Please read the abstract in the front part of this document / Thesis (PhD (Chemistry))--University of Pretoria, 2007. / Chemistry / unrestricted

Fosfogesso é um resíduo sólido da produção de ácido fosfórico pelas indústrias de fertilizantes. A produção anual deste material no mundo é de cerca de 180 milhões de toneladas, e isto causa problemas com a sua armazenagem. O fosfogesso tem sido estudado para uso como material de construção de bases e sub-bases de pavimentos. O fosfogesso tem pouca durabilidade frente à ação da água quando sujeito somente à estabilização mecânica. O cimento Portland é então adicionado ao fosfogesso, resultando em misturas mais estáveis. A reação do aluminato tricálcico contido no cimento e dos sulfatos presentes no fosfogesso poderia conduzir à formação de cristais de etringita e à expansão subseqüente. O objetivo desta pesquisa é avaliar a influência do tipo de cimento na expansibilidade das misturas de fosfogesso e cimento para uso na construção de pavimentos. Analisou-se o comportamento expansivo de corpos de prova compactados com diferentes proporções de fosfogesso e cimento, variando-se o tipo de cimento, energia de compactação e período de cura. Para todos os cimentos usados nesta pesquisa, considerando-se o período de 84 dias de cura, a maior parte da expansão ocorreu nos primeiros 28 dias. A influência do tipo de cimento na expansão das misturas de fosfogesso e cimento é significante, mas o teor de aluminato tricálcico não é a única explicação para o comportamento de expansão observado neste estudo, visto que os resultados experimentais indicam que quantidades crescentes de aluminato tricálcico conduzem a menores expansões, fato que contraria a expectativa inicial desta pesquisa. / Phosphogypsum is a solid by-product resulting from the phosphoric acid process for manufacturing fertilizers. The annual worldwide production of this material is about 180 million de tons and it causes problems with its disposal. The phosphogypsum has been studied for use in pavement base and sub-base materials. Phosphogypsum has poor durability when subjected to mechanical stabilization only in wet conditions. The addition of stabilizing materials, such as Portland cement, is one method of overcoming this deficiency. The chemical reaction between tricalcium aluminate present in Portland cement and sulfate ions supplied by phosphogypsum could lead to the formation of ettringite and subsequent expansion. The objective of this research is to evaluate the influence of Portland cement type on the expansion of cement-stabilized phosphogypsum mixtures for use as pavement construction. The expansion behavior was analyzed through compacted specimens composed by different phosphogypsum and cement proportions, varying the cement type, compaction energy and curing period. For all cements used in this research, most of expansion occurred within the first 28 days in relation to the 84 days of curing. There is a significant influence of cement type on the expansion of the cement-stabilized phosphogypsum mixtures, but the aluminate tricalcium content is not the only explanation for the expansion behavior observed in this study. The experimental results show that an increasing amount of tricalcium aluminate yields lower expansion, fact that thwarts the initial expectation of this research.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-07-05T17:43:12Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Adlliz Salgado.pdf: 1207262 bytes, checksum: 92b81817140d534259d580cdd9c338ff (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-05T17:43:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Adlliz Salgado.pdf: 1207262 bytes, checksum: 92b81817140d534259d580cdd9c338ff (MD5) Previous issue date: 2017-12-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O P é o nutriente que mais limita a produtividade agrícola no Brasil, devido ao material de origem dos solos brasileiros, pela forte interação do P com o solo e pela sua precipitação com compostos de Fe, Al e Ca, por esse motivo os adubos fosfatados tem sido utilizado em maiores quantidades comprometendo as reservas mundiais que vem diminuindo. Com isso, há necessidade de se aprimorar a eficiência do uso de P na agricultura e o uso de gesso pode ser uma alternativa, devido à presença em sua composição de P e ao favorecimento do crescimento radicular. Sendo assim o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito residual da aplicação de gesso na eficiência da adubação fosfatada para a sucessão trigo-soja em sistema plantio direto. O experimento foi instalado em outubro de 2013, no município de Ponta Grossa, em um Latossolo Vermelho distrófico típico, textura argilosa. O delineamento experimental empregado foi o de blocos ao acaso, em parcelas subdivididas, com três repetições. Nas parcelas (180 m2) foram aplicadas, no sulco de semeadura, nas safras de inverno e verão, quatro doses de P (0, 30, 60 e 90 kg P2O5 ha-1) na forma de superfosfato triplo (SFT) e, nas subparcelas (45 m2) foram empregadas quatro doses de gesso agrícola (0, 2, 4, 6 t ha-1), em outubro de 2013. A sucessão de culturas do experimento foi: trigo (2015) e soja (2015/2016), sendo avaliado o efeito residual de gesso agrícola após 33 meses de sua aplicação (outubro de 2013) e os efeitos das doses de P. As avaliações realizadas foram os