Resumo em Português:

Resumo O petróleo, fonte de energia não renovável, é a principal matéria-prima usada na produção de derivados como combustíveis, lubrificantes e petroquímicos básicos. Neste contexto o etanol, uma matéria-prima renovável, torna-se fonte para a obtenção de hidrocarbonetos de maior valor agregado, tais como, benzeno, tolueno, etc. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito de diferentes metais suportados em zeólita HZSM-5 para a conversão do etanol em produtos com maior valor agregado. Duas séries de catalisadores foram preparadas com diferentes metais e diferentes teores de Ni em HZSM-5 comercial. As amostras foram caracterizadas por área específica SBET, DRX, TPD-NH3 e TPO. Os ensaios de atividade foram realizados em um reator tubular de leito fixo na faixa de temperatura entre 300 e 400 °C, usando etanol como reagente. Os resultados sugerem que o tipo e a quantidade de metal usado na modificação da zeólita HZSM-5 comercial influencia a seletividade para formação dos hidrocarbonetos superiores, bem como a temperatura de reação. A utilização de menores vazões favoreceu a formação de produtos pesados. A formação dos hidrocarbonetos superiores diminuiu ao longo da reação devido à deposição de carbono sobre a superfície do catalisador.

Resumo em Inglês:

Abstract The oil, a non-renewable energy source, is the main raw material used to produce derivatives such as fuels, lubricants and petrochemicals. In this context, ethanol, a renewable feedstock, becomes a source for obtaining high value-added hydrocarbons, such as benzene, toluene, etc. This work aimed to evaluate the effect of different metal catalysts supported on HZSM-5 zeolite for the ethanol conversion into products with higher added value. Two series of catalysts were prepared with different metals and different amounts of Ni on commercial HZSM-5. Samples were characterized by specific area SBET, XRD, NH3-TPD and TPO. The activity runs were carried out in a tubular fixed bed reactor in the temperature range between 300 and 400 °C, using ethanol as a reactant. The results suggest that the type and the amount of metal used for the modification of commercial HZSM-5 zeolite influence the selectivity for formation of higher hydrocarbons as well as the reaction temperature. The formation of heavy products was favored by low flow rates and it was found that the selectivity for higher hydrocarbons declined throughout the reaction due to the deposition of carbon over the catalyst.

Resumo em Português:

Resumo As argilas são componentes fundamentais das massas para produção de materiais cerâmicos tradicionais, pois garantem plasticidade na etapa de conformação e resistência mecânica após a queima; também podem ser utilizadas nas formulações de cerâmicas refratárias devido ao desenvolvimento da fase mulita em temperaturas elevadas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da composição, tempo de maturação e temperatura de queima em formulações à base de argilas para uso na fabricação de materiais refratários. As argilas foram caracterizadas por análise granulométrica, análise química, refratariedade, difração de raios X, análise térmica diferencial e termogravimétrica. As formulações contendo caulim mais ball clay e caulim mais esmectita foram submetidas à maturação por um período de 1 a 4 semanas. Em seguida, as massas foram conformadas por prensagem uniaxial obtendo-se corpos de prova, que foram submetidos a tratamento térmico em 1200, 1300 e 1400 °C, e, posteriormente, analisados quanto às propriedades: absorção de água, retração linear de queima e resistência à flexão em três pontos. Os resultados obtidos evidenciaram que as formulações em estudo apresentaram após queima fases de quartzo, cristobalita e mulita como fase majoritária. A temperatura de queima foi o parâmetro que apresentou maior influência nas propriedades avaliadas, com maior efeito da temperatura mais alta (1400 °C).

Resumo em Inglês:

Abstract Clays are key components of mass for traditional ceramic materials production because they ensure plasticity in the shaping step and mechanical resistance after firing. They can also be used in refractory ceramic formulations due to the development of mullite phase at high temperatures. The objective of this study was to evaluate the effect of composition, maturation time, and firing temperature on clay formulations for use in manufacturing refractory materials. The clays were characterized by particle size analysis, chemical analysis, refractoriness, X-ray diffraction, as well as differential thermal and thermogravimetric analyses. Formulations containing kaolin with ball clay and kaolin with smectite were submitted to a maturation period of 1 to 4 weeks. Next, the masses were shaped by uniaxial pressing to obtain test specimens, which were then subjected to heat treatment at 1200, 1300 and 1400 °C, and the following properties were subsequently analyzed: water absorption, linear firing shrinkage, and three-point flexural strength. The results showed that after firing the samples had quartz, cristobalite and mullite phases, with the latter as the major phase. The firing temperature was the parameter that had the greatest influence on the evaluated properties, with the highest temperature (1400 °C) exerting the most influence.

Resumo em Português:

Resumo O óxido de magnésio (MgO) é um material de grande interesse tecnológico na área de refratários devido ao seu custo competitivo e elevada resistência à corrosão quando em contato com escórias alcalinas fundidas. Entretanto, a hidratação deste óxido, resultando na formação de Mg(OH)2, é acompanhada por uma considerável expansão volumétrica, limitando seu uso em concretos refratários. Essa reação pode ser afetada por vários fatores, como: origem da magnésia, seu grau de pureza, reatividade, pH do meio, relação CaO/SiO2 e tempo da reação com a água. Neste trabalho, suspensões contendo diferentes tipos de MgO (cáustico e sínter) e com adições de sais (MgCl2.6H2O e CaCl2.2H2O) foram utilizadas para avaliar a reação de hidratação e efeitos deletérios decorrentes desta transformação. Utilizaram-se as técnicas de termogravimetria, expansão volumétrica aparente, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X para acompanhar a evolução da formação do Mg(OH)2. Verificou-se que amostras preparadas a partir de suspensões de MgO do tipo sínter (calcinado em altas temperaturas) apresentaram menor grau de hidratação após 7 dias de cura a 50 °C e em presença de umidade relativa de 80% e seus efeitos expansivos foram minimizados com a adição de 0,7% em massa de CaCl2.2H2O a este material.

