Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Irreplaceable element for life, phosphorus is the main component of apatite, a mineral present in phosphate rock. The increasing in agriculture productivity would not be possible without the use of fertilizers. However, being a non-renewable resource, the phosphorus is susceptible to depletion. The exploitation of economically mineable deposits of phosphate ore leads to large losses of phosphorus in the stage of processing. In contrast, the demand for fertilizers in the country only increases. Currently, more than half of world production of phosphate concentrate is produced by flotation. The column flotation has been adequate to the processing of complex and low grades ores, that is the case of Brazilian deposits, and also fine size ranges. However, difficulty in concentrating ores of igneous origin may be aggravated in the presence of dissolved ions in process water used in flotation, since the recirculated water increases the ionic concentration. According to the literature, the process of concentration of apatite is strongly affected by the presence of ionic species, since they interact with the surface of apatite particles by changing the efficiency of the flotation process. Thus, the aim of this work was to evaluate the influence of water contaminated with ions F-, Ca2 +, Mg2 + and PO43- provides in the performance of apatite flotation or, in other words, in recovery, P2O5 content and selectivity of the process, to the coarse and fine ores carried out in a flotation column. And through central composite design (CCD), the influence of these ions in the apatite recovery and P2O5 content for low and high concentrations of contaminants. The results showed that the individual effect of each ion studied provided a substantial decrease in recovery, with different sensitivity to the size ranges studied. The most expressive decreases in apatite recovery are related to contaminants calcium and phosphate, where the first had a maximum reduction in the recovery of 58 and 51% for the coarse and fine, respectively, since the calcium consume the collector, reducing the amount available for the apatite collection. Phosphate confirms its strong depressant effect on the apatite particles, since for the coarse particles, there was a reduction in maximum recovery of 55% and 59% for the fines. For the contaminant magnesium, it is clear the critical effect on the process selectivity, related to the gangue minerals Fe2O3 and SiO2, since P2O5 content, in the presence of this ion, suffered a considerable decrease (up to 8 percentage points), independent of particle size. Magnesium, that also react with the collector, was responsible for the sharp increase in the consumption of NaOH, used to adjust the pulp pH, reaching up to 4 times higher compared to the standard test. The influence of fluoride ion represented an increase in the ratio of selectivity P2O5/SiO2, especially for the fine material, indicating a possible depressing effect on the silicate gangue. For the CCD, carried out at low contaminants concentrations, it is clear the interactions between calcium and magnesium with phosphate, contributing to the increase in the recovery, and between magnesium and fluoride, which contributed to the increase in the P2O5 content. This behavior is probably due to the fact that these ions form insoluble compounds among them, removing these ionic species from the system. As for the CCD performed to high contaminants concentrations, all the flotation tests resulted in very low values of recovery and grade. This fact may be associated with the formation of colloidal precipitates in large quantities, leading to indiscriminate coating of the mineral particles present, including apatite, preventing the reagents action. / Elemento insubstituível para a vida, o fósforo constitui o principal componente da apatita, mineral presente na rocha fosfática. O crescente aumento da produtividade na agricultura não seria possível sem o uso dos fertilizantes. Entretanto, por ser um recurso não-renovável, o fósforo está suscetível ao esgotamento. A exploração dos depósitos economicamente lavráveis de minério fosfático leva a grandes perdas de fósforo na etapa de beneficiamento. Contrariamente, a demanda por fertilizantes no país só aumenta. Atualmente, mais da metade da produção mundial de concentrado fosfático é produzido por flotação. A coluna de flotação tem se mostrado adequada ao beneficiamento de minérios complexos e de baixos teores, caso das reservas brasileiras, e também de granulometria mais fina. No entanto, a dificuldade em concentrar minérios de origem ígnea pode ser agravada quando em presença de íons dissolvidos na água de processo empregada na flotação, uma vez que a água recirculada aumenta a concentração iônica presente. De acordo com a literatura, o processo de concentração da apatita é fortemente afetado pela presença de espécies iônicas, uma vez que estas interagem com a superfície da partícula de apatita alterando a eficiência do processo de flotação. Sendo assim, este trabalho teve por objetivo avaliar a influência que a água contaminada com os íons F-, Ca2+, Mg2+ e PO43- acarreta no desempenho da flotação em coluna de apatita, ou seja, na recuperação, teor de P2O5 e seletividade do processo, para minério de granulometria grossa e fina, e, por meio de planejamento do tipo composto central (PCC), a influência destes mesmos íons na recuperação e teor de P2O5 para baixas e altas concentrações de contaminantes. Os resultados obtidos permitem concluir que o efeito individual de cada íon estudado proporcionou uma substancial queda na recuperação, apresentando diferente sensibilidade em relação à faixa granulométrica empregada. Os resultados mais expressivos de queda na recuperação são referentes aos contaminantes cálcio e fosfato, onde o primeiro teve uma redução máxima na recuperação de 58 e 51% para o material grosso e fino, respectivamente, em virtude do cálcio consumir o coletor, reduzindo a quantidade disponível para a coleta de apatita. O fosfato confirma seu forte efeito depressor sobre as partículas de apatita, visto que, para os grossos, houve uma redução máxima na recuperação de 55% e de 59% para os finos. Para o contaminante magnésio, fica claro o efeito crítico na seletividade do processo, em relação aos minerais de ganga Fe2O3 e SiO2, uma vez que o teor de P2O5, quando em presença deste íon, sofreu uma considerável queda (até 8 pontos percentuais), independente do tamanho de partícula. O magnésio, além de reagir também com o coletor, foi responsável pelo aumento acentuado no consumo de NaOH, utilizado para regular o pH da polpa, chegando a ser 4 vezes maior, comparado ao teste branco. A influência do íon fluoreto representou um aumento na razão de seletividade P2O5/SiO2, principalmente para o material fino, indicando possível efeito depressor sobre a ganga silicatada. Para o PCC realizado a baixas concentrações de contaminantes, fica evidenciado as interações entre os cátions cálcio e magnésio com fosfato, contribuindo para o aumento da resposta recuperação, e entre magnésio e fluoreto, onde colaborou para o aumento da resposta teor. Este comportamento, provavelmente, é devido ao fato destes íons formarem compostos insolúveis entre si, sequestrando estas espécies iônicas do sistema. Já para o PCC realizado a altas concentrações de contaminantes, todos os ensaios de flotação resultaram em valores extremamente baixos de recuperação e teor. Este fato pode estar associado à formação de precipitados coloidais em grande quantidade, levando a recobrir indiscriminadamente as partículas minerais presentes, inclusive a apatita, impedindo a ação dos reagentes. / Mestre em Engenharia Química

