O silicato de cálcio hidratado (C-S-H) é o componente responsável pela resistência mecânica dos cimentos usados na construção civil. Neste trabalho foi caracterizada a evolução da reação de hidratação e as propriedades estruturais das fases resultantes da hidratação da escória de alto forno granulada (EAF). Este tipo de cimento é um potencial candidato para substituir os materiais convencionais, apresentando vantagens relativas ao menor custo energético de produção e a redução do impacto ambiental. Devido à menor reatividade da EAF com água, é necessário a adição de substâncias ativadoras alcalinas de modo geral em baixa concentração. Neste trabalho foi caracterizado o efeito sobre a sua reatividade e as propriedades estruturais dos produtos da reação (C-S-H e aluminatos de cálcio hidratados) de quatro tipos de misturas ativadoras contendo hidróxido de sódio, silicato de sódio e/ou hidróxido de cálcio (CH). As quantidades alcalinas resultantes das misturas usadas nas pastas foram: 5%Na2O, 5% Na2O-2,5%CH, 5% Na2O -7,5%SiO2 e 5% Na2O -2,5%CH- 7,5% SiO2. A técnica experimental utilizada foi a Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de alta resolução no estado sólido de 29Si, 27Al e 23Na. Os resultados indicaram diferenças na cinética da reação no estágio tardio (tempos na faixa de 3 dias até 120 dias), na quantidade e nas características estruturais das fases aluminatos de cálcio e do C-S-H, dependentes da presença de SiO2 na mistura ativadora. A inclusão de Ca(OH)2 tem efeitos de magnitude consideravelmente menor sobre estes parâmetros. Foi observada uma correspondência excelente entre as diferenças estruturais observadas por RMN e o comportamento da resistência mecânica do material. / Calcium Silicate Hydrate (C-S-H) is the component responsible for mechanical resistance of cementitious materials. In this work, a characterization of the evolution of the hydration reaction in granulated blast-furnace slag (bfs) is presented. Also, the structural properties of the reaction products is studied as a function of time, during the late period of the process. This kind of cement is a potential material to replace the conventional Portland in several applications, having several relative advantages regarding to energetic cost and impact on the environment. To overcome the less hydraulic reactivity of gbs respect to Portland, it is generally necessary the addition of small amount of alkaline compounds, called activators, to improve the speed and extension of the reaction. The behavior of four different activator mixtures containing sodium hydroxide, sodium silicate and/or calcium hydroxide (CH) were considered, at fixed amount alkali 5% Na2O, 5% Na2O -2,5% Ca(OH)2, 5% Na2O -7,5% SiO2 and Na2O -2,5% Ca(OH)2- 7,5% SiO2. The hydration kinetics and structural properties of the hydration products, C-S-H and calcium aluminate hydrates, were probed by means of solid-state high resolution Nuclear Magnetic Resonance (NMR) of 29Si, 27Al and 23Na nuclei. Results showed differences in hydration evolution and structural properties depending strongly on the presence of SiO2 in the mixture. On the other hand, Ca(OH)2 produced only marginal effects on the reaction. An excellent correlation was observed between the structural differences and the mechanical response of the material as a function of the hydration time.

Submitted by William Justo Figueiro (williamjf) on 2015-07-22T23:07:49Z No. of bitstreams: 1 03d.pdf: 22951970 bytes, checksum: 9da38abb9560e49f24444b1189b463ca (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-22T23:07:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 03d.pdf: 22951970 bytes, checksum: 9da38abb9560e49f24444b1189b463ca (MD5) Previous issue date: 2009 / Nenhuma / A escória é um dos inúmeros resíduos gerados nos processos siderúrgicos de fabricação do aço e tem como composição básica óxidos metálicos e nãometálicos. Dependendo do processo de geração ela pode ser escória de altoforno (fusão redutora de minérios) ou de aciaria elétrica (produção do aço). A escória do forno panela de aciaria elétrica, utilizada nesta pesquisa, é gerada na etapa do refino secundário no forno panela, sendo este o processo de refino secundário mais utilizado no Brasil. Existem outros resíduos gerados na aciaria como: pó de aciaria, refratários e plásticos, que às vezes por serem em pouca quantidade ou por questões operacionais da empresa não são segregados. A reciclagem de resíduos é uma prática que deve ser incorporada como uma alternativa quando não existe chance de minimização. Nos últimos anos as pesquisas sobre reciclagem externa das escórias voltaram-se principalmente para a incorporação em cimento e concreto (como agregado graúdo ou miúdofunção filler) e mais recentemente no material cerâmico, com poucos estudos ainda com escória do forno panela. Nota-se também que existe uma tendência mundial nas últimas décadas de reciclagem de resíduos em associação (mais de um resíduo na formação de um material) e normalmente isto ocorre em materiais cerâmicos devido a sua alta capacidade de incorporação de outros materiais. Esta pesquisa buscou com diversos métodos de caracterização da escória do forno panela de aciaria elétrica avaliar a viabilidade técnica da reciclagem em material cerâmico. Para as condições desta pesquisa e mediante ensaios (perda ao fogo, análise térmica, retração linear, resistência mecânica na flexão, absorção de água, porosidade aparente, análise visual e em lupa e MEV) com a escória do forno panela de aciaria elétrica, exceto no ensaio de absorção de água (corpos de prova sinterizados a 950°C - D1 com 5% e D45 com 10%), a escória mostrou potencial para ser utilizada como coproduto. Os corpos de prova D45 mostraram uma tendência de maior resistência mecânica que os corpos D1, isto provavelmente está relacionado a menor quantidade de CaO que a escória D45 contém, característica esta ligada ao seu maior tempo de estocagem. Os resultados obtidos permitem incorporar até 15% (teor máximo testado) da escória de forno panela de aciaria elétrica no material cerâmico com função de vedação ou estrutural. / The slag is one of the many solid wastes generated in the steelmaking processes of steel production, which is constituted by metallic and non-metallic oxides. Depending on the process of slag generation, it can be slag blast furnace (smelting reduction of ores) or electric arc furnace (steel production). The slag ladle furnace from electric steelmaking, used in this study is generated in the stage of secondary refining in ladle furnace, which is the stage of refinement most used in Brazil. There are other solid wastes generated in the steel plant, such as electric arc furnace dust, refractory and plastics, which are sometimes in small quantities, and because of operational issues the company is unable to be segregated. The recycling of solid waste is a practice that should be incorporated as an alternative when there is no chance of minimizing. In recent years research on recycling of slag outside turned mainly to the incorporation in cement and concrete (as aggregate or filler kid-function) and more recently a few studies are related to its addition in the ceramic material. Actually, there is a worldwide trend to recycle solid waste in combination (more than one residue in the formation of a material) and very often this occurs in ceramic materials due to its high capacity to incorporate other materials. This research, with the various methods of characterization of the slag from ladle furnace, were carried out to evaluate the technical feasibility of recycling in ceramic material. Considering the conditions of this study and all tests (loss on ignition, thermal analysis, linear shrinkage, mechanical strength in bending, water absorption, porosity, visual analysis and microscope and SEM) used to study the ladle furnace slag, except the test of water absorption (specimens sintered at 950°C - D1 to D45 and 5% to 10%), the s lag has shown a potential to be used as by-product. The samples D45 showed a trend of greater strength than the bodies D1, this is probably related to the least amount of CaO to the slag contain D45, a characteristic linked to its longer storage. The results show the incorporation up to 15% (maximum level tested) of the ladle furnace from electric steelmaking in the ceramic material as bricks or structural blocks.

O uso de escória de alto forno como aglomerante alternativo ao cimento portland tem sido objeto de vários estudos no Brasil e no exterior. Além de representar vantagens ao meio ambiente por ser um resíduo, a escória apresenta boas possibilidades de emprego, principalmente pelo baixo custo e por suas vantagens técnicas das quais se destacam a elevada resistência mecânica, a boa durabilidade em meios agressivos, o baixo calor de hidratação. No entanto, o emprego deste material carece de estudos detalhados da retração, muito superior à do cimento portland. Este trabalho teve como objetivo estudar a cinética das retrações autógena e por secagem não restringidas do cimento de escória ativada em função, principalmente, do tipo e teor de ativadores empregados. Para a retração autógena, o corpo-de-prova foi selado com papel alumínio protegido internamente com plástico. As medidas estenderam-se de 6 horas até 112 dias. O fenômeno da retração também foi analisado com base nos resultados dos ensaios de porosimetria, calorimetria, termogravimetria e difração de raios X. Foram empregados como ativadores: silicato de sódio, cal hidratada + gipsita, cal hidratada e hidróxido de sódio. Como referência foi adotado o cimento portland da alta resistência inicial CPV-ARI. De acordo com os resultados obtidos, a ativação da escória com silicato de sódio apresentou retração por secagem e autógena superior à apresentada pelos demais ativadores e pelo cimento portland. A maior parte dessa retração medida ocorre até os 7 dias. A retração por secagem ocorre em dois estágios: o primeiro logo após a desmoldagem e o segundo a partir do início da formação dos produtos hidratados. O início da retração autógena coincide com o segundo estágio da retração por secagem. Com base nos ensaios de microestrutura, são determinantes para a elevada retração do cimento de escória ativada com silicato de sódio: a baixa porosidade, caracterizada pela predominância quase total de mesoporos; o elevado grau de hidratação e natureza dos produtos hidratados, com predominância quase total de silicato cálcio hidratado (C-S-H). Na ativação com cal e com cal mais gipsita, a composição diferente dos produtos hidratados (baixa formação de C-S-H e presença significativa de fases aluminato