Resumo em Inglês:

Abstract Magnesium oxide (MgO) is a material of great technological interest for the steel making industry due to its competitive cost and high corrosion resistance when in contact with molten basic slags. However, the hydration of this oxide, resulting in Mg(OH)2, is followed by a significant volumetric expansion, preventing its use in refractory castables. This reaction can be affected by various parameters, such as: magnesia source, its purity level and reactivity, pH medium, CaO/SiO2 ratio of the mixture and the hydration time. In this work, suspensions containing different MgO sources (caustic or dead-burnt) and salts (MgCl2.6H2O and CaCl2.2H2O) were prepared in order to evaluate the hydration reaction and the deleterious effects associated with this transformation. Thermogravimetry, apparent volumetric expansion, scanning electron microscopy and X-ray diffraction techniques were used to follow the Mg(OH)2 formation. According to the results, the dead-burnt MgO (calcined at high temperatures)-based samples presented lower degree of hydration after curing at 50 °C for 7 days in humid environment (relative humidity =80%) and the expansive effects were minimized with the addition of 0.7 wt% of CaCl2.2H2O to this material.

Resumo em Português:

Resumo Isolantes térmicos são uma das principais ferramentas para o alcance de metas de redução de consumo energético e de aumento de produtividade em equipamentos industriais que operam a altas temperaturas. Neste trabalho, três produtos pertencentes à classe das fibras inorgânicas refratárias foram avaliados: as fibras cerâmicas refratárias (FCR), as fibras de silicato de metais alcalino-terrosos (AES) e as fibras policristalinas (PCW). Para uma melhor compreensão de como estes produtos são eficazes, buscou-se expor justificativas divididas em três seções. Na primeira etapa foi desenvolvido um balanço de transferência de energia térmica em meios fibrosos. Na segunda seção são apresentadas justificativas físicas que explicam a interação de suas microestruturas com a radiação térmica. Na terceira e última parte são apresentados parâmetros e características físicas referentes a estes produtos, buscando comprovar as razões de suas utilizações.

Resumo em Inglês:

Abstract Thermal insulations are one of the most important tools for achieving energy conservation and productivity increase in some industrial equipment which operate at high temperatures. In this paper, three inorganic wools-based products were evaluated: refractory ceramic fibers (RCF), alkaline-earth silicate fibers (AES) and polycrystalline fibers (PCW). To achieve the goals already mentioned, this document was divided into three sections. At the first step, one thermal heat balance was developed to fibrous medium. At the second part, physical reasons that explain microstructure interaction with thermal radiation were presented. At the last part, parameters and physical characteristics of the three products were presented, proving the reasons of their use.

Resumo em Português:

Resumo Em uma aciaria, os recipientes que comportam o aço líquido, tais como o forno e a panela de aciaria, são revestidos com materiais refratários especiais para alta temperatura e elevada resistência ao desgaste. O custo desses materiais é alto e, portanto, almeja-se aumentar sua vida útil sem afetar seu desempenho. Este trabalho teve o objetivo de investigar as transformações que ocorrem no material refratário aluminoso de placas de válvula gaveta de panela de aciaria. Para tanto, a região das placas post mortem que entraram em contato com o material líquido a alta temperatura foi caracterizada por meio de análise visual e análises de composição e estrutura através das técnicas de fluorescência de raios X, difração de raios X e análise de microestrutura por microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por dispersão em energia. Como resultado, têm-se contribuições sobre o processo de corrosão química proporcionada pelo contato de escórias residuais com o canal das placas da válvula gaveta. Constatou-se a presença de materiais com alto teor de Ca e compostos por fases como mervinita e guelenita, características de escória, aderidos às placas. Ao mesmo tempo, foi possível estabelecer que a espessura de interação entre o material aderido e a superfície da placa variou entre 0,4 e 1,2 mm. Assim, quando associada à erosão pelo fluxo de aço, a corrosão química decorrente do contato com a escória tem o potencial de intensificar o desgaste da placa refratária.

Resumo em Inglês:

Abstract In steelmaking, the refractory materials have to be special as they have to resist high temperature and wear situations in service. These special refractory materials are expensive, for this reason the steel industry aims to increase the service life of these materials keeping its performance. The goal of this work was to investigate the transformations that take place in the ladle slide gate plates material while in service. To accomplish this goal the region of post mortem plates that get in contact with the molten material was characterized by visual analysis and chemical composition analysis such as X-ray fluorescence techniques, X-ray diffraction and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy. The results are some contributions on the chemical corrosion process generated by the chemical interaction between residual slag and the plates. Materials with high calcium content and composed of merwinite and gehlenite, slag characteristic phases, were found to be adhered to the plates. Moreover, it was possible to establish that the thickness of the interaction zone between the adhered material and the surface of the plate varied between 0.4 and 1.2 mm. Thus, when combined with erosion due to steel outflow, chemical corrosion resulting from contact with the slag has the potential to intensify wear on refractory plate channel.

