production, main component of phosphor fertilizers. The phosphogypsum is generated in large scale, causing serious problems of storage. Restriction of environment laws and the increasing cost of the area needed for the phosphogypsum storage have stimulated researches to this material application. Among these researches, there is the reutilization of this waste as construction material of road bases and sub-bases. The samples of theses mixtures were submitted to tests of unconfined compressive strength, indirect tensile strength and California bearing ratio. In the tests of unconfined compressive strength and indirect tensile strength, the specimens were submitted to two test conditions: without immersion and with immersion in water for four hours. It was used 0%, 3%, 5%, 7% e 10% of lime in the mixtures. All specimens were compacted in the energy modified Proctor. Each specimens get through to a process of curing time of the 0, 3, 7 and 28 days. For each condition test 4 copies were molded and the result got by the statistic method of GRUBBS. With this tests, it was concluded that higher values of time of cure and the line content led to higher strength and stiffness values. Besides, test performed after immersion in water presented strength values for the unconfined compressive, diametral compression strength and stiffness lower than those obtained without immersion. It also can be observed that phosphogypsum and lime mixtures got better results of unconfined compressive strength and diametral compression strength than soil and lime mixtures. However, phosphogypsum and cement mixtures got better results of strength and stiffness than phosphogypsum and lime mixtures.

O fertilizante fosfatado brasileiro é obtido pela reação por via úmida da rocha fosfática de origem ígnea com ácido sulfúrico concentrado, obtendo como produto final, o ácido fosfórico e como resíduo, o fosfogesso, que é estocado em pilhas, a céu aberto, junto às instalações produtoras. Parte do fosfogesso vem sendo utilizada na agricultura como condicionador de solos, devido a sua alta solubilidade, podendo melhorar a estrutura do solo, reduzir a erosão do solo, aumentar os níveis de enxofre e fósforo disponíveis e melhorar a composição dos fertilizantes. Mas a presença de radionuclídeos e metais no fosfogesso impõem restrições sobre o uso na agricultura. Para garantir uma utilização segura, é importante estimar a lixiviação dos radionuclídeos e metais presente no fosfogesso. O objetivo deste trabalho foi estudar a disponibilidade dos radionuclídeos relevantes do ponto de vista radiológico (238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb e 210Po) e dos metais (As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg e Pb) presentes no fosfogesso de procedência brasileira, levando em consideração sua aplicação em solo agricultável. Para esta finalidade, foi desenvolvido um protocolo experimental em escala de laboratório, no qual colunas foram preenchidas com misturas de solos arenosos e argilosos típicos brasileiros condicionados com fosfogesso. A essas colunas foi adicionada água, a fim de se alcançar uma extração branda desses elementos. Foi implantado um procedimento analítico para a determinação sequencial dos radionuclídeos de interesse na solução obtida na lixiviação. As frações disponíveis foram obtidas utilizando-se a razão entre as concentrações dos radionuclídeos no lixiviado e as concentrações dos radionuclídeos nas amostras de solo, solo condicionado com fosfogesso e fosfogesso. Os valores de concentração dos radionuclídeos 238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb e 210Po obtidos no fosfogesso das duas procedências variaram de 86 Bq kg-1 a 352 Bq kg-1. As concentrações de 226Ra e 228Ra obtidas no fosfogesso ficaram abaixo do limite máximo permitido pela resolução da Comissão Nacional de Energia Nuclear, atendendo às condições necessárias para o seu uso na agricultura. Os resultados obtidos para os metais As, Cd, Cr, Ni, Pb, Se e Hg no fosfogesso foram inferiores ao limite máximo para condicionador de solo e para