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2017-12-14T17:27:41Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Izabela Letícia Almeida de Moraes - 2017.pdf: 2791313 bytes, checksum: 95bb215d71f301f1f487b1e919c6304c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-12-18T13:41:37Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Izabela Letícia Almeida de Moraes - 2017.pdf: 2791313 bytes, checksum: 95bb215d71f301f1f487b1e919c6304c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-18T13:41:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Izabela Letícia Almeida de Moraes - 2017.pdf: 2791313 bytes, checksum: 95bb215d71f301f1f487b1e919c6304c (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-06-01 / Brazilian soils present acidity and in some parts are deficient in nutrients such as Nitrogen (N), Phosphorus (P) and Potassium (K). For the soil to be arable it is indispensable the artificial fertilization. Brazil is known worldwide for being a major producer of grains, according to the National Company of Supply (CONAB), assuming the position of the second largest soybean producer in the world in the harvest years 2015/2016. Apatite is the main natural source of phosphorus recognized as a raw material for the manufacture of fertilizers. The origin of the phosphate rock in Brazil is predominantly igneous, presenting a mineralogy containing silicate and carbonate mineral particles. Due to these gangue minerals present in the phosphate rock the flotation process becomes indispensable during the processing, to separate the apatite from the contaminants and to obtain the minimum level of impurities so that the fertilizers are produced to the required specifications. The difficult separation of the silica-carbonate ores from apatite occurs in the similarity of surface chemistry. The collecting reagent is used in the flotation process to aid in the separation of barley ores, in which the fatty acids, among them the saponified fatty acids, are those traditionally used, and the fatty acids obtained from vegetable or animal oil are matter Collector master prime. Jatropha curcas L., known as jatropha (Jatropha curcas L.), has been arousing national interest in recent years because it is a species with excellent oil quality. The cultivation of this oleaginous species occurs in several Brazilian regions, is a perennial plant and resistant to several variations of soil and climate. Jatropha stands out for the production capacity of its oil, which reaches 50% of its seeds, and for the lipid composition rich in fatty acids; Its major acids are linoleic, oleic, and palmitic. This study aims to evaluate the selectivity of the jatropha oil used as collector in the apatite, calcite and quartz flotation. And to be used as a collector the jatropha oil was characterized and tested in two methods of saponification, and the plant species was saponified at a temperature of approximately 90 oC so that in the other method the oil was saponified at room temperature. The mineral samples were chemically analyzed by X-ray fluorescence, scanning electron microscope (SEM) images, X-ray dispersive energy (EDS) spectrometry and potential zeta measurements. The test conditions were obtained using the concentrations of 1.0; 2.5; 5.0; 7.5; 10.0 mg / L in pH's 8, 9 and 10. In order to evaluate the performance of saponified jatropha oil, tests were carried out under the same conditions with the industrial collector FLOTIGAM 5806 from Clariant. The results show that cold saponified jatropha oil (PMSF) was better than hot saponified jatropha oil (PMSQ) and, when compared to the Flotigam, the results showed a similar performance. The PMSF and PMSQ collectors showed selectivity for apatite and calcite and for quartz collectors did not achieve significant recovery of the mineral. Thus, it can be concluded that jatropha oil as a collector has a potential for apatite flotation. / Os solos brasileiros apresentam acidez e em algumas partes são deficientes em nutrientes, como Nitrogênio (N), Fósforo (P) e Potássio (K). Para o solo se tornar mais fértil é indispensável a adubação artificial. O Brasil é mundialmente conhecido por ser um grande produtor de grãos, de acordo com a Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB), assumindo o lugar de segundo maior produtor de soja do mundo na safra anos 2015/2016. A apatita é a principal fonte natural de fósforo reconhecido como matéria prima para a fabricação de fertilizantes. A origem da rocha fosfática no Brasil é predominantemente ígnea apresentando uma mineralogia contendo partículas minerais de silicato e carbonato. Devido a esses minerais de ganga presentes na rocha fosfática o processo de flotação se torna indispensável durante o beneficiamento, para separar a apatita dos contaminantes e obter o nível mínimo de impurezas para que os fertilizantes sejam produzidos seguindo as especificações exigidas. A difícil separação dos minérios sílico-carbonatado da apatita se dá à semelhança da química da superfície. O reagente coletor é usado no processo de flotação para auxiliar na separação dos minérios de ganga, em que os ácidos graxos, dentre eles os ácidos graxos saponificados, são os tradicionalmente utilizados, sendo que os ácidos graxos obtidos de óleo vegetal ou animal são a matéria prima principal do coletor. O pinhão manso, vem despertando interesse nacional nos últimos anos por ser uma espécie que apresenta um óleo de excelente qualidade. O cultivo dessa espécie oleaginosa ocorre em várias regiões brasileiras, é uma planta perene e resistente a diversas variações de solo e clima. O pinhão manso se destaca pela capacidade de produção do seu óleo, que chega a 50% de suas sementes, e pela composição lipídica rica em ácidos graxos; seus ácidos majoritários são linoleico, oleico e palmítico. Este estudo tem como objetivo avaliar a seletividade do óleo de pinhão manso utilizado como coletor na flotação apatita, calcita e quartzo. E para ser utilizado como coletor o óleo de pinhão manso foi caracterizado e testado em dois métodos de saponificação, sendo que a espécie vegetal foi saponificada em uma temperatura de aproximadamente 90 oC de modo que no outro método o óleo foi saponificado em temperatura ambiente. As amostras minerais foram analisadas quimicamente por fluorescência de raios-X (FRX), imagens de microscópio eletrônico de varredura (MEV), espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS), difração de raios-X (DRX) e medidas potencial zeta (PZ). As condições dos testes foram obtidas utilizando as concentrações de 1,0; 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 mg/L em pH’s 8, 9 e 10. Com o objetivo de avaliar a performance do óleo de pinhão manso saponificado foram realizados testes nas mesmas condições com o coletor industrial FLOTIGAM 5806 da empresa Clariant. Os resultados mostram que os coletores do óleo de pinhão manso saponificado a frio (PMSF) apresentaram melhor performance que o óleo de pinhão manso saponificado a quente (PMSQ) e, quando comparados com o Flotigam, os resultados mostraram uma performance semelhante. Os coletores PMSF e PMSQ mostraram que existe seletividade para a apatita e calcita e para o quartzo os coletores não alcançaram recuperação significativa do mineral. Desse modo, conclui-se que o óleo de pinhão manso como coletor apresenta um potencial para a flotação de apatita.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-10-25T18:03:57Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Canuele Adamiane Tiago Pachêco - 2016.pdf: 5425547 bytes, checksum: 0db655cc600b41b3158eda2fce20cd1a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-10-27T17:28:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Canuele Adamiane Tiago Pachêco - 2016.pdf: 5425547 bytes, checksum: 0db655cc600b41b3158eda2fce20cd1a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-27T17:28:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Canuele Adamiane Tiago Pachêco - 2016.pdf: 5425547 bytes, checksum: 0db655cc600b41b3158eda2fce20cd1a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-09-13 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The aim of this work was to evaluate the potential of macaúba’s pulp oil as anionic collector in flotation of apatite, comparing with industrial sinks (FLOMIN C9012 and FLOTIGAM 5806). Macaúba’s pulp oil was submitted to chemical characterization, with the determination of the levels of acidity and saponification, in addition to infrared analysis. The minerals were submitted to chemical characterization by x-ray fluorescence (FRX) mineralogical, by x-ray diffraction (DRX) and scanning electron microscope (MEV) with energy dispersive spectrometry (EDS). Zeta potential measurements were made also of minerals in solution of electrolyte indifferent (NaCl). The collectors were previously subjected to saponification by two methods, one hot and one cold. Microflotação tests were done in modified Hallimond tube with the use of pure minerals of apatite, calcite and quartz, varying the pH and the concentrations of the collecting solutions. Assessed the saponification method, times of conditioning and flotation, the recovery from the collectors, the selectivity between the minerals and the influence of pH. It was observed that the methodology of saponification by cold method proved to be more suitable. 