Resumo em Português:

Resumo Pós cerâmicos à base de CuCr2O4 foram preparados pelo método da reação de combustão em solução a partir da calcinação no intervalo de 500 a 1100 °C, tendo por finalidade a aplicação destes como pigmento cerâmico. O estudo das propriedades estruturais, morfológicas, químicas e ópticas foi realizado por meio das técnicas de difração de raios X, refinamentos pelo método de Rietveld, microscopia eletrônica de varredura com canhão de elétrons por emissão de campo, fluorescência de raios X, reflectância difusa e coordenadas colorimétricas L*, a*, b* com base no método CIEL*a*b*. Os pós sintetizados foram misturados com vidrados mate e transparente e aplicados em matrizes cerâmicas. Os resultados mostraram que ao aumentar a temperatura ocorreu a conversão da fase cromita, na qual foram observados poliedros regulares, em delafossita, que apresentou morfologia em forma de placas hexagonais. A reflectância mostrou a formação de pós com tonalidade escura, corroborados pelos dados das coordenadas colorimétricas. Os pós sintetizados exibiram capacidade pigmentante de coloração verde, quando incorporados nos vidrados cerâmicos.

Resumo em Inglês:

Abstract CuCr2O4-based ceramic pigments were prepared by the method of solution combustion synthesis starting at calcination in the range of 500 to 1100 °C, aiming to the application as ceramic pigment. The structural, morphological, chemical and optical properties of the material were studied using the techniques of X-ray diffraction, Rietveld refinement, field emission gun scanning electron microscopy, X-ray fluorescence, diffuse reflectance and L*, a*, b* colorimetric coordinates based on the CIE-L*a*b* method. The synthesized powders were mixed with matte and transparent glazes and applied in ceramic matrices. The results indicated that an increase in temperature led to the conversion of the chromite phase, in which regular polyhedra were observed, to delafossite, presenting a hexagonal platelike morphology. Diffuse reflectance revealed the formation of dark colored powders, confirmed by the colorimetric data. The synthesized powders exhibited green pigmenting ability when mixed into the ceramic glazes.

Resumo em Português:

Resumo As argilas bentoníticas são materiais constituídos por um ou mais argilominerais esmectíticos e alguns minerais acessórios, principalmente quartzo, cristobalita, micas, feldspatos e outros argilominerais, como a caulinita. Esses contaminantes presentes nas argilas apresentam larga distribuição de tamanhos de partículas que restringem em muito suas aplicações industriais, o que aponta como provável solução para sua redução o uso do hidrociclone. Este trabalho tem como objetivo estudar o tratamento de argilas esmectitícas do estado da Paraíba utilizando modelagem, otimização e simulação da variável diâmetro médio de partículas em relação a diversas variáveis de processo relativas ao hidrociclone. Neste estudo, o diâmetro médio das argilas esmectíticas foi avaliado em função dos fatores pressão, diâmetro do apex e diâmetro do vortex do hidrociclone. Foi utilizado o planejamento fatorial completo e adição nos pontos centrais para modelar o processo de hidrociclonagem. Os resultados evidenciaram redução do tamanho médio equivalente das partículas de aproximadamente 19,2%. Em relação às simulações, o ponto ótimo de menor valor foi para o diâmetro médio de 4,033 µm para pressão de 4,3 bar, abertura do apex de 5,3 mm, abertura do vortex de 6,3 mm para nível de confiança de 95%.

Resumo em Inglês:

Abstract Bentonite clays are materials composed by one or more smectite clay minerals and some accessory minerals, mainly quartz, cristobalite, mica, feldspars and other clay minerals such as kaolinite. These contaminants present in clays have a large distribution of particle sizes which severely restrict their industrial applications, with the use of hydrocyclone as a likely solution for their reduction. This study aims to analyze the treatment of smectite clays from the state of Paraíba using modeling, simulation and optimization of the variable average particle diameter in relation to various process variables related to the hydrocyclone. In this study, the average diameter of smectite clays was evaluated as a function of the factors: pressure, apex diameter and vortex diameter of the hydrocyclone. Complete factorial design and addition in the central points were used to model the hydrocycloning process. The results evidenced reduction in equivalent average particle size of approximately 19.2%. Regarding the simulations, the optimum point with the lowest value was found for the average diameter of 4.033 µm, with a pressure of 4.3 bar, apex opening of 5.3 mm, and vortex opening of 6.3 mm, all at a 95% confidence level.

Resumo em Português:

Resumo O mineral de argila de beidelita após intercalação das espécies OH-Cr(III) foi termicamente analisado até 1350 °C em atmosferas de oxigénio e nitrogênio. A OH-Cr-beidelita pode ser utilizada como um precursor de argila pilarizada para catálise ou para aplicações adsorventes. No entanto, neste trabalho, a beidelita enriquecida em cromo foi analisada em diferentes tratamentos térmicos até alta temperatura para avaliação de mudanças estruturais para possíveis aplicações cerâmicas futuras. As alterações estruturais foram acompanhadas por análise térmica e difração de raios X. O tratamento térmico da OH-Cr-beidelita em atmosferas de oxigênio e nitrogênio desenvolveu diferentes fases mineralógicas até 1050 °C, mas em temperaturas mais altas, as mesmas fases foram desenvolvidas em ambas atmosferas. A fase eskolaita (Cr2O3) apareceu na amostra após aquecimento a 400 °C em atmosfera de oxigênio, enquanto grimaldita (CrO-OH) em atmosfera de nitrogênio, mantendo as fases iniciais. Em 1000 °C, os minerais originais da argila desapareceram, como é conhecido. Em 1050 °C em atmosfera de nitrogênio, a grimaldita estava ausente e apareceu eskolaita. Em amostras calcinadas a 1350 °C em ambas as atmosferas, estavam presentes quartzo, cristobolita e mulita como fases principais e em menores teores óxido de alumínio e óxido de alumínio e cromo [(Al,Cr)2O3].

