Utilização de resíduo de mármore e de óxido de boro em escórias sintéticas dessulfurantes para aços.

O mercado atual exige das indústrias siderúrgicas aços de melhor qualidade produzidos por meio de processos que causem menor impacto ao meio ambiente. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo reciclar o resíduo de mármore gerado na indústria de rochas ornamentais, que possui em sua composição óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO). O CaO é suficiente para substituir a cal nas escórias e o MgO contribui para a diminuição do desgaste dos refratários, através do emprego do resíduo no processo produtivo do aço. Além disso, foi realizada a substituição da fluorita por óxido de boro como fluxante na composição de misturas dessulfurantes. O resíduo de mármore foi caracterizado utilizando as seguintes técnicas: análise química via EDXFR, análise granulométrica via espalhamento de luz, área de superfície específica pelo método BET, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de micro-regiões por EDS. Visando verificar a eficiência na dessulfuração, foram formuladas misturas sintéticas utilizando a cal convencional ou resíduo de mármore, e a fluorita ou o óxido de boro. As misturas foram formuladas com o auxílio dos programas de termodinâmica computacional, Thermo-Calc e FactSage. Estas misturas foram adicionadas no aço fundido a temperatura de 1600°C sob atmosfera de argônio e agitadas por meio de um rotor de alumina. Amostras de metal foram retiradas para verificar a variação do teor de enxofre durante o experimento. O resíduo de mármore caracterizado, apresentou em sua composição 40% de CaO e 14% de MgO, na forma dos carbonatos CaCO3 e MgCO3. Obteve uma perda de massa de 42,1%, na forma de CO2 a temperatura de 780°C. Os experimentos mostraram que, as misturas testadas apresentaram, na maioria dos casos, eficiência de dessulfuração acima de 60%.

Element abundances, loss on ignition, total analyzed abundances, CIA values, and Al-oxide/Ti-oxide ratios of sediment core CRP-2A (Table1)

The CRP-2/2A core, drilled in western McMurdo Sound in October and November 1998, penetrated 624 m of Quaternary. Pliocene, lower Miocene, and Oligocene glacigenic sediments. The palaeoclimatic record of CRP-2/2A is examined using major element analyses of bulk core samples of fine grained sediments (mudstones and siltstones) and the Chemical Index of Alteration (CIA) of Nesbitt & Young (1982). The CIA is calculated from the relative abundances of AI, K, Ca, and Na oxides, and its magnitude increases as the effects of chemical weathering increase. However, changes in sediment provenance can also affect the CIA, and provenance changes are recorded by shifts in the Al2O3/TiO2 ratios and the Nb contents of these CRP-2/2A mudstones. Relatively low CIA values (40-50) occur throughout the CRP-2/2A sequence, whereas the Al2O3/TiO2 ratio decreases upsection. The major provenance change is an abrupt onset of McMurdo Volcanic Group detritus at ~300 mbsf and is best characterized by a rapid increase in Nb content in the sediments. This provenance shift is not evident in the CIA record, suggesting that a contribution from the Ferrar Dolerite to the older sediments was replaced by an input of McMurdo Volcanic Group material in the younger sediments. If this is true, then the relatively uniform CIA values indicate relatively consistent palaeoweathering intensities throughout the Oligocene and early Miocene in the areas that supplied sediment to CRP-2/2A.

Geochemical composition of sulfide and oxide minerals from ODP Sites 193-1188 and 193-1189, PACMANUS field