7 min conditioning and flotation 1 min were more favorable times. Only macaúba’s pulp oil hit the recovery of 90 % established for the smallest reagent concentrations, in the three pHs. The reagents FLOMIN C9012 and FLOTIGAM 5806, reached the desired recovery using higher dosages to pick up. The apparent selectivity OPMSF introduced between the mineral apatite, calcite and quartz for the three pHs tested, and concentrations of 1.0 and 2.5 mg/L. Gave a consumption of about 842 g/t, concentrated to OPMSF and FLOMIN C9012 and 2105 g/t of concentrate to 5806 FLOTIGAM. The results of microflotação in Hallimond modified tube indicated that macaúba’s pulp oil can act satisfactorily in the flotation of apatite. The economic analysis showed that in addition to gains against the cost of industrial collectors the OPMSF has advantages over the volume of consumption to FLOTIGAM 5806. / O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de aplicação de óleo da polpa da macaúba como coletor aniônico na flotação de apatita, comparando com coletores industriais (FLOMIN C9012 e FLOTIGAM 5806). O óleo da polpa da macaúba foi submetido à caracterização química, com a determinação dos índices de acidez e saponificação, além de análise por infravermelho. Os minerais foram submetidos à caracterização química por fluorescência de raios-X (FRX), mineralógica por difração de raios-X (DRX) e imagens de microscópio eletrônico de varredura (MEV) com espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS). Também foram realizadas medidas potencial zeta dos minerais em solução de eletrólito indiferente (NaCl). Os coletores foram previamente submetidos à hidrólise alcalina por duas métodos, um a frio e outro a quente. Testes de microflotação foram feitos em tubo de Hallimond modificado com o uso dos minerais puros de apatita, calcita e quartzo, variando o pH e as concentrações das soluções coletoras. Avaliou-se o método de saponificação, os tempos de condicionamento e flotação, a recuperação obtida com os coletores, a seletividade entre os minerais e a influência do pH. Observou-se que a metodologia de saponificação pelo método a frio mostrou-se mais adequada. O condicionamento de 7min e 1min de flotação foram os tempos mais favoráveis. Somente o óleo da polpa de macaúba saponificados a frio atingiu a recuperação estabelecida de 90 % para as menores concentrações do reagente, nos pHs 8, 9 e 10. Os reagentes FLOMIN C9012 e FLOTIGAM 5806, atingiram a recuperação desejada utilizando dosagens superiores ao coletor pesquisado. O OPMSF apresentou seletividade aparente entre os minerais de apatita, calcita e quartzo para os três pH’s testados e, em concentrações de 1,0 e 2,5 mg/L. Obteve-se um consumo de aproximadamente 842 g/t de concentrado para OPMSF e FLOMIN C9012 e 2.105 g/t de concentrado para o FLOTIGAM 5806. Os resultados de microflotação em tubo de Hallimond modificado indicaram que o óleo da polpa da macaúba pode atuar satisfatoriamente na flotação de apatita. A análise econômica mostrou que além dos ganhos relação ao custo dos coletores industriais o OPMSF possui vantagens sobre o volume de consumo para o FLOTIGAM 5806.

A evolução da margem continental do sudeste do Brasil tem sido discutida por diversos autores desde meados do século passado até os dias atuais, especialmente no contexto da origem e evolução dos escarpamentos e das bacias tafrogênicas. Buscou-se contribuir com novos dados sobre a evolução da área a partir da aplicação da termocronologia de baixa temperatura (U-Th)/He em apatita, que oferece uma sensibilidade significativa para registrar movimentações tectônicas na crosta superior. Foi possível obter idades em 107 cristais de apatita de 18 amostras do embasamento coletadas no perfil com orientação NW-SE, numa seção entre a Serra da Mantiqueira e o Gráben da Guanabara. As idades corrigidas variam entre 250,1 8,7 Ma e 43,5 1,9 Ma (2 σ) e as não corrigidas entre 174,13 3,03 Ma e 27,07 0,60 Ma (1 σ). O Neocretáceo, o Eocretáceo e o Paleoceno são os principais registros no conjunto de dados, em ordem de importância. No Neocretáceo, o intervalo entre 83,6 e 72,1 Ma (Campaniano) representa o maior destaque nos registros termocronológicos, embora os outros registros (Maastrichtiano e Santoniano) também estejam presentes e sejam importantes. As idades do Neocretáceo destacam a importância dos eventos tectonomagmáticos e soerguimento regional na história térmica dessa área, inclusive com idades (~86 Ma) atribuídas ao contexto de soerguimento da Serra do Mar. As idades do Eocretáceo indicam o registro de eventos térmicos mais antigos, vinculados à evolução pré-rifte. Já os dados do Paleoceno estariam associados ao evento de reativação responsável pela implantação do sistema de riftes continentais (~65 Ma) e as idades do Eoceno, restritas à borda de falha da bacia de Resende (49,7 Ma e 43,5 Ma), à reativação do sistema de riftes nessa área. A dispersão de idades foi interpretada como efeito dos danos de radiação já que muitos grãos apresentam correlação entre idade e concentração de urânio (eU). Os padrões de tempo-temperatura (t-T), definidos a partir dos modelos HeFTy calibrados para o modelo de difusão que considera os efeitos de danos de radiação nos cristais, registraram eventos de resfriamento rápido, os quais mostram correlação direta com episódios de reativação e soerguimento na margem continental e com registros nas bacias continentais e marginais. O padrão de aumento das idades com a elevação, assim como da costa em direção ao interior é observado, mas mostra-se alterado pela ocorrência de idades mais jovens associadas à complexa evolução dessa margem continental com desnivelamentos de blocos vinculados à tectônica pós-rift, numa situação que ressalta a influência dos episódios de reativação. As estimativas de denudação total variam entre 1,2 e 2,8 km. As taxas de erosão variam entre 15,2 e 35,3 m/Ma. A evolução da área indica não apenas a influência de um evento específico mas, possivelmente, uma combinação de episódios que se alternaram e/ou atuaram em conjunto em determinados períodos. Os eventos de reativação mais antigos, combinados com os mais recentes, exibem os seus remanescentes na paisagem (serras da Mantiqueira e do Mar e os grábens e bacias sedimentares) e assumem papel fundamental na evolução da área. Os registros de tais episódios podem ser observados nas histórias térmicas das rochas e nos depósitos correlativos nas bacias sedimentares marginais e intracontinentais. / This doctoral dissertation involves low-temperature thermochronologic investigations to constrain the Mesozoic and Cenozoic tectonic reactivation of the continental margin of southeast Brazil. The study area is located in a segment of the Neoproterozoic Ribeira belt in southeastern Brazil, which occupied a central position in Western Gondwana. Lately, during the Mesozoic and Cenozoic, fault zones related to the development of the continental rifts in southeast Brazil reactivated. Using apatite (U-Th)/He thermochronology (AHe), we have presented the results of analysis on 107 apatite crystals of basement samples collected from a NWSE transect in the Mantiqueira Mountains to the Guanabara Graben, as well as from the NESE transverse faults. The data range from 27.07 0.60 Ma to 174.13 3.03 Ma (1 σ) for uncorrected ages, and from 43.5 1.9 Ma to 250.1 8.7 Ma (2 σ) for corrected ages. The Neo-Cretaceous, Eo-Cretaceous, and Paleocene are the main recorded AHe ages, in order of importance. The Eo-Cretaceous ages indicate the occurrence of older thermal events related to a pre-rifting phase (~121 Ma). The Neo-Cretaceous ages signify the importance of tectonic and magmatic events, and regional uplifting for the thermal history of the study area, including ages related to the Serra do Mar Mountains uplift (~86 Ma). Paleocene ages seem to be related to the reactivation (~65 Ma), which was responsible for the continental rifts in the southeastern Brazil. Finally, the Eocene ages (49.7 Ma and 43.5 Ma), which are from samples restricted to the Resende Basin border faults, indicate a continental rift reactivation. We investigated the age dispersion data, which were interpreted as an effect of radiation damage. Several samples show correlations between apatite (U-Th)/He age and effective U concentration (eU). We have applied HeFTy thermal modeling to obtain timetemperature (t T) paths using a radiation damage diffusion model. Inverse modeling of (U-Th)/He age data suggests rapid cooling episodes for all samples. The main thermal events recorded by the HeFTy models show a direct correlation with the timing of regional tectonic events: reactivation phases, continental margin uplift, and the sedimentary record. Apatite (U-Th)/He ages increase with distance from the coast and with elevation. However, these patterns are discontinued by samples of younger ages as a result of the reactivation process of pre-existing structures in the Brazilian continental margin. The total estimated denudation range from 1.2 to 2.8 km. The erosion rates range from 15.2 to 35.3 m/My. Thus, the multi-episodic thermal events, which led to the formation of important regional tectonic and geomorphological features (Mantiqueira Mountains, Serra do Mar Mountains, grabens, and sedimentary basins), seem to play a fundamental role in the evolution of the Brazilian continental margin. The records can be found in the thermal history of rocks and its correlated deposits in the continental margin.