e sulfoluminato, respectivamente) altera a porosidade e a retração, principalmente a autógena que apresenta valores inferiores à do cimento portland. A ativação com hidróxido sódio é caracterizada pela elevada retração autógena e baixa formação de C-S-H, com presença significativa de fases aluminato. / The use of ground granulated blast furnace slag (BFS) as an alternative binder to portland cement has been the subject of numerous studies in Brazil and other countries. Because BFS is a residue, its use benefits the environment. Furthermore, BFS cement is less costly and shows technical advantages if compared with normal portland cement, namely the higher strength, good durability in aggressive environments, and low heat of hydration. On the other hand, the high shrinkage of BSF cement is often indicated as one of the major limiting aspects for its use. The objective of this research was to study the development of unrestrained autogenous and drying shrinkage of BSF cement as function, mainly, of the chemical activator types and dosages. Autogenous shrinkage was measured in fully aluminum foil and plastic sheet wrapped specimens. Measurements were taken from 6 hours up to 112 days. Shrinkage was also analyzed in conjunction with mercury posorimetry, conduction calorimetry, thermogravimetric analysis and X-ray diffraction tests. Activators used were sodium silicate, hydrated lime + gypsite, hydrated lime and sodium hydroxide. High early strength portland cement was used as reference. The results showed that autogenous and drying shrinkage were larger when BFS was activated with sodium silicate. Most of the shrinkage occurs before 7 days of hydration. Drying shrinkage occurs in two phases: the first phase immediately after demolding, and the second phase concurrently with the formation of the hydrated products. Autogenous shrinkage coincides with the second phase of the drying shrinkage. Based on microstructure analysis, determining factors could be identified that respond for the high shrinkage of sodium silicate activated BFS cement: low porosity, mostly mesopores; high degree of hydration and chemical nature of the hydrated products, essentially calcium silicate hydrate - C-S-H. Activation with hydrated lime and hydrated lime plus dehydrated calcium results low amounts of C-S-H and significant quantities of aluminate and sulphoaluminate phases, respectively. Porosity and shrinkage, mainly autogenous, are lower than that verified for portland cement mixtures. Activation with sodium hydroxide causes high autogenous shrinkage, small amounts of C-S-H and significant quantities of aluminate phases.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de métodos analíticos que exploram inovações trazidas pela espectrometria de absorção atômica e molecular de alta resolução com fonte contínua (HR-CS AAS e MAS): corrigir interferências espectrais (atômicas e moleculares), realizar determinações multielementares (sequenciais e/ou simultâneas) e determinar a concentração de elementos através de moléculas diatômicas. A alta resolução da técnica, aliada ao uso do forno de grafite, possibilita a análise direta de amostras sólidas e líquidas. As temperaturas utilizadas, em cada método desenvolvido, foram otimizadas visando sinais analíticos com alta sensibilidade e livres de interferências. Dois métodos foram desenvolvidos para determinar Mo e Ni, simultaneamente, em amostras de fertilizantes e vinhos. Paralelamente foi desenvolvido um método para determinar Si em amostras de plantas. Foi desenvolvido, também, um método para determinação sequencial e simultânea de Cd, Cr, Fe e Al em amostras de solo. Ainda considerando amostras de solo, um método para determinar a concentração de F foi desenvolvido utilizando a molécula diatômica de CaF. Os métodos apresentados demonstraram que as técnicas HR-CS GF AAS e MAS permitem analisar amostras de alta complexidade com mínimo pré-tratamento, realizar determinações multielementares e moleculares e empregar linhas analíticas alternativas. / This work presents the development of analytical methods that explore the innovations reached by high-resolution continuum source atomic and molecular absorption spectrometry (HR-CS AAS and MAS): to correct spectral interferences (atomic and molecular), to perform multielement determinations (sequentially and/or simultaneously), and even to use diatomic molecules in order to determine analyte concentrations. The high-resolution of the technique, combined with the use of the graphite furnace, made possible the direct analysis of solid and liquid samples. The temperatures used in each method were optimized aiming for analytical signals with high sensitivity and free of interferences. Two methods were developed to determine Mo and Ni, simultaneously, in fertilizers and wine samples. A method was developed to determine Si in plant samples. A method for sequential and simultaneous determination of Cd, Cr, Fe and Al in soil samples was also developed. Still considering the soil samples, a method for F determination was developed using the CaF diatomic molecule. All methods demonstrate that the HR-CS GF AAS and MAS techniques allow highly complex samples analysis with minimal pretreatment, enabling multielement and molecular determinations employing also alternative analytical lines.

