Neste trabalho, a influência da incorporação de inibidores de oxidação a base de fosfatos ácidos de alumínio na resistência a oxidação de grafites naturais foi avaliada em função do seu teor e da sua razão molar P:Al, através de análise termogravimétrica dinâmica e isotérmica, em uma atmosfera de O2 99,9%. Inibidores de oxidação a base de fosfatos ácidos de alumínio com razões molares P:Al de 1:1, 3:1, 9:1, 12:1 e 23:1 foram produzidos através da reação entre ácido fosfórico e hidróxido de alumínio, e incorporadas em dois tipos diferentes de grafites naturais em flocos. O comportamento térmico e estrutural do inibidor puro e das amostras de grafite contendo o inibidor incorporado foi avaliado através de ensaios termogravimétricos, e por técnicas analíticas como espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, difração de raios X, e microscopia eletrônica de varredura. A energia de ativação aparente foi determinada através de ensaios termogravimétricos isotérmicos para a avaliação do mecanismo de inibição da oxidação. Os resultados mostraram uma relação entre o teor de inibidor incorporado e o aumento da temperatura para inicio do processo de oxidação (temperatura onset) das amostras avaliadas. Este comportamento é atribuído ao bloqueio físico dos sítios ativos para quimisorção de oxigênio por uma camada de fosfato de alumínio, e ao envenenamentode sítios ativos por compostos de fósforo presentes no inibidor. A ação de um mecanismo de bloqueio dos sítios ativos pode ser visto também através do aumento da energia de ativação aparente para o início do processo de oxidação. A taxa de oxidação é significativamente reduzida em temperaturas de até 1000ºC, porém o efeito inibitório cessa em temperaturas superiores a esta. A análise do comportamento térmico do inibidor mostra uma mudança química e estrutural que ocorre nesta faixa de temperaturas, que pode ser responsável pela cessão do efeito inibitório. É atribuída à transformação do metafosfato Al(PO3)3 para o ortofosfato AlPO4, com consequente liberação de P2O5, o mecanismo responsável pelo término do efeito inibitório de oxidação. / In this thesis, the influence of oxidation inhibitors based on acid aluminum phosphate in oxidation resistance of natural graphites was evaluated in terms of its content and P: Al molar ratio through dynamic and isothermal thermogravimetric analysis in an O2 99.9%.atmosphere test. Oxidation inhibitors based in acid aluminum phosphates with P:Al molar ratio of 1:1, 3:1, 9:1, 12:1 and 23:1 were synthesized by reacting phosphoric acid and aluminum hydroxide, and mixing the inhibitor with two different grades of natural graphite flakes. The thermal and structural behavior of pure inhibitor, and the graphite mixed with inhibitor, were evaluated by thermal analysis and other analytical techniques like Raman Spectroscopy, Fourier-transformed Infrared Spectroscopy, X-ray Diffraction e Scanning Electron Microscopy. The apparent activation energy was measured by isothermal thermogravimetric analysis for oxidation inhibition mechanism evaluation. The results show a relationship between the inhibitor content and the increase of oxidation start temperature (onset temperature) in the evaluated samples. That behavior are attributed to blocking the active sites for O2 chemisorption by a aluminum phosphate layer, and the poisoning of active sites by phosphorus compounds coming from the inhibitor. The active site blocking mechanism can be seen through an increase of apparent activation energy for oxidation. The oxidation rate is significantly reduced up to 1000ºC, but the inhibition effect stops at higher temperatures. The thermal and spectroscopic analysis of oxidation inhibitor show a chemical and structural change that can be related to the end of inhibitory effect in temperatures higher than 1000ºC. The transformation of metaphosphate Al(PO3)3 to a orthophosphate AlPO4, with gaseous P2O5 emission, is attributed to the end of oxidation inhibition effect.

