SILVA, Dimitri Matos.O papel de compostos de baixa cristalinidade em atributos físicos de horizontes com o caráter coeso. 2016. 34 f. Dissertação (Mestrado em Ciência do Solo)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by José Dote (snp@ufc.br) on 2017-06-02T16:46:10Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_dmatossilva.pdf: 979966 bytes, checksum: f02c14f3a380ae556539f2c1aa9b6006 (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2017-06-05T21:22:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_dmatossilva.pdf: 979966 bytes, checksum: f02c14f3a380ae556539f2c1aa9b6006 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-05T21:22:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_dmatossilva.pdf: 979966 bytes, checksum: f02c14f3a380ae556539f2c1aa9b6006 (MD5) Previous issue date: 2016 / The cohesive character occurs in the Coastal Tablelands and is defined as a pedogenetic densification identified due to changes in the consistence, being very hard to extremely hard when is dry and friable to firm when moisted. It occurs in Latossolos Amarelos and Argissolos Amarelos e Acinzentados. This work intended to test the hypothesis that the cohesive character occurs due to the presence of low crystalline material, presenting temporary cementation only when is in the process of drying and returning to a friable condition when is moisted. The experimental design utilized was completely randomized in fatorial schema (3x5)+2, with four repetitions, being the main factor the extraction of low crystallinity compounds in the levels: SE (without the extraction of low cristallinity compounds and saturation with distilled water), CE (with the extraction of low cristallinity compounds and saturation with distilled water) and CERS (extraction of low cristallinity compounds and saturation in a solution with Silicon). The second factor corresponds to five soil horizons with cohesive character: P1, P2, P3, P4, P5.The adittional treatment TA: without extraction of low cristalline compounds associated to saturation of silicon solution (SiO2) in the horizon with no cohesive character P6.In the control treatment TC: without the extraction of low cristallinity compounds and saturation with destilled water was used the horizon with no cohesive character P6, summing 68 experimental unities.The variables analysed were: density, hydraulic conductivity and penetration resistance. All the variables studied differed to the treatment without extraction. It is possible to conclude that the low cristallinity compounds should be associated to the cohesive character. / A área dos Tabuleiros Costeiros pode apresentar horizontes de solos com caráter coeso, o qual é definido como um adensamento que ocorre nas classes dos Latossolos Amarelos e Argissolos Amarelos e Acinzentados. Entretanto, o caráter coeso ainda não tem a gênese completamente esclarecida, dessa forma, esse trabalho foi desenvolvido tendo-se a hipótese de que a presença de material de baixa cristalinidade é necessária para a formação de horizontes com caráter coeso, pois esses horizontes apresentam cimentação temporária quando estão secos e tornam-se friáveis quando úmidos. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado em esquema fatorial (3x5) +2, com quatro repetições. O primeiro fator corresponde à extração dos compostos de baixa cristalinidade, utilizando-se o oxalato ácido de amônio, nos níveis: (1) SE: sem a extração dos compostos de baixa cristalinidade e saturação com água destilada, (2) CE: com extração dos compostos de baixa cristalinidade e saturação com água destilada e (3) CERS: com extração dos compostos de baixa cristalinidade associada à saturação com solução contendo sílica. O segundo fator corresponde a cinco horizontes de Argissolos com caráter coeso: P1, P2, P3, P4 e P5. Foram acrescentados ao fatorial o controle e o tratamento adicional, utilizando-se material do horizonte sem caráter coeso (P6). O tratamento adicional-TA foi sem a extração dos compostos de baixa cristalinidade associada à saturação com solução contendo sílica (SiO2). O tratamento controle-TC foi sem a extração dos compostos de baixa cristalinidade e saturação com água destilada. As amostras foram acondicionadas em tubos de PVC e passaram por 6 ciclos de umedecimento e secagem com água destilada ou solução com silício, dependendo dos níveis em questão. Em seguida foram analisadas as variáveis: densidade do solo, condutividade hidráulica em solo saturado e resistência à penetração. Para todas as variáveis estudadas observou-se a diferença estatística do tratamento Sem Extração (SE) em relação aos demais. Assim, pode–se concluir que os compostos de baixa cristalinidade estão associados ao caráter coeso, pois a extração por oxalato de amônio causou alteração nos atributos físicos analisados. A saturação com solução de sílica, nas condições desse trabalho, não conseguiu reproduzir o processo natural de formação do horizonte com caráter coeso.