Neste trabalho é proposto um método para a determinação de cádmio e chumbo por espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (GF AAS) em cereais (amaranto, chia, linhaça e quinoa) após a decomposição das amostras em sistema fechado por combustão iniciada por micro-ondas (MIC). Para a decomposição por MIC, as amostras foram prensadas na forma de comprimidos e posicionadas em suporte de quartzo, onde a combustão foi feita na presença de 20 bar de oxigênio e utilizando nitrato de amônio como iniciador de combustão (50 μL NH4NO3 6 mol L-1). Foi estudada a concentração da solução absorvedora mais adequada (HNO3 1, 3 e 7 mol L-1), sendo HNO3 7 mol L-1 a solução escolhida por apresentar resultados concordantes (superior a 90%) para o material de referência certificado (CRM). O teor de carbono residual nas soluções obtidas por MIC foi 0,11% e até 500 mg de amostra foram decompostos. Também foram estudados outros métodos de preparo das amostras: decomposição por via úmida em sistema aberto e fechado com aquecimento convencional e decomposição por via úmida em sistema fechado com aquecimento por radiação micro-ondas (MWAD), utilizando sistemas de média (até 40 bar) e alta pressão (até 80 bar). As amostras de cereais não foram completamente decompostas quando o método de decomposição por via úmida em sistema aberto foi utilizado. A decomposição das amostras foi eficiente quando a decomposição por via úmida em sistema fechado (CVWD) com aquecimento convencional e por MWAD foram utilizadas. Apesar destes métodos poderem ser aplicados para a decomposição dos cereais, foram observadas interferências na determinação de Pb por GF AAS. Estas interferências das amostras foram contornadas apenas quando as soluções decompostas por MIC foram analisadas ou utilizando as soluções obtidas por CVWD e MWAD após uma etapa de diluição de, pelo menos, 30 e 50 vezes, respectivamente. Para a determinação de Cd, não foram observadas interferências na etapa de determinação. As concentrações de Cd e Pb em todas as amostras de cereais decompostas por MIC ficaram abaixo do limite de quantificação, de 0,087 e 0,443 μg g-1, respectivamente. / In this work, a method for cadmium and lead determination by graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF AAS) in cereals, after microwave-induced combustion (MIC) in closed vessels is proposed. For MIC digestion, samples were pressed as pellets and placed on a quartz holder positioned inside to quartz vessels, where combustion takes place with using 20 bar of oxygen and ammonium nitrate as aid for ignition (50 μL 6 mol L-1 NH4NO3). The concentration of the absorbing solution was evaluated and 7 mol L-1 HNO3 was selected as absorbing solution in view of the agreement (higher than 90%) with the certified reference material. The residual carbon content in digests obtained by MIC was 0.11% and up to 500 mg of sample could be digested. Other sample preparation methods were also evaluated: wet digestion in open and closed vessels under conventional heating and by microwave-assisted wet digestion (MWAD), using systems operating at medium (up to 40 bar) and high pressure (up to 80 bar). Cereals samples were not complete digested when wet digestion in open vessels was used. Digestion was complete when wet digestion in closed vessels (CVWD) under conventional heating and by MWAD were used. Despite these method could be applied for digestion of cereals, interferences were observed in Pb determination by GF AAS. The interteferences on Pb determination by GF AAS were minimized only when digests obtained by MIC were analyzed or when solutions obtained by CVWD and MWAD after a dilution step of 30 and 50 times, respectively, were used. For Cd determination by GF AAS interferences were not observed. Concentration of Cd and Pb in all cereals samples investigated after MIC digestion were lower than the limits of quantification of 0.087 e 0.443 μg g-1, respectively.

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2018-04-10T12:58:11Z No. of bitstreams: 1 2010 - Cla?dio Rocha Lopes.pdf: 2005134 bytes, checksum: 3f0410cad2ed7af0f6a0fb58a582090a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T12:58:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010 - Cla?dio Rocha Lopes.pdf: 2005134 bytes, checksum: 3f0410cad2ed7af0f6a0fb58a582090a (MD5) Previous issue date: 2010-03-26 / The aim of this study was to characterize the main physical and chemical properties, and testing of combustion and CO2 reactivity of biomass, towards its use as material injetante the tuyeres of blast furnaces. This aims to use economic and environmental gains by reducing the rates of carbon emissions and trading of Certified Emission Reductions. The biomass studied were two types of cellulignin: cellulignin from 100% wood and 50% wood + 50% organic matter of trash- MOL, five types of waste biomass in natura: marc barley, macadamia shells, cobs corn, sugar cane bagasse and wood Eucalytus urophylla. Carbonization was carried out at three temperatures (450, 600 and 900 oC) to provide data that could determine the temperature or temperature range in which the ?in natura? biomass and cellulignin should be carbonized to obtain the best properties to use as fuel/reducer in blast furnaces. Simulation tests of injection of powdered materials in blast furnaces were performed with three different masses (200, 250 and 300mg) for setting the rate of injection, after setting the mass to be injected (250mg) studied the carbonaceous were tested to obtain rates of combustion (burning efficiency). Tests were also made of mixtures of biomass with coal of low volatile coal, showing the synergy