Neste trabalho, a influência da incorporação de inibidores de oxidação a base de fosfatos ácidos de alumínio na resistência a oxidação de grafites naturais foi avaliada em função do seu teor e da sua razão molar P:Al, através de análise termogravimétrica dinâmica e isotérmica, em uma atmosfera de O2 99,9%. Inibidores de oxidação a base de fosfatos ácidos de alumínio com razões molares P:Al de 1:1, 3:1, 9:1, 12:1 e 23:1 foram produzidos através da reação entre ácido fosfórico e hidróxido de alumínio, e incorporadas em dois tipos diferentes de grafites naturais em flocos. O comportamento térmico e estrutural do inibidor puro e das amostras de grafite contendo o inibidor incorporado foi avaliado através de ensaios termogravimétricos, e por técnicas analíticas como espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, difração de raios X, e microscopia eletrônica de varredura. A energia de ativação aparente foi determinada através de ensaios termogravimétricos isotérmicos para a avaliação do mecanismo de inibição da oxidação. Os resultados mostraram uma relação entre o teor de inibidor incorporado e o aumento da temperatura para inicio do processo de oxidação (temperatura onset) das amostras avaliadas. Este comportamento é atribuído ao bloqueio físico dos sítios ativos para quimisorção de oxigênio por uma camada de fosfato de alumínio, e ao envenenamentode sítios ativos por compostos de fósforo presentes no inibidor. A ação de um mecanismo de bloqueio dos sítios ativos pode ser visto também através do aumento da energia de ativação aparente para o início do processo de oxidação. A taxa de oxidação é significativamente reduzida em temperaturas de até 1000ºC, porém o efeito inibitório cessa em temperaturas superiores a esta. A análise do comportamento térmico do inibidor mostra uma mudança química e estrutural que ocorre nesta faixa de temperaturas, que pode ser responsável pela cessão do efeito inibitório. É atribuída à transformação do metafosfato Al(PO3)3 para o ortofosfato AlPO4, com consequente liberação de P2O5, o mecanismo responsável pelo término do efeito inibitório de oxidação. / In this thesis, the influence of oxidation inhibitors based on acid aluminum phosphate in oxidation resistance of natural graphites was evaluated in terms of its content and P: Al molar ratio through dynamic and isothermal thermogravimetric analysis in an O2 99.9%.atmosphere test. Oxidation inhibitors based in acid aluminum phosphates with P:Al molar ratio of 1:1, 3:1, 9:1, 12:1 and 23:1 were synthesized by reacting phosphoric acid and aluminum hydroxide, and mixing the inhibitor with two different grades of natural graphite flakes. The thermal and structural behavior of pure inhibitor, and the graphite mixed with inhibitor, were evaluated by thermal analysis and other analytical techniques like Raman Spectroscopy, Fourier-transformed Infrared Spectroscopy, X-ray Diffraction e Scanning Electron Microscopy. The apparent activation energy was measured by isothermal thermogravimetric analysis for oxidation inhibition mechanism evaluation. The results show a relationship between the inhibitor content and the increase of oxidation start temperature (onset temperature) in the evaluated samples. That behavior are attributed to blocking the active sites for O2 chemisorption by a aluminum phosphate layer, and the poisoning of active sites by phosphorus compounds coming from the inhibitor. The active site blocking mechanism can be seen through an increase of apparent activation energy for oxidation. The oxidation rate is significantly reduced up to 1000ºC, but the inhibition effect stops at higher temperatures. The thermal and spectroscopic analysis of oxidation inhibitor show a chemical and structural change that can be related to the end of inhibitory effect in temperatures higher than 1000ºC. The transformation of metaphosphate Al(PO3)3 to a orthophosphate AlPO4, with gaseous P2O5 emission, is attributed to the end of oxidation inhibition effect.