Resumo em Inglês:

Abstract Beidellite clay mineral after intercalation of OH-Cr(III) species were thermally analyzed up to 1350 °C in oxygen and nitrogen atmospheres. OH-Cr-beidellite can be used as a pillared clay precursor for catalysis or as adsorbent applications. However, in this paper beidellite enriched in chromium were analyzed at different thermal treatments up to high temperature for evaluating structural changes for possible future ceramic applications. The structural changes were followed by thermal analysis and X-ray diffraction. The thermal treatment of OH-Cr-beidellite in oxygen and nitrogen atmospheres developed different mineralogical phases up to 1050 °C, but at higher temperatures, the same phases were developed in both atmosphere treatments. Eskolaite phase (Cr2O3) appeared in the sample after heating at 400 °C in oxygen atmosphere, whereas grimaldite (CrO-OH) in nitrogen atmosphere, maintaining the starting phases. At 1000 °C the raw clay minerals disappeared, as it is knew. At 1050 °C in nitrogen atmosphere, grimaldite was absent and eskolaite appeared. At 1350 °C in the samples calcined in both atmospheres, quartz, cristobalite and mullite as the main phases and in lower contents aluminum oxide and aluminum-chromium oxide [(Al,Cr)2O3] were present.

Resumo em Português:

Resumo A indústria cerâmica figura entre as cadeias produtivas mais importantes do estado do Amapá, tanto na geração de divisas, quanto na de empregos. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar novos depósitos de argilas provenientes da região sul do Amapá, visando aplicações nas indústrias cerâmicas. As argilas inicialmente foram submetidas às caracterizações física, química, mineralógica e térmica. Posteriormente, foram confeccionados corpos de prova por prensagem uniaxial, sendo aplicada prensagem em duas etapas de 13,4 e 20 MPa. As amostras foram secas em uma estufa a 110 ºC, e submetidas à queima em 850, 1000 e 1200 ºC. Foram determinadas as propriedades físico-mecânicas: retração linear de queima, absorção de água, porosidade aparente, densidade aparente e resistência à flexão, bem como a quantificação das fases cristalinas e a evolução mineralógica após queima. Os resultados evidenciaram que as argilas são constituídas por caulinita, quartzo, mica e esmectita. Em relação às propriedades físico-mecânicas, verificou-se que cinco argilas são adequadas para uso como refratários densos e uma para cerâmica vermelha.

Resumo em Inglês:

Abstract The ceramic industry is among the most important productive chains of the Amapá state, both in the capital and jobs generation. The objective of the present work was to characterize the new clay deposits from the south region of Amapá, aiming its application in the ceramic industry. Initially, the clays were submitted to physical, chemical, mineralogical and thermal characterizations. Afterwards, specimens were prepared by uniaxial pressing, applying two steps pressing of 13.4 and 20 MPa. The samples were dried in an oven at 110 ºC, and submitted to firing at 850, 1000 and 1200 ºC. The determined physico-mechanical properties were: linear firing shrinkage, water absorption, apparent porosity and flexural resistance, as well as post-firing mineralogical evolution. The results showed that the clays are composed by kaolinite, smectite, quartz and mica. In relation to the physico-mechanical properties, it was verified that five clays are suitable for use as dense refractories and one for red ceramics.

Resumo em Português:

Resumo O estudo da produção da mistura de óxido de terra rara (RE2O3) de xenotima via hidrometalurgia foi realizado para avaliar o significado dos efeitos de três fatores: temperatura de fusão (A), proporção de NaOH/xenotima (B) e tempo (C) para a primeira fase de estudo de fusão alcalina usando um planejamento fatorial completo 2³. Além disso, foram estudados sete fatores, incluindo a proporção líquido/sólido (LS), inerte (I1), excesso de HNO3 (EA), temperatura (TL), inerte (I2), tempo (HL) e inerte (I3) para a segunda e terceira etapas, que foram lixiviação do ácido oxálico e precipitação, usando o planejamento experimental Plackett-Burman (PBD). Fatores de otimização para os efeitos de significância foram realizados utilizando parcelas de interações, análise de variância (ANOVA), gráficos de Pareto, gráficos de superfície, análise do teste t de Student e o teste F. Um modelo de regressão foi sugerido e satisfatoriamente ajustado para os dados experimentais do processo de fusão alcalina, revelando um coeficiente elevado de determinação (R2=0,92) a um valor F calculado bem acima do valor F tabulado, a um nível de confiança de 95%. O RE2O3 foi caracterizado por análise química, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e área de superfície específica. Este processo resultou em um material com propriedades físicas e químicas idênticas aos compostos isolados de terras raras e pode ser usado como um aditivo de sinterização alternativo em cerâmicas avançadas e indicou que o custo de produção final de RE2O3 pode ser menor em comparação com Y2O3 comercial.