Ocean Drilling Program (ODP) Leg 193 recovered core from the active PACMANUS hydrothermal field (eastern Manus Basin, Papua New Guinea) that provided an excellent opportunity to study mineralization related to a seafloor hydrothermal system hosted by felsic volcanic rocks. The purpose of this work is to provide a data set of mineral chemistry of the sulfide-oxide mineralization and associated gold occurrence in samples drilled at Sites 1188 and 1189. PACMANUS consists of five active vent sites, namely Rogers Ruins, Roman Ruins, Satanic Mills, Tsukushi, and Snowcap. In this work two sites were studied: Snowcap and Roman Ruins. Snowcap is situated in a water depth of 1670 meters below sea level [mbsl], covers a knoll of dacite-rhyodacite lava, and is characterized by low-temperature diffuse venting. Roman Ruin lies in a water depth of 1693-1710 mbsl, is 150 m across, and contains numerous large, active and inactive, columnar chimneys. Sulfide mineralogy at the Roman Ruins site is dominated by pyrite with lesser amounts of chalcopyrite, sphalerite, pyrrhotite, marcasite, and galena. Sulfide minerals are relatively rare at Snow Cap. These are dominated by pyrite with minor chalcopyrite and sphalerite and traces of pyrrhotite. Native gold has been found in a single sample from Hole 1189B (Roman Ruins). Oxide minerals are represented by Ti magnetite, magnetite, ilmenite, hercynite (Fe spinel), and less abundant Al-Mg rich chromite (average = 10.6 wt% Al2O3 and 5.8 wt% MgO), Fe-Ti oxides, and a single occurrence of pyrophanite (Mn Ti O3). Oxide mineralization is more developed at Snowcap, whereas sulfide minerals are more extensive and show better development at Roman Ruins. The mineralogy was obtained mainly by a detailed optical microscopy study. Oxide mineral identifications were confirmed by X-ray diffraction, and mineral chemistry was determined by electron probe microanalyses.

The nutritive value of Rhodes grass (Chloris gayana) when treated with CaO, NaOH or a microbial inoculant and offered to dairy heifers as big-bale silage

A series of laboratory and animal studies examined the use of chemical and biological agents to enhance the digestibility of Rhodes grass (grass) cut at 60 (young) and 100 (mature) days of regrowth and ensiled as big round bales. The treatments included an untreated control (C), a microbial inoculant (I), NaOH, CaO and NaOH plus inoculant (NaOH + I). Inoculant was grown anaerobically, using a starter culture of rumen fluid from cattle given Rhodes grass. Treatments C, 1, NaOH, NaOH + I, were offered separately to twelve dairy heifers, in a 3 X 4 randomized complete block design, repeated twice for each grass silage. C and I had substantial mould growth, compared with no visible mould in NaOH or NaOH + 1. CaO treatment was effective in preventing mould growth, but had little effect on the chemical composition and in sacco digestibility of mature grass silage. NaOH reduced NDF content and increased in sacco digestibility (P < 0.05) but not the in vivo digestibility (P > 0.05) of both mature- and young-grass silage. The effects of other treatments on nutritive value were non-significant at both stages of maturity. NaOH increased the intake of mature-grass silage by 24-26% (P < 0.05), but had little effect on the intake of young-grass silage (P > 0.05). Treatment I consistently reduced grass silage intake (P < 005) for young-grass silage. The findings of these studies show that treating mature Rhodes grass with NaOH will improve its nutritive value and reduce mould growth in conserved herbage. However none of the treatments in this study had any consistently positive effects on the in vivo nutritive value or storage quality of young-grass silage.

Biodiesel production from waste frying oils over lime catalysts

Biodiesel production from semi-refined oils (SRO) and waste frying oils (WFO) was studied using commercial CaO as heterogeneous catalyst. The methanolysis tests were carried out in mild reaction conditions (62 A degrees C, atmospheric pressure). With such conditions, SRO (soybean and rapeseed) allowed to produce a biodiesel containing 97-98 % of methyl esters (FAME), whereas WFO only provided 86-87 % of FAME. The lower FAME yield for WFO oil is ascribable to the partial neutralization of the catalyst by free fatty acids. Also, soaps formation from the WFO oil reduced the weight yield of the oil phase (containing FAME) obtained and increased the MONG content of the glycerin phase. The catalysts stability tests showed high stability even when WFO oil was processed. Catalytic tests performed with blends of WFO/semi-refined oils showed blending as a good strategy to process low value raw oils with minor decay of the catalyst performance. Both WFO and semi-refined oils showed S-shape kinetics curves thus discarding significant differences of the reaction mechanisms.

