O minério de ferro produzido no complexo de Carajás traz consigo características mineralógicas que conferem um elevadíssimo teor de Fe em todas as suas frações granulométricas. Dessa forma, ao final da cadeia produtiva, tanto os produtos comerciais mais grosseiros quanto os finos contem cerca de 62% de Fe contido na sua composição. Importante destacar que em Carajás as fases no processamento desse minério são apenas para cominuição e classificação por tamanho. Não existem etapas de concentração e os produtos são diferenciados por suas respectivas curvas granulométricas: o “granulado” - mais grosseiro (> 13 mm), o “Sinter-Feed” (< 13 mm e > 0,5 mm) e o “pellet feed” (< 0,15 mm). Garantir a correta distribuição granulométrica da matéria prima é uma premissa de mercado. A ultima etapa da classificação é feita através de hidrociclones e gera um overflow ultrafino de altíssima superfície específica maior que 6.500 Blaine e com 45% até 95 % < 7 μm. E ainda possui um elevado teor de Fe - cerca de 62 %. Dessa forma os objetivos gerais dessa pesquisa buscaram a solução para essa oportunidade de recuperar e vender esses rejeitos. O estudo sugeriu através de ensaios com tecnologias capazes de desaguar os ultrafinos gerados para 9,00 % de umidade, que é o valor que permite a movimentação e o manuseio desses rejeitos, além de permitir sua incorporação na blendagem de produtos mais grossos. Desse modo, foram realizados experimentos em diversos laboratórios externos e em escala piloto na Usina de Carajás com amostras dos dois rejeitos ultrafinos das duas fases de hidrociclonagem: o natural e o moído. Ficou evidente que o equipamento tem de combinar necessariamente e de forma eficiente dois fatores essências ao desaguamento: elevadíssimas pressões e altas temperatura na operação desses ultrafinos. A produtividade atingida foi da ordem de 50 t/h x m² para o rejeito da hidrociclonagem do Sinter Feed e 40 t/h x m² para o rejeito dos hidrociclones da Moagem. / The Iron ore that is produced in Carajás mining complex brings mineralogical characteristics that give a very high Fe content in all its size fractions. Thus, at the end of the production chain both coarser and fine contains about 62% Fe contained in its composition. Importantly, in Carajás stages in the processing of this ore are for reduction and classification by size. There is thus no concentration steps and products are differentiated by their respective size distribution curves: the "grain" - coarser (> 13 mm), the "Sinter-Feed" (<13 mm and > 0.5 mm) and the "pellet feed" (<0.15 mm). Ensure proper particle size distribution of the raw material is a market premise. The last step of classification is made using hydrocyclones and generates an overflow ultrafine high specific surface area greater than 6.500 Blaine and with 45% to 95% <7 μm. And has a high Fe content - about 62%. The overall objectives of this research sought the solution to this opportunity to recover and sell these “tailings”. The study suggested by testing with technologies capable of flowing into the ultrathin generated to 9.00% of moisture, which is the value that allows movement and handling these wastes, and allows their incorporation into the blending of thicker products. Thus, experiments were carried out in several external laboratories and pilot-scale plant in the Carajás with samples of both ultrafine “tailings” of the two phases of hydrocycloning: the natural and the ground. It was evident that the equipment must necessarily match and two efficiently factors essences to dewatering: very high pressure and high temperature operation of these “tailings”. The productivity achieved was around 50 t/h x m² in reject of the Sinter Feed hydrocycloning and 40 t/h x m² to reject of the grinding hydrocyclones.

A indústria de pedras preciosas de Soledade/RS e região gera em seus processos de beneficiamento grande quantidade de rejeitos gemológicos, que acabam sendo depositados nos pátios das empresas, podendo causar danos ao meio ambiente. A gema de maior volume de beneficiamento na região é a ágata. Este trabalho propõe uma técnica para efetuar a reutilização de rejeitos oriundos do beneficiamento da ágata e transformá-los em matériaprima para a fabricação de objetos via impressão tridimensional a jato de tinta (3DP). Através da utilização de metodologia adequada para moagem e classificação dos rejeitos, foi possível obter pó com granulometria adequada ao processo. Foram efetuadas duas formulações de matéria-prima, utilizando o método de aglutinação orgânico, com material de ligação misturado ao pó e líquido de deposição reologicamente simples. Foram efetuados testes de bancada para interação entre o pó e o aglutinante, testes em equipamento de prototipagem rápida e confecção de corpos de prova, que mais tarde foram submetidos a medição e ensaios de resistência mecânica à flexão a 4 pontos. Das análises efetuadas, a primeira formulação não foi considerada satisfatória, pois teve grandes deformações durante a construção e manipulação e pós-tratamento. Já a segunda formulação alcançou a mesma resistência mecânica do material disponibilizado pelo fabricante, com coerência nas formas geométricas e desvios dimensionais reduzidos. Com a utilização desta nova matéria-prima, estima-se que o custo final de fabricação das peças seja reduzido em até 70%, viabilizando a utilização do processo por empresas de micro e pequeno porte. / The gem processing industries of Soledade/RS and region generate a large amount of waste which is eventually deposited in the companies’ grounds and may damage the environment. The gem with largest volume of processing in the region is the agate. This work is a review of the reuse of wastes of agate as raw materials for inkjet three-dimensional printing (3DP). Through the use of appropriate methodology for grinding and classification of waste it was possible to obtain powder with a particle size indicated to the process. Two formulations of raw material were made, using the organic binding method with the binder material mixed into the powder and using the deposition simple rheological liquid. Bench tests were performed for powder binder interaction, and equipment was used for produce of test specimens which were later subjected to measurement and testing of mechanical strength. Based on the analysis the first formulation was not considered acceptable as it had large deformations during construction, manipulation and post-treatment. The second formulation reached the same mechanical strength of the manufacturer material with consistency in geometric shapes and dimensional deviation. Using this new raw material the estimated final cost of parts manufacturing is reduced by 70% making the use of the process available to micro and small businesses.