fertilizantes estabelecidos pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, atendendo às condições necessárias para o seu uso na agricultura. Os radionuclídeos 226Ra, 210Pb, 210Po e 228Ra apresentaram frações disponíveis nos solos e solos condicionados com fosfogesso variando de 0,05% a 1,2%; para o 238U e 232Th as frações disponíveis apresentaram valores inferiores a 0,05%. Os metais apresentaram frações disponíveis nos solos e solos condicionados com fosfogesso variando de 0,05% a 1,07%. Os resultados obtidos para a fração disponível de metais e radionuclídeos no solo condicionado com fosfogesso demostraram que mesmo utilizando concentrações de fosfogesso dez vezes acima da dose recomendada, a disponibilização foi desprezível. Pode-se concluir que a utilização do fosfogesso como condicionador de solos é viável, no que concerne a disponibilidade dos metais e radionuclídeos estudados. / The Brazilian phosphate fertilizer is obtained by wet reaction of the igneous phosphate rock with concentrated sulphuric acid, giving as final product, phosphoric acid, and dehydrated calcium sulphate (phosphogypsum) as by- product. The phosphogypsum is stored in stacks at open air. Part of this phosphogypsum has been used in agriculture as soil amendment, mainly due to the characteristics of CaSO4, which improves the root penetration in soil. It provides calcium in the soil depth, reduces the aluminium saturation, contributes to the deepening of the plant root system and favours the absorption of water and nutrients. However, the presence of radionuclides and metals put restrictions on the use of phosphogypsum in agriculture. To assure a safe application of phosphogypsum, it is important to estimate the lixiviation of radionuclides and metals present in phosphogypsum. The main objective of this thesis is to study the availability of natural radionuclides, important in terms of radiological protection (238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb and 210Po), and metals (As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg and Pb), present in the Brazilian phosphogypsum used in agriculture. For this purpose, an experimental protocol was conducted in the laboratory, in which columns filled with Brazilian typical sandy and clay soils and phosphogypsum were percolated with water, to achieve a mild extraction of these elements. The availability of the radionuclides and metals was evaluated by measuring the total concentration in the soil amended with phosphogypsum and the concentration in the leachate, to establish the ratio between the available fraction and the total one. An experimental procedure was established for the sequential determination of the radionuclides in the leachate. The concentration of the radionuclides 238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb and 210Po in phosphogypsum from the two provenances varied from 86 Bq kg-1 to 352 Bq kg-1. The concentration of the radionuclides 226Ra and 228Ra showed compliance with the limits adopted by Comissão Nacional de Energia Nuclear, for the safe use of phosphogypsum in agriculture. The concentration of As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg and Pb in phosphogypsum were below the limits adopted by Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, for the safe use of phosphogypsum in agriculture. The available fractions of the radionuclides 226Ra, 210Pb, 210Po and 228Ra in soils and soil amended with phosphogypsum varied from 0.05% to 1.2%. For 238U and 232Th, the available fractions were lower than 0.05%. The metals showed available fractions in soils and soil amended with phosphogypsum from 0.05% to 1.07%. The results obtained for the concentration of the radionuclides and metals in the available fractions were low; giving evidence that, even when these elements are present in the phosphogypsum, they do not contribute to an enhancement of their content in water. It can be concluded that the utilization of Brazilian phosphogypsum as soil amendment is viable, concerning the availability of the metals and radionuclides studied.