atributos químicos do solo (pH, Al3+, Ca2+, Mg2+, K+, S-SO42- e P) nas camadas (0-10, 10-20, 20-40 e 40-60 cm de profundidade), e nas culturas do trigo (2015) e soja (2015/2016) foram avaliados: (diagnose foliar, extração, rendimento de grãos e o fator parcial de produtividade). O efeito residual de gesso agrícola na superfície e a adubação fosfatada no sulco de semeadura ocasionaram melhoria nos atributos químicos do solo, sendo que o incremento das doses de P ocasionaram aumento de P (0-20 cm), SO42- (20-40 cm), Ca2+ e K+ (40-60 cm) e diminuição de P (20-40 cm), SO42- (0-10 cm) e Mg2+ (40-60 cm). O efeito residual do gesso agrícola ocasionou aumento de Ca2+ (0-60 cm), P (0-20 cm), SO42- (10-60 cm) e K+ (40-60 cm), e diminuição de Al3+ (10-20 cm). Na cultura do trigo, o incremento das doses de P aumentaram o teor foliar de P, Ca e S e diminuiu a extração de Fe, já com o incremento de gesso ocorreu aumento do teor foliar de Ca e S e diminuição do teor de Mg, e aumento da extração de P, S e Cu. Na cultura da soja o incremento das doses de P e de gesso não ocasionaram diferenças estatísticas na diagnose da cultura, já para a extração da planta, houve aumento da extração de K, Fe, Mn e Zn com o incremento das doses de P, e aumento na extração de P, Ca, S e Fe com o incremento das doses de gesso. Para o rendimento de grãos o aumento das doses de P não foram eficientes para aumentar a produtividade das culturas de trigo e soja, já o incremento das doses de gesso foi eficiente somente para a cultura do trigo aumentando em 21,8% o rendimento de grãos. O incremento nas doses de P aplicadas aumentou o fator parcial de produtividade de P (FPPP) nas culturas de trigo e soja, quando a menor dose de P (30 kg ha-1) foi aplicada. O efeito residual do gesso no aumento da produtividade de trigo não foi ocasionado por melhoria na eficiência de utilização de P pelas plantas. / P is the nutrient, which most limits agricultural productivity in Brazil, due to the material from Brazilian soils, because of the strong interaction of P with soil, and its precipitation with compounds Fe, Al and Ca, for this reason, phosphate fertilization has been utilized in larger quantities, compromising world supplies, which have been diminishing. Therefore, it is necessary to improve the efficiency of the utilization of P in agriculture, and the utilization of gypsum may be an alternative, due to the presence of P in its composition and the favoring of root growth. Thus, this paper is aimed at evaluating residual effect of gypsum application in the efficiency of phosphate fertilization for the succession wheat-soybean in no tillage system. The experiment was installed in October 2013, in the municipality of Ponta Grossa, in a typical dystrophic Red Latosol, clay texture. The experimental delineation applied was the blocks by chance, in subdivided parcels, with three repetitions. In the (180 m2) parcels, four doses of P (0, 30, 60 and 90 kg P2O5 ha-1) were applied, in-furrow, for winter and summer harvests, in the form of Triple SuperPhosphate (TSP) and, in the (45 m2) subparcels, four doses of agricultural gypsum were applied (0, 2, 4, 6 t ha-1), in October of 2013. The succession of crops for the experiment was: wheat (2015) and soybean (2015/2016), residual effect of agricultural gypsum was evaluated 33 months after its application (October of 2013), along with the effects of P doses. The evaluations performed were about the chemical attributes of the soil (pH, Al3+, Ca2+, Mg2+, K+, S-SO42- and P) in layers (0-10, 10-20, 20-40 and 40-60 cm deep) in wheat crops (2015), and in soybean crops (2015/2016); foliar diagnosis, extraction, grain yield, and the partial factor productivity were evaluated. The residual effect of agricultural gypsum in the surface and phosphate fertilization in-furrow caused improvements to the chemical attributes of the soil, where the addition of P doses caused an increase of P (0-20 cm), SO42- (20-40 cm), Ca2+ and K+ (40-60 cm) and a decrease of P (20-40 cm), SO42- (0-10 cm) and Mg2+ (40-60 cm). The residual effect of agricultural gypsum caused an increase of Ca2+ (0-60 cm), P (0-20 cm), SO42- (10-60 cm) and K+ (40-60 cm), and a decrease of Al3+ (10-20 cm). In wheat crops, the addition of P doses increased the foliar content of P, Ca and S, and decreased the extraction of Fe, on the other hand with the addition of gypsum an increase of Ca and S foliar content occurred and a decrease of Mg content, and an increase of P, S and Cu extraction. In soybean crops, the addition of P doses and gypsum caused statistical differences in the crop diagnosis, and then again, for the extraction of the plant, there was an increase of K, Fe, Mn and Zn extraction with the addition of P doses, and an increase of P, Ca, S and Fe extraction with the addition of gypsum doses. For grain yield, the increase of P doses were not efficient to boost productivity in wheat and soybean crops, as for the addition of gypsum doses, it was only efficient for wheat crops with a 21,8% increase of grain yield. The addition in applied P doses increased the partial factor productivity (PFP) of P in wheat and soybean crops, when the lowest dose of P (30 kg ha-1) was applied. The residual effect of gypsum in the increase of wheat productivity did not happen because of improvements in the efficiency of P usage by plants.