when mixing these coals. The rates of combustion-IC is obtained from the analysis of gaseous combustion products by gas chromatography. Tests of reactivity to CO2 at three temperatures (950, 1000 and 1050 oC) in order to obtain kinetic data (apparent activation energy and frequency factor) of various coals. The continuous reaction model (Equation Mampel-1st order) was used and the kinetic values obtained from the Arrhenius plot. Correlations of various physical and chemical properties of carbonaceous study (total carbon, fixed carbon, volatile matter, alkali content, density-He, density-Hg, open porosity, total porosity and surface area) compared to the rate of combustion-IC were obtained. It was also correlated the rate of combustion-IC with the values of reactivity to CO2 / O objetivo geral deste trabalho foi avaliar a viabilidade de utiliza??o de biomassas e seus carv?es atrav?s da inje??o pelas ventaneiras dos Altos-Fornos - t?cnica conhecida como Inje??o de Carv?es Pulverizados (ICP). Desta forma, diferentes biomassas e seus carv?es tiveram as suas propriedades f?sicas e qu?micas avaliadas, sendo realizados tamb?m testes de combust?o e de reatividade ao CO2. Esta utiliza??o visa ganhos ambientais e econ?micos, atrav?s da redu??o dos ?ndices de emiss?es de carbono e comercializa??o de Certificados de Emiss?es Reduzidas. As biomassas estudadas foram dois tipos de celuligninas: celuligninas provenientes de 100% madeira e celuligninas provenientes de 50% madeira + 50% mat?ria org?nica do lixo, cinco tipos de res?duos de biomassas ?in natura?: baga?o de cevada, cascas de macad?mia, sabugo de milho, baga?o de cana e madeira de Eucalyptus urophylla. Foram realizadas carboniza??es em tr?s temperaturas (450?C, 600?C e 900?C), visando obter dados que pudessem determinar a temperatura ou faixa de temperatura na qual as celuligninas e biomassas ?in natura? devem ser carbonizadas para se obter as melhores propriedades visando a utiliza??o como combust?veis/redutor nos Altos-Fornos. Os carbon?ceos estudados foram ensaiados para a obten??o dos ?ndices de combust?o (efici?ncia de queima). Tamb?m foram realizados testes de misturas de carv?es de biomassas com carv?o mineral baixo vol?til, mostrando a sinergia quando se misturam estes carv?es. Foram realizados ensaios de reatividade ao CO2 em tr?s temperaturas (950?C, 1000?C e 1050?C) com o intuito de obter dados cin?ticos (energia de ativa??o aparente e fator de frequ?ncia) de diversos carv?es. Utilizouse o modelo de rea??o cont?nua (Equa??o de Mampel-1? ordem) e os valores cin?ticos foram obtidos atrav?s do gr?fico de Arrhenius. Correla??es de diversas propriedades f?sicas e qu?micas dos carbon?ceos estudados em rela??o ao ?ndice de combust?o-IC foram obtidas. Tamb?m foi correlacionado o ?ndice de combust?o-IC com os valores de reatividade ao CO2. Os resultados mostraram que as celuligninas CCC3(50% madeira + 50 % lixo) e CCC5 (100% madeira) possuem caracter?sticas semelhantes ao carv?o vegetal tradicional, podendo serem injetadas nas ventaneiras, sem necessidade de carboniza??o. A temperatura de carboniza??o de biomassas deve ser entre 450?C e 600?C, possibilitando melhores rendimentos gravim?tricos e boas caracter?sticas f?sico-qu?micas. De modo geral, os maiores ?ndices de combust?o foram obtidos pelos carv?es carbonizados ? 600?C e pelo Carv?o vegetal tradicional (madeira de Eucalyptus). Avaliando-se as propriedades f?sicas e qu?micas dos materiais carbon?ceos com o ?ndice de combust?o, pode-se dividir os materiais em quatro grupos espec?ficos (grupo de biomassas in natura, grupo das celuligninas, grupo dos carv?es vegetais e grupo dos carv?es minerais). Os valores dos ensaios de reatividade ao CO2 est?o em conson?ncia com os resultados de ?ndice de combust?o, onde os carv?es de celulignina, bem como os carv?es de biomassa tradicional, s?o materiais de alta reatividade com grande potencial para utiliza??o na inje??o em altoforno.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-03-16T12:07:53Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EfeitoSubstituicaoParcial.pdf: 2618799 bytes, checksum: 18cd992cf1f642f2343230b6744167b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-17T13:11:37Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EfeitoSubstituicaoParcial.pdf: 2618799 bytes, checksum: 18cd992cf1f642f2343230b6744167b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-17T13:11:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EfeitoSubstituicaoParcial.pdf: 2618799 bytes, checksum: 18cd992cf1f642f2343230b6744167b6 (MD5) Previous issue date: 2016-04-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A escória de alto-forno a carvão vegetal é um resíduo gerado a partir da produção do ferro gusa em alto-forno. Nas siderúrgicas que operam em alto-forno a geração de resíduo é de aproximadamente 250 kg para cada tonelada de ferro gusa produzido. Nesse sentido, o estado do Pará figura como o segundo maior produtor nacional de ferro gusa, reforçando a importância de se ter uma investigação científica mais detalhada, visando minimizar o impacto ambiental provocado pelo acúmulo deste resíduo, através do desenvolvimento de aplicações apropriadas. Nesse contexto o presente trabalho de pesquisa tem como objetivo verificar as propriedades mecânicas de concretos produzidos com a substituição parcial do agregado graúdo natural (AGN) pela escória de alto-forno (EAF). Para isso realizou-se um processo de beneficiamento da EAF através da britagem em um britador de mandíbulas e peneiramento, em seguida foi realizado um estudo de dosagem em concreto com 100% de AGN, logo foi realizado a substituição (em massa) do