Neste trabalho, a influência da incorporação de inibidores de oxidação a base de fosfatos ácidos de alumínio na resistência a oxidação de grafites naturais foi avaliada em função do seu teor e da sua razão molar P:Al, através de análise termogravimétrica dinâmica e isotérmica, em uma atmosfera de O2 99,9%. Inibidores de oxidação a base de fosfatos ácidos de alumínio com razões molares P:Al de 1:1, 3:1, 9:1, 12:1 e 23:1 foram produzidos através da reação entre ácido fosfórico e hidróxido de alumínio, e incorporadas em dois tipos diferentes de grafites naturais em flocos. O comportamento térmico e estrutural do inibidor puro e das amostras de grafite contendo o inibidor incorporado foi avaliado através de ensaios termogravimétricos, e por técnicas analíticas como espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, difração de raios X, e microscopia eletrônica de varredura. A energia de ativação aparente foi determinada através de ensaios termogravimétricos isotérmicos para a avaliação do mecanismo de inibição da oxidação. Os resultados mostraram uma relação entre o teor de inibidor incorporado e o aumento da temperatura para inicio do processo de oxidação (temperatura onset) das amostras avaliadas. Este comportamento é atribuído ao bloqueio físico dos sítios ativos para quimisorção de oxigênio por uma camada de fosfato de alumínio, e ao envenenamentode sítios ativos por compostos de fósforo presentes no inibidor. A ação de um mecanismo de bloqueio dos sítios ativos pode ser visto também através do aumento da energia de ativação aparente para o início do processo de oxidação. A taxa de oxidação é significativamente reduzida em temperaturas de até 1000ºC, porém o efeito inibitório cessa em temperaturas superiores a esta. A análise do comportamento térmico do inibidor mostra uma mudança química e estrutural que ocorre nesta faixa de temperaturas, que pode ser responsável pela cessão do efeito inibitório. É atribuída à transformação do metafosfato Al(PO3)3 para o ortofosfato AlPO4, com consequente liberação de P2O5, o mecanismo responsável pelo término do efeito inibitório de oxidação. / In this thesis, the influence of oxidation inhibitors based on acid aluminum phosphate in oxidation resistance of natural graphites was evaluated in terms of its content and P: Al molar ratio through dynamic and isothermal thermogravimetric analysis in an O2 99.9%.atmosphere test. Oxidation inhibitors based in acid aluminum phosphates with P:Al molar ratio of 1:1, 3:1, 9:1, 12:1 and 23:1 were synthesized by reacting phosphoric acid and aluminum hydroxide, and mixing the inhibitor with two different grades of natural graphite flakes. The thermal and structural behavior of pure inhibitor, and the graphite mixed with inhibitor, were evaluated by thermal analysis and other analytical techniques like Raman Spectroscopy, Fourier-transformed Infrared Spectroscopy, X-ray Diffraction e Scanning Electron Microscopy. The apparent activation energy was measured by isothermal thermogravimetric analysis for oxidation inhibition mechanism evaluation. The results show a relationship between the inhibitor content and the increase of oxidation start temperature (onset temperature) in the evaluated samples. That behavior are attributed to blocking the active sites for O2 chemisorption by a aluminum phosphate layer, and the poisoning of active sites by phosphorus compounds coming from the inhibitor. The active site blocking mechanism can be seen through an increase of apparent activation energy for oxidation. The oxidation rate is significantly reduced up to 1000ºC, but the inhibition effect stops at higher temperatures. The thermal and spectroscopic analysis of oxidation inhibitor show a chemical and structural change that can be related to the end of inhibitory effect in temperatures higher than 1000ºC. The transformation of metaphosphate Al(PO3)3 to a orthophosphate AlPO4, with gaseous P2O5 emission, is attributed to the end of oxidation inhibition effect.