Em cerâmicas refratárias, a formação de mulita (3Al2O3.2SiO2) \"in situ\", a partir da reação entre alumina e sílicas amorfas sintéticas (SAS´s) aumenta a resistência ao choque térmico e à corrosão destes materiais. Essa reação é fortemente afetada pelas características físico-químicas e morfológicas das SAS´s. Este estudo comparou a formação de mulita\"in situ\" a partir da combinação de alumina calcinada ultrafina (α-Al2O3) com quatro tipos de SAS´s obtidas por diferentes processos de sínteses (precipitação de silicato de sódio, extração da cinza da casca do arroz, extração da casca do arroz e precipitação de vapor de silício elementar) e com características variadas. Inicialmente, esses quatros tipos de SASs foram caracterizados em relação às suas propriedades físico-químicas, microestrutura e morfologia. Em seguida, após mistura com alumina, compactação e sinterização (1100-1500°C) assistida por dilatometria, as amostras foram caracterizadas em relação à sua porosidade, densidade, módulo elástico, resistência à flexão, microestrutura e fases presentes. Verificou-se que as propriedades das estruturas finais foram fortemente afetadas pela mudança de SAS´s. De forma geral e em comparação com as amostras de referência (100% alumina ou 100% mulita pré-formada por eletrofusão), houve significativo ganho de rigidez e tensão de ruptura em menores temperaturas e grande redução de porosidade final. Valores de tensão de ruptura e módulo elástico da ordem de 114 MPa e 308 GPa foram obtidos, respectivamente. A correlação das propriedades obtidas com as características prévias das sílicas mostrou que a área superficial e o volume de poros internos das partículas afetaram mais o ganho de rigidez e redução de porosidade do que o tamanho médio das partículas. Além desse aspecto, a presença de fases de baixo ponto de fusão (em especial nas amostras com microssílica) também contribuiu fortemente para densificação. / In refractories ceramics, the formation of mullite (3Al2O3.2SiO2) \"in situ\", from the reaction between alumina and synthetic amorphous silica (SAS\'s) increases the resistance to thermal shock and corrosion of these materials. This reaction is strongly affected by the physic-chemical and morphological features of SAS\'s. This study compared the mullite formation \"in situ\" from the combination of calcined alumina with four kinds of ultrafine\'s SASs obtained by various synthesis processes (precipitation of sodium silicate, from rice husk, extraction of rice husk ash and steam precipitation of silicon metal) and with varying characteristics. Initially, these four kinds of SAS´s were characterized in relation to their physicochemical properties, microstructure and morphology. After compaction and sintering (1100-1500°C) assisted by dilatometry, samples were characterized regarding their porosity, density, elastic modulus, flexural strength, microstructure and phases present. The properties of the final structure were strongly affected by the change of SAS\'s. In general, and in comparison with reference samples (100% alumina or 100% mullite preform for electrofusion), a significant stiffness gain of strength at low temperature and lower final porosity, respectively. Value of rupture and elastic modulus of the order of 114 MPa and 308 GPa were obtained. The correlation of properties obtained with the prior characterization of SAS´s showed that surface area and the volume of the internal poros of the particles affect the gain more stiffness and lower porosity than the average particle size. Aparts from this, the presence of phases of low melting point (especially in samples with microssilica) also contributed strongly to densification.