A indústria de pedras preciosas de Soledade/RS e região gera em seus processos de beneficiamento grande quantidade de rejeitos gemológicos, que acabam sendo depositados nos pátios das empresas, podendo causar danos ao meio ambiente. A gema de maior volume de beneficiamento na região é a ágata. Este trabalho propõe uma técnica para efetuar a reutilização de rejeitos oriundos do beneficiamento da ágata e transformá-los em matériaprima para a fabricação de objetos via impressão tridimensional a jato de tinta (3DP). Através da utilização de metodologia adequada para moagem e classificação dos rejeitos, foi possível obter pó com granulometria adequada ao processo. Foram efetuadas duas formulações de matéria-prima, utilizando o método de aglutinação orgânico, com material de ligação misturado ao pó e líquido de deposição reologicamente simples. Foram efetuados testes de bancada para interação entre o pó e o aglutinante, testes em equipamento de prototipagem rápida e confecção de corpos de prova, que mais tarde foram submetidos a medição e ensaios de resistência mecânica à flexão a 4 pontos. Das análises efetuadas, a primeira formulação não foi considerada satisfatória, pois teve grandes deformações durante a construção e manipulação e pós-tratamento. Já a segunda formulação alcançou a mesma resistência mecânica do material disponibilizado pelo fabricante, com coerência nas formas geométricas e desvios dimensionais reduzidos. Com a utilização desta nova matéria-prima, estima-se que o custo final de fabricação das peças seja reduzido em até 70%, viabilizando a utilização do processo por empresas de micro e pequeno porte. / The gem processing industries of Soledade/RS and region generate a large amount of waste which is eventually deposited in the companies’ grounds and may damage the environment. The gem with largest volume of processing in the region is the agate. This work is a review of the reuse of wastes of agate as raw materials for inkjet three-dimensional printing (3DP). Through the use of appropriate methodology for grinding and classification of waste it was possible to obtain powder with a particle size indicated to the process. Two formulations of raw material were made, using the organic binding method with the binder material mixed into the powder and using the deposition simple rheological liquid. Bench tests were performed for powder binder interaction, and equipment was used for produce of test specimens which were later subjected to measurement and testing of mechanical strength. Based on the analysis the first formulation was not considered acceptable as it had large deformations during construction, manipulation and post-treatment. The second formulation reached the same mechanical strength of the manufacturer material with consistency in geometric shapes and dimensional deviation. Using this new raw material the estimated final cost of parts manufacturing is reduced by 70% making the use of the process available to micro and small businesses.