O fertilizante fosfatado brasileiro é obtido pela reação por via úmida da rocha fosfática de origem ígnea com ácido sulfúrico concentrado, obtendo como produto final, o ácido fosfórico e como resíduo, o fosfogesso, que é estocado em pilhas, a céu aberto, junto às instalações produtoras. Parte do fosfogesso vem sendo utilizada na agricultura como condicionador de solos, devido a sua alta solubilidade, podendo melhorar a estrutura do solo, reduzir a erosão do solo, aumentar os níveis de enxofre e fósforo disponíveis e melhorar a composição dos fertilizantes. Mas a presença de radionuclídeos e metais no fosfogesso impõem restrições sobre o uso na agricultura. Para garantir uma utilização segura, é importante estimar a lixiviação dos radionuclídeos e metais presente no fosfogesso. O objetivo deste trabalho foi estudar a disponibilidade dos radionuclídeos relevantes do ponto de vista radiológico (238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb e 210Po) e dos metais (As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg e Pb) presentes no fosfogesso de procedência brasileira, levando em consideração sua aplicação em solo agricultável. Para esta finalidade, foi desenvolvido um protocolo experimental em escala de laboratório, no qual colunas foram preenchidas com misturas de solos arenosos e argilosos típicos brasileiros condicionados com fosfogesso. A essas colunas foi adicionada água, a fim de se alcançar uma extração branda desses elementos. Foi implantado um procedimento analítico para a determinação sequencial dos radionuclídeos de interesse na solução obtida na lixiviação. As frações disponíveis foram obtidas utilizando-se a razão entre as concentrações dos radionuclídeos no lixiviado e as concentrações dos radionuclídeos nas amostras de solo, solo condicionado com fosfogesso e fosfogesso. Os valores de concentração dos radionuclídeos 238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb e 210Po obtidos no fosfogesso das duas procedências variaram de 86 Bq kg-1 a 352 Bq kg-1. As concentrações de 226Ra e 228Ra obtidas no fosfogesso ficaram abaixo do limite máximo permitido pela resolução da Comissão Nacional de Energia Nuclear, atendendo às condições necessárias para o seu uso na agricultura. Os resultados obtidos para os metais As, Cd, Cr, Ni, Pb, Se e Hg no fosfogesso foram inferiores ao limite máximo para condicionador de solo e para fertilizantes estabelecidos pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, atendendo às condições necessárias para o seu uso na agricultura. Os radionuclídeos 226Ra, 210Pb, 210Po e 228Ra apresentaram frações disponíveis nos solos e solos condicionados com fosfogesso variando de 0,05% a 1,2%; para o 238U e 232Th as frações disponíveis apresentaram valores inferiores a 0,05%. Os metais apresentaram frações disponíveis nos solos e solos condicionados com fosfogesso variando de 0,05% a 1,07%. Os resultados obtidos para a fração disponível de metais e radionuclídeos no solo condicionado com fosfogesso demostraram que mesmo utilizando concentrações de fosfogesso dez vezes acima da dose recomendada, a disponibilização foi desprezível. Pode-se concluir que a utilização do fosfogesso como condicionador de solos é viável, no que concerne a disponibilidade dos metais e radionuclídeos estudados. / The Brazilian phosphate fertilizer is obtained by wet reaction of the igneous phosphate rock with concentrated sulphuric acid, giving as final product, phosphoric acid, and dehydrated calcium sulphate (phosphogypsum) as by- product. The phosphogypsum is stored in stacks at open air. Part of this phosphogypsum has been used in agriculture as soil amendment, mainly due to the characteristics of CaSO4, which improves the root penetration in soil. It provides calcium in the soil depth, reduces the aluminium saturation, contributes to the deepening of the plant root system and favours the absorption of water and nutrients. However, the presence of radionuclides and metals put restrictions on the use of phosphogypsum in agriculture. To assure a safe application of phosphogypsum, it is important to estimate the lixiviation of radionuclides and metals present in phosphogypsum. The main objective of this thesis is to study the availability of natural radionuclides, important in terms of radiological protection (238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb and 210Po), and metals (As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg and Pb), present in the Brazilian phosphogypsum used in agriculture. For this purpose, an experimental protocol was conducted in the laboratory, in which columns filled with Brazilian typical sandy and clay soils and phosphogypsum were percolated with water, to achieve a mild extraction of these elements. The availability of the radionuclides and metals was evaluated by measuring the total concentration in the soil amended with phosphogypsum and the concentration in the leachate, to establish the ratio between the available fraction and the total one. An experimental procedure was established for the sequential determination of the radionuclides in the leachate. The concentration of the radionuclides 238U, 232Th, 226Ra, 228Ra, 210Pb and 210Po in phosphogypsum from the two provenances varied from 86 Bq kg-1 to 352 Bq kg-1. The concentration of the radionuclides 226Ra and 228Ra showed compliance with the limits adopted by Comissão Nacional de Energia Nuclear, for the safe use of phosphogypsum in agriculture. The concentration of As, Cd, Cr, Ni, Se, Hg and Pb in phosphogypsum were below the limits adopted by Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, for the safe use of phosphogypsum in agriculture. The available fractions of the radionuclides 226Ra, 210Pb, 210Po and 228Ra in soils and soil amended with phosphogypsum varied from 0.05% to 1.2%. For 238U and 232Th, the available fractions were lower than 0.05%. The metals showed available fractions in soils and soil amended with phosphogypsum from 0.05% to 1.07%. The results obtained for the concentration of the radionuclides and metals in the available fractions were low; giving evidence that, even when these elements are present in the phosphogypsum, they do not contribute to an enhancement of their content in water. It can be concluded that the utilization of Brazilian phosphogypsum as soil amendment is viable, concerning the availability of the metals and radionuclides studied.