Baigiamajame magistro darbe nagrinėjamas ką tik nuo atliekų šalinimo konvejerio nuimtas, neatvėsęs ir nesusihidratavęs ekstrakcinis pushidratis fosfogipsas. Tai pati gausiausia mineralinė atlieka, kurios sąvartynai sparčiai auga, o panaudojimas lig šiol nėra išspręstas. AB “Lifosa” kasmet į sąvartynus šalina daugiau kaip 1 mln. tonų E-PG, o su kiekviena tona prarandama apie 160 kWh jame akumuliuotos atliekinės energijos. Todėl būtina ieškoti efektyvių būdų jam perdirbti neleidžiant sunykti atliekinei energijai. Tokio pavidalo, kokio fosfogipsas šalinamas į sąvartynus, jis negali būti naudojamas statyboje dėl jame esančių priemaišų (nesureagavęs apatitas, H3PO4 ir H2SO4 likučiai, CaS, geležies, aliuminio druskos). Dėl šių priemaišų poveikio fosfogipso bandiniai labai lėtai kietėja ir pasižymi nedideliu tankiu ir stipriu, dideliu vandens įgeriamumu. Darbe pasiūlytas ir išbandytas mechaninės aktyvacijos būdas, neleidžiantis pushidračiame fosfogipse akumuliuotai atliekinei energijai sunykti. Nustatyta, kad tiek neaktyvuoto, tiek aktyvuoto fosfogipso bandinių stipriai mažai priklauso nuo išlaikymo trukmės, o bandinių, suformuotų iš gipscemenčio stipriai pastebimai didėja. Vandens poveikis skirtingos formavimo masių sudėčių bandiniams yra nevienodas: fosfogipso bandiniai prarado pradinę formą ir iš dalies arba visiškai stiprį, tuo tarpu gipscemenčio bandinių forma nepakito, o stipris sumažėjo nežymiai. Analizuojant kietėjimo deformacijų duomenis, matyti, kad kietėjimo deformacijos... [toliau žr. visą tekstą] / The main magistracy final work motivation and aims: The main goal was to implementation a pilot project for use of surplus energy accumulated in E-PG. Phosphogypsum is one of the most abundant mineral waste materials, the use of which is solved fully up to the present time. In spite of the fact, that there are tens of millions of tons of phosphogypsum accumulated in stacks, an additional million tons of E-PG is added each year. Due to the fact, that during the phosphoric acid production process from apatite phosphogypsum is formed in the hemi hydrate state (CaSO4  1/2 H2O) similarly like construction gypsum, therefore it could be used in construction work as a gypsum binding material. However the acids present in the E-PG compositions block the hydratation and hardening processes. Various technological solutions such as washing out the soluble admixtures or neutralization with slaked lime suspensions increase the energy expenditures substantially. Energy requirements then increase by almost two times to produce a gypsum binding material in comparison to when natural gypsum materials are used. Correspondingly the energy costs increase and pollutant emissions into the environment. Taking into account these conditions, we investigated the E-PG properties when mechanical activation method was used. It allows obtaining chemically active formation mixtures with out using fuel or other sources of heat energy. However from a technological point of view, if we store E-PG for longer... [to full text]

CAPES / Os cimentos supersulfatados (CSS) são constituídos basicamente de até 90% escória de alto forno, de 10-20% de uma fonte de sulfato de cálcio e uma pequena quantidade de ativador alcalino, regido pela normativa europeia EN 15743/2010. Devido a isso são considerados “cimentos verdes”, de baixo impacto ambiental. O sulfato de cálcio utilizada na elaboração de CSS pode ser obtida a partir de fontes naturais, tais como a gipsita ou a partir de fontes alternativas (subprodutos industriais), tais como o fosfogesso. O fosfogesso é um subproduto da indústria de fertilizantes, utilizado na produção de ácido fosfórico. Neste processo, a rocha fosfática é tratada com ácido sulfúrico, obtendo como produto principal o ácido fosfórico (H3PO4), fosfogesso e uma pequena quantidade de ácido fluorídrico. A composição química do fosfogesso é basicamente sulfato de cálcio di-hidratado (CaSO4.2H2O), similar a gipsita, devido a isso pode ser empregada neste tipo de cimento. Para tanto, estudos comprovam que o uso da fonte de sulfato de cálcio anidra propicia um melhor desempenho do CSS. Para que se torne anidro é necessária a calcinação do fosfogesso, removendo as moléculas de água de sua composição. A disponibilidade da fonte de sulfato de cálcio para reagir com a escória é dependente da sua solubilidade que está diretamente relacionada com a sua temperatura de calcinação. A solubilidade do fosfogesso anidro diminui com o aumento da temperatura de calcinação. Neste estudo investigou-se o desempenho de CSS a partir da influência causada pela temperatura de calcinação do fosfogesso. Foram elaboradas amostras com 10 e 20% de fosfogesso calcinado à 350 e 650 °C, utilizando como ativador alcalino o KOH, em três teores diferente (0,2, 0,5 e 0,8%). As argamassas contendo o fosfogesso calcinado em ambas as temperaturas (350 e 650 °C) e em todas as proporções apresentaram os valores mínimos exigidos pela EN 15743/2010 aos 7 e 28 dias de hidratação. Em geral o CSS contendo 10% de fosfogesso mostrou ligeiramente melhores resultados de resistência à compressão, utilizando uma menor temperatura de calcinação (350°C) e todas as idades de cura. Os CSS contendo 20% de fosfogesso calcinado à 650 °C apresentam uma resistência à compressão satisfatória até 28 dias de hidratação, porém em idades tardias (56 e 90 dias) a resistência sofre uma queda brusca. Isto indica que a temperatura de calcinação do fosfogesso causa forte influência no desempenho dos CSS. / The supersulfated cement (CSS) basically