O minério de ferro produzido no complexo de Carajás traz consigo características mineralógicas que conferem um elevadíssimo teor de Fe em todas as suas frações granulométricas. Dessa forma, ao final da cadeia produtiva, tanto os produtos comerciais mais grosseiros quanto os finos contem cerca de 62% de Fe contido na sua composição. Importante destacar que em Carajás as fases no processamento desse minério são apenas para cominuição e classificação por tamanho. Não existem etapas de concentração e os produtos são diferenciados por suas respectivas curvas granulométricas: o “granulado” - mais grosseiro (> 13 mm), o “Sinter-Feed” (< 13 mm e > 0,5 mm) e o “pellet feed” (< 0,15 mm). Garantir a correta distribuição granulométrica da matéria prima é uma premissa de mercado. A ultima etapa da classificação é feita através de hidrociclones e gera um overflow ultrafino de altíssima superfície específica maior que 6.500 Blaine e com 45% até 95 % < 7 μm. E ainda possui um elevado teor de Fe - cerca de 62 %. Dessa forma os objetivos gerais dessa pesquisa buscaram a solução para essa oportunidade de recuperar e vender esses rejeitos. O estudo sugeriu através de ensaios com tecnologias capazes de desaguar os ultrafinos gerados para 9,00 % de umidade, que é o valor que permite a movimentação e o manuseio desses rejeitos, além de permitir sua incorporação na blendagem de produtos mais grossos. Desse modo, foram realizados experimentos em diversos laboratórios externos e em escala piloto na Usina de Carajás com amostras dos dois rejeitos ultrafinos das duas fases de hidrociclonagem: o natural e o moído. Ficou evidente que o equipamento tem de combinar necessariamente e de forma eficiente dois fatores essências ao desaguamento: elevadíssimas pressões e altas temperatura na operação desses ultrafinos. A produtividade atingida foi da ordem de 50 t/h x m² para o rejeito da hidrociclonagem do Sinter Feed e 40 t/h x m² para o rejeito dos hidrociclones da Moagem. / The Iron ore that is produced in Carajás mining complex brings mineralogical characteristics that give a very high Fe content in all its size fractions. Thus, at the end of the production chain both coarser and fine contains about 62% Fe contained in its composition. Importantly, in Carajás stages in the processing of this ore are for reduction and classification by size. There is thus no concentration steps and products are differentiated by their respective size distribution curves: the "grain" - coarser (> 13 mm), the "Sinter-Feed" (<13 mm and > 0.5 mm) and the "pellet feed" (<0.15 mm). Ensure proper particle size distribution of the raw material is a market premise. The last step of classification is made using hydrocyclones and generates an overflow ultrafine high specific surface area greater than 6.500 Blaine and with 45% to 95% <7 μm. And has a high Fe content - about 62%. The overall objectives of this research sought the solution to this opportunity to recover and sell these “tailings”. The study suggested by testing with technologies capable of flowing into the ultrathin generated to 9.00% of moisture, which is the value that allows movement and handling these wastes, and allows their incorporation into the blending of thicker products. Thus, experiments were carried out in several external laboratories and pilot-scale plant in the Carajás with samples of both ultrafine “tailings” of the two phases of hydrocycloning: the natural and the ground. It was evident that the equipment must necessarily match and two efficiently factors essences to dewatering: very high pressure and high temperature operation of these “tailings”. The productivity achieved was around 50 t/h x m² in reject of the Sinter Feed hydrocycloning and 40 t/h x m² to reject of the grinding hydrocyclones.

O minério de ferro produzido no complexo de Carajás traz consigo características mineralógicas que conferem um elevadíssimo teor de Fe em todas as suas frações granulométricas. Dessa forma, ao final da cadeia produtiva, tanto os produtos comerciais mais grosseiros quanto os finos contem cerca de 62% de Fe contido na sua composição. Importante destacar que em Carajás as fases no processamento desse minério são apenas para cominuição e classificação por tamanho. Não existem etapas de concentração e os produtos são diferenciados por suas respectivas curvas granulométricas: o “granulado” - mais grosseiro (> 13 mm), o “Sinter-Feed” (< 13 mm e > 0,5 mm) e o “pellet feed” (< 0,15 mm). Garantir a correta distribuição granulométrica da matéria prima é uma premissa de mercado. A ultima etapa da classificação é feita através de hidrociclones e gera um overflow ultrafino de altíssima superfície específica maior que 6.500 Blaine e com 45% até 95 % < 7 μm. E ainda possui um elevado teor de Fe - cerca de 62 %. Dessa forma os objetivos gerais dessa pesquisa buscaram a solução para essa oportunidade de recuperar e vender esses rejeitos. O estudo sugeriu através de ensaios com tecnologias capazes de desaguar os ultrafinos gerados para 9,00 % de umidade, que é o valor que permite a movimentação e o manuseio desses rejeitos, além de permitir sua incorporação na blendagem de produtos mais grossos. Desse modo, foram realizados experimentos em diversos laboratórios externos e em escala piloto na Usina de Carajás com amostras dos dois rejeitos ultrafinos das duas fases de hidrociclonagem: o natural e o moído. Ficou evidente que o equipamento tem de combinar necessariamente e de forma eficiente dois fatores essências ao desaguamento: elevadíssimas pressões e altas temperatura na operação desses ultrafinos. A produtividade atingida foi da ordem de 50 t/h x m² para o rejeito da hidrociclonagem do Sinter Feed e 40 t/h x m² para o rejeito dos hidrociclones da Moagem. / The Iron ore that is produced in Carajás mining complex brings mineralogical characteristics that give a very high Fe content in all its size fractions. Thus, at the end of the production chain both coarser and fine contains about 62% Fe contained in its composition. Importantly, in Carajás stages in the processing of this ore are for reduction and classification by size. There is thus no concentration steps and products are differentiated by their respective size distribution curves: the "grain" - coarser (> 13 mm), the "Sinter-Feed" (<13 mm and > 0.5 mm) and the "pellet feed" (<0.15 mm). Ensure proper particle size distribution of the raw material is a market premise. The last step of classification is made using hydrocyclones and generates an overflow ultrafine high specific surface area greater than 6.500 Blaine and with 45% to 95% <7 μm. And has a high Fe content - about 62%. The overall objectives of this research sought the solution to this opportunity to recover and sell these “tailings”. The study suggested by testing with technologies capable of flowing into the ultrathin generated to 9.00% of moisture, which is the value that allows movement and handling these wastes, and allows their incorporation into the blending of thicker products. Thus, experiments were carried out in several external laboratories and pilot-scale plant in the Carajás with samples of both ultrafine “tailings” of the two phases of hydrocycloning: the natural and the ground. It was evident that the equipment must necessarily match and two efficiently factors essences to dewatering: very high pressure and high temperature operation of these “tailings”. The productivity achieved was around 50 t/h x m² in reject of the Sinter Feed hydrocycloning and 40 t/h x m² to reject of the grinding hydrocyclones.

