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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.64.2017.tde-23102017-153326
Documento
Autor
Nombre completo
Cleiton dos Santos Mattos
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 2017
Director
Tribunal
Kamogawa, Marcos Yassuo (Presidente)
Abreu Junior, Cassio Hamilton
Chiba, Márcio Koiti
Souza, Gilberto Batista de
Veiga, Márcia Andreia Mesquita Silva da
Título en portugués
Uso de resíduos galvânicos como materiais secundários de interesse agronômico: avaliação das reações de solubilização e do risco ambiental
Palabras clave en portugués
Fertilizantes
Micronutrientes cobre e níquel
PNRS
Resíduos galvânicos
Solo e planta
Solubilidade e adsorção
Resumen en portugués
Este trabalho objetiva avaliar o uso de resíduos galvânicos de douração/prateação como fonte de micronutrientes (principalmente cobre e níquel) para as plantas, estudando as reações químicas que determinam os processos de solubilidade e adsorção na interface solo-solução-planta. Para isso, resíduos galvânicos foram caracterizados por ICP OES e FAAS, determinando os teores de Al, B, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, S e Zn após digestão ácida, detectando Cu entre 2 e 35% e Ni entre 0,007 e 9,7% (m/m), e baixas quantidades de Cd, Cr e Pb em relação aos anteriores. Aspectos físico-químicos caracterizam os resíduos como aglomerados quebradiços, com possível ordenação estrutural na forma de sulfatos, óxidos, hidróxidos ou carbonatos, sendo pouco higroscópicos e facilitando, assim, aplicação agronômica na forma pulverizada. Ensaios de solubilidade em meio aquoso por sistema em fluxo indicaram a dependência da solubilidade de cobre e níquel ao pH. Cobre já apresentaria melhor solubilidade em pHs inferiores a 5, o que não ocorreu, mas simulações em software de equilíbrio químico indicaram solubilidade de cobre no formato de brochantita [Cu4SO4(OH)6] em pHs abaixo de 3, e análises por DRX confirmaram sua presença. Dois dos resíduos utilizados apresentaram solubilidade de níquel em água, provavelmente como NiCl2 ou NiSO4, e todos apresentaram boa solubilização quando complexados com DTPA. Estudos de adsorção e difusão de Cu e Ni em solos por percolação de água em colunas de PVC, após adição de pastilhas de resíduos galvânicos ao meio, mostraram baixa mobilidade dos metais e influência da presença destes pela dissolução das pastilhas, intensificando as reações de adsorção e dessorção. Quando combinados com as isotermas de adsorção e extração sequencial, conclui-se que os solos apresentam elevada capacidade máxima de adsorção e que estes metais estão ligados na maior parte às frações menos disponíveis, mas apresentando aumento da disponibilidade após inserção dos resíduos. Ensaios de solubilidade na presença de plantas em sistema similar ao experimento de adsorção, porém, com os resíduos na forma pulverizada, mostraram a presença de Cu e Ni nas raízes por influência da inserção dos resíduos e na parte aérea somente para níquel, talvez por suficiência nutricional de cobre. As principais reações que ocorrem na interface solo-solução-planta, como de adsorção/dessorção, precipitação/dissolução, complexação e oxirredução, explicam os mecanismos da maior ou menor disponibilidade destes micronutrientes, favorecendo determinadas condições pelos conceitos de equilíbrio químico. Ácidos orgânicos exsudados na rizosfera podem acidificar o meio ou complexar os metais, aumentando sua solubilidade e favorecendo seu transporte para as plantas. Por isso, é recomendado que os resíduos sejam aplicados bem próximo às raízes. Ensaios microbiológicos mostraram que os resíduos apresentam baixa toxicidade, e, associado aos fatos da baixa mobilidade de Cu e Ni e da baixa influência dos contaminantes Cd, Cr e Pb no solo, estima-se que oferecem baixo risco ambiental. O conjunto de resultados confere aos resíduos galvânicos de douração/prateação viabilidade para serem utilizados como fertilizantes agrícolas para suprir deficiências de cobre e níquel, concordando com os objetivos da Política Nacional de Resíduos Sólidos, que estimulam a reciclagem de materiais perigosos, para que voltem à cadeia produtiva, evitando, assim, o desperdício de seu potencial por meio do descarte
Título en inglés
Use of galvanic wastes as secondary materials of agronomic interesting: evaluation of solubilization reactions and environmental risk
Palabras clave en inglés
Copper and nickel micronutrients
Fertilizers
Galvanic wastes
PNRS
Soil and plant
Solubility and adsorption
Resumen en inglés
This work aims evaluate the use of galvanic wastes of gold/silver-plating as micronutrients source (mainly copper and nickel) for plants, by studying the chemical reactions which determine the solubility and adsorption processes on the soil-solution-plant interface. For this purpose, galvanic wastes were characterized by ICP OES and FAAS, determining the levels of Al, B, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, S and Zn after acid digestion, detecting Cu in the range of 2 and 35% and Ni in the range of 0.007 and 9.7% (m/m), and low quantities of Cd, Cr and Pb compared to the previous ones. Physicochemical aspects characterize the wastes as brittle conglomerate, with possible structural ordination in the form of sulfates, oxides, hydroxides or carbonates, low hygroscopicity and facilitating, thus, agronomic application in the pulverized form. Solubility essays in aqueous media by flow system indicating the dependency of copper and nickel solubility with pH. Cupper would present better solubility in pH below 5, what did not happen, but simulations in chemical equilibrium software indicated copper solubility in the form of brochantite [Cu4SO4(OH)6] in pH below 3, and DRX analysis confirmed the their presence. Two of the wastes used presented nickel solubility in water, probably as NiCl2 or NiSO4, and all presented good solubilization when complexed with DTPA. Adsorption and diffusion studies of Cu and Ni in soils by water percolation in PVC column, after addiction of galvanic wastes tablets to the center, demonstrated low metals mobility and influence of their presence by the tablet dissolution, intensifying the adsorption and desorption reactions. When combined with the adsorption isotherms and sequential extraction, it concludes that the soils presented high maximum adsorption capacity and these metals are mostly bonded to less available fractions, but presenting an increasing availability after wastes addition. Solubility essays in the present of plants in a similar system to the adsorption experiment, however, with the wastes in the pulverized form, demonstrated the presence of Cu and Ni in the roots by the influence of the residues insertion and only nickel in the aerial parts, maybe by nutritional sufficiency of copper. The main reactions that occurred in the soil-solution-plant interface, as adsorption/desorption, precipitation/dissolution, complexation and redox, explain the mechanism of the higher or lower availability of these micronutrients, favoring determinate conditions by the chemical equilibrium concepts. Organic acids exuded in the rhizosphere can acidify the medium or complex the metals, increasing their solubility and favoring their transport to the plants. Therefore, it is recommended that the residues must be applied very close to the roots. Microbiological tests have shown that the wastes present low toxicity, and, associated with the low mobility of Cu and Ni and with the low influence of the Cd, Cr and Pb in the soil, it estimated to offer low environmental risk. The results set gives galvanic wastes of gold/silver-plating viability to be used as agricultural fertilizers to supply copper and nickel deficiencies, in line with the objectives of the National Solid Waste Policy, which encourages the recycling of hazardous materials, to get back to productive chain, thus avoiding the waste of its potential by means of the discard
 
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Fecha de Publicación
2017-10-30
 
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