Fosfogesso é um resíduo sólido poluente resultante da produção de ácido fosfórico, principal componente de fertilizantes fosfatados. Esse resíduo é gerado no mundo a uma taxa de 180 milhões de toneladas por ano, originando problemas sérios de armazenagem em vários países. As restrições de leis ambientais e o aumento do custo de espaço para a armazenagem do fosfogesso têm estimulado pesquisadores a encontrarem aplicações para este resíduo. Uma delas é a sua utilização como material de construção de bases rodoviárias. O objetivo principal deste trabalho é avaliar a influência do tipo de cimento Portland na resistência e deformabilidade das misturas de fosfogesso e cimento, com vistas à sua utilização em construção rodoviária. O comportamento mecânico foi analisado através de ensaios de compressão simples de corpos de prova compostos de fosfogesso e cimento, variando-se o tipo de cimento (CP III 40, CP V ARI e CP II-E 32), o teor de cimento (5%, 10% e 15%), a energia de compactação (normal e modificada), a condição de ensaio dos corpos de prova (sem imersão e após imersão em água por 4 horas) e o período de cura (1, 3, 7, 28, 84 e 210 dias). Realizou-se também uma comparação entre os desempenhos das misturas de fosfogesso e cimento e de solo-cimento. Os resultados mostram que o tipo de cimento não tem efeito predominante no comportamento da mistura, se comparado com os efeitos das outras variáveis. Entretanto, observou-se que, a longo prazo, os cimentos CP II-E 32 e CP V ARI, com teores elevados de aluminato tricálcico (C3A) em sua composição, 5% e 7,5%, respectivamente, conduzem à diminuição de resistência e rigidez da mistura; ao contrário do cimento CP III 40, com baixo teor de C3A, 2,4%, que forneceu, até os 210 dias, o aumento das mesmas. Além disto, o aumento do teor de cimento, da energia de compactação e do tempo de cura conduz ao crescimento, e a imersão dos corpos de prova em água a uma queda, da resistência e rigidez das misturas. No estudo comparativo, as misturas de fosfogesso e cimento apresentam resistência e rigidez, respectivamente, da ordem de ¼ e ½ da resistência e rigidez das misturas de solo-cimento. Finalmente, conclui-se que as misturas de fosfogesso e cimento têm potencial para serem usadas em construção rodoviária. / Phosphogypsum is a pollutant solid by-product resulting from the production of phosphoric acid, a major constituent of phosphate fertilizers. The annual worldwide production of this by-product is approximately 180 millions tons a year, causing serious problems in several countries due to its disposal. Environmental pressures as well as increased land costs associated with stockpiling phosphogypsum have stimulated researchers to find applications for this material. One of them is its use as road base material. The main objective of this research is to evaluate the influence of Portland cement type on the strength and deformability of cement-stabilized phosphogypsum mixtures for use in road construction. Thus the mechanical behavior of the mixtures was analyzed through unconfined compression testing of specimens composed by phosphogypsum and cement, varying the cement type (CP III 40, CP V ARI and CP II-E 32), the cement content (5%, 10% and 15%), the compaction energy (standard and modified Proctor), the testing conditions (without immersion and after immersion in water) and the curing time (1, 3, 7, 28, 84 and 210 days). A comparative study of performance between cement-stabilized phosphogypsum and cement-soil mixtures was also carried out. The laboratory results indicated the cement type has no significant effect in the mechanical behavior of the mixtures, if compared with the effects of the other parameters. However, it was observed in long-term periods that thecement types CP II-E 32 and CP V ARI, with 5% and 7,5% tricalcium aluminate (C3A) contents in their chemical composition, respectively, lead to decreasing strength and stiffness of the mixture; unlike the cement type CP III 40, with lower C3A content, 2,4%, that leads to increasing strength and stiffness of the mixture up to 210 day. In addition, the strength and stiffness of the mixtures increase with increasing cement content, compaction energy and curing period before testing, but decrease with immersion test condition. In the comparative study, the cement-stabilized phosphogypsum mixtures has strength and stiffness of about ¼ e ½ of the strength and stiffness of the cement-soil mixtures, respectively. Finally, it was concluded that the cement-stabilized phosphogypsum mixtures have potential application for road construction.