A indústria de pedras preciosas de Soledade/RS e região gera em seus processos de beneficiamento grande quantidade de rejeitos gemológicos, que acabam sendo depositados nos pátios das empresas, podendo causar danos ao meio ambiente. A gema de maior volume de beneficiamento na região é a ágata. Este trabalho propõe uma técnica para efetuar a reutilização de rejeitos oriundos do beneficiamento da ágata e transformá-los em matériaprima para a fabricação de objetos via impressão tridimensional a jato de tinta (3DP). Através da utilização de metodologia adequada para moagem e classificação dos rejeitos, foi possível obter pó com granulometria adequada ao processo. Foram efetuadas duas formulações de matéria-prima, utilizando o método de aglutinação orgânico, com material de ligação misturado ao pó e líquido de deposição reologicamente simples. Foram efetuados testes de bancada para interação entre o pó e o aglutinante, testes em equipamento de prototipagem rápida e confecção de corpos de prova, que mais tarde foram submetidos a medição e ensaios de resistência mecânica à flexão a 4 pontos. Das análises efetuadas, a primeira formulação não foi considerada satisfatória, pois teve grandes deformações durante a construção e manipulação e pós-tratamento. Já a segunda formulação alcançou a mesma resistência mecânica do material disponibilizado pelo fabricante, com coerência nas formas geométricas e desvios dimensionais reduzidos. Com a utilização desta nova matéria-prima, estima-se que o custo final de fabricação das peças seja reduzido em até 70%, viabilizando a utilização do processo por empresas de micro e pequeno porte. / The gem processing industries of Soledade/RS and region generate a large amount of waste which is eventually deposited in the companies’ grounds and may damage the environment. The gem with largest volume of processing in the region is the agate. This work is a review of the reuse of wastes of agate as raw materials for inkjet three-dimensional printing (3DP). Through the use of appropriate methodology for grinding and classification of waste it was possible to obtain powder with a particle size indicated to the process. Two formulations of raw material were made, using the organic binding method with the binder material mixed into the powder and using the deposition simple rheological liquid. Bench tests were performed for powder binder interaction, and equipment was used for produce of test specimens which were later subjected to measurement and testing of mechanical strength. Based on the analysis the first formulation was not considered acceptable as it had large deformations during construction, manipulation and post-treatment. The second formulation reached the same mechanical strength of the manufacturer material with consistency in geometric shapes and dimensional deviation. Using this new raw material the estimated final cost of parts manufacturing is reduced by 70% making the use of the process available to micro and small businesses.

A presença de elevada carga nitrogenada em corpos hídricos pode causar sérios impactos ambientais como a eutrofização e a toxicidade do meio. Um dos processos que possibilitam a remoção de nitrogênio de efluentes é a adsorção, na qual o uso de adsorventes alternativos tem sido aplicado para o aproveitamento de resíduos e redução dos custos no processo. Dentro deste contexto, o processo de extração e beneficiamento do carvão fóssil na Região Sul do Brasil produz um rejeito (RB) com características que possibilitam sua aplicação na síntese de zeólitas, as quais podem ser utilizadas como adsorventes. Assim, o objetivo da presente tese foi avaliar a remoção do íon amônio de soluções aquosas por adsorção utilizando-se zeólitas naturais e sintetizadas a partir do rejeito RB. Em um primeiro momento, experimentos de adsorção foram conduzidos utilizando-se zeólita Na-clinoptilolita para conhecimento dos parâmetros termodinâmicos e da capacidade de regeneração do material. Posteriormente, a síntese de zeólitas utilizando rejeito RB foi realizada variando-se a fonte de alumínio, o emprego da agitação do meio durante a síntese e temperatura de calcinação do rejeito. A caracterização dos materiais foi feita através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia por Dispersão em Energia (MEV-EDS), Potencial Zeta (PZ), Fluorescência de Raios X (FRX), Porosimetria de Nitrogênio (BET), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Por fim, experimentos de adsorção de amônio foram feitos para o material que apresentou o maior conteúdo de íons sódio em sua composição. Quanto aos estudos com a Na-clinoptilolita, o