A evolução da margem continental do sudeste do Brasil tem sido discutida por diversos autores desde meados do século passado até os dias atuais, especialmente no contexto da origem e evolução dos escarpamentos e das bacias tafrogênicas. Buscou-se contribuir com novos dados sobre a evolução da área a partir da aplicação da termocronologia de baixa temperatura (U-Th)/He em apatita, que oferece uma sensibilidade significativa para registrar movimentações tectônicas na crosta superior. Foi possível obter idades em 107 cristais de apatita de 18 amostras do embasamento coletadas no perfil com orientação NW-SE, numa seção entre a Serra da Mantiqueira e o Gráben da Guanabara. As idades corrigidas variam entre 250,1 8,7 Ma e 43,5 1,9 Ma (2 σ) e as não corrigidas entre 174,13 3,03 Ma e 27,07 0,60 Ma (1 σ). O Neocretáceo, o Eocretáceo e o Paleoceno são os principais registros no conjunto de dados, em ordem de importância. No Neocretáceo, o intervalo entre 83,6 e 72,1 Ma (Campaniano) representa o maior destaque nos registros termocronológicos, embora os outros registros (Maastrichtiano e Santoniano) também estejam presentes e sejam importantes. As idades do Neocretáceo destacam a importância dos eventos tectonomagmáticos e soerguimento regional na história térmica dessa área, inclusive com idades (~86 Ma) atribuídas ao contexto de soerguimento da Serra do Mar. As idades do Eocretáceo indicam o registro de eventos térmicos mais antigos, vinculados à evolução pré-rifte. Já os dados do Paleoceno estariam associados ao evento de reativação responsável pela implantação do sistema de riftes continentais (~65 Ma) e as idades do Eoceno, restritas à borda de falha da bacia de Resende (49,7 Ma e 43,5 Ma), à reativação do sistema de riftes nessa área. A dispersão de idades foi interpretada como efeito dos danos de radiação já que muitos grãos apresentam correlação entre idade e concentração de urânio (eU). Os padrões de tempo-temperatura (t-T), definidos a partir dos modelos HeFTy calibrados para o modelo de difusão que considera os efeitos de danos de radiação nos cristais, registraram eventos de resfriamento rápido, os quais mostram correlação direta com episódios de reativação e soerguimento na margem continental e com registros nas bacias continentais e marginais. O padrão de aumento das idades com a elevação, assim como da costa em direção ao interior é observado, mas mostra-se alterado pela ocorrência de idades mais jovens associadas à complexa evolução dessa margem continental com desnivelamentos de blocos vinculados à tectônica pós-rift, numa situação que ressalta a influência dos episódios de reativação. As estimativas de denudação total variam entre 1,2 e 2,8 km. As taxas de erosão variam entre 15,2 e 35,3 m/Ma. A evolução da área indica não apenas a influência de um evento específico mas, possivelmente, uma combinação de episódios que se alternaram e/ou atuaram em conjunto em determinados períodos. Os eventos de reativação mais antigos, combinados com os mais recentes, exibem os seus remanescentes na paisagem (serras da Mantiqueira e do Mar e os grábens e bacias sedimentares) e assumem papel fundamental na evolução da área. Os registros de tais episódios podem ser observados nas histórias térmicas das rochas e nos depósitos correlativos nas bacias sedimentares marginais e intracontinentais. / This doctoral dissertation involves low-temperature thermochronologic investigations to constrain the Mesozoic and Cenozoic tectonic reactivation of the continental margin of southeast Brazil. The study area is located in a segment of the Neoproterozoic Ribeira belt in southeastern Brazil, which occupied a central position in Western Gondwana. Lately, during the Mesozoic and Cenozoic, fault zones related to the development of the continental rifts in southeast Brazil reactivated. Using apatite (U-Th)/He thermochronology (AHe), we have presented the results of analysis on 107 apatite crystals of basement samples collected from a NWSE transect in the Mantiqueira Mountains to the Guanabara Graben, as well as from the NESE transverse faults. The data range from 27.07 0.60 Ma to 174.13 3.03 Ma (1 σ) for uncorrected ages, and from 43.5 1.9 Ma to 250.1 8.7 Ma (2 σ) for corrected ages. The Neo-Cretaceous, Eo-Cretaceous, and Paleocene are the main recorded AHe ages, in order of importance. The Eo-Cretaceous ages indicate the occurrence of older thermal events related to a pre-rifting phase (~121 Ma). The Neo-Cretaceous ages signify the importance of tectonic and magmatic events, and regional uplifting for the thermal history of the study area, including ages related to the Serra do Mar Mountains uplift (~86 Ma). Paleocene ages seem to be related to the reactivation (~65 Ma), which was responsible for the continental rifts in the southeastern Brazil. Finally, the Eocene ages (49.7 Ma and 43.5 Ma), which are from samples restricted to the Resende Basin border faults, indicate a continental rift reactivation. We investigated the age dispersion data, which were interpreted as an effect of radiation damage. Several samples show correlations between apatite (U-Th)/He age and effective U concentration (eU). We have applied HeFTy thermal modeling to obtain timetemperature (t T) paths using a radiation damage diffusion model. Inverse modeling of (U-Th)/He age data suggests rapid cooling episodes for all samples. The main thermal events recorded by the HeFTy models show a direct correlation with the timing of regional tectonic events: reactivation phases, continental margin uplift, and the sedimentary record. Apatite (U-Th)/He ages increase with distance from the coast and with elevation. However, these patterns are discontinued by samples of younger ages as a result of the reactivation process of pre-existing structures in the Brazilian continental margin. The total estimated denudation range from 1.2 to 2.8 km. The erosion rates range from 15.2 to 35.3 m/My. Thus, the multi-episodic thermal events, which led to the formation of important regional tectonic and geomorphological features (Mantiqueira Mountains, Serra do Mar Mountains, grabens, and sedimentary basins), seem to play a fundamental role in the evolution of the Brazilian continental margin. The records can be found in the thermal history of rocks and its correlated deposits in the continental margin.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-10-10Bitstream added on 2014-06-13T21:04:03Z : No. of bitstreams: 1 ribeiro_mcs_dr_rcla.pdf: 2488984 bytes, checksum: 03d50e477260abf1ff5efba31498aa81 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos por meio de análises geomorfológicas (Mapa de Níveis de Paleosuperfícies) e termocronológicos (traços de fissão em apatitas e U-Th/He em apatitas) ao longo da Serra do Mar nos setores (1), (2), (3) e (4). As correlações entre as analises geomorfológicas e termocronológicas evidenciaram uma geológica e geomorfológica compreendida entre o Cretáceo Superior e Paleoceno, demonstrando que a evolução das morfologias que compõem a área de estudo estiveram associadas a eventos tectônicos e sucedidos por uma intensa atividade erosiva. De acordo com as datações realizadas utilizando termocronômetros com temperatura de fechamento distintas, estes indicaram que as configurações dos relevos que compõem a Serra do Mar não podem ser associadas apenas aos efeitos das atividades erosivas (recuo de escarpa) e isostáticas, para poderem explicar a homogeneidade entre as idades de traços de fissão e (U-Th)/He em apatitas, sem a presença da atuação tectônica soerguendo e desnivelando parte destes relevos. / In this paper the results obtained geomorphological analysis (Map of levels of Palaeosurfaces) and thermochronogical analysis (apatite fission-track and UTh/ He). The correlation between the geomorphologica and the thermochronological analysis evidenced a geological and geomorphological evolution from the Upper Cretaceous to the Palaeocene, showing that the evolution of the morpholoies composing the study area were associated to tectonics events and preceded by intense erosive activity. According to the datings done using thermocronometers with distinct closing temperatures the configuration of the relieves that compose the Serra do Mar can not be associated only to the effects of the erosive (escarpment retreate) and isostatic activities but also to the tectonic motion uplifting and unlevelling part such morphologies, in order to explain the homogeneity between the ages of the fission-track and U-Th/He of apatites.