O fosfogesso é um resíduo da indústria de fertilizantes fosfatados que concentra radionuclídeos naturais. Neste trabalho foi estudada a taxa de exalação de 222Rn em placas e tijolos de fosfogesso, visando sua utilização na construção de residências. Para tanto, foram determinadas a taxa de exalação de 222Rn por meio da técnica da câmara de acumulação com detectores sólidos de traços nucleares (SSNTD) inseridos em uma câmara de difusão e a dose efetiva para um indivíduo habitando uma residência construída com esses materiais. A título de comparação foi também determinada a taxa de exalação teórica, por meio do modelo proposto pela UNSCEAR, a partir da concentração de 226Ra nas placas e tijolos de fosfogesso. A contribuição do revestimento na superfície dos materiais para a diminuição da taxa de exalação de radônio foi também avaliada. Foram estudados placas e tijolos fabricados com fosfogesso das empresas Bunge Fertilizantes, Ultrafertil e Fosfertil e tijolos fabricados com gesso comum. Os valores médios obtidos foram 0,19 0,06 Bq m-2 h-1, 1,3 0,3 Bq m-2 h-1 e 0,41 0,07 Bq m-2 h-1 para as placas fabricadas com fosfogesso proveniente das empresas Bunge, Ultrafertil e Fosfertil, respectivamente. Já para os tijolos de fosfogesso, os valores foram 0,11 0,01 Bq m-2 h-1, 1,2 0,6 Bq m-2 h-1, 0,47 0,15 Bq m-2 h-1, para o fosfogesso da Bunge, Ultrafertil e Fosfertil. O tijolo fabricado com gesso comum apresentou valor médio de 0,18 0,08 Bq m-2 h-1. As doses efetivas anuais para um indivíduo habitando uma residência construída como os tijolos ou placas de fosfogesso de qualquer uma das procedências ficaram abaixo do limite de dose efetiva para indivíduos do público de 1 mSva-1 estabelecido pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica. / Phosphogypsum is a waste of the fertilizer industry that concentrates radionuclides. In this work, the 222Rn exhalation rate from phosphogypsum paltes and blocks from different origins used at dwellings construction was studied. The 222Rn exhalation rate was determined through the accumulation chamber technique with solid state nuclear track detectors (SSNTD). The effective dose for an individual living in a residence built with phosphogypsum based materials was evaluated. It also was calculated the 222Rn exhalation rate through the UNSCEAR model, from the 226Ra concentration in the materials, in order to compare the experimental results. It was evaluated the contribution of building component (paint) to the reduction of 222Rn exhalation rate. The plates and blocks were manufactured with phosphogypsum from Bunge Fertilizantes, Ultrafertil and Fosfertil. Blocks manufactured with ordinary gypsum was also evaluated. The average results obtained were 0.19 ± 0.06 Bq m-2 h-1, 1.3 ± 0.3 Bq m-2 h-1 and 0.41 ± 0.07 Bq m-2 h-1for plates manufactured with phosphogypsum from Bunge Fertilizer, Ultrafertil and Fosfertil, respectively. For the phosphogypsum blocks the values were 0.11 ± 0.01 Bq m-2 h-1, 1.2 ± 0.6 Bq m-2 h-1, 0.47 ± 0.15 Bq m-2 h-1, for Bunge, Ultrafertil and Fosfertil. The blocks manufactured with ordinary gypsum presented average value of 0.18 ± 0.08 Bq m-2 h-1. All phosphogypsum plates and blocks evaluated in this study presented effective dose for radon inhalation lower than the recommended value of 1mSv y1, the annual effective dose limit for public exposure by International Commission on Radiological Protection.