Em cerâmicas refratárias, a formação de mulita (3Al2O3.2SiO2) \"in situ\", a partir da reação entre alumina e sílicas amorfas sintéticas (SAS´s) aumenta a resistência ao choque térmico e à corrosão destes materiais. Essa reação é fortemente afetada pelas características físico-químicas e morfológicas das SAS´s. Este estudo comparou a formação de mulita\"in situ\" a partir da combinação de alumina calcinada ultrafina (α-Al2O3) com quatro tipos de SAS´s obtidas por diferentes processos de sínteses (precipitação de silicato de sódio, extração da cinza da casca do arroz, extração da casca do arroz e precipitação de vapor de silício elementar) e com características variadas. Inicialmente, esses quatros tipos de SASs foram caracterizados em relação às suas propriedades físico-químicas, microestrutura e morfologia. Em seguida, após mistura com alumina, compactação e sinterização (1100-1500°C) assistida por dilatometria, as amostras foram caracterizadas em relação à sua porosidade, densidade, módulo elástico, resistência à flexão, microestrutura e fases presentes. Verificou-se que as propriedades das estruturas finais foram fortemente afetadas pela mudança de SAS´s. De forma geral e em comparação com as amostras de referência (100% alumina ou 100% mulita pré-formada por eletrofusão), houve significativo ganho de rigidez e tensão de ruptura em menores temperaturas e grande redução de porosidade final. Valores de tensão de ruptura e módulo elástico da ordem de 114 MPa e 308 GPa foram obtidos, respectivamente. A correlação das propriedades obtidas com as características prévias das sílicas mostrou que a área superficial e o volume de poros internos das partículas afetaram mais o ganho de rigidez e redução de porosidade do que o tamanho médio das partículas. Além desse aspecto, a presença de fases de baixo ponto de fusão (em especial nas amostras com microssílica) também contribuiu fortemente para densificação. / In refractories ceramics, the formation of mullite (3Al2O3.2SiO2) \"in situ\", from the reaction between alumina and synthetic amorphous silica (SAS\'s) increases the resistance to thermal shock and corrosion of these materials. This reaction is strongly affected by the physic-chemical and morphological features of SAS\'s. This study compared the mullite formation \"in situ\" from the combination of calcined alumina with four kinds of ultrafine\'s SASs obtained by various synthesis processes (precipitation of sodium silicate, from rice husk, extraction of rice husk ash and steam precipitation of silicon metal) and with varying characteristics. Initially, these four kinds of SAS´s were characterized in relation to their physicochemical properties, microstructure and morphology. After compaction and sintering (1100-1500°C) assisted by dilatometry, samples were characterized regarding their porosity, density, elastic modulus, flexural strength, microstructure and phases present. The properties of the final structure were strongly affected by the change of SAS\'s. In general, and in comparison with reference samples (100% alumina or 100% mullite preform for electrofusion), a significant stiffness gain of strength at low temperature and lower final porosity, respectively. Value of rupture and elastic modulus of the order of 114 MPa and 308 GPa were obtained. The correlation of properties obtained with the prior characterization of SAS´s showed that surface area and the volume of the internal poros of the particles affect the gain more stiffness and lower porosity than the average particle size. Aparts from this, the presence of phases of low melting point (especially in samples with microssilica) also contributed strongly to densification.