consist of up to 90% blast furnace slag, 10-20% of a source of calcium sulfate and a small amount of alkali activator, covered by European standard EN 15743/2010. Because of this SSC are considered "green cement" low environmental impact. The source of calcium sulfate used in the preparation of CSS can be obtained from natural sources, such as gypsum or from alternative sources (industrial products), such as phosphogypsum. The phosphogypsum is a by-product of the fertilizer industry, used in the production of phosphoric acid. In this process the phosphate rock is treated with sulfuric acid to give as the major product phosphoric acid (H3PO4), gypsum and a small amount of hydrofluoric acid. The chemical composition of gypsum is basically calcium sulfate dihydrate (CaSO4.2H2O), similar to gypsum, because it can be used in this type of cement. To become anhydrous, the calcination of gypsum is necessary. The availability of the source of calcium sulfate to react with the slag is dependent on its solubility that is directly related to its calcination temperature. The solubility of the anhydrous gypsum decreases with increasing calcination temperature. This study investigated the influence of temperature of calcination of phosphogypsum on the performance of CSS. Samples were prepared with 10 and 20% of phosphogypsum calcinated at 350 to 650 ° C using KOH as an alkaline activator at three different concentrations (0.2, 0.5 and 0.8%). The results showed that all mortars presented the minimum values required by EN 15743/2010 for 7 and 28 days of hydration. In general CSS containing 10% phosphogypsum showed slightly better compressive strength results using a lower calcination temperature (350 °C) and curing all ages. The CSS containing 20% of calcined gypsum at 650 °C exhibit satisfactory compressive strenght at 28 days of hydration, but at later ages (56 to 90 days) it strongly reduced. This indicates that the calcination temperature of phosphogypsum has a strong influence on the performance of the CSS.

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2018-06-22T19:42:32Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Lopes dos Santos - 2016 .pdf: 4251376 bytes, checksum: 76ce02aadab49051cfb47e627123aecc (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-06-27T11:16:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Thiago Lopes dos Santos - 2016 .pdf: 4251376 bytes, checksum: 76ce02aadab49051cfb47e627123aecc (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-27T11:16:18Z (GMT). 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The heat treatment of dehydrate gypsum (DH) was carried out in the Goias state, thus obtaining the phosphogypsum (HH). Three mixtures were studied: Mixture S+HH (50% soil, 50% phosphogypsum HH); Mixture S+HH+CIM (50% soil, 41% phosphogypsum HH and 9% cement) and Mixture S+HH+CAL (50% soil, 44% phosphogypsum HH and 6% lime). Characterisation tests were conducted (utilising traditional methodology and the MCT methodology) and mechanical strength tests (unconfined compressive strength – UCS and resilient modulus – RM) to obtain parameters for use in paving. Deformability tests were also carried out, through consolidation tests, to evaluate the stabilisation of deformation of phosphogypsum HH over time, and stability when subjected to a load in the saturated and unsaturated conditions. In was studied the effect of bad weather conditions on the samples through resistance tests to the simple compression in samples exposed to the elements for up to 180 days. Scanning electron microscopy tests (SEM) were performed to understand the micro structural behaviour. In the samples that contained phosphogypsum HH there was greater UCS than the samples that contained only soil and mixtures with the same phosphogypsum DH proportions. The mixture S+HH+CIM obtained greater resistance and the mixtures S+HH+CAL and S+HH showed similar results, making the use of lime unnecessary. The RM, like the UCS showed better results for the mixture S+HH+CIM. With regards to deformability, mixture S+HH+CIM showed lower deformations than the other mixtures and a tendency towards stabilisation in unsaturated condition, contrary to mixtures S+HH and S+HH+CAL. During the evaluation of the effect of bad weather, mixture S+HH+CIM showed a 15% reduction of resistance through time, 25% resistance reduction for mixture S+HH+CAL and 50% for mixture S+HH. However, these values are still superior to mixtures using phosphogypsum DH used in past researches. When the microstructure of the samples were evaluated, they showed phosphogypsum DH transformed into HH; this behaviour was more consistent in the mixture S+HH. Finally it can be concluded that mixtures containing phosphogypsum HH are viable application in paving base layers. / O fosfogesso é gerado em grande quantidade a partir da produção do ácido fosfórico nas indústrias de adubos e fertilizantes fosfatados. Pesquisas mostram que o fosfogesso é viável de ser aplicado em áreas como construção civil, indústrias cimenteiras e no setor agrícola, porém em quantidades baixas. Na pavimentação o seu uso também é viável e diversos estudos foram realizados na Universidade Federal de Goiás (UFG) com esse intuito. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi realizar o estudo do uso do fosfogesso hemi-hidratado (HH) em misturas com solo, cimento e cal, a fim de viabilizar e ampliar sua utilização em pavimentação. Para tanto, foi realizado o tratamento térmico do fosfogesso di- hidratado (DH) produzido no estado de Goiás, obtendo assim o fosfogesso HH. Foram estudadas três misturas: Mistura S+HH, constituída de 50% solo e 50% de fosfogesso HH; Mistura S+HH+CIM, constituída de 50% solo, 41% de fosfogesso HH e 9% de cimento e Mistura S+HH+CAL, constituída de 50% solo, 44% de fosfogesso HH e 6% de cal. Foram realizados ensaios de caracterização (utilizando metodologias tradicionais e a metodologia MCT) e ensaios de resistência mecânica (resistência à compressão simples - RCS e módulo de resiliência - MR) para obtenção de parâmetros para aplicação em pavimentação. Foram feitos também ensaios de deformabilidade através de ensaios de adensamento, com propósito de avaliar as deformações do fosfogesso HH ao longo do tempo quando submetido a um carregamento nas condições saturadas e não saturadas. Por fim, foi estudado o efeito das intempéries nas amostras por meio de ensaios de resistência à compressão simples em amostras expostas às intempéries por até 180 dias. Ensaios de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram executados para auxiliar nas análises dos ensaios mencionados anteriormente a partir do comportamento microestrutural. Como resultados foi observado que as amostras contendo fosfogesso HH apresentaram RCS maiores que as amostras contendo apenas solo e misturas com as mesmas proporções de fosfogesso DH. A Mistura S+HH+CIM obteve maior resistência e as Misturas S+HH+CAL e S+HH apresentaram valores semelhantes, tornando-se desnecessário o uso da cal. O MR semelhantemente à RCS apresentou resultados melhores para a Mistura S+HH+CIM. Quanto à deformabilidade, a Mistura S+HH+CIM apresentou menores deformações que as demais misturas e uma tendência à estabilização, na condição não saturada, ao contrário das Misturas S+HH e S+HH+CAL. Ao avaliar o efeito das ações das intempéries, verificou-se redução de 15% da resistência ao longo do tempo da Mistura S+HH+CIM, de 25% para a Mistura S+HH+CAL e 50% para a Mistura S+HH. No entanto, esses valores ainda são superiores às misturas executadas com fosfogesso DH em pesquisas anteriores. A análise microestrutural mostra que, nesse caso, há transformação do fosfogesso DH em HH, sendo esse comportamento mais evidente na Mistura S+HH. Por fim, conclui-se que as misturas contendo fosfogesso HH podem ser viáveis de aplicação em camadas de base de pavimentação.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-03-29T12:49:05Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Kárita Christina Soares Kanaiama Alves - 2015.pdf: 6936934 bytes, checksum: ded492627f968f50b4e27aa48d4c9d22 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-03-29T12:50:59Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Kárita Christina Soares Kanaiama Alves - 2015.pdf: 6936934 bytes, checksum: ded492627f968f50b4e27aa48d4c9d22 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-29T12:50:59Z (GMT). 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In this context, the main objective of this work was the study of phosphogypsum subjected to heat treated (TT) in mixtures with tropical soil in order to enable and expand its use in geotechnical works. To that end, it made the thermal treatment of phosphogypsum, which promotes its dehydration. For definition of mixtures were carried out Atterberg limits, compaction and expansion tests in samples containing soil, phosphogypsum TT and cement. The choice was made so that if using the highest percentage of phosphogypsum TT, since the samples having greater or equal to 7 plasticity index and expansion less than 0.5%. From this mixture, four mixtures were defined with tropical soil, phosphogypsum TT or dihydrate (DH), with or without cement. Miniature compaction tests were carried out with wet curing times of 5min, 25min and 2h so check their influence on compaction parameters of mixtures. In the analysis of hydromechanical behaviour, were carried out expansion testing, mini-CBR, expansability, simple compression test, slaking test and permeability test. To complement the analysis, scanning electron microscopy images were made, as also energy dispersive spectroscopy and testing of X-ray diffraction. For the reactions of phosphogypsum TT in the presence of water, the study of its rehydration was conducted and analysed the implications in its hydromechanical behavior. From the results it was observed that occurs the formation of hemihydrate and anhydrous gypsum by thermal treatment, and the formation of hemihydrate occurs from 110°C. The dry unit weight of mixtures with phosphogypsum TT decreases with increase of wet cure time, which is related to the growth of gypsum crystals during the rehydration process. The hydro-mechanical behavior of the mixtures containing phosphogypsum TT is better than those with DH phosphogypsum, and although rehydration occurs, the resistance of these mixtures are still higher than for mixtures containing phosphogypsum DH not subject to saturation. The mixture of soil and phosphogypsum TT showed high resistance, even after being subjected to saturation, which suggests that the cement used is unnecessary. / O fosfogesso é um subproduto da produção de ácido fosfórico nas indústrias de adubos e fertilizantes fosfatados e sua composição química mais comum é a mesma do gesso natural (sulfato de cálcio diidratado). Devido às grandes quantidades produzidas diariamente são necessários estudos que viabilizem seu aproveitamento. Como resultados de pesquisas, o fosfogesso já é utilizado na pavimentação, na construção civil como matéria prima de blocos e placas, nas indústrias de cimento, de