agregado natural por agregado de escória de alto forno (0% - referência, 20%, 30% e 40%). Foram realizados ensaios no estado fresco (consistência) e no estado endurecido (resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade) dos concretos produzidos com substituição parcial de AGN por EAF nas idades de 28 e 63 dias, bem como microestrutura eletrônica de varredura (MEV) dos concretos. Os resultados mostraram que a incorporação da EAF na mistura ocasionou uma queda progressiva de trabalhabilidade nos concretos. Assim como, o desempenho mecânico aumentou significativamente em relação ao concreto convencional a partir da incorporação de 30 % de EAF. Desta forma, a incorporação deste resíduo na produção de concretos especiais induz melhoras nas respostas em todas as propriedades mecânicas analisadas quando comparadas ao concreto convencional. / The blast furnace slag charcoal is waste generated from the production of pig iron in blast furnaces. In the steel mills operating in blast furnace waste generation is approximately 250 kg per ton of pig iron produced. In this sense, the state of Pará figure as the second largest domestic producer of pig iron, reinforcing the importance of having a more detailed scientific research in order to minimize the environmental impact caused by the accumulation of this waste through the development of appropriate applications. In this context the present research aims to determine the mechanical properties of concrete produced with the partial replacement of natural coarse aggregate (AGN) for blast furnace slag (EAF). For this we performed a beneficiation process of the EAF by crushing in a jaw crusher and screening, then it performed a dose of study concrete with 100% AGN was performed immediately replacing (by mass) of natural aggregate by aggregate of blast furnace slag (0% - reference, 20%, 30% and 40%). tests were carried out in the fresh state (consistency) and in the hardened state (compressive strength, tensile strength and modulus of elasticity) of concrete produced with partial replacement of AGN by EAF at the ages of 28 and 63 days as well as scanning electron microstructure (SEM) of concrete. The results showed that the incorporation of the EAF in the mixture caused a gradual decrease in concrete workability. As well as the mechanical performance increased significantly compared to conventional concrete from the incorporation of 30% of EAF. Thus, incorporation of this waste in special concrete production improvements induced responses in all the analyzed mechanical properties when compared to conventional concrete.

A demanda por energia fotovoltaica vem aumentando a razão de mais de 20% ao ano no mercado internacional nos últimos dez anos. O silício com pureza entre 99,999% e 99,99999% é utilizado na fabricação de células fotovoltaicas. O silício metalúrgico tem pureza entre 98,5% e 99%. Este estudo visa investigar o refino a vácuo como um processo alternativo de menor custo para se obter o silício para células fotovoltaicas. Este processo pode remover o fósforo do silício, que é um dos elementos prejudiciais à célula fotovoltaica. Isso permitiria agregar valor à produção brasileira de silício metalúrgico, que alcança um preço de aproximadamente US$2,5 por quilo, enquanto o silício para células fotovoltaicas varia entre US$20 e 60 por quilo. Foram realizados experimentos de fusão em forno de indução a vácuo, variando parâmetros como temperatura, tempo e pressão. O teor de fósforo caiu de 33 ppm para cerca de 0,1 ppm e os resultados foram comparados com um modelo matemático da literatura. Conclui-se que o refino por este processo é tecnicamente viável. / The demand for photovoltaics is increasing at a ratio over 20 % per year in the international market in the last ten years. Silicon with purity of 99.999 % and 99.99999 % is used in the manufacture of photovoltaic cells. The purity of metallurgical silicon is between 98.5% and 99%. This study aims to investigate the vacuum refining process as a lower cost alternative to obtain silicon for photovoltaic cells. This process can remove phosphorus from silicon, which is a harmful element to the photovoltaic cell. This would add value to Brazilian production of metallurgical silicon, that reaches a price of approximately U.S.$ 2.5 per kilogram, while the silicon for photovoltaic cells varies between U.S.$ 20 and 60 per kilo . Melting experiments were performed in a vacuum induction furnace by varying such parameters as temperature, time and pressure. The phosphorus content dropped from 33 ppm to about 0.1 ppm and the results were compared with a mathematical model from literature. It is concluded that refining of this process is technically feasible.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissGLD.pdf: 1135923 bytes, checksum: a01e5691bc8173353509b5a00f4b3c7d (MD5) Previous issue date: 2006-02-23 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work, a nickel tube used as atomization cell and a ceramic capillary for thermospray generation (TS-FF-AAS) were employed to increase the analytical performance of the flame atomic absorption spectrometry (FAAS). The applicability of the method was evaluated for Co(II) and Cr(III) determination in food samples. Due to factors such as the low temperature into the atomization tube, the high atomization temperatures of the analytes, and the low levels of these elements in biological samples, a cloud point extraction (CPE) method was applied to both improve the processes of volatilization and atomization by formation of volatile metal complexes, and increase the sensitivity. Triton X-114 was used as surfactant to