Submitted by Marcos Wanderley (marcos.wanderley@ufcg.edu.br) on 2018-07-19T21:46:31Z No. of bitstreams: 1 FABRÍCIO FERNANDES VIEIRA - DISSERTAÇÃO(PPGEPM) 2017.pdf: 2744244 bytes, checksum: c3940283d95c033e09e2e8fc64643fa8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-19T21:46:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FABRÍCIO FERNANDES VIEIRA - DISSERTAÇÃO(PPGEPM) 2017.pdf: 2744244 bytes, checksum: c3940283d95c033e09e2e8fc64643fa8 (MD5) Previous issue date: 2017-07-20 / As apatitas da região de Sumé, cidade localizada no Cariri paraibano, estão inseridas nos skarnitos da Província Borborema, mais precisamente no Complexo Sumé do terreno geotectônico Alto Moxotó, correlacionado à orogênese Brasiliana. As apatitas da região já foram alvo de pesquisas para exploração do minério fosfato e atualmente é estudada para fins gemológicos. Após tratamento térmico, a apatita apresenta cor azul neon, que tem grande aceitação no mercado e, consequentemente, valor agregado. O objetivo deste trabalho é caracterizar a apatita verde bruta e a apatita azul tratada, através de análises laboratoriais físicas e/ou químicas. As análises físicas apresentaram índice de refração e densidade compatível com a literatura que são 1,635 a 1,641 e 3,16 e 3,23g/cm3 respectivamente. Para o tratamento térmico da apatita verde natural, a faixa de temperatura de 700ºC é a que resulta na cor azul artificial mais intensa. Os resultados das análises químicas de fluorescência e microfluorescência mostraram que se trata de uma fluorapatita, apresentando concentrações de Neodímio e Praseodímio e alta anomalia de Tório. As análises de UV-Visível constataram as bandas dos terras raras Neodímio e Praseodímio. Os espectros de Infravermelho evidenciaram nas amostras tratadas a perda de agua e os carbonatos de substituição. A mudança de cor após tratamento térmico das apatitas verdes naturais para as apatitas azuis artificiais é creditada à substituição do íon (PO4)3, pelo íon Mn5+. As apatitas azuis tratadas apresentam coloração violeta quando estão submetidas à radiação UV, enquanto as apatitas verdes naturais não alteram sua cor. / Apatite crystals of the Sumé region, occur in the Cariri region, inserted in skarns of the Sumé Complex, of the Alto Moxotó Terrane, Borborema Province, which is correlated to the Brasiliano orogeny. Such minerals, has already been focus of exploitation research, being currently studied for gemological purposes. After the heat treatment, the apatite show blue neon color, which has great acceptance in the market and, consequently, economic value. The objective of this work is to characterize the crude green apatite and the treated blue apatite, through physical and / or chemical laboratory analyzes. The physical analyses presented refractive index and density compatible with the literature data that are 1,635 to 1,641 and 3,16, besides 3,23 g/cm³, respectively. For the heat treatment of natural green apatite, the temperature range of 700ºC resulted in the most intense artificial blue color. The results of the chemical analyses of fluorescence and microfluorescence showed that it corresponds to a fluorapatite, presenting considerable concentrations of Neodymium and Praseodymium and high thorium anomaly. UV-Visible analyses showed the rare earth bands neodymium and praseodymium. Infrared spectra revealed in loss of water and carbonate replacement in the treated samples. Color changing after heat treatment of the natural green apatites to the artificial blue ones is credited to the substitution of the ion (PO4)3 by the ion Mn5+. Treated blue apatites showed violet coloration when subjected to UV radiation, while natural green apatites do not alter their color.