Mulita é um aluminosilicato com aplicações em sistemas de altas temperaturas como filtração de gases, elemento estrutural, suporte catalítico e isolante térmico. Na natureza, a mulita é pouco abundante e por este motivo é sintetizada via reação do estado sólido entre precursores contendo alumina e sílica. Nesta tese foi estudado o efeito de diferentes tipos de sílicas amorfas sintéticas (sílica precipitada, microssílica, sílica da casca de arroz e sílica da cinza da casca de arroz). Resultados obtidos demonstraram que quanto maior for a porosidade interna das partículas maior é o ganho em módulo de ruptura em flexão. No caso da microssílica, a presença de contaminantes foi determinante para obter a formação de fase vítrea viscosa, obtendo um material com baixa porosidade e elevado módulo elástico e de ruptura em flexão. Com o objetivo de aumentar a porosidade das estruturas de mulita, utilizou-se sílica com elevado tamanho médio de partículas (> 5 μm) e com (> 99%). Os resultados demonstraram que a porosidade obteve valor entre 20 a 30%, com ganho em módulo de ruptura em flexão (72 MPa). Apesar dessa baixa porosidade, a vantagem é que estes poros são revestidos pela sílica o que confere controle da microestrutura e estabilidade frente a sinterização, além de ser reprodutível. Diferentes proporções molares de sílica foram estudadas (de 3A-0S até 3A-2S), dois diferentes tamanhos de partículas de alumina calcinada, uma fina e outra grossa. Os resultados mostraram que utilizando alumina grossa é possível obter uma porosidade maior contudo com menores propriedades mecânicas. Diferentemente dos resultados mostrados em outros trabalhos, verificou-se que uma pequena quantidade de sílica (0,25% em mol ou 3A-0,25S), já prejudica a densificação da alumina, tal efeito foi explicado pelo concentração de fase viscosa nos contornos de grão que dificulta a densificação das partículas de alumina. Utilizando hidróxido de alumínio, e fazendo a sua pré-sinterização foi possível obter estruturas de mulita com porosidade de 55%, e com módulo de ruptura em flexão de 16 MPa e com retração linear térmica de 5%, desta forma, aliou alta porosidade com boas propriedades mecânicas, sem necessidade de uso de agentes porogênicos ou geradores de vapores tóxicos, e tecnologicamente formou um produto com grande potencial para uso em isolamento térmico primário. / Mullite is an aluminosilicate with applications in high-temperature systems such as gas filtration, structural element, catalytic support and thermal insulation. In nature, mullite is not abundant and is therefore synthesized via the solid-state reaction between precursors containing alumina and silica. In this thesis, the effect of different types of synthetic amorphous silicas (precipitated silica, microsilica, silica from rice husk and silica from rice husk ash) was studied. Results obtained showed that the larger the internal porosity of the particles, the greater the gain in modulus of rupture in flexion. In the case of the microsilica, the presence of contaminants was determinant to obtain the formation of viscous glassy phase, obtaining a material with low porosity and high elastic modulus and rupture in flexion. In order to increase the porosity of the mullite structures, high particle size (> 5 μm) and (> 99%) silica were used. The results showed that the porosity obtained a value between 20 to 30%, with the gain in modulus of rupture in flexion (72 MPa). In spite of this low porosity, the advantage is that these pores are coated by silica, which gives control of the microstructure and stability to sintering, in addition to being reproducible. Different molar ratios of silica were studied (from 3A-0S to 3A-2S), two different particle sizes of calcined alumina, one fine and one coarse. The results showed that using coarse alumina it is possible to obtain a higher porosity with lower mechanical properties. Differently, from the results shown in other works, it was verified that a small amount of silica (0.25 mol% or 3A-0.25 S), already affects the densification of alumina, this effect was explained by the concentration of viscous phase in the contours of grain which hinders the densification of the alumina particles. Using aluminum hydroxide, it was possible to obtain mullite structures with 55% porosity and with a modulus of rupture in flexion of 16 MPa and linear thermal retraction of 5%, thus allying high porosity with good mechanical properties, no need for porogenic agents or toxic vapors, and technologically formed a product with great potential for use in primary thermal insulation.