Resumo em Inglês:

Abstract The study of the production of the mixed rare earth oxide (RE2O3) from xenotime via hydrometallurgy was performed to evaluate the significance of the effects of three factors including the melting temperature (A), the ratio of NaOH/xenotime (B), and time (C) for the first stage of alkaline fusion by using full 2³ factorial design. Also, seven factors were studied including liquid/solid ratio (LS), inert (I1), excess HNO3 (EA), temperature (TL), inert (I2), time (HL), and inert (I3) for the second and third steps, which were the oxalic acid leaching and precipitation, using Plackett-Burman design (PBD). Optimizing factors for significance were performed using plots of interactions, analysis of variance (ANOVA), Pareto charts, surface charts, analysis of Student’s t-test and F test. A regression model was suggested and satisfactorily adjusted for the experimental data of the process of alkaline fusion, revealing an elevated coefficient of determination (R2=0.92) to a Fcalculated value well above the Ftabulated value, at a 95% confidence level. The RE2O3 was characterized by chemical analysis, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and specific surface area. This process resulted in a material with identical physical and chemical properties to the isolated compounds of rare earths and can be used as an alternative sintering additive in advanced ceramics, and indicated that the cost of final production of RE2O3 can be lower compared to commercial Y2O3.

Resumo em Português:

Resumo O estudo cinético da dissolução de um metacaulim amazônico foi realizado com a aplicação do modelo ‘shrinking core model’ para partículas esféricas e ‘placas planas’ com tamanho constante. O caulim amazônico foi calcinado a 700 ºC para promover a formação do metacaulim. O metacaulim foi lixiviado utilizando ácido nítrico com excesso de 5% a 70, 80 e 953 ºC por 3 h. Amostras foram coletadas a cada 15 min e submetidas à análise de alumínio. A lixiviação ácida realizada foi um processo quimicamente controlado. A morfologia esférica mostrou melhor ajuste matemático do que a morfologia de placa plana levando-se em consideração os coeficientes de regressão obtidos. Foi encontrada uma energia de ativação equivalente a 91,58 kJ/mol, assim como reação de lixiviação de primeira ordem em relação ao alumínio do metacaulim. Os resultados encontrados com a utilização de excesso ácido de apenas 5% e caulim amazônico foram consistentes com trabalhos realizados anteriormente, cuja metodologia utilizou excesso ácido acima de 50% e amostra padrão de caulim.

Resumo em Inglês:

Abstract The kinetic study of Amazon metakaolin dissolution was performed with the application of the shrinking core model for spherical and ‘flat plate’ particles with constant size. The Amazon kaolin was calcinated at 700 ºC in order to produce metakaolin. This metakaolin was leached with 5% excess nitric acid at 70, 80 and 95±3 ºC for 3 h. Samples were collected every 15 min and subjected to aluminum analysis. The acid leaching was a chemically controlled process. The spherical morphology showed better fit than the flat plate particles when taking into account the regression coefficients. 91.58 kJ/mol of activation energy was found as well as an aluminum leaching reaction of the first order. The results found in this work using 5% excess acid and Amazon kaolin were consistent with previous research results using excess acid above 50% and standard kaolin.

Resumo em Português:

Resumo Nanocristais de óxido de zinco foram sintetizados por dois métodos de precipitação. Os nanocristais preparados pelo método I (precipitação de acetato de zinco di-hidratado com KOH) foram menores em tamanho de cristalito (~20 nm) em comparação com o método II (precipitação de nitrato de zinco hexa-hidratado com N,N-dimetilformamida, ~33 nm). A técnica FTIR foi utilizada para estudar a ligação química; MEV e EDS foram utilizados para estudar a morfologia e composição química. O número de anéis concêntricos correspondentes aos picos de difração foi maior no padrão SAED para nanocristalinos de ZnO sintetizados pelo método I do que II. A variação da banda de energia proibida em função do tamanho de partícula foi determinada usando espectros de absorção UV-vis-NIR. Deslocamento para o vermelho foi observado na banda proibida da amostra preparada pelo método II. O tamanho de partícula e a estrutura dos nanocristais foram analisados por microscópio eletrônico de transmissão (MET). A partir do estudo de MET, verificou-se que o tamanho médio de partícula dos nanocristais do método I foi menor em comparação com os nanocristais do método II. O estudo magnético foi realizado com VSM. Contribuição do tipo ferromagnetismo foi observada para a amostra preparada pelo método II.

Resumo em Inglês:

Abstract Zinc oxide nanocrystals were synthesized by two precipitation methods successfully. The nanocrystals prepared via method I (zinc acetate dihydrate precipitation with KOH) were smaller in crystallite size (~20 nm) as compared to method II (zinc nitrate hexahydrate precipitation with N,N-dimethylformamide, ~33 nm). FTIR technique was used to study chemical bonding; SEM and EDS were used to study morphology and chemical compositions. Number of concentric rings corresponding to diffraction peaks was higher in SAED pattern for ZnO nanocrystals synthesized by method I than II. Variation in the energy band gap as a function of particle size was determined using absorption spectra from UV-vis-NIR spectrophotometer. Redshift was observed in the energy band gap of sample prepared via method II. Particle size and the structure of the nanocrystals were analysed by transmission electron microscope (TEM). From TEM study, it was found that the average particle size of method I nanocrystals was smaller compared to method II nanocrystals. Magnetic study was carried out using VSM. Ferromagnetism like contribution was observed for the sample prepared by method II.

