Estudo da resistência à corrosão de ligas de magnésio para a indústria automóvel

O magnésio com a sua baixa densidade, abundância natural e baixo custo, torna-se muito atractivo para aplicações onde o peso é determinante, como na indústria automóvel e aeroespacial. A utilização do magnésio ligado a outros elementos como o zircónio e o alumínio permite, por outro lado, melhorar as propriedades mecânicas. Um factor determinante para o emprego destas ligas é obviamente a sua resistência à corrosão. Como em todos os materiais, esta é condicionada pela presença de um filme passivo de óxidos/hidróxidos que se forma espontaneamente na superfície. Contudo, no magnésio e suas ligas, esta camada de passivação é pouco protectora e muito instável em meios neutros ou ácidos. Um dos objectivos deste trabalho é a caracterização do comportamento face à corrosão das ligas de magnésio relacionando-o com factores metalúrgicos e ambientais, que são os principais responsáveis pelas causas mais comuns do ataque corrosivo. Apresenta-se também o estado da arte relativo às aplicações das ligas de magnésio na indústria automóvel, as barreiras tecnológicas e soluções possíveis para as ultrapassar. Finalmente foi também objectivo deste trabalho o estudo da influência das terras raras e do ítrio enquanto elementos de liga do magnésio no comportamento perante a corrosão. Para se atingir esse objectivo realizaram-se ensaios laboratoriais numa liga de magnésio contendo terras raras (WE54) sendo os resultados comparados com uma liga tradicional à base de zircónio (ZK31) em meios de diferentes pH. Os resultados obtidos permitiram concluir que as terras raras aumentam a resistência à corrosão das ligas de magnésio. Este facto aparenta ser o resultado de dois factores: a estabilização do filme superficial resultante da presença de terras raras e a formação de uma camada de produtos de corrosão espessa e rica em ítrio.

Extracção líquido-líquido do ferro de soluções produzidas na lixiviação de um concentrado de sulfureto de zinco

Neste trabalho estudou-se a lixiviação de um concentrado de sulfureto de zinco e a recuperação de Fe(III) de soluções sulfúricas por extracção líquido-líquido. Nos estudos de lixiviação utilizou-se o ião férrico (Sulfato de ferro ou cloreto de ferro) como agente oxidante e avaliaram-se os efeitos da razão sólido/líquido, concentração do ião Fe(III) e o tipo do meio (sulfúrico e clorídrico) na eficiência da lixiviação. Os resultados mostraram que para uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar 48% de zinco e 15% do cobre em 2h de lixiviação com uma solução de 0,5 M H2SO4 e 0,11 Fe2(SO4) a 80°C. A lixiviação do cobre é favorecida em meio clorídrico onde cerca de 23% de cobre foi lixiviado, após 2h, com uma razão sólido/líquido de 20% e uma solução de 0,5 M FeCl3 2 M HCI e 1 M NaCl a 80°C, quando em meio sulfúrico tinha sido possível lixiviar apenas 6% deste metal. A realização de dois andares de lixiviação, sendo o primeiro em meio sulfúrico e o segundo em meio clorídrico, permitiu aumentar as taxas de lixiviação dos metais, tendo-se obtido um rendimento global de 45% de Zn e 23% de Cu nas seguintes condições experimentais: s/l=20% (p/v), T=80°C, v=350 rpm, 1º andar com [Fe2(SO4)3]=0,25 M; [H2SO4]=2 M e 2º andar com [FeCl3]=0,5 M; [HCl]=2 M; [NaCl]=1 M. Nos estudos de extracção líquido-líquido para a recuperação de Fe(III) de meios sulfúricos utilizam-se misturas de extractantes, i.e. um ácido organofosforado (lonquest ou DEHPA) com uma amina primária (JMT). Foi ainda, testada a presença de um modificador (isotridecanol) no solvente. As várias misturas revelaram uma elevada afinidade para o ferro na gam de PH’s 1,04 a 1,74 e elevada selectividade para a separação ferro/zinco. Os factores de separação Fe/Zn atingem valores na gama 1000-8000, sendo favorecidos pelas elevadas concentrações de ferro na fase orgânica. A presença de modificador no solvente dificultou a extracção de ferro da fase aquosa mas favoreceu a respectiva reextracção da fase orgânica carregada que foi efectuada com uma solução 50 g/L de H2SO4. Na etapa final deste trabalho, aplicou-se a extracção líquido-líquido para a remoção de Cu e Fe duma líxvia obtida por lixiviação sulfúrica do concentrado de sulfureto de zinco. Numa primeira etapa extraiu-se todo o cobre da lixívia com a aldoxima Acorga M5640(10%(v/v)). Em seguida, traçou-se a isotérmica para a extracção de Fe(III) da lixívia utilizando DEHPA(20%(v/v)/JMT(10%(v/v)) com (20%(v7v)) e sem 2-octanol. Os resultados obtidos mostram que ambos os sistemas podem ser utilizados na extracção do fero do meio sulfúrico.