Diante de um cenário de expansão do agronegócio e do aumento do consumo de fertilizantes em função do crescimento exponencial da população, torna-se necessário um melhor aproveitamento das reservas minerais existentes, através da obtenção de produtos de melhor qualidade e em quantidades adequadas para atender à demanda nacional. No Complexo de Mineração de Tapira, da Vale Fertilizantes, é produzido o concentrado fosfático com teor de 35,0% de P2O5 a partir do minério com teor de P2O5 da ordem de 8,0% de P2O5, que são destinados ao suprimento do Complexo Industrial de Uberaba e do Complexo Minero químico de Araxá para fabricação de fertilizantes. A flotação industrial, etapa responsável pela recuperação do P2O5 e, consequentemente, pela viabilidade do negócio, é dividida nos circuitos friável, granulado e ultrafino, sendo que, o concentrado friável e granulado compõem o concentrado convencional. Hoje somente 14,7% da massa que alimenta a usina se torna produto, sendo o restante considerado perdas no processo, sendo que, as maiores perdas de massa estão localizadas no rejeito das flotações, representando 42,3%. De 2012 a 2014, a recuperação mássica global diária da usina de beneficiamento variou de 12,4 a 15,9% enquanto a recuperação metalúrgica diária de P2O5 de 48,7 a 82,4%. Pelo grau de variabilidade, é visível que a usina operou em diferentes condições. Visto isto, este trabalho teve como objetivos analisar a influência das variáveis operacionais e de processo nas recuperações mássica e metalúrgica de P2O5 da flotação industrial dos circuitos granulado, friável e ultrafino. E adicionalmente foi feito uma análise do efeito das variáveis do minério, tais como teores, dureza e percentual de minério da frente 02, nas recuperações globais da usina de beneficiamento e do efeito das dosagens de reagentes nas recuperações obtidas na flotação de bancada, utilizando a metodologia de planejamento de experimentos. Todo trabalho foi realizado utilizando o banco de dados histórico da Vale Fertilizantes de Tapira-MG, onde todas as variáveis independentes foram adimensionalizadas conforme a faixa experimental utilizada. Para fazer as análises estatísticas foi utilizada a técnica de superfície de respostas e os valores das variáveis independentes que maximizam as recuperações foram encontrados através da análise canônica. No estudo da flotação industrial do circuito friável foram obtidos 41,3% de recuperação mássica e 91,3% de recuperação metalúrgica de P2O5, valores bons para o circuito, sendo que as maiores recuperações ocorrem para concentração de sólidos da alimentação nova da flotação entre 45 e 50%, cujos valores estão atribuídos ao tempo de residência da polpa nas células e colunas de flotação industriais. Quanto maior o número de pilhas de minério retomadas no dia, maior a recuperação mássica, porém, neste cenário, a flotação se torna instável, pois há enorme variação de massa na alimentação. Maiores recuperações mássicas são obtidas para dosagem de depressor superior a 120 g/t e para dosagem de coletor sintético de 11,6%. No estudo da flotação industrial do circuito granulado foram obtidos 28,3% de recuperação mássica e 79,4% de recuperação metalúrgica de P2O5, sendo considerados valores bons para o circuito. Maiores recuperações são obtidas quando o percentual de minério da frente 02 se encontra acima de 90%, pelo fato do minério desta frente possuir apatitas mais recuperáveis na flotação. Da mesma forma as recuperações aumentam quando o nível de polpa da etapa rougher está mais alto em função da elevada massa de cargas circulantes que a etapa recebe. Já na análise da flotação industrial do circuito ultrafino, foram obtidos 23,95% de recuperação mássica, sendo que a mesma é maximizada para dosagem de depressor e coletor superior a 420 e 300 g/t, respectivamente. Na análise da influência das variáveis do minério, foi observado que maiores recuperações são obtidas para minérios com teor de P2O5 acima de 8,0%, teor de Fe2O3 na ordem de 28% e percentual de minério da frente 02 de 83%. O percentual de minério duro apresentou forte influência nas recuperações, devido à divisão de massas no circuito que está atrelada a esta variável. No entanto, o percentual de minério duro que maximiza as recuperações ficou bastante próximo da capacidade de projeto da usina de beneficiamento, que é de 20%. Finalmente, no estudo da flotação de bancada, foi notado que nos circuitos friável e granulado as maiores recuperações são atingidas para uma dosagem de coletor superior a 250 g/t e que o aumento simultâneo da dosagem de coletor e do percentual de coletor sintético contribui para o aumento de recuperação na flotação. Porém, neste cenário, está propício a produzir um concentrado mais pobre em termos de teor de P2O5, mostrando que nem sempre a maior recuperação representa o cenário ideal. Desta forma, os resultados apresentados mostraram os valores das variáveis que propiciam maiores recuperações na flotação e, consequentemente, menores perdas no rejeito. / Faced with an agribusiness expansion scenario and the increase in fertilizer consumption due to the exponential growth of the population, it is necessary to make better use of existing reserves, by obtaining products of better quality and in adequate quantities to meet demand national. In Tapira Mining Complex, Vale Fertilizantes, the phosphate concentrate is produced with content of 35.0% P2O5 from ore with content of about 8.0% P2O5, which are intended to supply Complex Industrial Uberaba and Araxá Minero Chemical Complex for the production of fertilizers. The industrial flotation step responsible for the recovery of P2O5 and hence the viability of the business is divided into the crumbly, grainy and ultrathin circuits, and, friable and granular concentrate comprise the conventional concentrated. Today only 14.7% of the mass which feeds the mill product becomes, the remainder being considered losses in the process, and the larger mass losses are located in the waste of flotation, representing 42.3%. From 2012 to 2014, the daily global mass recovery processing plants varied from 12.4 to 15.9% while the daily metallurgical recovery of P2O5 from 48.7 to 82.4%. By the degree of variability, it appears that the plant operated under different conditions. Seen this, this study aimed to analyze the influence of operational and process variables in P2O5 mass and metallurgical recoveries of industrial flotation circuits of grainy, crumbly and ultrathin. And besides was made an analysis of the effect of ore variables, as degrees, hardnesse and the ore front 02 percentage, in global recoveries of processing plant and the effect of dosages of reagents in the recoveries obtained from the bench flotation using the experimental design methodology. All work was performed using the historical database of Vale Fertilizantes of Tapira-MG, where all independent variables were dimensionless as the experimental range used. To make the statistical analysis it used the response surface technique and the values of the independent variables that maximize recoveries were found by canonical analysis. In the study of industrial flotation circuit crispy were obtained from 41.3% mass recovery and 91.3% metallurgical recovery P2O5, good values for the circuit, and the highest recoveries occur for solids concentration of the new flotation power between 45 and 50%, which values are assigned to the residence time of the pulp in cells and industrial flotation columns. The greater the number of ore heaps resumed on the higher the mass recovery, but in this scenario flotation becomes unstable because there is enormous weight variation in the feed. Higher recoveries are obtained for mass depressant dosage exceeding 120 g / t for synthetic collector dosage of 11.6%. In the study of industrial flotation circuit of the granulate were obtained 28.3% to 79.4% mass recovery and metallurgical recovery of P2O5 being considered good values for the circuit. Higher recoveries are obtained when the front ore 02 percentage is above 90%, because the ore of this front have more clear apatite. Likewise recoveries increase when the level of pulp rougher step is highest due to the high mass of circulating step receives loads. In the analysis of industrial flotation circuit of the ultrafine were obtained 23.95% of mass recovery, and the same is maximized to depressant dosage and the top collector 420 and 300 g / t, respectively. The analysis of the influence of variables ore, it was observed that higher recoveries are obtained for ores with P2O5 content above 8.0%, Fe2O3 content in the order of 28% forward and 02 of ore percentage of 83%. Hard ore percentage has strong influence on recoveries due to mass division in the circuit that is linked to this variable. However, the hard ore percentage that maximizes recoveries was very close to the design capacity of the processing plant, which is 20%. Finally, the study of the bench flotation, has noted that in friable and granular circuits the highest recoveries are achieved for a collector dosage exceeding 250 g / t and the simultaneous increase of collector dosage and synthetic collector percentage contributes to the increase recovery in the flotation, but this scenario is suitable to produce a concentrate poorer in terms of P2O5 content, showing that higher recovery is not always the ideal scenario. Thus, the results show the values of variables that provide higher recoveries in the flotation and hence lower losses in the waste. / Dissertação (Mestrado)