O fosfogesso é um resíduo da indústria de fertilizantes fosfatados que concentra radionuclídeos naturais. Neste trabalho foi estudada a taxa de exalação de 222Rn em placas e tijolos de fosfogesso, visando sua utilização na construção de residências. Para tanto, foram determinadas a taxa de exalação de 222Rn por meio da técnica da câmara de acumulação com detectores sólidos de traços nucleares (SSNTD) inseridos em uma câmara de difusão e a dose efetiva para um indivíduo habitando uma residência construída com esses materiais. A título de comparação foi também determinada a taxa de exalação teórica, por meio do modelo proposto pela UNSCEAR, a partir da concentração de 226Ra nas placas e tijolos de fosfogesso. A contribuição do revestimento na superfície dos materiais para a diminuição da taxa de exalação de radônio foi também avaliada. Foram estudados placas e tijolos fabricados com fosfogesso das empresas Bunge Fertilizantes, Ultrafertil e Fosfertil e tijolos fabricados com gesso comum. Os valores médios obtidos foram 0,19 0,06 Bq m-2 h-1, 1,3 0,3 Bq m-2 h-1 e 0,41 0,07 Bq m-2 h-1 para as placas fabricadas com fosfogesso proveniente das empresas Bunge, Ultrafertil e Fosfertil, respectivamente. Já para os tijolos de fosfogesso, os valores foram 0,11 0,01 Bq m-2 h-1, 1,2 0,6 Bq m-2 h-1, 0,47 0,15 Bq m-2 h-1, para o fosfogesso da Bunge, Ultrafertil e Fosfertil. O tijolo fabricado com gesso comum apresentou valor médio de 0,18 0,08 Bq m-2 h-1. As doses efetivas anuais para um indivíduo habitando uma residência construída como os tijolos ou placas de fosfogesso de qualquer uma das procedências ficaram abaixo do limite de dose efetiva para indivíduos do público de 1 mSva-1 estabelecido pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica. / Phosphogypsum is a waste of the fertilizer industry that concentrates radionuclides. In this work, the 222Rn exhalation rate from phosphogypsum paltes and blocks from different origins used at dwellings construction was studied. The 222Rn exhalation rate was determined through the accumulation chamber technique with solid state nuclear track detectors (SSNTD). The effective dose for an individual living in a residence built with phosphogypsum based materials was evaluated. It also was calculated the 222Rn exhalation rate through the UNSCEAR model, from the 226Ra concentration in the materials, in order to compare the experimental results. It was evaluated the contribution of building component (paint) to the reduction of 222Rn exhalation rate. The plates and blocks were manufactured with phosphogypsum from Bunge Fertilizantes, Ultrafertil and Fosfertil. Blocks manufactured with ordinary gypsum was also evaluated. The average results obtained were 0.19 ± 0.06 Bq m-2 h-1, 1.3 ± 0.3 Bq m-2 h-1 and 0.41 ± 0.07 Bq m-2 h-1for plates manufactured with phosphogypsum from Bunge Fertilizer, Ultrafertil and Fosfertil, respectively. For the phosphogypsum blocks the values were 0.11 ± 0.01 Bq m-2 h-1, 1.2 ± 0.6 Bq m-2 h-1, 0.47 ± 0.15 Bq m-2 h-1, for Bunge, Ultrafertil and Fosfertil. The blocks manufactured with ordinary gypsum presented average value of 0.18 ± 0.08 Bq m-2 h-1. All phosphogypsum plates and blocks evaluated in this study presented effective dose for radon inhalation lower than the recommended value of 1mSv y1, the annual effective dose limit for public exposure by International Commission on Radiological Protection.