Estudo da lixiviação de um concentrado de zinco

Neste trabalho estudou-se a lixiviação em meio sulfúrico do zinco e outros metais de valor de um concentrado zinco, tendo-se realizado ensaios de lixiviação à pressão atmosférica e em autoclave. Nos estudos de lixiviação utilizou-se o ião férrico (sulfato férrico) como agente oxidante e avaliaram-se os efeitos de diversas variáveis como a razão sólido/líquido, concentração do ião Fe (III), temperatura, a pressão de oxigénio e a presença de enxofre elementar na eficiência da lixiviação. Os ensaios de lixiviação em autoclave sob pressão de oxigénio foram realizados para verificar o efeito da manutenção da quantidade de Fe (III) na lixívia, por oxidação do Fe(II) com oxigénio. Os resultados obtidos mostraram que à pressão atmosférica para uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 59% de zinco e 22% de cobre com solução de 0,25 M de Fe2(SO4)3 e 0,50 M de H2SO4 em 2 horas a 60ºC e com uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 65% de zinco e 23% de cobre com uma solução de 0,5 M de Fe2(SO4)3 e 0,25 M de H2SO4 em 2 horas a 80ºC. Efectuar a lixiviação do concentrado de zinco sobre pressão de oxigénio permitiu aumentar a cinética da reacção de lixiviação, tendo sido possível lixiviar 97% de zinco e 48% do cobre em 2 horas de lixiviação com uma solução de 0,25 M Fe2(SO4)3 e 0,5 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio (à entrada do reactor) com uma razão sólido/líquido de 5%. Utilizando razão sólido/líquido de 10 % foi possível lixiviar 93% de zinco e 54% do cobre com uma solução de 0,50 M Fe2(SO4)3 e 1,25 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio, e para uma razão sólido/líquido de 20 % foi possível lixiviar 84% de zinco e 39% do cobre com uma solução de 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão. As análises de difracção de Raios X efectuados aos resíduos de lixiviação revelaram que o enxofre era maioritariamente oxidado a enxofre elementar. Assim, para um dos ensaios de lixiviação em autoclave, verificou-se que a remoção com tetracloreto de carbono do enxofre elementar formado num primeiro andar de lixiviação (s/l=20%, 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão) permitia aumentar a percentagem de zinco no segundo andar de 42 para 68%. Por último, o estudo do efeito da temperatura permitiu calcular como base nas velocidades iniciais do zinco a energia de activação para a lixiviação do zinco que foi de 39 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação em autoclave e de 38 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação à pressão atmosférica, o que é indicativo do controlo reaccional.

Desenvolvimento de quelantes macrocíclicos para complexação de iões metálicos de transição e lantanídeos com interesse em aplicações médicas