Estudo do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos alimentares usados

O instável mas tendencialmente crescente preço dos combustíveis associado a preocupações ambientais cada vez mais enraizadas nas sociedades, têm vindo a despoletar uma maior atenção à procura de combustíveis alternativos. Por outro lado, várias projecções indicam um aumento muito acentuado do consumo energético global no curto prazo, fruto do aumento da população e do nível de industrialização das sociedades. Neste contexto, o biodiesel (ésteres de ácidos gordos) obtido através da transesterificação de triglicerídeos de origem vegetal ou animal, surge como a alternativa “verde” mais viável para utilização em equipamentos de combustão. A reacção de transesterificação é catalisada, por norma com recurso a catalisadores homogéneos alcalinos (NaOH ou KOH). Este tipo de processo, o único actualmente com expressão a nível industrial, apresenta algumas desvantagens que, para além de aumentarem o custo do produto final, contribuem para reduzir a benignidade do mesmo: a impossibilidade de reutilização do catalisador, o aumento do número e complexidade das etapas de separação e a produção de efluentes resultantes das referidas etapas. Com o intuito de minimizar ou eliminar estes problemas, vários catalisadores heterogéneos têm vindo a ser estudados para esta reacção. Apesar de muitos apresentarem resultados promissores, a grande maioria não tem viabilidade para aplicação industrial seja devido ao seu próprio custo, seja devido aos pré-tratamentos necessários à sua utilização. Entre estes catalisadores, o óxido de cálcio é talvez o que apresenta resultados mais promissores. O crescente número de estudos envolvendo este catalisador em detrimento de outros, é por si mesmo prova do potencial do CaO. A realização deste trabalho pretendia atingir os seguintes objectivos principais: • Avaliar a elegibilidade do óxido de cálcio enquanto catalisador da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Avaliar qual a sua influência nas características dos produtos finais; • Avaliar as diferenças de performance entre o óxido de cálcio activado em atmosfera inerte (N2) e em ar, enquanto catalisadores da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Optimizar as condições da reacção com recurso às ferramentas matemáticas disponibilizadas pelo planeamento factorial, através da variação de quatro factores chave de influência: temperatura, tempo, relação metanol / óleo e massa de catalisador utilizado. O CaO utlizado foi obtido a partir de carbonato de cálcio calcinado numa mufla a 750 °C durante 3 h. Foi posteriormente activado a 900 °C durante 2h, em atmosferas diferentes: azoto (CaO-N2) e ar (CaO-Ar). Avaliaram-se algumas propriedades dos catalisadores assim preparados, força básica, concentração de centros activos e áreas específicas, tendo-se obtido uma força básica situada entre 12 e 14 para ambos os catalisadores, uma concentração de centros activos de 0,0698 mmol/g e 0,0629 mmol/g e áreas específicas de 10 m2/g e 11 m2/g respectivamente para o CaO-N2 e CaO-Ar. Efectuou-se a transesterificação, com catálise homogénea, da mistura de óleos usados utilizada neste trabalho com o objectivo de determinar os limites para o teor de FAME’s (abreviatura do Inglês de Fatty Acid Methyl Esters’) que se poderiam obter. Foi este o parâmetro avaliado em cada uma das amostras obtidas por catálise heterogénea. Os planos factoriais realizados tiveram como objectivo maximizar a sua quantidade recorrendo à relação ideal entre tempo de reacção, temperatura, massa de catalisador e quantidade de metanol. Verificou-se que o valor máximo de FAME’s obtidos a partir deste óleo estava situado ligeiramente acima dos 95 % (m/m). Realizaram-se três planos factoriais com cada um dos catalisadores de CaO até à obtenção das condições óptimas para a reacção. Não se verificou influência significativa da relação entre a quantidade de metanol e a massa de óleo na gama de valores estudada, pelo que se fixou o valor deste factor em 35 ml de metanol / 85g de óleo (relação molar aproximada de 8:1). Verificou-se a elegibilidade do CaO enquanto catalisador para a reacção estudada, não se tendo observado diferenças significativas entre a performance do CaO-N2 e do CaO-Ar. Identificaram-se as condições óptimas para a reacção como sendo os valores de 59 °C para a temperatura, 3h para o tempo e 1,4 % de massa de catalisador relativamente à massa de óleo. Nas referidas condições, obtiveram-se produtos com um teor de FAME’s de 95,7 % na catálise com CaO-N2 e 95,3 % na catálise com CaO-Ar. Alguns autores de estudos consultados no desenvolvimento do presente trabalho, referiam como principal problema da utilização do CaO, a lixiviação de cálcio para os produtos obtidos. Este facto foi confirmado no presente trabalho e na tentativa de o contornar, tentou-se promover a carbonatação do cálcio com a passagem de ar comprimido através dos produtos e subsequente filtração. Após a realização deste tratamento, não mais se observaram alterações nas suas propriedades (aparecimento de turvação ou precipitados), no entanto, nos produtos obtidos nas condições óptimas, a concentração de cálcio determinada foi de 527 mg/kg no produto da reacção catalisada com CaO-N2 e 475 mg/kg com CaO-A. O óxido de cálcio apresentou-se como um excelente catalisador na transesterificação da mistura de óleos alimentares usados utilizada no presente trabalho, apresentando uma performance ao nível da obtida por catálise homogénea básica. Não se observaram diferenças significativas de performance entre o CaO-N2 e o CaO-Ar, sendo possível obter nas mesmas condições reaccionais produtos com teores de FAME’s superiores a 95 % utilizando qualquer um deles como catalisador. O elevado teor de cálcio lixiviado observado nos produtos, apresenta-se como o principal obstáculo à aplicação a nível industrial do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos.