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Anodising is an electrochemical process that modifies the aluminum surface. The goal is accelerate the formation of a regular and controlled layer of alumina, improving properties such as corrosion resistance, abrasion, and electrical insulation. This process generates large amounts of waste that by appropriate treatment can be valued as a raw material for use in materials that require aluminum in its composition. In this work, inorganic aluminum phosphate coatings were obtained using waste of anodizing aluminum process (RAA) and commercial raw materials as a reference. The coatings produced were composed by monoaluminum phosphate binder (MAF) and the load Al2O3. The RAA was washed and used as aluminum hydroxide (Al(OH)3) on MAF production. The RAA was washed and calcined at 1300 and 1500 °C to be converted into Al2O3 and used as filler. The coatings produced were applied on ceramic substrates and evaluated the performance by wear resistance, pin-on-disc. The coatings produced with MAF obtained from RAA presented equivalent performance to coatings produced with MAF obtained from commercial aluminum hydroxide. The coatings produced with Al2O3 obtained by calcining the RAA 1300 °C showed lower performance. The coatings produced with Al2O3 obtained by calcination RAA at 1500 °C showed equivalent performance that produced with commercial Al2O3. The RAA calcined at 1500 °C showed a specific surface area (B.E.T.) equal to 1.54 ( ± 0.02) m2/g and the reference Al2O3, 1.1 m2 /g. In either, only alpha-alumina phase was detected by XRD. The RAA calcined at 1300 °C showed a B.E.T of 8.25 (±0.03) m2/g and addition to alpha-phase alumina, transition alumina was detected . The underperformance of the RAA calcined at 1300 °C can be related to the greater reactivity of Al2O3 obtained, which possess transitional alumina phase and larger surface area. The analyzes performed by SEM revealed microcracks in the structure of the coatings produced with RAA calcined at 1300 °C. It can be concluded that it is possible to produce inorganic coating from the RAA, but the use of alumina as filler of higher reactivity must be avoided. / A anodização é um processo eletroquímico que modifica a superfície do alumínio. O objetivo é acelerar a formação de uma a cobertura regular e controlada de alumina, melhorando propriedades como resistência a corrosão, abrasão e isolamento elétrico. Este processo gera grandes quantidades de resíduo que por tratamento adequado pode ser valorizado como matéria prima para utilização em materiais que necessitam de alumínio em sua composição. Neste trabalho foram obtidas tintas inorgânicas a base de fosfato de alumínio utilizando o resíduo do processo de anodização de alumínio (RAA) e matérias primas comerciais como referência. As tintas produzidas foram compostas pelo ligante mono alumínio fosfato (MAF) e pela carga, Al2O3. O RAA foi lavado e usado como hidróxido de alumínio (Al(OH)3) na produção de MAF. O RAA lavado foi calcinado a 1300 e 1500 °C para ser convertido em Al2O3 e ser utilizado como carga. As tintas produzidas foram aplicadas sobre substratos cerâmicos e avaliado o desempenho por ensaio de resistência ao desgaste, pino-sobre-disco. As tintas produzidas com MAF obtido do RAA tiveram desempenho equivalente às tintas produzidas com MAF obtido do hidróxido de alumínio comercial. As tintas produzidas com Al2O3 obtido pela calcinação do RAA 1300 °C apresentaram desempenho inferior. As tintas produzidas com Al2O3 obtido pela calcinação do RAA a 1500 °C apresentaram resultado equivalente ás tintas produzidas com Al2O3 comercial. O RAA calcinado a 1500 °C apresentou área de superfície específica (B.E.T) igual a 1,54 (±0,02) m2/g e o Al2O3 de referência 1,1 m2/g. Em ambos apenas fase alfa-alumina foi detectada por DRX. O RAA calcinado a 1300 °C apresentou B.E.T de 8,25 (±0,03) m2/g e além de fase alfa-alumina, alumina de transição foi detectada. O desempenho inferior do RAA calcinado a 1300 °C pode ser relacionado com a maior reatividade do Al2O3 obtido, que possuí fase de transição da alumina e a maior área de superfície. As analises realizadas por MEV revelaram microtrincas na estrutura das tintas produzidas com RAA calcinado a 1300 °C. Pode ser concluído que é possível produzir tintas inorgânicas a partir do RAA, porém deve ser evitada a utilização de aluminas de maior reatividade como carga.

