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metadata.teses.dc.title: Rare earth elements in fertilizers and their chemical behavior in soils of contrasting mineralogy and texture
metadata.teses.dc.title.alternative: Elementos terras raras em fertilizantes e seu comportamento químico em solos de mineralogia e textura contrastantes
metadata.teses.dc.creator: Dinali, Guilherme Soares
metadata.teses.dc.contributor.advisor1: Guilherme, Luiz Roberto Guimarães
metadata.teses.dc.contributor.advisor-co1: Lopes, Guilherme
metadata.teses.dc.contributor.advisor-co2: Chorover, Jon
metadata.teses.dc.contributor.referee1: Guilherme, Luiz Roberto Guimarães
metadata.teses.dc.contributor.referee2: Curi, Nilton
metadata.teses.dc.contributor.referee3: Ramos, Silvio Junio
metadata.teses.dc.contributor.referee4: Melo, Leônidas Carrijo Azevedo
metadata.teses.dc.contributor.referee5: Root, Robert Aubrey
metadata.teses.dc.subject: Soil mineralogy
Phosphorus fertilization
Rare earth elements
Mineralogia do solo
Adubação fosfatada
Elementos terras raras
metadata.teses.dc.date.issued: 9-Mar-2018
metadata.teses.dc.description.sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do Ensino Superior (CAPES)
metadata.teses.dc.identifier.citation: DINALI, G. S. Rare earth elements in fertilizers and their chemical behavior in soils of contrasting mineralogy and texture. 2018. 107 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2017.
metadata.teses.dc.description.resumo: Os terras raras (ETR) são um grupo de 17 elementos cada vez mais presentes na indústria, agricultura e vida cotidiana do mundo atual. Os minérios fosfatados são conhecidos por conter ETR em concentrações variáveis. Esses fosfatos são matérias-primas de fertilizantes fosfatados constantemente aplicados nos solos, especialmente em agroecossistemas tropicais. Os teores de ETR presentes nas matérias primas de produtos fosfatados bem como as mudanças de fases cristalinas associadas ao processamento realizados na indústria de fertilizantes fosfatados são praticamente desconhecidos. Em geral os solos são considerados importantes fontes, desses e de outros elementos, devido aos seus teores naturais ou a adição constante de fertilizantes. Todavia, poucas pesquisas têm sido conduzidas no intuito de verificar os teores de ETR nos solos e insumos agrícolas bem como o comportamento desses elementos nos agroecossistemas. Assim, para entender melhor o conteúdo dos ETR em fertilizantes fosfatados – que são as principais fontes difusas de ETR para o meio ambiente -, bem como a adsorção de ETR em solos de textura e mineralogia diferentes, o presente estudo teve como objetivo: i) avaliar ETR em concentrados de fosfato utilizados como matériasprimas na indústria de fosfato na América do Sul, bem como em produtos finais - incluindo fertilizantes fosfatados, fosfato di-cálcio e fosfogesso-, a fim de caracterizar seus teores de ETR, assinaturas e fases cristalinas portadoras de ETR; e ii) avaliar o comportamento de adsorção de todos os ETR em solos sob diferentes condições experimentais, a fim de modelar e prever a adsorção e o destino do ETR nos solos. Em relação aos produtos de fosfato, nossos resultados mostraram que o conteúdo de ETR em matérias-primas e produtos da indústria de fosfato na América do Sul é altamente variável. Considerando os materiais de origem ígnea, o concentrado de fosfato do Complexo Mineroquímico de Catalão apresentou o maior teor total de ETR (ΣETR de até 16.650 mg kg-1) e as maiores concentrações de ETR leves (ΣLETR / ΣETR ~ 98%). Uma grande variedade de fases minerais foi encontrada não apenas nos concentrados de fosfato, mas também em produtos finais, com o grupo das apatitas que apareceram como principal fase cristalina portadora de ETR. Os conteúdos e composição de ETR nos produtos finais foram fortemente influenciados pelas respectivas matérias-primas, resultando em uma forte combinação das assinaturas de ETR, o que reforça a utilidade das assinaturas como ferramentas precisas para rastrear a origem e a proveniência dos produtos finais da indústria fosfatada de fertilizantes. Com relação aos experimentos de adsorção, diferentes ETR foram adsorvidos em quantidades semelhantes nos pH’s naturais do solo. A adsorção dos ETR aumentou com o aumento do pH, especialmente no solo tropical. Cério é o ETR adsorvido em quantidades mais elevadas enquanto o lutécio foi o menos adsorvido, independentemente do solo estudado. O modelo de Langmuir foi usado eficientemente para ajustar os dados de adsorção e estimar a capacidade máxima de adsorção (ETRCMA) e a força de adsorção (KL), exceto para os solos tropicais arenosos. A capacidade tampão de ETR (ETRCT) demonstrou ser um ótimo parâmetro para entender o comportamento do ETR nos solos. Considerando a importância cada vez maior dos ETR como contaminantes emergentes, esse trabalho quantificou e qualificou ETR em fertilizantes e ainda demonstrou dados relevantes para prever o comportamento de ETR nos agroecossistemas, bem como o destino e o transporte desses elementos em solos de mineralogia e textura contrastantes.