Ligantes de baixo impacto ambiental e baixo custo, baseados na ativação química de escórias de aciaria

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Potential use of a chemical leaching reject from a kaolin industry as agricultural fertilizer

The industrial refining of kaolin involves the removal of iron oxides and hydroxides along with other impurities that cause discoloration of the final product and depreciate its commercial value, particularly undesirable if destined to the paper industry. The chemical leaching in the industrial processing requires treatments with sodium hyposulfite, metallic zinc, or sulfuric and phosphoric acids, in order to reduce, dissolve and remove ferruginous compounds. To mitigate the environmental impact, the acidic effluent from the leaching process must be neutralized, usually with calcium oxide. The resulting solid residue contains phosphorous, zinc, and calcium, among other essential nutrients for plant growth, suggesting its use as a macro and micronutrient source. Samples of such a solid industrial residue were used here to evaluate their potential as soil fertilizer in an incubation greenhouse experiment with two soil samples (clayey and medium-textured). The small pH shift generated by applying the residue to the soil was not a limiting factor for its use in agriculture. The evolution of the concentrations of exchangeable calcium, and phosphorous and zinc extractability by Mehlich-1 extractant during the incubation period confirms the potential use of this industrial residue as agricultural fertilizer.

Species resolved analysis of the expansion of hydroxyapatite laser ablation plumes

The plume generated by ablation of hydroxyapatite targets under ArF excimer laser irradiation has been investigated by means of fast intensified CCD-imaging and optical emission spectroscopy. Results have shown that the plume splits into two plasma clouds as it expands. Time and spatial resolved spectra have revealed that under the experiment conditions emission is mostly due to calcium neutral atoms and calcium oxide molecular radicals. Imaging of the plume with the aid of bandpass filters has demonstrated that the emissive species in the larger and faster plasma cloud are calcium neutral atoms, whereas in the smaller and slower one they are calcium oxide molecular radicals

Evidence of chemical reactions in the hydroxyapatite laser ablation plume with a water atmosphere

The expansion dynamics of the ablation plume generated by KrF laser irradiation of hydroxyapatite targets in a 0.1 mbar water atmosphere has been studied by fast intensified charge coupled device imaging with the aid of optical bandpass filters. The aim of the filters is to isolate the emission of a single species, which allows separate analysis of its expansion. Images obtained without a filter revealed two emissive components in the plume, which expand at different velocities for delay times of up to 1.1 ¿s. The dynamics of the first component is similar to that of a spherical shock wave, whereas the second component, smaller than the first, expands at constant velocity. Images obtained through a 520 nm filter show that the luminous intensity distribution and evolution of emissive atomic calcium is almost identical to those of the first component of the total emission and that there is no contribution from this species to the emission from the second component of the plume. The analysis through a 780 nm filter reveals that atomic oxygen partially diffuses into the water atmosphere and that there is a contribution from this species to the emission from the second component. The last species studied here, calcium oxide, was analyzed by means of a 600 nm filter. The images revealed an intensity pattern more complex than those from the atomic species. Calcium oxide also contributes to the emission from the second component. Finally, all the experiments were repeated in a Ne atmosphere. Comparison of the images revealed chemical reactions between the first component of the plume and the water atmosphere.