O fósforo (P) tem sido um dos fatores mais limitantes da produção agrícola em solos de exploração recente, bem como nos solos há tempo utilizados e cuja fertilidade não é mantida. Tradicionalmente, o uso de fontes de P de elevada solubilidade tem auxiliado no aumento da fertilidade desses solos proporcionando acréscimos na produtividade das culturas. No entanto, o processo de fabricação desses fertilizantes requer o uso de rochas fosfáticas com baixa quantidade de impurezas metálicas como ferro e alumínio. Essa exigência tem levado as indústrias a descartarem quantidades elevadas de resíduo fosfático, no qual se encontram os minerais do grupo da crandallita. A busca de fontes alternativas de P para a produção agrícola encontra-se dentro do contexto de aproveitamento racional de recursos minerais existentes bem como de avançar no conhecimento de condições agronômicas que maximizem sua utilização pelas plantas. Para tanto, coletaram-se amostras do rejeito da mineração de depósitos fosfáticos de importância nacional (Catalão-GO, Juquiá-SP e Tapira-MG) contendo fosfatos aluminosos do grupo da crandallita, objetivando-se avaliar a capacidade desses minerais, após tratamento térmico, em disponibilizar P para plantas em solos sob condição de inundação e de pH próximo à neutralidade e determinar sua eficiência agronômica relativa em comparação à uma fonte padrão de P, relacionando-a com as suas características químicas e mineralógicas. O material coletado foi submetido ao tratamento térmico sob diferentes temperaturas para avaliar o efeito sobre a solubilidade e transformação morfológica. O material tratado foi: (i) misturado a amostras de terra com diferentes valores de pH para avaliar o comportamento de dissolução, (ii) submetido a teste de hidrólise em solução aquosa com valores de pH distintos e (iii) avaliado como fonte de P para as culturas do arroz-de-sequeiro e arroz inundado. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que: (i) o tratamento térmico dos fosfatos aluminosos do grupo da crandallita com temperaturas ao redor de 500 ºC aumenta sua solubilidade em solução de citrato neutro de amônio e promove modificações na estrutura cristalina dos minerais, (ii) a liberação de P desses minerais é bastante reduzida em solução aquosa com valores de pH entre 4 e 8, (iii) a dissolução dos fosfatos aluminosos do grupo da crandallita calcinados em condição de solo é maior quando o valor de pH está próximo à neutralidade, comparado ao levemente ácido e (iv) que a adição dessas fontes de P ao solo promoveu resposta significativa na produção de matéria seca, na quantidade de P acumulado pela parte aérea das plantas e no rendimento de grãos de plantas de arroz-de-sequeiro e inundado, contudo não tão eficiente quanto a fonte padrão de P. / Phosphorus (P) has been one of the most limiting factors for crop production in recent cultivated soils as well as in old cropped soils in which fertility is not maintained. Traditionally, the application of high solubility P sources has helped to raise soil fertility providing increase of crop yield. However, the manufacturing process of water-soluble P fertilizers requires the use of phosphate rocks with low quantity of metal impurities as iron and aluminum. This requirement has forced the fertilizer industry to discard great amounts of phosphate residue, in which the aluminous phosphates of the crandallite group can be found. Searching alternative P sources for crop production meets the context of rational use of existing mineral resources as well as move forward on the knowledge of agronomic conditions to maximize P uptake by plants. Therefore, samples of the mine residue from phosphate deposits of great relevance (Catalão-GO, Juquiá-SP e Tapira-MG) with aluminous phosphates of the crandallite group were collected and thermal treated, aiming to evaluate their ability to provide P to plants in soils under flooding condition and with pH around neutrality, to determine their relative agronomic effectiveness compared to a standard P source, and relate it with their chemical and mineralogical properties. The material collected was submitted to a thermal treatment under different temperatures to evaluate its effect on solubility and morphology. Treated material was (i) mixed to soil samples with different pH values to evaluate its dissolution, (ii) submitted to a hydrolysis test in aqueous solution with distinct pH values, and (iii) evaluated as a P source to upland rice and flooded rice. According to the obtained results, it was concluded that: (i) the thermal treatment of aluminous phosphates of the crandallite group with temperatures around 500 ºC increase its solubility in neutral ammonium citrate solution and cause alterations on the crystalline structure of minerals, (ii) P released from these mineral is very low in aqueous solution with pH ranging from 4 to 8, (iii) dissolution of aluminous phosphates of the crandallite group under soil conditions is higher when soil pH is around neutrality, compared to low acidity, and (iv) the addition of these P sources to soil significantly increased dry matter yield, P uptake by plants, and grain yield of upland rice and flooded rice, however not as much as for the standard P source.