estudo termodinâmico demostrou que a constante de equilíbrio (K0) da adsorção da zeólita estimada por diferentes métodos pode apresentar variação de até 105 de um método para outro. O estudo em questão também revelou que o método de Gaines e Thomas é o mais adequado para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos. Nos testes de regeneração da zeólita utilizando-se solução NaCl de 0,5 a 3,0 M foram obtidos valores acima de 76% de regeneração para toda faixa de concentração avaliada, sem o reuso da solução de NaCl. Os testes feitos com o reuso da solução salina na etapa da dessorção permitiram concluir que é possível tratar até 160 mL de efluente utilizando-se somente 20 mL de solução NaCl 1,0 M, mantendo-se uma capacidade de adsorção equivalente a 80% da capacidade original da zeólita. Através da aplicação de diferentes condições de síntese utilizando o rejeito RB, foram obtidos sete diferentes materiais. O material que apresentou maior conteúdo de Na+ em sua composição foi obtido utilizando-se: pré-tratamento do rejeito com calcinação a 800 °C, síntese sem agitação do meio reacional e sem adição de fonte de alumínio. As análises do material indicaram formação de zeólitas dos tipos SOD e LTA. Quanto à adsorção de íons amônio, o mesmo apresentou capacidade de adsorção (qe) equivalente a 6,8 mg·g-1 (a 25ºC), que corresponde a 34 % do valor obtido para a Na-clinoptilolita, indicando que a síntese ainda necessita de melhoramentos para tornar o material mais competitivo frente à zeólita natural comercializada. / The presence of high nitrogen loading in water bodies can cause serious environmental impacts, such as eutrophication and toxicity of the medium. One of the process that enables nitrogen removal from effluents is adsorption, in which the use of alternative adsorbents have been applied in order to reuse wastes from other production processes and for lowering costs. Within this context, the coal mining and beneficiation in southern Brazil generates a waste with features that allow its application in zeolite synthesis. Thus, the objective of this thesis was to evaluate the removal of ammonium from aqueous solutions by adsorption using a natural zeolite and a zeolite synthesized from coal beneficiation tailings. Firstly, adsorption experiments were conducted using the natural zeolite Na-clinoptilolite in order to understand the thermodynamics and regeneration of process. Then, zeolite synthesis experiments using coal beneficiation tailings (RB) were conducted by varying the source of aluminum, stirring during crystallization step, and the calcination temperature applied to RB. The characterization of materials was made through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Zeta Potential (ZP), X-rays Fluorescence (XRF), Porosimetry of Nitrogen (BET), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR) and Cation Exchange Capacity (CEC). Finally, a test of ammonium adsorption was made with the material that had the highest content of Na+ in its composition. Regarding the studies with Na-clinoptilolite, the thermodynamic study showed that the equilibrium constant (K0) to adsorption process estimated through different approaches can present variation of up to 105 from one method to another. This study also revealed that the Gaines and Thomas method was the most adequate to the estimative of thermodynamic parameters. In the Na-clinoptilolite regeneration tests using NaCl solution from 0.5 to 3.0 M were obtained values above 76% regeneration to whole concentration range evaluated, without the reuse of NaCl solution. Tests made with the reuse of saline solution in the desorption step showed that it is possible to treat up to 160 mL of effluent using only 20 mL of NaCl solution, maintaining an adsorption capacity of 80 % of zeolite original capacity. By applying different synthesis conditions using the by-product of coal processing, seven different materials were obtained. The material with the highest content of Na+ was obtained using: calcination at 800°C as a thermal pretreatment applied to the waste, no stirring of the reaction during crystallization step and no additional aluminum source. The analysis of this material indicated formation of zeolites SOD and LTA. This same material was tested for the adsorption of ammonium, resulting in adsorption capacity (qe) of 6.8 m2·g-1, under the same conditions as the test with Na-clinoptilolite (at 25 ºC), which corresponds to 34 % of Na-clinoptilolite capacity, indicating that the synthesis still need some improvement in order to make the synthetic material competitive faced with the natural one.