recuperação de enxofre e de produção de ácido sulfúrico, além de ser repassado sem processamento ao setor agrícola. Nesse contexto, o objetivo principal deste trabalho foi realizar o estudo do fosfogesso tratado termicamente (TT) em misturas com solo tropical, a fim de viabilizar e ampliar sua utilização em obras geotécnicas. Para tanto, foi feito o tratamento térmico do fosfogesso, o qual promove a sua desidratação. Para definição das misturas, foram realizados ensaios de limites de consistência, de compactação e de expansão em amostras contendo solo, fosfogesso TT e cimento. A escolha foi feita de modo que se utilizasse a maior porcentagem de fosfogesso TT, desde que os ensaios apresentassem índice de plasticidade maior ou igual a 7 e expansão inferior a 0,5%. A partir dessa mistura, foram definidas no total quatro misturas com solo tropical, fosfogesso TT ou diidratado (DH), com ou sem cimento. Foram realizados ensaios de compactação miniatura, com tempos de cura úmida de 5min, 25min e 2h de modo a verificar sua influência nos parâmetros de compactação das misturas. Na análise do comportamento hidromecânico, foram realizados os ensaios de expansão, mini-CBR, expansibilidade, resistência à compressão simples, desagregação e permeabilidade. Para complementação das análises, foram feitas imagens de microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva e ensaios de difração de raios X. Pelas reações do fosfogesso TT na presença de água, foi desenvolvido o estudo da reidratação do mesmo e as implicações no comportamento hidromecânico. Dos resultados foi possível observar que ocorre a formação do fosfogesso hemidratado e anidro pelo tratamento térmico, sendo que a formação do hemidratado ocorre a partir dos 110ºC. O tempo de cura úmida diminui o peso específico seco das misturas com fosfogesso TT, o que está relacionado ao crescimento de cristais de fosfogesso TT durante o seu processo de reidratação. O comportamento hidromecânico das misturas com fosfogesso TT é melhor do que o daquelas com o fosfogesso DH, e que, embora ocorra a reidratação, as resistências dessas misturas ainda são superiores aos das misturas com fosfogesso DH não submetidas à saturação. A mistura de solo e fosfogesso TT mostrou elevadas resistências, mesmo após ser submetida à saturação, o que sugere que o uso do cimento seja desnecessário.

Fosfogesso é um resíduo sólido da produção de ácido fosfórico pelas indústrias de fertilizantes. A produção anual deste material no mundo é de cerca de 180 milhões de toneladas, e isto causa problemas com a sua armazenagem. O fosfogesso tem sido estudado para uso como material de construção de bases e sub-bases de pavimentos. O fosfogesso tem pouca durabilidade frente à ação da água quando sujeito somente à estabilização mecânica. O cimento Portland é então adicionado ao fosfogesso, resultando em misturas mais estáveis. A reação do aluminato tricálcico contido no cimento e dos sulfatos presentes no fosfogesso poderia conduzir à formação de cristais de etringita e à expansão subseqüente. O objetivo desta pesquisa é avaliar a influência do tipo de cimento na expansibilidade das misturas de fosfogesso e cimento para uso na construção de pavimentos. Analisou-se o comportamento expansivo de corpos de prova compactados com diferentes proporções de fosfogesso e cimento, variando-se o tipo de cimento, energia de compactação e período de cura. Para todos os cimentos usados nesta pesquisa, considerando-se o período de 84 dias de cura, a maior parte da expansão ocorreu nos primeiros 28 dias. A influência do tipo de cimento na expansão das misturas de fosfogesso e cimento é significante, mas o teor de aluminato tricálcico não é a única explicação para o comportamento de expansão observado neste estudo, visto que os resultados experimentais indicam que quantidades crescentes de aluminato tricálcico conduzem a menores expansões, fato que contraria a expectativa inicial desta pesquisa. / Phosphogypsum is a solid by-product resulting from the phosphoric acid process for manufacturing fertilizers. The annual worldwide production of this material is about 180 million de tons and it causes problems with its disposal. The phosphogypsum has been studied for use in pavement base and sub-base materials. Phosphogypsum has poor durability when subjected to mechanical stabilization only in wet conditions. The addition of stabilizing materials, such as Portland cement, is one method of overcoming this deficiency. The chemical reaction between tricalcium aluminate present in Portland cement and sulfate ions supplied by phosphogypsum could lead to the formation of ettringite and subsequent expansion. The objective of this research is to evaluate the influence of Portland cement type on the expansion of cement-stabilized phosphogypsum mixtures for use as pavement construction. The expansion behavior was analyzed through compacted specimens composed by different phosphogypsum and cement proportions, varying the cement type, compaction energy and curing period. For all cements used in this research, most of expansion occurred within the first 28 days in relation to the 84 days of curing. There is a significant influence of cement type on the expansion of the cement-stabilized phosphogypsum mixtures, but the aluminate tricalcium content is not the only explanation for the expansion behavior observed in this study. The experimental results show that an increasing amount of tricalcium aluminate yields lower expansion, fact that thwarts the initial expectation of this research.