La biomimètica o biomimetisme són termes que simbolitzen el concepte “aprendre de la naturalesa”, és a dir, aprendre dels seus sistemes, processos i models, a fi d’utilitzar la natura com a font d’inspiració per solucionar problemes de l’home. El biomimetisme és actualment un concepte recurrent en l’àrea d’enginyeria de teixits i d’ell en sorgeixen idees per obtenir plataformes més elegants i sofisticades que puguin imitar millor les interacciones entre les cèl•lules i el seu ambient. Aquesta tesi pretén desenvolupar models, en dues i en tres dimensions, mitjançant la recreació d’un o més factors característics de l’ambient natural de la cèl•lula i que juguen un paper important en el comportament cel•lular. Se sap que tant les propietats químiques com les mecàniques de la matriu extracel•lular influeixen sobre les funcions cel•lulars. És per això que es va dissenyar un nou film polimèric que pogués combinar un hidrogel, amb propietats mecàniques variables, amb un monòmer reactiu capaç d’immobilitzar biomolècules. Degut a la complexitat del polímer dissenyat, va ser necessari recórrer a una tècnica de polimerització superficial molt versàtil com és la deposició química iniciada en fase vapor (més coneguda pel seu acrònim en anglès iCVD). Els polímers varen ser àmpliament caracteritzats i es va corroborar que podien ser modificats amb petites biomolècules com ara pèptids senyalitzadors. Les superfícies resultants són bioactives i permeten l’adhesió de cèl•lules endotelials. Unes altres superfícies biomimètiques, rellevants en l’àmbit de l’enginyeria de teixits d’os, es varen obtenir a partir d’una hidroxiapatita sintetitzada pel mètode de sol-gel submergint-la en diferents medis fisiològics. La dissolució i posterior reprecipitació dels ions proporcionen una capa d’apatita amb una composició similar a la que es troba in vivo. Els experiments evidencien la importància de partir d’un material relativament soluble. És per això que la hidroxiapatita pura no és capaç d’induir la precipitació d’aquesta apatita biomimètica in vitro. Diversos investigadors han relacionat la capacitat de formar apatita amb la bioactivitat del material, entenent bioactivitat com l’habilitat d’aquests materials de promoure la unió amb l’os. Per a l’enginyeria de teixits, però, és necessari un ambient tridimensional per tal de generar un teixit artificial. S’ha desenvolupat un nou model basat en l’ús d’un gel molt tou per tal d’obtenir un teixit dur com el de l’os. Malgrat que aquests dos conceptes poden semblar contradictoris, les cèl•lules adquireixen l’habilitat d’allargar-se ràpidament i crear una densa xarxa cel•lular dins d’aquest ambient poc restrictiu des d’un punt de vista mecànic. La consegüent contracció del sistema acaba formant un constructe més petit i resistent. Aquest és un sistema biomimètic ja que promou una gran interacció cel•lular i també la condensació de les cèl•lules, esdeveniments que tenen lloc també durant el desenvolupament de l’os i el cartílag. El model es va caracteritzar extensament amb cèl•lules ostoprogenitores MC3T3-E1 que es diferenciaren amb inducció química. A més a més, es va demostrar que l’ambient tridimensional podia promoure l’expressió espontània de marcadors osteogènics. Degut a les interessants propietats del sistema, el mateix model es va utilitzar per induir la diferenciació condrogènica de fibroblastos dermals humans. Aquests tipus cel•lular no ha estat gaire explorat en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, malgrat que ofereix un gran potencial en teràpia regenerativa. Aquest treball proporciona proves de la capacitat condrogènica d’aquestes cèl•lules en el sistema tridimensional prèviament desenvolupat. / La biomimètica o biomimetismo son términos que simbolizan el concepto “aprender de la naturaleza”, es decir, aprender de sus sistemas, procesos y modelos, y utilizarlos como fuente de inspiración para solucionar problemas del hombre. El biomimetismo es actualmente un concepto recurrente en el área de ingeniería de tejidos y de este surgen ideas para obtener plataformas más elegantes y sofisticadas que puedan mimetizar mejor las interacciones entre las células y su ambiente. La presente tesis se centra en desarrollar modelos, tanto en dos como en tres dimensiones, mediante la recreación de uno o más factores que caracterizan el ambiente natural de la célula y que tienen su rol importante en el comportamiento celular. Se conoce que tanto las propiedades químicas como mecánicas de la matriz extracelular influyen en las funciones celulares. Debido a esto, se diseñó un nuevo film polimérico que pudiera combinar un hidrogel, con propiedades mecánicas variables, con un monómero reactivo, capaz de inmovilizar biomoléculas. Debido a la complejidad del polímero diseñado, fue necesario recurrir a una técnica de polimerización superficial muy versátil como es la deposición química iniciada en fase vapor (más conocida por su acrónimo en inglés iCVD). Los polímeros fueron ampliamente caracterizados y se corroboró que podían ser modificados con pequeñas biomoléculas como péptidos señalizadores. Las superficies resultantes son bioactivas y permiten la adhesión de células endoteliales. Se obtuvieron otro tipo de superficies biomiméticas relevantes en el ámbito de la ingeniería de tejidos de hueso, a partir de una hidroxiapatita sintetizada por el método sol-gel sumergiéndolas en diferentes medios fisiológicos. La disolución y posterior reprecipitación de los iones proporcionan una capa de apatita con una composición similar a la que se encuentra in vivo. Los experimentos evidencian la importancia de partir de un material relativamente soluble. Precisamente debido a esto la hidroxiapatita pura no es capaz de inducir la precipitación de esta apatita biomimética in vitro. Varios investigadores han relacionado la capacidad de formar apatita con la bioactividad del material, entendiendo bioactividad como la habilidad de estos materiales de promover la unión con el hueso. De todos modos, en ingeniería de tejidos, es necesario un ambiente tridimensional para generar un tejido artificial. Se ha desarrollado un nuevo modelo basado en el uso de un gel blando para obtener tejido duro como el del hueso. Aunque estos conceptos pueden parecer contradictorios, las células adquieren la habilidad de estirarse rápidamente y de formar una densa red celular dentro de este gel tan poco restrictivo desde un punto de vista mecánico. La consiguiente contracción del sistema acaba formando un constructo mucho más pequeño y resistente. Este es un sistema biomimético ya que promueve una gran interacción celular y también la condensación de las células, eventos que también ocurren durante el desarrollo de hueso y cartílago. El modelo se caracterizó extensamente con células osteoprogenitoras MC3T3-E1 que se diferenciaron bajo inducción química. Además, se demostró que el microambiente tridimensional podía promover la expresión espontánea de marcadores osteogénicos. Debido a las interesantes propiedades del sistema, el mismo modelo se usó para inducir la diferenciación condrogénica de fibroblastos dermales humanos. Este tipo celular no ha sido demasiado explorado en ingeniería de tejidos, a pesar de que puede tener un gran potencial en terapia regenerativa. Este trabajo proporciona pruebas de la capacidad condrogénica de estas células en el sistema tridimensional previamente desarrollado. / Biomimetics or biomimicry are terms that imply “learning from nature”, from its systems, processes and models, in order to use nature as inspiration to solve human problems. In tissue engineering, biomimetics is nowadays a recurrent term and a source of ideas to obtain more elegant and sophisticated platforms that could better mimic the interactions between cells and their environment. This thesis is focused on developing models both in two- and three-dimensions by recreation of one or more factors of the cell natural environment that are known to play an important role in cell behavior. Since both the chemical and mechanical properties of the extracellular matrix are known to effectively influence cell function, an innovative polymeric thin film was designed combining a hydrogel with tunable mechanical properties and a reactive molecule, capable to immobilize biomolecules. Due to the complexity of the polymers, a versatile technique such as initiated chemical vapor deposition (iCVD) was required for the synthesis. Extensive characterization revealed that nanostructured hydrogels were obtained and that small biomolecules, such as signaling peptides, could be attached on the surface. The final surfaces are bioactive and support endothelial cell attachment. Relevant biomimetic surfaces for bone tissue engineering could also be obtained from a sol-gel synthesized hydroxyapatite after immersion in different physiological media. The dissolution and posterior reprecipitation of the ions rendered a final apatite layer with a composition similar to that found in vivo. The experiments evidenced the importance of starting from a rather soluble material and, thus, pure hydroxyapatite was not able to promote apatite precipitation in vitro. This capacity has been related to the material bioactivity by many researchers in terms of its ability to bond to bone in tissue engineering applications. However, for tissue engineering a three-dimensional environment is required to build tissue-like constructs. A new model was developed based on the use of a very soft gel to obtain hard tissue. Although the concepts might seem to work in opposite directions, cells gain the ability to rapidly elongate and form a dense cellular network within this unrestrictive environment. Subsequent contraction of the whole system rendered a smaller and stronger final tissue-like construct. This system was considered biomimetic as it promotes high cell-cell interaction and cellular condensation, which are events that occur in bone and cartilage development. This system was extensively characterized with osteoprogenitor MC3T3-E1 cells that could undergo full osteogenic differentiation under chemical induction. More interestingly, the three-dimensional microenvironment was also able to promote by itself spontaneous expression of bone-related markers. Due to the interesting properties of this system, the same model was used to induce chondrogenic differentiation of human dermal fibroblasts. This cell type has been poorly explored for tissue engineering applications, but it might have great potential in future therapeutic platforms. This work provides proof of concept of chondrogenic potential of these cells in this three-dimensional system.