A mineração altera as condições ambientais naturais. Uma alternativa estudada para a recuperação de áreas degradadas é o uso de lodo de esgoto (LE) gerado por estações de tratamento de esgoto (ETE). Desse modo, o presente trabalho avaliou o uso integrado de rejeito de mineração de basalto (RM) e resíduo de saneamento (lodo de esgoto) como substituto ao uso de solo de cobertura (SC) durante a recuperação ambiental de pedreiras. Um experimento ex situ foi montado no Centro de Tecnologia/UFRGS, conferindo-se a adição de LE ou SC a RM e comparado à utilização de SC por meio de análises de fertilidade de solos e plantio de gramínea (Avena strigosa) como variáveis respostas. Amostras de RM e de SC foram obtidas em pedreira de basalto em Novo Hamburgo-RS e o LE, em uma ETE no mesmo município. Inicialmente RM, SC e LE foram caracterizados em termos de teor de matéria orgânica (MO) para definição dos tratamentos. O LE foi caracterizado conforme CONAMA 375/2006. O delineamento experimental consistiu em 5 tratamentos (misturas) e 5 blocos: (A) RM (0,1% MO), (B) RM + LE (1,8% MO), (C) RM + SC (1,8% MO), (D) SC (3,2% MO) e (E) RM + LE (3,2% MO) Os tratamentos foram submetidos à caracterização química (pH, macro e micronutrientes) e granulometria. Paralelamente, semeou-se aveia preta (Avena strigosa) a qual foi coletada, seca e pesada durante a conclusão do ciclo vegetativo; a massa seca e o teor de nutrientes em tecido foliar foram comparados. Resultados mostram baixo teor de MO em RM (0,1%), diferentemente do SC (3,2%) e do LE (15,1%). O LE cumpre os parâmetros impostos pela legislação. A granulometria dos tratamentos A, B e E, foi caracterizada como arenosa e dos tratamentos C e D como média. As misturas com RM + LE com 1,8 e 3,2% de MO apresentaram níveis adequados de pH, micro e macronutrientes, o que refletiu na maior produção de matéria seca e teores de nutrientes no tecido foliar dos tratamentos B e E. Verificou-se que a mistura de LE e RM possui vantagens em termos de produção de matéria seca quando comparado ao SC, mostrando que o uso integrado de LE e de RM, na forma proposta, pode ser usado como material substituto ao uso de SC para recuperação de áreas degradadas, contribuindo ainda, na disposição final destes materiais. / Mining impacts natural environmental conditions. A widely studied alternative to address environmental restoration in degraded areas is the use of sewage sludge (LE), which is a byproduct of urban sewage treatment plant (ETE). In this context, the present study evaluated the integrated use of basalt quarry waste (RM) and sewage sludge (LE) as a substitute for natural soils (SC) during quarry environmental restoration. An ex situ experiment was installed at the Technology Center of UFRGS in which LE or SC where mixed to RM and compared to the use of SC through soil fertility analysis and grass growth (Avena strigosa) as dependent variables. RM and SC samples were collected at a basalt quarry in the city of Novo Hamburgo-RS, and LE at an ETE in the same city. Initially, RM, SC and LE were characterized in terms of organic matter content (MO) which was used for the definition of treatments. The LE was characterized according to CONAMA 375/2006. A completely randomized design experiment was used, including five treatments (mixtures) and five blocks: (A) RM (0.1% MO), (B) RM + LE (1.8% MO), (C) RM + SC (1.8% MO), (D) SC (3.2% MO) e (E) RM + LE (3,2% MO) Chemical (pH, macro and micronutrients) and particle size distribution characterization analysis were performed in all soil mixture treatments. In parallel, black oat (Avena strigosa) was sown in all treatments which was cut, dried and weight near to its vegetative cycle conclusion; dry mass production and nutrients in plant tissue were compared. Results showed low MO in RM (0.1%) differently from SC (3.2%) and LE (15.1%). LE is in accordance with CONAMA legislation. Texture of treatments A, B and E was characterized as coarse and in treatments C and D as medium. Mixtures containing RM + LE with 1.8% and 3.2% MO had adequate pH and micro and macronutrient content, what is supported by the highest dry mass production in the B and E treatments. It was verified that the addition of LE to the RM leads to better outcomes in terms of dry mass production when compared to SC. Results show that as proposed, the integrated use of LE and RM can be used as an alternative for SC use in environmental restoration, also contributing to these materials’ disposal.