Made available in DSpace on 2017-07-25T19:29:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renato Zardo Filho.pdf: 15832288 bytes, checksum: e334707a14d42a6e9b7f1e5f0574d2ac (MD5) Previous issue date: 2012-11-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A considerably part of the high nitrogen (N) rates applied in corn is not absorbed due root growth restriction by subsoil acidity. Gypsum is able to improve conditions for root growth and lead to greater N uptake efficiency, increasing corn yield. Thus to evaluate the effect of gypsum and N on top dressing on soil chemical attributes, root growth , mineral nutrition and corn development under no-tillage system, two experiments were carried out on a dystrophic clayey Typic Hapludox at Middle-South of Paraná State, being one field and another in undisturbed soil columns. In the field experiment, four rates of gypsum (0, 5, 10 and 15 t ha-1) and three rates of N-NH4NO3 (60, 120 and 180 kg ha-1) were set up into 4 × 3 factorial design with three replications. On soil columns, two gypsum rates (0 and 10 t ha-1) and two rates of N-NH4NO3 (0 and 180 kg ha-1) were used in a 2 × 2 factorial design with five replicates. In both experiments, gypsum was applied on the surface, one week before sowing and 45 kg N ha-1 was applied at sowing. Were analyzed the changes in chemical soil properties, root development, nutrient uptake by corn in both experiments. On the field experiment were quantified the yield and efficiency in N use, and on the columns experiment the amount of N-NO3 - leaching was determined 45 days after the application of gypsum when the plants were cut off. On field experiment, gypsum increased levels of Ca2+, S-SO4 2- and P also decreased the exchangeable Al3+ level on subsoil layers. N rates raised up N-NO3 - levels throughout the soil profile and Ca2+ in 0,4-0,6 m. The increase in Ca2+ and S-SO4 2 levels on soil profile, as well the decrease on Al3+ saturation by gypsum application, improved plant root growth, and increased N, P, K, Ca, S, Zn and Mn extraction by maize, leading in increased corn grain yield. On top of that, gypsum rates improved N use efficiency by corn. In the soil columns experiment, gypsum and N application improved the plants roots to higher depths, which results in better plants dry matter and greater N, P, K, Ca, Mg, and S extraction. The amount of N-NO3 - leached on soil columns was higher when N was applied without gypsum. Gypsum application increased N uptake by plants due the root system increase and also increased of S-SO4 2-supply in soil, thus reducing the amount of N-NO3 - in the soil and leached. This results showed that gypsum use reduce losses of N-NO3 - leached by increasing N plants uptake, having as a result better N use efficiency contributing to higher corn yield sustainability. / Grande parte do nitrogênio (N) aplicado na cultura do milho não é absorvido devido à restrição no desenvolvimento do sistema radicular decorrente da acidez no subsolo. O gesso agrícola, por ter capacidade de melhorar o ambiente para o crescimento das raízes, pode aumentar a eficiência da absorção de N pelas plantas e a produtividade de grãos de milho. Com o objetivo de avaliar os efeitos da aplicação de gesso e de N em cobertura nos atributos químicos do solo, no crescimento de raízes, na nutrição mineral e na performance do milho cultivado em sistema plantio direto, foram realizados dois experimentos, sendo um no campo e outro em colunas indeformadas de solo, em um Latossolo Vermelho distrófico textura argilosa da região Centro-Sul do Paraná. No experimento de campo, quatro doses de gesso (0, 5, 10 e 15 t ha-1) e três de N-NH4NO3 em cobertura (60, 120 e 180 kg ha-1) foram combinadas em esquema fatorial 4 × 3, com três repetições. No experimento em colunas de solo, foram utilizadas duas doses de gesso (0 e 10 t ha-1) e duas doses de N-NH4NO3 (0 e 180 kg ha-1), em esquema fatorial 2 × 2, com cinco repetições. Nos dois experimentos, o gesso foi aplicado em superfície, uma semana antes da semeadura, e foram empregados 45 kg ha-1 de N na semeadura. Nos dois experimentos foram avaliadas as alterações nos atributos químicos do solo, no crescimento radicular e na absorção de nutrientes pelas plantas. A produtividade de grãos e a eficiência no uso do N foram avaliadas no experimento de campo, e a quantidade de N-NO3 - lixiviada aos 45 dias após a aplicação de gesso, no momento do corte das plantas, foi avaliada no experimento em colunas de solo. No campo, a aplicação de gesso elevou os teores de Ca2+, S-SO4 2- e P no solo, e reduziu a saturação por Al3+ nas camadas do subsolo. As doses de N em cobertura aumentaram o teor de N-NO3 - ao longo do perfil do solo e o teor de Ca2+ na camada de 0,4-0,6 m. O aumento na disponibilidade de Ca2+ e de S-SO4 2- no perfil do solo, bem como a redução na saturação por Al3+ no subsolo, com a adição de gesso, favoreceram o crescimento radicular do milho, a extração de N, P, K, Ca, S, Zn e Mn pelas plantas e a produtividade de grãos. Além disso, as doses de gesso melhoraram a eficiência no uso do N pelo milho. No estudo em colunas de solo, a aplicação de gesso e de N melhoraram o crescimento das raízes em profundidade. O maior crescimento radicular resultou em maior produção de matéria seca da parte aérea e maior extração de N, P, K, Ca, Mg e S pelas plantas. A quantidade de N-NO3 - lixiviada nas colunas de solo foi maior com a aplicação de N na ausência de gesso. A aplicação de gesso aumentou a absorção de N pelas plantas,proveniente da adubação nitrogenada, em decorrência de aumento no crescimento radicular e no teor de S-SO4 2- disponível no solo, reduzindo, com isso, a quantidade de N-NO3 - lixiviada. Os resultados mostraram que o uso de gesso minimiza as perdas de N-NO3 - por lixiviação por aumentar a absorção de N pelas plantas, ocasionando melhoria na eficiência da adubação nitrogenada e contribuindo para o aumento da sustentabilidade da produção de milho.