Orientadores: Sandro Guedes de Oliveira, Julio Cesar Hadler Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:43:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vellame_IgorAlencar_D.pdf: 6307121 bytes, checksum: 509c7cc3c5c11f238463340fa191af50 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente trabalho pode ser inserido na grande área de estudo da interação da radiação com sólidos. Ele tem como principal objetivo entender a cinética de reconstituição dos danos causados por irradiação com íons ( traço latente) na apatita e e realizado através do estudo de annealing em traços atacados. O que se denomina traço latente e a trilha de danos causada pela desaceleração do íon, enquanto este atravessa a matéria. Estes traços latentes são meta-estaveis em relação ao tratamento térmico e apresentam uma taxa de reação a dissolução muito mais elevada que o mineral não danificado. Assim, para compreender as alterações causadas pelos tratamentos térmicos e necessária entender como o processo de ataque químico ocorre. Um cristal natural de apatita foi cortado em algumas orientações cristalográficas (principalmente basal e prismática) e estas amostras foram montadas em resina para obtenção de uma superfície plana com técnicas de polimento. Grande parte destas amostras foi irradiada com nêutrons (para induzir a fissão do isótopo 235 U com fluências de nêutrons térmicos próximas a 3xl015 cm-2 ) ou com íons pesados (152Sm e 238 U com fluências pr6ximas a lx106 cm-2 e 5x 1011 cm-2). Utilizando a espectroscopia no infra-vermelho, foi possível estimar o valor do diâmetro do traço latente. Os valores encontrados (~8-9 nm) são coerentes com diversas medidas utilizando outras técnicas presentes na literatura. As taxas de dissolução da superfície do material pelo acido nítrico em diferentes condições (concentração e temperatura) foram medidas pelo método da máscara com êxito. Observou-se uma inversão na razão entre as taxas para as diferentes orientações conforme a concentração do reagente aumentada. A distribuição de comprimentos projetados também foi estudada para estimar a eficiência de observação e revelação do ataque químico (razão entre quantos traços são efetivamente contados e quantos traços são gerados). A metodologia presente na literatura para o calculo da distribuição de comprimentos projetados foi revista e novas estimativas foram feitas utilizando métodos numéricos com intuito de estimar os comprimentos e desvios dos fragmentos de fissão leve e pesado na apatita. Foi observada uma deficiência intrínseca na medida do comprimento projetado, mas esta sozinha não e capaz de explicar o deficit de alcance observado para as irradiações com íons. Duas metodologias para o ca1culo do conteúdo de urânio nas amostras são apresentadas e os resultados da comparação com valores obtidos par outras técnicas independentes são satisfatórios. Isto fortalece o método dos traços de fissão como uma técnica absoluta para a dosimetria de nêutrons. Par fim, para o estudo do tratamento térmico, dais conjuntos de dados pana traços de íons foram preparados: um a partir da diminuição do comprimento projetado; e outro com o estudo da variação na abertura superficial de traços de íons incidentes perpendicularmente. Foi possível correlacionar as reduções da abertura superficial e do comprimento através de uma lei de potencia. Aparentemente, a abertura superficial parece ser um indicador da quantidade de defeitos e isto possibilita vincular melhor a cinética do tratamento térmico. Algumas extrapolações geológicas também foram realizadas e o razoável acordo com os dados geológicos demonstra que o processo e universal e que traços de íons podem ser usados como ferramenta para o estudo do tratamento térmico em traços atacados / Abstract: This work can be inserted in the great study area of radiation interactions with solids. It has as the main goal the understanding of the reconstitution of damage caused by ion irradiation (latent track) in apatite and it is investigated through the annealing of chemically etched tracks. A latent track is the damage trail caused by the ion deceleration in matter. These tracks are thermally meta-stable and they present an enhanced dissolution rate when compared to the non-damaged bulk mineral. Thus, in order to understand t he alterations caused by a thermal treatment, it is necessary to understand how does the chemical etching occur. A natural apatite crystal was cut in some crystallographic orientations (mainly basal and prismatic) and these samples were mounted in epoxy resin in order to obtain a fiat surface with polishing techniques. Great part of these samples were irradiated with thermal neutrons (inducing the 235 U fission with fiuence close to 3x 1015 cm-2 ) or heavy ions e 52Sm and 238U with nominal fluences of lx106 cm-2 and 5x1011 cm-2 ). Applying infra-red spectroscopy, it was possible to estimate the values of ion latent track diameters. The founded values (~8-9 nm) are coherent with several measurements employing other techniques presented in the literature. The mineral surface dissolution rates by nitric acid were successfully measured in different conditions ( etchant concentration and temperature) with the mask method. As the etchant concentration increases, an inversion in the dissolution rates ratio between different orientations was observed. The projected length distribution was also studied to estimate the revelation/observation efficiency (ratio between how many tracks were effectively counted and how many are expected). The methodology presented in the literature for the calculation of the expected projected length distribution was revised and new estimates were made with numerical methods. These numerical methods were employed to estimate the length and standard deviation of light and heavy fission fragments in apatite. An intrinsic deficit in the projected length measurement was observed. However, it alone could not explain the huge range deficit observed for external source irradiation in apatite. Two methodologies for the calculation of uranium content in t he samples were proposed. The comparison of the results with other values found from independent techniques was satisfactory. This strengthen the fission track method as an absolute technique for neutron dosimeter. Finally, two data sets for ion track thermal annealing study were prepared:! one from the shortening of projected length; and the other from the variation of perpendicular ion track etch-pit aperture. It was possible to correlate the aperture and length reduction with a power law. Apparently, the etch-pit aperture seems to be an indicator of the amount of defects which remains in the latent track after the thermal treatment. This enables one to better constrain the thermal annealing kinetic. Some geological extrapolation were also predicted. The reasonable agreement with geological data demonstrates that the process is universal and that ion tracks can be used as proxies for the thermal annealing behavior study / Doutorado / Física / Doutor em Ciências