Mulita é um aluminosilicato com aplicações em sistemas de altas temperaturas como filtração de gases, elemento estrutural, suporte catalítico e isolante térmico. Na natureza, a mulita é pouco abundante e por este motivo é sintetizada via reação do estado sólido entre precursores contendo alumina e sílica. Nesta tese foi estudado o efeito de diferentes tipos de sílicas amorfas sintéticas (sílica precipitada, microssílica, sílica da casca de arroz e sílica da cinza da casca de arroz). Resultados obtidos demonstraram que quanto maior for a porosidade interna das partículas maior é o ganho em módulo de ruptura em flexão. No caso da microssílica, a presença de contaminantes foi determinante para obter a formação de fase vítrea viscosa, obtendo um material com baixa porosidade e elevado módulo elástico e de ruptura em flexão. Com o objetivo de aumentar a porosidade das estruturas de mulita, utilizou-se sílica com elevado tamanho médio de partículas (> 5 μm) e com (> 99%). Os resultados demonstraram que a porosidade obteve valor entre 20 a 30%, com ganho em módulo de ruptura em flexão (72 MPa). Apesar dessa baixa porosidade, a vantagem é que estes poros são revestidos pela sílica o que confere controle da microestrutura e estabilidade frente a sinterização, além de ser reprodutível. Diferentes proporções molares de sílica foram estudadas (de 3A-0S até 3A-2S), dois diferentes tamanhos de partículas de alumina calcinada, uma fina e outra grossa. Os resultados mostraram que utilizando alumina grossa é possível obter uma porosidade maior contudo com menores propriedades mecânicas. Diferentemente dos resultados mostrados em outros trabalhos, verificou-se que uma pequena quantidade de sílica (0,25% em mol ou 3A-0,25S), já prejudica a densificação da alumina, tal efeito foi explicado pelo concentração de fase viscosa nos contornos de grão que dificulta a densificação das partículas de alumina. Utilizando hidróxido de alumínio, e fazendo a sua pré-sinterização foi possível obter estruturas de mulita com porosidade de 55%, e com módulo de ruptura em flexão de 16 MPa e com retração linear térmica de 5%, desta forma, aliou alta porosidade com boas propriedades mecânicas, sem necessidade de uso de agentes porogênicos ou geradores de vapores tóxicos, e tecnologicamente formou um produto com grande potencial para uso em isolamento térmico primário. / Mullite is an aluminosilicate with applications in high-temperature systems such as gas filtration, structural element, catalytic support and thermal insulation. In nature, mullite is not abundant and is therefore synthesized via the solid-state reaction between precursors containing alumina and silica. In this thesis, the effect of different types of synthetic amorphous silicas (precipitated silica, microsilica, silica from rice husk and silica from rice husk ash) was studied. Results obtained showed that the larger the internal porosity of the particles, the greater the gain in modulus of rupture in flexion. In the case of the microsilica, the presence of contaminants was determinant to obtain the formation of viscous glassy phase, obtaining a material with low porosity and high elastic modulus and rupture in flexion. In order to increase the porosity of the mullite structures, high particle size (> 5 μm) and (> 99%) silica were used. The results showed that the porosity obtained a value between 20 to 30%, with the gain in modulus of rupture in flexion (72 MPa). In spite of this low porosity, the advantage is that these pores are coated by silica, which gives control of the microstructure and stability to sintering, in addition to being reproducible. Different molar ratios of silica were studied (from 3A-0S to 3A-2S), two different particle sizes of calcined alumina, one fine and one coarse. The results showed that using coarse alumina it is possible to obtain a higher porosity with lower mechanical properties. Differently, from the results shown in other works, it was verified that a small amount of silica (0.25 mol% or 3A-0.25 S), already affects the densification of alumina, this effect was explained by the concentration of viscous phase in the contours of grain which hinders the densification of the alumina particles. Using aluminum hydroxide, it was possible to obtain mullite structures with 55% porosity and with a modulus of rupture in flexion of 16 MPa and linear thermal retraction of 5%, thus allying high porosity with good mechanical properties, no need for porogenic agents or toxic vapors, and technologically formed a product with great potential for use in primary thermal insulation.