O fosfogesso (FG), um subproduto da indústria de fosfato, é classificado como Material Radioativo de Ocorrência Natural Tecnologicamente Aumentado (TENORM) ou como um resíduo NORM. Ele é obtido durante o ataque da rocha fosfática com ácido sulfúrico para a produção de ácido fosfórico. O FG apresenta em sua composição radionuclídeos das séries de decaimento natural do U e Th: principalmente 226Ra, 228Ra, 232Th, 210Pb e 210Po. Os produtores brasileiros estocam o FG em pilhas secas, o que representa riscos para o meio ambiente. Sendo assim, estudos foram realizados para avaliar meios de sua reutilização. Uma possível solução para este problema é o emprego do FG na agricultura como um condicionador do solo. A entidade reguladora brasileira (CNEN) estabeleceu limites de isenção para o uso de FG na agricultura ou na indústria cimenteira: a concentração de atividade de 226Ra e 228Ra deve ser inferior a 1 Bq g-1. No entanto, para a sua aplicação segura, ainda é necessário assegurar que os radionuclídeos presentes no PG não estarão disponíveis para o ambiente. Este estudo tem como objetivo verificar a disponibilidade de 238U e 232Th em amostras de solos com FG através de percolação com água, por meio do cálculo da fração disponível. Esta fração foi obtida pela relação entre a concentração dos radionuclídeos no lixiviado (pelo emprego de um procedimento radioquímico adaptado, publicado pela Agência Internacional de Energia Atômica - IAEA) sobre a concentração total das amostras (obtida por Análise por Ativação com Nêutrons Instrumental e espectrometria gama). Os resultados demonstraram que a fração disponível dos radionuclídeos foi em todos os casos inferior a 0,2%. Isto indica que a utilização de fosfogesso como insumo agrícola não contribui para o aumento da disponibilidade de 238U e 232Th na água de lixiviação. / Phosphogypsum (PG), a byproduct of the phosphate industry, is classified as Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material (TENORM) or as a NORM waste. It is obtained during the attack of the phosphate rock with sulphuric acid for the production of phosphoric acid. PG presents in its composition radionuclides of the natural U and Th decay series: mainly 226Ra, 228Ra, 232Th, 210Pb and 210Po. The Brazilian producers stock the PG in dry stacks, posing risks to the surrounding environment. Therefore, several studies were undertaken to evaluate viable ways of its reuse. One possible solution to this problem is to reuse PG in agriculture as a soil conditioner. The Brazilian regulatory body (CNEN) established exemption limits for the use of PG in agriculture or cement industry: the 226Ra and 228Ra activity concentration should be below 1.0 Bq g-1. However, for its safe application, it is still necessary to ensure that the radionuclides present in the PG will not be available to the environment. This study aims to determine the availability of 238U and 232Th in samples of soils amended with PG through percolation with water, by calculating the available fraction. This fraction was obtained by the ratio of the concentration of the radionuclides in the leachate (by a radiochemical procedure based on a publication from International Atomic Energy Agency - IAEA) over the total concentration in the samples (by Instrumental Neutron Activation Analysis and gamma spectrometry). The results demonstrated that the available fraction of the radionuclides were in all cases lower than 0.2%. This indicates that the use of phosphogypsum as agricultural input does not contribute to increase the availability of 238U and 232Th to the leaching water.