Resumo em Português:

Resumo Este trabalho apresenta um estudo para avaliar o processo de produção de furos internos em discos cerâmicos produzidos pelo processo LPIM (moldagem de injeção a baixa pressão). Duas condições de processo definidas como pré-injeção e pós-injeção foram usadas para a proposição. No primeiro, os insertos dos pinos que produzem os furos foram posicionados na cavidade antes da injeção do veículo orgânico; no segundo, os insertos dos pinos foram posicionados na cavidade, logo após a fase de alimentação do molde de injeção. Um molde de injeção experimental projetado e fabricado para testar ambas condições foi desenvolvido para produzir um disco cerâmico com Ø 50 x 2 mm com quatro furos de Ø 5 mm, igualmente e radialmente distribuídos no disco. A matéria-prima foi composta por 86% em massa de alumina (Al2O3) e 14% em massa de veículo orgânico à base de parafina. Sistemas de aquecimento e refrigeração controlados por um sistema de aquisição de dados foram incluídos no molde. Os resultados mostraram que não houve linhas de solda com o processo de pós-injeção, provando ser uma opção para criar furos nas peças cerâmicas produzidas pelo LPIM. Observou-se que os melhores resultados foram obtidos a 58 °C como temperatura do molde na injeção. A temperatura de extração dos pinos foi de 45 °C e a pressão de injeção foi de 170 kPa.

Resumo em Inglês:

Abstract This work presents a study to evaluate the process of producing internal holes in ceramic disks produced by low pressure injection molding (LPIM) process. Two process conditions defined as pre-injection and post-injection were used to test the proposition. In the first one the pin cores that produce the holes were positioned in the cavity before the injection of the feedstock; and in the second one, the pin cores were positioned in the cavity, just after the feeding phase of the injection mold. An experimental injection mold designed and manufactured to test both processes was developed to produce ceramic disk with Ø 50 x 2 mm with four holes of Ø 5 mm, equally and radially distributed through the disk. The feedstock was composed of 86 wt% alumina (Al2O3) and 14 wt% organic vehicle based on paraffin wax. Heating and cooling systems controlled by a data acquisition system were included in the mold. The results showed that there were no welding lines with the post-injection process, proving to be an option for creating holes in the ceramic parts produced by LPIM. It was observed that best results were obtained at 58 °C mold temperature. The pins extraction temperature was about 45 °C, and the injection pressure was 170 kPa.

Resumo em Português:

Resumo O método dos precursores poliméricos foi usado na síntese do KNb3O8 e comparado com o método do estado sólido. Os materiais foram caracterizados por difração de raios X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura e determinação de área superficial e volume total de poros através de isotermas de nitrogênio a 77 K. O material preparado a partir do método dos precursores poliméricos foi monofásico enquanto o sintetizado pelo método de reação no estado sólido apresentou K2Nb4O11 como fase secundária, evidenciada pelas análises de DRX e Raman. A morfologia dos materiais foi significativamente alterada pelo método de síntese, com o KNb3O8 preparado pelo método dos precursores poliméricos apresentando morfologia mais porosa, levando a área superficial e volume de poros maiores.

Resumo em Inglês:

Abstract The polymeric precursor method was used for the synthesis of KNb3O8 and compared to the solid-state method. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, and determination of surface area and total pore volume by nitrogen isotherms at 77 K. The material prepared by the polymeric precursor method was single-phase while K2Nb4O11 was obtained as secondary phase when the solid-state method was used, as evidenced by the XRD patterns and the Raman spectra. The morphology of the materials was significantly altered by the synthesis method, as the KNb3O8 prepared by the polymeric precursor method presented a more porous morphology leading to a higher surface area and pore volume.

Resumo em Português:

Resumo Os cátions lítio (Li+), sódio (Na+) e potássio (K+) encontram-se em primeiro lugar no plano de seletividade para a obtenção de bentonitas monocatiônicas a partir das policatiônicas, influenciando de forma específica o comportamento reológico dos fluidos de perfuração base água. O objetivo deste trabalho foi estudar a influência do Li+, Na+ e K+ na reologia de bentonitas do estado da Paraíba, Brasil, para uso em fluidos de perfuração à base de água. Os novos depósitos de bentonitas brasileiras foram comparados com base nas suas características químicas, físicas, mineralógicas, propriedades reológicas e de filtração. As amostras de bentonitas foram caracterizadas por meio da composição química através do método clássico, capacidade de troca de cátions, análise granulométrica por difração a laser, difração de raios X e análises térmicas. A reologia das dispersões foi estudada e determinadas as viscosidades aparente, viscosidade plástica e limite de escoamento com base nas normas da API e Petrobras, além dos estudos de inchamento em água e filtrado. Os resultados mostraram uma melhora significativa nas propriedades reológicas e de filtração das dispersões após a aditivação com os carbonatos de lítio e de sódio, nessa ordem, havendo presença de tixotropia nas curvas de fluxo das dispersões de argilas estudadas.