the implementation of the cloud point preconcentration procedure and, after the evaluation of several complexing agents, the best results were obtained with ammonium pyrrolidinedithiocarbamate (APDC). Parameters such as pH of complexation and concentrations of both surfactant and complexing agent were optimized. To improve the sensitivity, two configurations were evaluated to change the internal temperature of the atomization tube. The slotted tube, in which the internal temperature is higher due to more intense flame penetration, provided a significant increase in Cr(III) sensitivity. Parameters such as flame stoichiometry, atomization tube height, rich phase solvent, sample volume, carrier and flow rate were also evaluated. Limits of detection (LOD) of 2.1 and 2.5 µg L-1 and quantification (LOQ) of 7.0 and 8.4 µg L-1 (n = 10) for Co(II) and Cr(III), respectively, were obtained using optimized conditions. Intermediate precision (5.8 and 5.4 % for Co(II) and Cr(III), respectively), presented as relative standard deviation (RSD, %, 1s), were calculated from 10 consecutive readings of both analytes preconcentrated solutions. Interferences were observed in both volatilization and atomization processes into the atomization tube, as well as in the reactions of metal complexes formation due to both the complexity of the sample and the high concentrations of concomitants. A procedure based on extraction with 1 mol L-1 HCl was adopted for Co(II) determination. Only divalent species are quantitatively extracted. On the other hand, critical interferents, such as Fe(III) and Al(III), are not extracted. Procedures for interferents complexation with either fluorides or ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) were evaluated for Cr(III) determination. Method accuracy was checked by Co(II) determination in two certified reference materials (tomato leaves and bovine liver). There were no statistical differences between determined and certified values in a 95 % confidence level. The proposed method is efficient and allowed the determination of trace concentrations of Co(II) in foods without the need of sample digestion. However, the Cr(III) determination in foods was not possible due to the sample complexity and the interferences caused by concomitants in both preconcentration and determination steps. / Neste trabalho, um tubo de níquel usado como célula de atomização e um capilar cerâmico para a geração de um aerossol térmico (TS-FF-AAS) foram empregados para a melhoria do desempenho analítico da espectrometria de absorção atômica com chama (FAAS). Avaliou-se a aplicabilidade do método para a determinação de Co(II) e Cr(III) em amostras alimentícias. Devido a fatores como a baixa temperatura no interior do tubo atomizador, as altas temperaturas requeridas para atomização e os baixos teores desses elementos em amostras biológicas, foi aplicado um método de extração por ponto nuvem (CPE) visando favorecer os processos de volatilização e atomização pela formação de complexos metálicos voláteis e aumentar a sensibilidade pela pré-concentração dos analitos. Para a implementação do procedimento de pré-concentração por ponto nuvem foi empregado o surfactante Triton X-114 e, na avaliação de diversos complexantes, os melhores resultados foram obtidos para pirrolidinaditiocarbamato de amônio (APDC). Fatores como pH de complexação e concentrações do complexante e do surfactante foram otimizados. Visando ao aumento da sensibilidade, dois tipos de configuração foram avaliados para aumentar a temperatura interna do tubo atomizador. O tubo com maior orifício, cuja temperatura interna é maior devido a uma melhor penetração da chama, apresentou um aumento significativo na sensibilidade para Cr(III). Foram também avaliados parâmetros como estequiometria da chama, altura do tubo atomizador em relação ao queimador, solvente da fase rica, volume de amostra, carregador e vazão. A partir das condições otimizadas foram obtidos limites de detecção (LOD) de 2,1 e 2,5 µg L-1 e limites de quantificação (LOQ) de 7,0 e 8,4 µg L-1 para Co(II) e Cr(III), respectivamente (n = 10). A repetibilidade do método (5,8 e 5,4 % para Co(II) e Cr(III), respectivamente), representada como desvio padrão relativo (RSD, %, 1s), foi calculada a partir de 10 medidas consecutivas de soluções pré-concentradas dos analitos. Foram observadas interferências tanto nos processos de volatilização e atomização no interior do tubo atomizador como na reação de formação dos complexos metálicos devido à complexidade da amostra e às altas concentrações de concomitantes presentes nas amostras analisadas. Na determinação de Co(II), para evitar tais efeitos, foi aplicado um procedimento de extração ácida com solução de HCl 1 mol L-1, no qual apenas espécies divalentes são quantitativamente extraídas enquanto interferentes críticos como Fe(III) e Al(III) não o são. Para Cr(III) foram avaliados procedimentos de complexação dos concomitantes com fluoreto e com ácido etilenodiaminatetraacético (EDTA). A exatidão do método foi verificada pela determinação de Co(II) em dois materiais de referência certificados (folhas de tomateiro e fígado bovino). Não houve diferenças estatísticas entre os teores determinados e certificados em um nível de confiança de 95%. O método é eficiente e possibilitou a determinação de Co(II) em baixas concentrações em amostras comerciais de origem vegetal e animal sem a necessidade de digestão da amostra. Contudo, a determinação de Cr(III) em amostras alimentícias foi impossibilitada devido às altas concentrações e às interferências causadas por concomitantes nas etapas de pré-concentração e determinação.