Fosfogesso é um resíduo sólido poluente resultante da produção de ácido fosfórico, principal componente de fertilizantes fosfatados. Esse resíduo é gerado no mundo a uma taxa de 180 milhões de toneladas por ano, originando problemas sérios de armazenagem em vários países. As restrições de leis ambientais e o aumento do custo de espaço para a armazenagem do fosfogesso têm estimulado pesquisadores a encontrarem aplicações para este resíduo. Uma delas é a sua utilização como material de construção de bases rodoviárias. O objetivo principal deste trabalho é avaliar a influência do tipo de cimento Portland na resistência e deformabilidade das misturas de fosfogesso e cimento, com vistas à sua utilização em construção rodoviária. O comportamento mecânico foi analisado através de ensaios de compressão simples de corpos de prova compostos de fosfogesso e cimento, variando-se o tipo de cimento (CP III 40, CP V ARI e CP II-E 32), o teor de cimento (5%, 10% e 15%), a energia de compactação (normal e modificada), a condição de ensaio dos corpos de prova (sem imersão e após imersão em água por 4 horas) e o período de cura (1, 3, 7, 28, 84 e 210 dias). Realizou-se também uma comparação entre os desempenhos das misturas de fosfogesso e cimento e de solo-cimento. Os resultados mostram que o tipo de cimento não tem efeito predominante no comportamento da mistura, se comparado com os efeitos das outras variáveis. Entretanto, observou-se que, a longo prazo, os cimentos CP II-E 32 e CP V ARI, com teores elevados de aluminato tricálcico (C3A) em sua composição, 5% e 7,5%, respectivamente, conduzem à diminuição de resistência e rigidez da mistura; ao contrário do cimento CP III 40, com baixo teor de C3A, 2,4%, que forneceu, até os 210 dias, o aumento das mesmas. Além disto, o aumento do teor de cimento, da energia de compactação e do tempo de cura conduz ao crescimento, e a imersão dos corpos de prova em água a uma queda, da resistência e rigidez das misturas. No estudo comparativo, as misturas de fosfogesso e cimento apresentam resistência e rigidez, respectivamente, da ordem de ¼ e ½ da resistência e rigidez das misturas de solo-cimento. Finalmente, conclui-se que as misturas de fosfogesso e cimento têm potencial para serem usadas em construção rodoviária. / Phosphogypsum is a pollutant solid by-product resulting from the production of phosphoric acid, a major constituent of phosphate fertilizers. The annual worldwide production of this by-product is approximately 180 millions tons a year, causing serious problems in several countries due to its disposal. Environmental pressures as well as increased land costs associated with stockpiling phosphogypsum have stimulated researchers to find applications for this material. One of them is its use as road base material. The main objective of this research is to evaluate the influence of Portland cement type on the strength and deformability of cement-stabilized phosphogypsum mixtures for use in road construction. Thus the mechanical behavior of the mixtures was analyzed through unconfined compression testing of specimens composed by phosphogypsum and cement, varying the cement type (CP III 40, CP V ARI and CP II-E 32), the cement content (5%, 10% and 15%), the compaction energy (standard and modified Proctor), the testing conditions (without immersion and after immersion in water) and the curing time (1, 3, 7, 28, 84 and 210 days). A comparative study of performance between cement-stabilized phosphogypsum and cement-soil mixtures was also carried out. The laboratory results indicated the cement type has no significant effect in the mechanical behavior of the mixtures, if compared with the effects of the other parameters. However, it was observed in long-term periods that thecement types CP II-E 32 and CP V ARI, with 5% and 7,5% tricalcium aluminate (C3A) contents in their chemical composition, respectively, lead to decreasing strength and stiffness of the mixture; unlike the cement type CP III 40, with lower C3A content, 2,4%, that leads to increasing strength and stiffness of the mixture up to 210 day. In addition, the strength and stiffness of the mixtures increase with increasing cement content, compaction energy and curing period before testing, but decrease with immersion test condition. In the comparative study, the cement-stabilized phosphogypsum mixtures has strength and stiffness of about ¼ e ½ of the strength and stiffness of the cement-soil mixtures, respectively. Finally, it was concluded that the cement-stabilized phosphogypsum mixtures have potential application for road construction.