O fósforo (P) tem sido um dos fatores mais limitantes da produção agrícola em solos de exploração recente, bem como nos solos há tempo utilizados e cuja fertilidade não é mantida. Tradicionalmente, o uso de fontes de P de elevada solubilidade tem auxiliado no aumento da fertilidade desses solos proporcionando acréscimos na produtividade das culturas. No entanto, o processo de fabricação desses fertilizantes requer o uso de rochas fosfáticas com baixa quantidade de impurezas metálicas como ferro e alumínio. Essa exigência tem levado as indústrias a descartarem quantidades elevadas de resíduo fosfático, no qual se encontram os minerais do grupo da crandallita. A busca de fontes alternativas de P para a produção agrícola encontra-se dentro do contexto de aproveitamento racional de recursos minerais existentes bem como de avançar no conhecimento de condições agronômicas que maximizem sua utilização pelas plantas. Para tanto, coletaram-se amostras do rejeito da mineração de depósitos fosfáticos de importância nacional (Catalão-GO, Juquiá-SP e Tapira-MG) contendo fosfatos aluminosos do grupo da crandallita, objetivando-se avaliar a capacidade desses minerais, após tratamento térmico, em disponibilizar P para plantas em solos sob condição de inundação e de pH próximo à neutralidade e determinar sua eficiência agronômica relativa em comparação à uma fonte padrão de P, relacionando-a com as suas características químicas e mineralógicas. O material coletado foi submetido ao tratamento térmico sob diferentes temperaturas para avaliar o efeito sobre a solubilidade e transformação morfológica. O material tratado foi: (i) misturado a amostras de terra com diferentes valores de pH para avaliar o comportamento de dissolução, (ii) submetido a teste de hidrólise em solução aquosa com valores de pH distintos e (iii) avaliado como fonte de P para as culturas do arroz-de-sequeiro e arroz inundado. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que: (i) o tratamento térmico dos fosfatos aluminosos do grupo da crandallita com temperaturas ao redor de 500 ºC aumenta sua solubilidade em solução de citrato neutro de amônio e promove modificações na estrutura cristalina dos minerais, (ii) a liberação de P desses minerais é bastante reduzida em solução aquosa com valores de pH entre 4 e 8, (iii) a dissolução dos fosfatos aluminosos do grupo da crandallita calcinados em condição de solo é maior quando o valor de pH está próximo à neutralidade, comparado ao levemente ácido e (iv) que a adição dessas fontes de P ao solo promoveu resposta significativa na produção de matéria seca, na quantidade de P acumulado pela parte aérea das plantas e no rendimento de grãos de plantas de arroz-de-sequeiro e inundado, contudo não tão eficiente quanto a fonte padrão de P. / Phosphorus (P) has been one of the most limiting factors for crop production in recent cultivated soils as well as in old cropped soils in which fertility is not maintained. Traditionally, the application of high solubility P sources has helped to raise soil fertility providing increase of crop yield. However, the manufacturing process of water-soluble P fertilizers requires the use of phosphate rocks with low quantity of metal impurities as iron and aluminum. This requirement has forced the fertilizer industry to discard great amounts of phosphate residue, in which the aluminous phosphates of the crandallite group can be found. Searching alternative P sources for crop production meets the context of rational use of existing mineral resources as well as move forward on the knowledge of agronomic conditions to maximize P uptake by plants. Therefore, samples of the mine residue from phosphate deposits of great relevance (Catalão-GO, Juquiá-SP e Tapira-MG) with aluminous phosphates of the crandallite group were collected and thermal treated, aiming to evaluate their ability to provide P to plants in soils under flooding condition and with pH around neutrality, to determine their relative agronomic effectiveness compared to a standard P source, and relate it with their chemical and mineralogical properties. The material collected was submitted to a thermal treatment under different temperatures to evaluate its effect on solubility and morphology. Treated material was (i) mixed to soil samples with different pH values to evaluate its dissolution, (ii) submitted to a hydrolysis test in aqueous solution with distinct pH values, and (iii) evaluated as a P source to upland rice and flooded rice. According to the obtained results, it was concluded that: (i) the thermal treatment of aluminous phosphates of the crandallite group with temperatures around 500 ºC increase its solubility in neutral ammonium citrate solution and cause alterations on the crystalline structure of minerals, (ii) P released from these mineral is very low in aqueous solution with pH ranging from 4 to 8, (iii) dissolution of aluminous phosphates of the crandallite group under soil conditions is higher when soil pH is around neutrality, compared to low acidity, and (iv) the addition of these P sources to soil significantly increased dry matter yield, P uptake by plants, and grain yield of upland rice and flooded rice, however not as much as for the standard P source.