Resumo em Inglês:

Abstract The lithium (Li+), sodium (Na+) and potassium (K+) cations are first in the plane of selectivity for obtaining monocationic bentonites from the polycationics, specifically influencing the rheological behavior of water based drilling fluids. The aim of this work was to study the influence of Li+, Na+ and K+ in the bentonite rheology of Paraíba State, Brazil, for use in waterborne drilling fluids. The new deposits of Brazilian bentonites were compared based on their chemical, physical, mineralogical characteristics, rheological and filtration properties. The bentonite samples were characterized by the chemical composition through the classical method, cation exchange capacity, particle size analysis by laser diffraction, X-ray diffraction and thermal analysis. The rheology of the dispersions was studied and the apparent viscosities, plastic viscosity and flow limit were determined based on API and Petrobras standards, in addition to studies of water swelling and filtration. The results showed a significant improvement in the rheological and filtration properties of the dispersions after the additivation with the lithium and sodium carbonates, in that order, with thixotropy being present in the flow curves of the studied clay dispersions.

Resumo em Português:

Resumo O presente estudo avaliou a influência da geometria do corpo de prova cerâmico (disco vs. quadrado) na resistência flexural biaxial (RFB), por meio de ensaio experimental e análise de elementos finitos (AEF). Blocos de vitrocerâmica reforçada por leucita foram utilizados na confecção de corpos de prova no formato de discos (D; n=14) e quadrados (Q; n=13), com mesma área na superfície inferior (superfície sujeita à tração durante o ensaio). Os corpos de prova foram submetidos a ensaio de flexão biaxial pistão sobre três esferas (ISO 6872:2008). Para calcular a RFB do grupo Q, o raio do corpo de prova, indicado pela fórmula da ISO 6872:2008 para discos, foi substituído por metade do lado do quadrado. AEF foi empregada para comparar o padrão de distribuição de tensões e a primeira tensão principal entre D e Q, com áreas iguais e diferentes na superfície inferior (tração). Teste t de Student não mostrou diferença (p=0,85) na RFB entre D (95,0±9,6 MPa) e Q (84,3±10,3 MPa). AEF indicou um padrão similar de distribuição de tensões, com quase nenhuma diferença na primeira tensão principal entre D e Q com mesma área na superfície inferior (tração). Na condição experimental testada, corpos de prova cerâmicos no formato de quadrado podem ser usados em ensaio de flexão biaxial pistão sobre três esferas. Para o cálculo da RFB, o raio do espécime pode ser substituído por metade do lado do quadrado.

Resumo em Inglês:

Abstract This study evaluated the influence of the geometry of ceramic specimens (disc vs. square plate) on the biaxial flexural strength (BFS) using an experimental set and finite element analysis (FEA). Leucite glass-ceramic blocks were used in the preparation of disc (D; n=14) and square plate (S; n=13) specimens with the same lower (tensile) surface area. The specimens were subjected to a piston-on-three-ball flexural test (ISO 6872:2008). To calculate the BFS of the S group, the specimen radius, indicated by the ISO 6872:2008 formula for discs, was replaced by half of the side length. FEA compared the pattern of stress distribution and the first principal stress between D and S specimens having the same and different lower (tensile) surface area. Student’s t-test showed no difference (p=0.85) in the BFS between D (95.0±9.6 MPa) and S (84.3±10.3 MPa). FEA indicated a similar pattern of stress distribution, with almost no difference in the first principal stress of discs and square plates with the same lower (tensile) surface area. In the experimental condition investigated, square plate ceramic specimens can be used in piston-on-three-ball tests. For the calculation of the BFS, the specimen radius may be replaced by half side length of the square specimen.

Resumo em Português:

Resumo Materiais cerâmicos porosos de mulita-anortita-albita foram preparados com sucesso por reação no estado sólido entre argila caulinítica e dois aditivos (CaCO3 e Na2CO3). A matéria-prima foi caracterizada por técnicas de fluorescência de raios X, difração de raios X (DRX) e dispersão de luz dinâmica. O efeito da concentração de CaCO3 e Na2CO3 (10 a 70% em massa) na estrutura, morfologia e propriedades térmicas das cerâmicas obtidas foi investigado por técnicas de DRX, microscopia eletrônica de varredura e calorimetria de varredura diferencial (DSC). A análise de DRX mostrou que mulita (3Al2O3.2SiO2), anortita (CaO.Al2O3.2SiO2) e albita (Na2O.Al2O3.6SiO2) foram as principais fases cristalinas presentes nos materiais. A investigação da morfologia revelou textura porosa das cerâmicas obtidas, caracterizadas pela presença de estrutura tipo esponja principalmente devido à decomposição dos aditivos em altas temperaturas. Os resultados de DSC confirmaram a presença de quatro regiões de temperatura relacionadas às transformações térmicas do caulim e à formação de minerais. A temperatura e a entalpia da formação de minerais são dependentes da concentração de aditivos. Como resultado, o conteúdo ótimo de aditivos que permitiu a coexistência das três fases, morfologia na forma de esponja e alta porosidade sem trincas correspondeu a 15% CaCO3, 15% Na2CO3 e 70% caulim.

Resumo em Inglês:

Abstract Mullite-anorthite-albite porous ceramic materials were successfully prepared by a solid-state reaction between kaolin clay and two different additives (CaCO3 and Na2CO3). The starting raw material was characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction (XRD) and dynamic light scattering techniques. The effect of CaCO3 and Na2CO3 concentration (10 to 70 wt%) on structure, morphology and thermal properties of the obtained ceramics was investigated by XRD, scanning electron microscopy and differential scanning calorimetry (DSC) techniques. The XRD patterns showed that mullite (3Al2O3.2SiO2), anorthite (CaO.Al2O3.2SiO2) and albite (Na2O.Al2O3.6SiO2) were the main crystalline phases present in the materials. The morphology investigation revealed the porous texture of obtained ceramics characterized by the presence of sponge-like structure mainly due to the additive decomposition at high temperatures. The DSC results confirm the presence of four temperature regions related to the kaolin thermal transformations and the formation of minerals. The temperature and enthalpy of mineral formation are additive concentration dependent. As a result, the optimal content of additives which allowed the coexistence of the three phases, a sponge-like morphology, and high porosity without cracks corresponded to 15 wt% CaCO3, 15 wt% Na2CO3, and 70 wt% kaolin.

