Desenvolvimento de procedimento para análise química de alumina combinando fusão e espectrometria de fluorescência de raios x

dc.contributor.advisor1Nóbrega, Joaquim de Araújo
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8833989058164529
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-9134-9547
dc.contributor.authorCarvalho, Larissa Brenda
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/2348829608819033
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0000-9191-1384
dc.contributor.refereeGarcia, José Augusto
dc.contributor.refereePereira Filho, Edenir Rodrigues
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7138636023119781
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3394181280355442
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-9500-667X
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-0608-0278
dc.date.accessioned2026-10-23T18:15:34Z
dc.date.issued2026-08-25
dc.description.abstractAlumina, or aluminum oxide, is a refractory material with excellent mechanical properties and is the primary raw material for the production of metallic aluminum (Smelter Grade Alumina—SGA). To ensure the purity of alumina, monitoring the levels of contaminants such as CaO, Fe2O3, SiO2 and Na2O is essential and is carried out by determining its chemical composition, typically using X-ray fluorescence spectrometry (XRF). At Companhia Brasileira de Alumínio (CBA), the traditional method for preparing alumina samples involves pulverization followed by pressing, with subsequent analysis by XRF. Although well-established, this method has disadvantages, such as sample heterogeneity, matrix effects, contamination, and ergonomic risks to analysts. This professional master’s project focused on developing a method for preparing alumina samples via fusion, followed by XRF measurements. Fusion offers advantages such as more homogeneous samples, reduced matrix effects, greater safety for analysts, and shorter preparation times. However, it presents challenges, such as sample dilution in the flux, which can reduce the sensitivity of certain elements and affect the accuracy of the results. Sample preparation is crucial for ensuring the accuracy of analytical results, and both pulverization followed by pressing and fusion are relevant strategies for preparing samples for XRF. Choosing the most appropriate method is essential for optimizing resources, ensuring analyst safety, and guaranteeing the reliability of results, in accordance with safe practices. For the fusion method, we used a 2-g sample of aluminum oxide and 10 g of flux containing 49.5% m/m lithium tetraborate, 49.5% m/m lithium metaborate, and 1% m/m lithium bromide. The mixture was transferred to a 95%-5% Pt-Au crucible and subjected to a heating program with a maximum temperature of 1050 °C and a total duration of 13.5 min. After fusion, the solution is poured into a mold to form the glass pellet. The entire procedure is performed mechanically using a fusion apparatus (Katanax, Model K2 Prime). The finished glass pellet is analyzed by WDXRF. Instrumental measurements using the glass pellet were conducted according to the strategy adopted for the pressed pellet. The concentrations determined for the main contaminants i.e., CaO, Fe₂O₃, Na₂O, and SiO₂ fall within the process specification range for quality control. The analytical procedure developed was evaluated using both qualitative and quantitative approaches. The qualitative approach proved suitable for rapid process control. On the other hand, the quantitative approach was effective, and its accuracy was demonstrated by comparing the results obtained by fusion and by grinding-pressing. Validation parameters were also investigated. The linearity of the analytical curves for CaO, Fe₂O₃, Na₂O, and SiO₂ was adequate according to the statistical parameters evaluated, such as homoscedasticity, residuals, and correlation and determination coefficients. The detection limits (LDs) and quantification limits (LQs) were determined, and low sensitivity was observed for Na₂O. Precision was evaluated using the repeatability parameter in the CRM samples. In this study, the concentration range of the fusion procedure was evaluated from 100 to 1000 mg/kg applying tablet dilution tests, by optimizing the masses of the flux and the sample. Trueness was determined using two certified reference materials.eng