A presença de elevada carga nitrogenada em corpos hídricos pode causar sérios impactos ambientais como a eutrofização e a toxicidade do meio. Um dos processos que possibilitam a remoção de nitrogênio de efluentes é a adsorção, na qual o uso de adsorventes alternativos tem sido aplicado para o aproveitamento de resíduos e redução dos custos no processo. Dentro deste contexto, o processo de extração e beneficiamento do carvão fóssil na Região Sul do Brasil produz um rejeito (RB) com características que possibilitam sua aplicação na síntese de zeólitas, as quais podem ser utilizadas como adsorventes. Assim, o objetivo da presente tese foi avaliar a remoção do íon amônio de soluções aquosas por adsorção utilizando-se zeólitas naturais e sintetizadas a partir do rejeito RB. Em um primeiro momento, experimentos de adsorção foram conduzidos utilizando-se zeólita Na-clinoptilolita para conhecimento dos parâmetros termodinâmicos e da capacidade de regeneração do material. Posteriormente, a síntese de zeólitas utilizando rejeito RB foi realizada variando-se a fonte de alumínio, o emprego da agitação do meio durante a síntese e temperatura de calcinação do rejeito. A caracterização dos materiais foi feita através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia por Dispersão em Energia (MEV-EDS), Potencial Zeta (PZ), Fluorescência de Raios X (FRX), Porosimetria de Nitrogênio (BET), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Por fim, experimentos de adsorção de amônio foram feitos para o material que apresentou o maior conteúdo de íons sódio em sua composição. Quanto aos estudos com a Na-clinoptilolita, o estudo termodinâmico demostrou que a constante de equilíbrio (K0) da adsorção da zeólita estimada por diferentes métodos pode apresentar variação de até 105 de um método para outro. O estudo em questão também revelou que o método de Gaines e Thomas é o mais adequado para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos. Nos testes de regeneração da zeólita utilizando-se solução NaCl de 0,5 a 3,0 M foram obtidos valores acima de 76% de regeneração para toda faixa de concentração avaliada, sem o reuso da solução de NaCl. Os testes feitos com o reuso da solução salina na etapa da dessorção permitiram concluir que é possível tratar até 160 mL de efluente utilizando-se somente 20 mL de solução NaCl 1,0 M, mantendo-se uma capacidade de adsorção equivalente a 80% da capacidade original da zeólita. Através da aplicação de diferentes condições de síntese utilizando o rejeito RB, foram obtidos sete diferentes materiais. O material que apresentou maior conteúdo de Na+ em sua composição foi obtido utilizando-se: pré-tratamento do rejeito com calcinação a 800 °C, síntese sem agitação do meio reacional e sem adição de fonte de alumínio. As análises do material indicaram formação de zeólitas dos tipos SOD e LTA. Quanto à adsorção de íons amônio, o mesmo apresentou capacidade de adsorção (qe) equivalente a 6,8 mg·g-1 (a 25ºC), que corresponde a 34 % do valor obtido para a Na-clinoptilolita, indicando que a síntese ainda necessita de melhoramentos para tornar o material mais competitivo frente à zeólita natural comercializada. / The presence of high nitrogen loading in water bodies can cause serious environmental impacts, such as eutrophication and toxicity of the medium. One of the process that enables nitrogen removal from effluents is adsorption, in which the use of alternative adsorbents have been applied in order to reuse wastes from other production processes and for lowering costs. Within this context, the coal mining and beneficiation in southern Brazil generates a waste with features that allow its application in zeolite synthesis. Thus, the objective of this thesis was to evaluate the removal of ammonium from aqueous solutions by adsorption using a natural zeolite and a zeolite synthesized from coal beneficiation tailings. Firstly, adsorption experiments were conducted using the natural zeolite Na-clinoptilolite in order to understand the thermodynamics and regeneration of process. Then, zeolite synthesis experiments using coal beneficiation tailings (RB) were conducted by varying the source of aluminum, stirring during crystallization step, and the calcination temperature applied to RB. The characterization of materials was made through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Zeta Potential (ZP), X-rays Fluorescence (XRF), Porosimetry of Nitrogen (BET), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR) and Cation Exchange Capacity (CEC). Finally, a test of ammonium adsorption was made with the material that had the highest content of Na+ in its composition. Regarding the studies with Na-clinoptilolite, the thermodynamic study showed that the equilibrium constant (K0) to adsorption process estimated through different approaches can present variation of up to 105 from one method to another. This study also revealed that the Gaines and Thomas method was the most adequate to the estimative of thermodynamic parameters. In the Na-clinoptilolite regeneration tests using NaCl solution from 0.5 to 3.0 M were obtained values above 76% regeneration to whole concentration range evaluated, without the reuse of NaCl solution. Tests made with the reuse of saline solution in the desorption step showed that it is possible to treat up to 160 mL of effluent using only 20 mL of NaCl solution, maintaining an adsorption capacity of 80 % of zeolite original capacity. By applying different synthesis conditions using the by-product of coal processing, seven different materials were obtained. The material with the highest content of Na+ was obtained using: calcination at 800°C as a thermal pretreatment applied to the waste, no stirring of the reaction during crystallization step and no additional aluminum source. The analysis of this material indicated formation of zeolites SOD and LTA. This same material was tested for the adsorption of ammonium, resulting in adsorption capacity (qe) of 6.8 m2·g-1, under the same conditions as the test with Na-clinoptilolite (at 25 ºC), which corresponds to 34 % of Na-clinoptilolite capacity, indicating that the synthesis still need some improvement in order to make the synthetic material competitive faced with the natural one.