Resumo em Português:

Resumo A atividade mineradora pode apresentar potenciais riscos radiológicos em decorrência da presença de radionuclídeos primordiais associados aos minérios explorados. No nordeste brasileiro, as mineradoras de caulim estão estabelecidas principalmente na região da Província Pegmatítica Borborema-Seridó localizada entre os estados da Paraíba e do Rio Grande do Norte. O minério da caulinita traz agregado materiais formados por elementos das séries do U-238 e Th-232, além do K-40. A presença desses radioisótopos naturais pode conferir elevados níveis de radiação ionizante associados ao material extraído das minas. A UNSCEAR divulga a dose efetiva média mundial de exposição às fontes naturais de radiação como 2,42 mSv.a-1. Estudos nacionais e internacionais demonstraram que a atividade radioativa do caulim pode exceder os valores médios mundiais. Este estudo objetivou o mapeamento radiométrico das áreas de exploração do caulim na região do Seridó devido à proximidade com jazidas de urânio. Foi utilizado um detector cintilador de NaI (Tl) para realizar as medições de taxa de dose efetiva nas proximidades de quatro minas da região e foram obtidos valores que variaram entre 1,37 a 2,94 mSv.a-1. Os resultados obtidos sugerem a necessidade de uma abordagem mais profunda como a obtenção de amostras de solo e rocha para outras análises.

Resumo em Inglês:

Abstract The mining activity may have potential radiological hazards due to the presence of primordial radionuclides associated with the exploited ore. In northeastern of Brazil, kaolin mining companies are mainly located in the region of Borborema-Seridó Pegmatitic Province located between the states of Paraíba and Rio Grande do Norte. The kaolinite ore brings aggregate materials formed by elements belonging to the series of U-238 and Th-232, beyond K-40. The presence of these natural radioisotopes can confer high levels of ionizing radiation associated with the material extracted from the mines. The UNSCEAR reports the global average effective dose of exposure to natural sources radiation as 2.42 mSv.y-1. National and international studies have shown that the activity of kaolin may exceed the global averages. This study aimed the radiometric mapping of kaolin exploration areas in the Seridó region due to its proximity to uranium deposits. A scintillator detector of NaI (Tl) was used to perform effective dose rate measurements in the vicinity of four mines in the region, and values that ranged from 1.37 to 2.94 mSv.y-1 were obtained. The results suggest a need for a deeper approach such as obtaining soil and rock samples for more analyzes.

Resumo em Português:

Resumo Durante o século XIX em Belém-PA, destaca-se o uso da azulejaria na arquitetura mortuária do Cemitério Nossa Senhora da Soledade. Estes azulejos são extraordinários componentes do patrimônio azulejar brasileiro, mas encontram-se em elevado estágio de deterioração, devido às condições a que estão submetidos. Esta pesquisa objetivou a caracterização microestrutural, física e mineralógica de azulejos das sepulturas do Cemitério Nossa Senhora da Soledade. A amostragem consistiu em fragmentos portugueses do século XIX, decorados em estampilha. A caracterização foi realizada por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva, teste de absorção total em água e difratometria de raios X. Os resultados indicaram que as camadas vitrificadas e cerâmicas possuem caráter heterogêneo e defeitos de fabricação, devido ao processo de produção artesanal. As porosidades variam de 13,3% a 22,9%. As chacotas apresentam em sua composição: quartzo, gehlenita, calcita, rutilo, cristobalita, diopsídio, anortita, hematita e wollastonita. De acordo com os resultados, apesar de possuírem em comum o país de origem, século de produção, técnica decorativa e temperatura de queima, as amostras apresentam variações em sua microestrutura e mineralogia. Tais informações são importantes para o conhecimento do material para fundamentar futuras intervenções restaurativas.

Resumo em Inglês:

Abstract During the nineteenth century, historical glazed tiles were used in the mortuary architecture of Nossa Senhora da Soledade Cemetery, in Belém. These ceramic pieces are an extraordinary part of Brazilian cultural heritage but are at a high deterioration stage due to conditions to which they are subjected. The aim of this research was the microstructural, physical and mineralogical characterization of glazed tiles from Nossa Senhora da Soledade Cemetery. The samples consisted of Portuguese fragments from the nineteenth century, decorated by stamping. The characterization was performed by optical microscopy, scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy, water absorption test, and X-ray diffractometry. The results indicated that glazed and ceramic layers have manufacturing defects and a heterogeneous character due to the handmade production process. The porosities vary from 13.3% to 22.9%. The ceramics are composed of quartz, gehlenite, calcite, rutile, cristobalite, diopside, anorthite, hematite and wollastonite. According to the results, despite many similarities (country of origin, century of production, decorative technique), the samples have variations in their microstructure and mineralogy. Information regarding the compositions of the tiles and their variation is important to support future restorative interventions.