dc.description.resumoA alumina, ou óxido de alumínio, é um material refratário com excelentes propriedades mecânicas e é a principal matéria-prima para a produção de alumínio metálico (Smelter Grade Alumina - SGA). Para assegurar a pureza da alumina, o controle dos contaminantes CaO, Fe2O3, SiO2 e Na2O é essencial e é realizado determinando-se sua composição química, geralmente por espectrometria de fluorescência de raios X (XRF). Na Companhia Brasileira de Alumínio (CBA), o método tradicional de preparo de amostras de óxido de alumínio é a pulverização seguida por prensagem, com posterior análise por XRF. Embora consolidado, esse método apresenta desvantagens, como a heterogeneidade das amostras, efeitos de matriz, contaminação e riscos ergonômicos aos analistas. Este projeto de mestrado profissional focou o desenvolvimento de um método de preparo de amostras de alumina via fusão, seguido de medidas por XRF. A fusão apresenta vantagens, como amostras mais homogêneas, redução dos efeitos de matriz, maior segurança para os analistas e diminuição do tempo de preparo. No entanto, apresenta desafios, como a diluição da amostra no fundente, que pode reduzir a sensibilidade de alguns elementos e afetar a exatidão dos resultados. O preparo das amostras é crucial para garantir a veracidade dos resultados analíticos, sendo que tanto a pulverização seguida de prensagem quanto a fusão são estratégias relevantes no preparo de amostras para XRF. A escolha do método mais adequado é fundamental para otimizar os recursos, a segurança do analista e a confiabilidade dos resultados, alinhando-se a práticas seguras. Para o método via fusão, utilizamos uma massa de 2 g de amostra de óxido de alumínio e 10 g do fundente contendo 49,5 % m/m de tetraborato de lítio, 49,5 % m/m de metaborato de lítio e 1 % m/m de brometo de lítio. A mistura foi transferida para um cadinho de 95%-5% Pt-Au e submetida a um programa de aquecimento com temperatura máxima de 1050 ºC e tempo total de 13,5 min. Após a fusão, a solução é vertida em um molde para a formação da pastilha vítrea. Todo o procedimento é efetuado mecanicamente por um equipamento de fusão (Katanax, Modelo K2 Prime). A pastilha vítrea pronta é submetida à análise por WDXRF. A medida instrumental usando a pastilha vítrea foi conduzida conforme a estratégia adotada para a pastilha prensada. Os teores determinados para os principais contaminantes, i.e., CaO, Fe2O3, SiO2 e Na2O, estão na faixa de especificação do processo para o controle de qualidade. O procedimento analítico desenvolvido foi avaliado considerando abordagens qualitativa e quantitativa. A abordagem qualitativa se mostrou adequada para aplicação visando um controle rápido de processo. Por outro lado, a abordagem quantitativa foi efetiva e a exatidão foi demonstrada comparando-se os resultados obtidos por fusão e por moagem-prensagem. Parâmetros de validação também foram investigados. As linearidades das curvas analíticas para CaO, Fe2O3, SiO2 e Na2O foram adequadas conforme os parâmetros estatísticos avaliados, tais como homocedasticidade, resíduos e coeficientes de correlação e determinação. Os LD’s e LQ’s foram determinados e observou-se baixa sensibilidade para Na2O. A precisão foi avaliada pela da repetibilidade nos CRM’s. Nesse estudo, avaliou-se a faixa de concentração do procedimento de fusão de 100 a 1000 mg/kg por testes de diluição da pastilha, aperfeiçoando as massas de fundente e de amostra. A exatidão foi determinada usando dois materiais de referência certificados.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId001
dc.identifier.citationCARVALHO, Larissa Brenda. Desenvolvimento de procedimento para análise química de alumina combinando fusão e espectrometria de fluorescência de raios x. 2026. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.14289/24883.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24883
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação Profissional em Química - PPGPQ
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectAluminapor
dc.subjectFRXpor
dc.subjectFusãopor
dc.subjectXRFeng
dc.subjectFusioneng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleDesenvolvimento de procedimento para análise química de alumina combinando fusão e espectrometria de fluorescência de raios xpor
dc.title.alternativeDevelopment of a procedure for the chemical analysis of alumina combining fusion and x-ray fluorescence spectrometryeng
dc.typeDissertação

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