Esta dissertação apresenta os resultados de uma pesquisa cujo objetivo principal é avaliar o comportamento mecânico de misturas de solo-cimento e fosfogesso e cimento destinadas à construção de bases rodoviárias. O solo-cimento é um material de uso consolidado em pavimentação. Na composição das misturas de solo-cimento foram utilizados dois diferentes solos pertencentes a um mesmo grupo segundo as classificações HBR e USCS, mas considerados, respectivamente, de comportamento laterítico, segundo a classificação MCT. O fosfogesso é um resíduo sólido na produção de adubos, constituindo-se em um elemento agressivo ao meio ambiente devido a sua natureza ácida e por conter elementos radioativos e metais pesados. Por ser instável frente a ação da água, este material deverá ser estabilizado com cimento para uso em pavimentos. As amostras destas misturas foram submetidas a ensaios de compressão simples, compressão diametral e triaxiais cíclicos. Nos ensaios de compressão simples e compressão diametral, metade dos corpos de prova foi submetida a imersão prévia em água por quatro horas antes dos ensaios e a outra metade foi ensaiada sem imersão. Os corpos de prova com teores de 4, 7 e 10% foram compactados na energia normal de ensaio de Proctor e curados por 3, 7 e 28 dias. Para as misturas de fosfogesso e cimento foram utilizados apenas os teores de 7 e 10%. Observou-se que valores crescentes de tempo de cura e teor de cimento conduziram a maiores valores de resistência e rigidez. Ensaios realizados após imersão em água apresentaram valores de resistência à compressão diametral menores do que os obtidos sem imersão. Os resultados dos ensaios triaxiais cíclicos mostram o efeito predominante da tensão desvio no valor do módulo de resiliência quando comparado com o efeito da tensão de confinamento. Concluiu-se também que as misturas compostas de solo de comportamento laterítico apresentam melhor desempenho que as ) misturas compostas com solos de comportamento não laterítico. Comparando-se o desempenho mecânico das misturas de solo-cimento com o das misturas de fosfogesso e cimento, estas últimas apresentam resistência e rigidez significativamente menores. Entretanto, o desempenho das misturas de fosfogesso e cimento, principalmente no tocante à deformabilidade, é comparável ao de materiais empregados em pavimentação, como algumas bases estabilizadas granulometricamente de uso corrente. / This work presents the results of a research whose main objective is to evaluate the mechanical behavior of soil-cement and phosphogypsum and cement mixtures for the construction of road bases. The soil-cement is a traditional useful material in pavement construction. The in composition of the soil-cement mixtures were used. Two different soils with same HRB and USCS classifications, but considered, respectively, of lateritic and non-Iateritic behavior, according to the MCT classification. The phosphogypsum is a solid by-product of the fertilizers production, it\'s an aggressive element to the environment due to its acid nature and for containing radioactive elements and heavy metals. For being unstable in the presence of water, this material should be stabilized with cement for use in pavements. The samples of these mixtures were submitted to tests of unconfined compressive strength, diametral compression and cyclic triaxial loading test. In the tests of unconfined compressive strength and diametral compression, half of the specimens were submitted previous immersion in water for four hours before the test and the other half was tested without immersion. The specimens with cement content of 4, 7 and 10% were compacted using the normal energy of Proctor test and cured during 3, 7 and 28 days. For the phosphogypsum and cement mixtures were just used cement content of 7 and 10%. It was observed that higher values of time of cure and cement content led to higher strength and stiffness values. Tests performed after immersion in water presented strength values for the unconfined compressive and diametral compression strength than those obtained without immersion. The results of the cyclic triaxial loading test show the predominant effect of the deviateric stress in the value of the resilience modulus when compared with the effect of the confinement tension. It was also concluded that the mixtures composed with lateritic behavior soil presented better performance than mixtures composed with non lateritic behavior soil.Comparing the mechanical performance of the soil-cement mixtures with the one of the phosphogypsum and cement mixtures, the last one presents strength and stiffness signiflcantly lower. However, the performance of the phosphogypsum and cement mixtures, mainly concerning the deformability, is comparable to the performance of materials employed in paving, as some soil stabilized bases.