A investigação de novos compostos macrocíclicos tetraaza tem sido intensificada ao longo das últimas décadas, uma vez que estes estão entre os melhores ligandos para complexação de iões metálicos. Desta forma, tanto a síntese destes compostos, como as propriedades dos seus complexos com iões metálicos provocaram o seu crescente interesse em variadíssimas áreas, das quais são exemplo a medicina, a biologia, a catálise, e a química analítica. Procuram-se ligandos específicos para determinados iões metálicos, mas que ao mesmo tempo se preparem por processos de síntese simples e eficazes que permitam uma maior utilização ao nível industrial. Com este trabalho procurou-se dar continuidade aos estudos desenvolvidos nesta área desde 1980 pelo grupo de investigação onde me encontro inserida e assim obter ligandos novos com vista à formação de complexos com iões metálicos estáveis e aplicáveis ao nível da medicina e da farmacologia, com destaque para as aplicações relacionadas com o diagnóstico e a terapia de tumores. Assim, foram sintetizados quatro novos ligandos derivados de macrociclos tetraaza com 12 átomos no anel, dois deles com ponte cruzada curta tipo etano. A síntes baseou-se na funcionalização destes macrociclos com braços pendentes metilnitrofenol ou metilfenol, originando assim os seguintes compostos: cb-do2nph, do2nph, cb-do2ph e do do2ph. Todos os compostos sintetizados foram caracterizados por diversas técnicas analíticas. Os compostos cb-do2nph e do2nph mostraram reduzida solubilidade em água e em metanol:água, pelo que não foi possível a determinação de constantes por potenciometria. Preparam-se alguns complexos que se estudaram em solução por espectroscopia electrónica e no estado sólido por difracção de raios X. O composto do2ph só se obteve em pequena quantidade sem revelar a pureza necessária e, a sua síntese ainda terá de ser optimizada. Finalmente, o composto cb-do2ph foi sintetizado em quantidade suficiente para se poderem determinar as suas constantes de protonação e as constantes de estabilidade dos seus complexos com Cu 2+ e Zn 2+, pelo método potenciomátrico, em solução aquosa, à temperatura de 298,2 K e à força iónica 0,10M em N(CH 3)4NO3. Determinaram-se ainda por potenciometria as constantes de protonação bem como as constantes de estabilidade dos complexos com Mg2+, Cu2+, Zn 2+, Fe3+, Ga3+, In3+, Gd3+, do composto cbdbf-do2a, igualmente em solução aquosa, à temperatura de 298,2K e à força iónica 0,10M em N(CH 3)4NO3. Para ambos os compostos, cb-do2ph e cbdbf-do2a, recorreu-se a titulações por espectroscopia de RMN de 1H para a determinação da primeira constante, por esta ter um valor muito elevado (log K1 ≥ 14), ou seja, estes compostos comportaram-se como “esponjas de protão”. Para obter informações estruturais dos complexos de alguns ligandos com cobre (II) realizaram-se estudos por espectroscopia de absorção de UV-Vis e de RPE, tendo-se ainda obtido cristais de tamanho suficiente para a determinação de estruturas por difracção de raios X de alguns compostos e complexos de cobre (II) e Zinco(II).

Processo de conversão química da liga de alumínio 2024-T3 de aplicação aeronáutica

A presente tese teve por base o estudo da conversão química da liga de alumínio 2024T3 de aplicação aeronáutica. O trabalho experimental foi desenvolvido na OGMA, Indústria Aeronáutica de Portugal S.A., durante o período de, aproximadamente 1 ano, que coincidiu com a realização de um estágio profissional nesta empresa por parte da mestranda. A referida empresa, tem como actividade a prestação de serviços de Manutenção, Revisão, Modernização, de Aeronaves, Motores e Componentes, Fabricação e Montagem de Estruturas. Integrada na OGMA, encontra-se a área de tratamentos electroquímicos, TE’S, na qual são realizados serviços de manutenção de material aeronáutico e de peças de fabricação. Estes serviços baseiam-se em processos de electrodeposição e conversão química. De modo a garantir um controlo de qualidade e correcto funcionamento dos diversos processos existe, inserido na área TE’S, um laboratório químico. O presente trabalho experimental, realizado na área TE’S, assenta no processo de conversão química, por imersão, de provetes da liga Al 2024-T3, referente a todos os contratos da OGMA. Estes contratos possuem especificações para aplicação do revestimento de conversão química, por imersão, em alumínio e suas ligas. Estas especificações incluem requisitos de qualidade, nos quais se encontra inserido o controlo periódico do processo. Deste modo, o processo é sujeito a um controlo periódico mensal que consiste na avaliação da qualidade dos tratamentos. A qualidade dos revestimentos obtidos, por conversão química, é assegurada através da avaliação dos resultados dos ensaios aos provetes. O estudo experimental desenvolvido focou-se nos ensaios de resistência à corrosão (nevoeiro salino) requeridos nos contratos. O intuito de realizar um estudo sobre o processo de conversão química por imersão de provetes da liga Al 2024 T3 e subsequente foco no ensaio de resistência à corrosão (nevoeiro salino), assenta no facto de ter-se vindo a observar, nos últimos anos, corrosão por pitting em vários lotes destes provetes, após serem sujeitos às sequências de processo de conversão química e antes de perfazerem a totalidade de 168 horas na câmara de nevoeiro salino, não superando este critério de qualidade do revestimento. Na perspectiva de colmatar a referida situação, procedeu-se à realização de ensaios de despiste nos provetes representativos da liga, com especial incidência na variação dos intervalos de tempo de imersão, pré-estabelecidos pelas especificações aplicáveis, e observação do seu comportamento quando sujeitos ao ensaio de nevoeiro salino.