A injeção de carvão pulverizado na região das ventaneiras dos altos-fornos (Pulverized Coal Injection – PCI) é uma tecnologia amplamente praticada em altos-fornos com o objetivo de substituir parte do coque empregado por carvões não-coqueificáveis. O carvão injetado fornece energia e gases redutores para o processo de fabricação do gusa, além de contribuir para a redução da emissão de gases poluentes devido à menor produção de coque. Atualmente todo o carvão injetado em altos-fornos brasileiros é importado. O país possui grandes reservas de carvão, porém este carvão necessita passar por processos de beneficiamento para redução dos teores de matéria mineral e enxofre. A flexibilidade do processo PCI permite a utilização de ampla gama de carvões não-coqueificáveis, o que abre a possibilidade para utilização de carvão brasileiro. Este trabalho teve por objetivo avaliar propriedades de carvão brasileiro beneficiado com teor de cinzas de 18,9% para injeção em altos-fornos. O estudo foi conduzido através de ensaios de combustão empregando um moderno simulador de PCI projetado e desenvolvido pelo Laboratório de Siderurgia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LaSid) e também uma termobalança de modo a ser possível traçar um comparativo entre ambos os equipamentos. Além do carvão brasileiro, de baixo rank, foram utilizados dois carvões importados já em uso para injeção, um de alto e um de baixo rank. A combustibilidade (ou eficiência de combustão) em simulador de PCI foi avaliada pela conversão (burnout), calculada pelo método ash tracer, um balanço de massa entre a quantidade de cinzas que entra e sai do reator. Em termobalança o parâmetro adotado foi a temperatura de pico, correspondente à taxa máxima de reação. Fez-se também a avaliação da reatividade ao CO2 dos chars gerados em simulador de PCI, visto que o char ao deixar a zona de combustão passa por uma zona rica neste gás. Análise estatística revelou que a técnica adotada de burnout mostrou-se bastante eficiente para diferenciar carvões de teores de matéria volátil distintos, porém não no caso de carvões com teores de matéria volátil similares. No simulador de PCI a influência da matéria volátil do carvão foi mais pronunciada do que o rank e em termobalança o rank teve mais efeito sobre a combustibilidade do que a matéria volátil. O carvão brasileiro apresentou propriedades comparáveis às do carvão importado de baixo rank utilizado para PCI. Isto representa uma grande vantagem, visto que possibilitaria a utilização do mesmo na siderurgia. / Pulverized coal injection through blast furnace tuyeres (PCI) is a widely practiced technology in blast furnaces to replace part of coke by non-coking coal. Injected coal provides energy and reducing gases for pig iron production process, as well as contributes to reducing pollutants gases emission due to coke saving. Currently all coal injected into Brazilian blast furnaces is imported. The country has large reserves of coal, but this coal needs to undergo beneficiation to reduce mineral matter and sulfur contents. PCI process flexibility allows the employment of a wide range of non-coking coals, which opens the possibility to use Brazilian coal. This work aimed to evaluate properties of Brazilian coal benefited with 18.9% ash content for injection into blast furnaces. The study was conducted through combustion tests employing a modern PCI test rig designed and developed by the Iron and Steelmaking Laboratory (LaSid) of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) and also a thermobalance in order to draw a comparison between both equipments. In addition to low rank Brazilian coal, two imported coals which are already used for injection were used, one high and one low rank. The combustibility (or combustion efficiency) in a PCI test rig was evaluated by burnout, calculated by the ash tracer method, a mass balance between the amount of ash that enters and leaves the reactor. Peak temperature was the parameter adopted to evaluate combustibility in thermobalance, corresponding to the maximum rate of reaction. It was also evaluated the CO2 reactivity of chars generated in the PCI test rig, since char leaving the combustion zone passes through a CO2 rich area. Statistical analysis revealed that burnout technique proved to be efficient enough to differentiate coals with different volatile matter contents, but not in the case of coals with similar volatile matter contents. In PCI test rig the influence of volatile matter was more pronunced than rank and in thermobalance rank had more effect on combustibility than volatile matter. Brazilian coal showed properties comparable to the ones of imported low rank coal already in use for PCI. This is a great advantage, since it would make it possible to use it in ironmaking.