A presença de elevada carga nitrogenada em corpos hídricos pode causar sérios impactos ambientais como a eutrofização e a toxicidade do meio. Um dos processos que possibilitam a remoção de nitrogênio de efluentes é a adsorção, na qual o uso de adsorventes alternativos tem sido aplicado para o aproveitamento de resíduos e redução dos custos no processo. Dentro deste contexto, o processo de extração e beneficiamento do carvão fóssil na Região Sul do Brasil produz um rejeito (RB) com características que possibilitam sua aplicação na síntese de zeólitas, as quais podem ser utilizadas como adsorventes. Assim, o objetivo da presente tese foi avaliar a remoção do íon amônio de soluções aquosas por adsorção utilizando-se zeólitas naturais e sintetizadas a partir do rejeito RB. Em um primeiro momento, experimentos de adsorção foram conduzidos utilizando-se zeólita Na-clinoptilolita para conhecimento dos parâmetros termodinâmicos e da capacidade de regeneração do material. Posteriormente, a síntese de zeólitas utilizando rejeito RB foi realizada variando-se a fonte de alumínio, o emprego da agitação do meio durante a síntese e temperatura de calcinação do rejeito. A caracterização dos materiais foi feita através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia por Dispersão em Energia (MEV-EDS), Potencial Zeta (PZ), Fluorescência de Raios X (FRX), Porosimetria de Nitrogênio (BET), Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) e Capacidade de Troca Catiônica (CTC). Por fim, experimentos de adsorção de amônio foram feitos para o material que apresentou o maior conteúdo de íons sódio em sua composição. Quanto aos estudos com a Na-clinoptilolita, o estudo termodinâmico demostrou que a constante de equilíbrio (K0) da adsorção da zeólita estimada por diferentes métodos pode apresentar variação de até 105 de um método para outro. O estudo em questão também revelou que o método de Gaines e Thomas é o mais adequado para a estimativa dos parâmetros termodinâmicos. Nos testes de regeneração da zeólita utilizando-se solução NaCl de 0,5 a 3,0 M foram obtidos valores acima de 76% de regeneração para toda faixa de concentração avaliada, sem o reuso da solução de NaCl. Os testes feitos com o reuso da solução salina na etapa da dessorção permitiram concluir que é possível tratar até 160 mL de efluente utilizando-se somente 20 mL de solução NaCl 1,0 M, mantendo-se uma capacidade de adsorção equivalente a 80% da capacidade original da zeólita. Através da aplicação de diferentes condições de síntese utilizando o rejeito RB, foram obtidos sete diferentes materiais. O material que apresentou maior conteúdo de Na+ em sua composição foi obtido utilizando-se: pré-tratamento do rejeito com calcinação a 800 °C, síntese sem agitação do meio reacional e sem adição de fonte de alumínio. As análises do material indicaram formação de zeólitas dos tipos SOD e LTA. Quanto à adsorção de íons amônio, o mesmo apresentou capacidade de adsorção (qe) equivalente a 6,8 mg·g-1 (a 25ºC), que corresponde a 34 % do valor obtido para a Na-clinoptilolita, indicando que a síntese ainda necessita de melhoramentos para tornar o material mais competitivo frente à zeólita natural comercializada. / The presence of high nitrogen loading in water bodies can cause serious environmental impacts, such as eutrophication and toxicity of the medium. One of the process that enables nitrogen removal from effluents is adsorption, in which the use of alternative adsorbents have been applied in order to reuse wastes from other production processes and for lowering costs. Within this context, the coal mining and beneficiation in southern Brazil generates a waste with features that allow its application in zeolite synthesis. Thus, the objective of this thesis was to evaluate the removal of ammonium from aqueous solutions by adsorption using a natural zeolite and a zeolite synthesized from coal beneficiation tailings. Firstly, adsorption experiments were conducted using the natural zeolite Na-clinoptilolite in order to understand the thermodynamics and regeneration of process. Then, zeolite synthesis experiments using coal beneficiation tailings (RB) were conducted by varying the source of aluminum, stirring during crystallization step, and the calcination temperature applied to RB. The characterization of materials was made through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Zeta Potential (ZP), X-rays Fluorescence (XRF), Porosimetry of Nitrogen (BET), Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FTIR) and Cation Exchange Capacity (CEC). Finally, a test of ammonium adsorption was made with the material that had the highest content of Na+ in its composition. Regarding the studies with Na-clinoptilolite, the thermodynamic study showed that the equilibrium constant (K0) to adsorption process estimated through different approaches can present variation of up to 105 from one method to another. This study also revealed that the Gaines and Thomas method was the most adequate to the estimative of thermodynamic parameters. In the Na-clinoptilolite regeneration tests using NaCl solution from 0.5 to 3.0 M were obtained values above 76% regeneration to whole concentration range evaluated, without the reuse of NaCl solution. Tests made with the reuse of saline solution in the desorption step showed that it is possible to treat up to 160 mL of effluent using only 20 mL of NaCl solution, maintaining an adsorption capacity of 80 % of zeolite original capacity. By applying different synthesis conditions using the by-product of coal processing, seven different materials were obtained. The material with the highest content of Na+ was obtained using: calcination at 800°C as a thermal pretreatment applied to the waste, no stirring of the reaction during crystallization step and no additional aluminum source. The analysis of this material indicated formation of zeolites SOD and LTA. This same material was tested for the adsorption of ammonium, resulting in adsorption capacity (qe) of 6.8 m2·g-1, under the same conditions as the test with Na-clinoptilolite (at 25 ºC), which corresponds to 34 % of Na-clinoptilolite capacity, indicating that the synthesis still need some improvement in order to make the synthetic material competitive faced with the natural one.