metadata.teses.dc.description.abstract: Rare earth elements (REY) are a group of 17 elements of an ever-growing presence in present-day industries, agriculture, and in everyday life. Phosphate ores are well-known for containing REY in a wide range of contents. Such phosphates are raw materials of many fertilizers that have been constantly applied to soils, especially in Tropical agroecosystems. Because of that, the environmental concentrations of REY are expected to increase accordingly. Our current understanding of the role of different P products as carriers of REY to soils is still incipient, especially regarding the extent to which the original REY content in raw materials remains in their respective products and the changes in crystalline phases associated with the phosphate ore processing. Furthermore, while soils have been considered important sinks for such elements through addition of fertilizers and other sources of REY, yet little research has been conducted concerning REY contents, inputs, and behavior in such ecosystems. Thus, to better understand REY contents in P fertilizers - a major diffuse source of REY to environment -, as well as REY sorption on soils of different genesis - a major sink of REY -, the present study aimed to: i) evaluate REY in phosphate concentrates used as raw materials in major phosphate industries in South America as well as in final products – including P fertilizers, di-calcium phosphate, and phosphogypsum –, in order to characterize their REY contents, signatures, and REY-carrying crystalline phases; and ii) evaluate the adsorption behavior of all REY in soils under different experimental conditions in order to model and predict sorption and fate of REY in soils. Regarding phosphate products, our results showed that the REY content in raw materials and products from the phosphate industry in South America is highly variable. Considering materials of igneous origin, the phosphate concentrate from the Catalão Minerochemical Complex presented the highest total REY content (∑REY up to 16,650 mg kg-1) and the highest concentrations of light REY(∑LREY/∑REY ~98%). A great variety of mineral phases were found not only in phosphate concentrates but also in final products, with the apatite-group appearing as the main REYcarrying crystalline phase. The REY contents and composition in the final products were generally strongly influenced by their respective raw materials, resulting in a strong match of REY signatures, which reinforces the usefulness of REY signatures as accurate tools for tracing the origin and provenance of final products of the P fertilizer industry. With respect to sorption experiments, the different REY were sorbed in similar amounts at the natural soils pH's. REY sorption increased with increasing pH, especially in a tropical soil. Cerium is the REY sorbed in higher amounts whereas lutetium is the lowest sorbed REY, irrespectively of the studied soil. The Langmuir model was efficiently used to fit adsorption data and to estimate maximum adsorption capacity (REYMAC) and sorption strength (KL), except for sandy tropical soils. The REY buffering capacity (REYMBC) has demonstrated to be a great parameter to understand REY behavior on soils. Considering the ever-increasing importance of REY as emerging contaminants, our findings are relevant to predict REY behavior in agroecosystems, as well as REY fate and transport in soils of contrasting mineralogy.
metadata.teses.dc.identifier.uri: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/28824
metadata.teses.dc.publisher: Universidade Federal de Lavras
metadata.teses.dc.language: eng
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