Produção de biodiesel a partir de matérias-primas ácidas e de gorduras animais

A produção de energia a partir de fontes renováveis tornou-se num objectivo essencial para a sustentabilidade económica, social e ambiental do mundo actual. O biodiesel é uma dessas fontes renováveis que pode substituir o diesel fóssil. A principal via de produção do biodiesel é através de uma reacção de transesterificação de óleos vegetais, óleos alimentares usados ou gorduras animais por reacção com um álcool na presença de um catalisador alcalino. Contudo, a utilização de matérias-primas com um teor em ácidos gordos livres superior a cerca de 4% (8mg KOH/g óleo) inviabiliza a possibilidade de efectuar directamente a reacção de transesterificação básica das gorduras e obriga à realização de um pré-tratamento para redução da acidez inicial da amostra. Assim, este trabalho teve como principal objectivo estudar a possibilidade de produzir diesel a partir de matérias-primas alternativas como as gorduras vegetais com elevados teores em ácidos gordos livres após esterificação com glicerina e uma gordura animal de baixa acidez, conseguindo-se assim a valorização de um resíduo e ao mesmo tempo a diminuição do custo de produção do biodiesel. Após ensaios preliminares, a esterificação com glicerina foi estudada aplicando a metodologia do planeamento factorial dos ensaios. Nos ensaios preliminares foi analisado o efeito da temperatura, da percentagem de catalisador, da velocidade de agitação, da percentagem de excesso de glicerina e do tipo de catalisador na acidez da amostra. Os resultados obtidos mostraram que é possível reduzir o índice de acidez de 30% (60 mg KOH/g gordura) para 8% (4 mg KOH/g gordura) trabalhando a 220° C, 10% de excesso de glicerina e 0,2% de catalisador (zinco) em apenas 90 minutos de reacção. A transesterificação básica do produto obtido na esterificação com glicerina não permitiu produzir um biodiesel que cumprisse a Norma Europeia de qualidade do biodiesel no que diz respeito à pureza, acidez e teor em água. De facto, nas condições mais favoráveis, que corresponderam à utilização da razão molar de metanol/gordura de 12:1 e 1% de catalisador, foi possível produzir um biodiesel com um teor em ésteres metílicos de 94.7% e 1.1% de ácidos gordos livres. Por último, os ensaios de transesterificação com a gordura animal mostraram que estas gorduras são uma matéria-prima com grandes potencialidades para serem utilizadas na produção de biodiesel. Assim, utilizando condições operatórias idênticas às utilizadas para os óleos virgens (0.6% de metóxido de sódio catalisador e uma razão molar de metanol de 6:1) foi possível produzir em apenas 30 minutos de reacção um biodiesel com um teor em ésteres superior a 98%.

Revestimentos descontínuos de coberturas: análise da normalização europeia aplicável

Esta dissertação tem como principais objectivos analisar a conformidade das características de revestimentos descontínuos de coberturas produzidos ou comercializados em Portugal com as exigências preconizadas nas normas europeias aplicáveis. Contudo, e tendo em conta a diversidade do tema, o presente estudo centralizou-se em três tipos de revestimentos descontínuos: fibrocimento, metais e plásticos. Optou-se por uma abordagem teórica complementada por uma campanha experimental. No caso da primeira, serão descritas as características de uma cobertura inclinada e alguns dos principais tipos de revestimentos descontínuos existentes. No que concerne à campanha experimental, para além da pesquisa efectuada ao nível do mercado nacional e dos contactos desenvolvidos para a recolha de amostras, realizaram-se ensaios de natureza geométrica de todas as amostras recolhidas. Em suma, a presente dissertação foi validada através de uma campanha experimental simples, que consistiu na análise do cumprimento das exigências das normas europeias aplicáveis aos produtos ensaiados, resultando numa avaliação crítica aos valores obtidos.