Matérias-primas cerâmicas são tecnologicamente muito importantes, pois são aplicadas desde a indústria de base, como isolamento térmico dos fornos siderúrgicos feito pelas cerâmicas refratárias, por exemplo; até a produção de materiais para a construção civil, componentes eletrônicos, entre outros. Devido a essa ampla aplicação, muitos estudos se desenvolveram com o intuito de conhecer as propriedades desses materiais, bem como suas interações com o processamento. Tais propriedades são determinantes para as aplicações e também para as rotas de produção que podem ser empregadas. A principal técnica de processamento cerâmico para consolidação das peças e ganho de propriedades mecânicas é a sinterização. Este processo sofre grande influência das propriedades físicas das partículas que compõem as matérias-primas. O presente estudo se propõe a investigar e monitorar, através de modificações estruturais controladas, quais as características das partículas que mais afetam esta etapa do processamento. Para tal estudo escolheu-se o sistema Al2O3-SiO2 em proporção estequiométrica (3:2) para obtenção de Mulita. Dentre as matérias-primas componentes do sistema, a sílica (SiO2) é a que mais sofre modificações estruturais em uma faixa de temperatura relativamente baixa; logo, foi selecionada para ter suas propriedades modificadas mediante tratamentos térmicos variados, de 700°C, 900°C e 1100°C. As modificações causadas nas propriedades físicas e seus efeitos foram monitorados. Avaliou-se a influência causada na obtenção de mulita estequiométrica, as alterações nas propriedades mecânicas dos corpos de prova sinterizados em temperaturas diferentes (1100°C, 1300°C e 1500°C) durante 3 horas, e a estabilidade dimensional. A sílica aplicada no estudo foi uma sílica amorfa precipitada, disponível comercialmente. Os resultados mostraram que a sílica teve sua área superficial específica (ASE) variando de cerca de 150 m²/g até valores próximos de 0,5 m²/g. Ficou evidente ainda que a variação da ASE das partículas foi responsável por grandes interferências na sinterização ou densificação das estruturas. Este processo depende da movimentação dos átomos para regiões da superfície onde ocorrerá o contato entre as partículas e sua junção. Com a redução da ASE, a sinterização se torna menos efetiva e a estabilidade dimensional é favorecida. Por outro lado, quando a sinterização das partículas é proeminente, a densificação das estruturas dá origem a componentes com boas propriedades mecânicas, aplicáveis em situações estruturais. Os resultados mostraram ainda que é possível obter estruturas com propriedades mecânicas semelhantes, como resistência à ruptura e módulo elástico, mesmo tendo partido de matérias-primas muito diferentes, permitindo o nivelamento e adequação dessas propriedades às aplicações desejadas. / Ceramic raw-materials are technologically very important, once they are applied since basic industry, such as thermal insulating for steel furnace made by refractory ceramics until the production of materials for construction, electronics compounds and others. Due to its wide hall of applications, many studies were developed for understand these materials\' properties and its interaction with processing. Such properties are application and processing route determinant. The main processing technique for consolidating and gaining of mechanical properties is sintering. This process is highly influenced by particles\' physical properties. This very study is proposed to investigate and monitor, by controlled structure modifications, which particles\' characteristics affects sintering more intensely. For such objective, the system Al2O3-SiO2 on stoichiometric proportion (3:2) for mullite obtaining was chosen. Among system\'s raw-material, silica (SiO2) is easier to be modified by temperature in a relatively low range, so it was selected to have its properties changed by different thermal treatment of 700°C, 900°C and 1100°C. Physical properties\' modifications and its effects were monitored. The influence on stoichiometric mullite obtaining, variations on mechanical properties of 3 hours long sintered samples (1100°C, 1300°C and 1500°C), and dimensional stability were measured. Market-available precipitate amorphous silica was employed. Results showed that thermal treatment of silica was able to vary its specific surface area (SSA) from 150 m2g-1 to values near of 0,5 m2g-1. It was also clear that SSA variation was responsible for interfering on sintering. This process depends on atoms movement to surface regions where will occur contact and particles bonding. With SSA reduction, sintering is less effective and dimensional stability is favored. On the other hand, when particles\' sintering is more effective structure densification will end on components with good mechanical properties, finding uses on structural application. Results also showed that is possible to obtain similar mechanical properties structures even when raw-materials exhibit different characteristics.