Os solos brasileiros apresentam no geral alto grau de intemperismo e são caracterizados pelo baixo teor de fósforo (P) disponível às plantas, devido à forte ligação com os minerais do solo (oxi-hidróxidos de Fe e Al). Esse elemento muito importante no metabolismo vegetal necessita ser aplicado em grandes quantidades na forma de adubo fosfatado para obtenção de altas produtividades agrícolas. No entanto, a produção de fertilizante solúvel convencional, como é o caso do superfosfato triplo (SFT), envolve gastos elevados de energia e emprego de ácidos fortes, gerando resíduos com alto potencial de contaminação ao meio ambiente. A fim de eliminar a etapa de acidificação industrial, nosso objetivo foi avaliar um biofertilizante fosfatado (BF) produzido a partir da solubilização de fosfato de rocha de Araxá (pouco reativo), pelo fungo Aspergillus niger. Nesse trabalho, foi testada em plantas de milho: (i) a eficiência do BF como substituinte parcial de SFT; (ii) alterações morfológicas de raízes de milho causadas pelo fungo presente no BF. No primeiro teste, em esquema fatorial 6x2, foram aplicadas doses de BF a fim de substituir o SFT em 0, 25, 50, 75 e 100 %, mais controle sem aplicação de P. A aplicação ocorreu em dois métodos, localizado em linha e volume total do solo. Foram avaliados o peso de massa seca da parte aérea, teor e conteúdo de P no tecido vegetal, atividade da fosfatase ácida e índice Spad. Para a análise das alterações morfológicas de raízes, foram utilizados tubos rizothron preenchidos com areia, com a aplicação dos tratamentos em volume total. Os tratamentos foram: SFT; BF com fungo vivo; BF com fungo morto; controle sem P. As coletas da parte aérea e raízes correram a cada 7 dias, iniciando a contagem ao sétimo dia. Foram avaliadas a produção de matéria seca de raízes, da parte aérea, a área superficial de raízes, o volume radicular e as classes de diâmetro de raízes. As doses de substituição mais promissoras foram de 25 e 50%, representando 89,02 e 80,86% da produção vegetal do SFT e 88,67 e 81,81% do conteúdo de P no tecido vegetal, respectivamente, ambos em aplicação em volume total. A presença do fungo vivo no BF não proporcionou diferenças nos parâmetros analisados. Apesar de serem necessários mais estudos e adaptações no processo de produção, o BF se mostrou promissor na substituição parcial da adubação fosfatada com SFT. O uso de BF proporciona, através da sua composição, o aproveitamento de resíduos agrícolas de baixo custo e a utilização de jazidas nacionais de fosfato de rocha, as quais possuem baixa reatividade. / Brazilian soils generally are highly weathered and characterized by low phosphate (P) content available to plants, due to high affinity of P to soil minerals, specially oxi-hydroxides of iron and aluminium. This important element in vegetal metabolism is needed to be applied in great quantities as phosphate fertilizer in order to attain high crop yields. However, the production of soluble conventional fertilizers, such as triple superphosphate (TSP), is costly and employs strong acids, generating residues potentially harmful to the environment. In order to avoid industrial acidification, our aim was to access the performance of a phosphate biofertilizer (BF) obtained from the solubilization of Araxá phosphate rock (low reactivity) by the fungus Aspergillus niger, L.. The suitability of BF to corn plants was investigated for: (i) efficiency of BF replacing TSP and (ii) morphological changes in plant roots caused by the fungus present in the BF. In the first experiment, designed in a 6 x 2 factorial scheme, rates of BF were applied in order to replace 0, 25, 50, 75 or 100% of TSP plus a control without P addition. The fertilizer was applied in bands or thoroughly mixed with soil. Plant shoot dry mass, total P content accumulated in the shoot, acid phosphatase activity and Spad index were measured. In the second experiment, morphological changes in plant roots were evaluated using rizothron tubes filled with sand where BF was mixed thoroughly. The treatments were TSP, BF with living fungus, BF with dead fungus and the control without P addition. Plant shoot and roots were collected every 7 days, starting from the 7th day after emergence. We measured dry mass of shoot and root, root surface area, volume and diameter. We found that when applied in total soil volume, fertilizer mixtures containing 25 and 50% of BF, a 89 and 80.9% of the dry matter and 88.7 and 81.8% of P content compared to the addition of 100% of TSP, respectively. For the variables measured, there was no difference in the results when applying BF with alive or dead fungus. We conclude that although further studies and improvement in the BF production are needed, the use of BF as partial replacer for TSP fertilizer is promising. Furthermore, BF use allows the recycling of low cost agricultural residues and the utilization of national deposits of rock phosphate, which are low reactive.

O dimensionamento de sistemas de transporte hidráulico de polpas minerais exige especial atenção à medida que partículas grossas apresentam um comportamento de sedimentação no interior dos tubos. Dentro desta situação, a velocidade de transporte da polpa mineral deve ter magnitude suficiente para suspender e transportar os sólidos, evitando que os mesmos se depositem na base da tubulação. O bombeamento de polpas minerais em tubos horizontais contendo partículas grossas constituiu o objeto desta tese. Um levantamento sobre a literatura corrente foi realizado e, através de procedimentos experimentais, obteve-se um banco de dados para o modelamento da velocidade crítica (VC), isto é, a velocidade mínima em que ocorre a formação de um leito móvel na base do tubo, apresentando magnitude ligeiramente superior à velocidade de deposição VD, caracterizada pelo início da deposição das partículas na base dos dutos. Para a realização dos ensaios, foram construídas duas unidades experimentais de bombeamento de polpa mineral, onde foram estudadas as seguintes variáveis: i) gradiente de pressão por metro de tubo horizontal (\'delta\'P/L), ii) velocidade média do fluxo (V), iii) perfil de concentração de sólidos ao longo da seção transversal, iv) fator de forma através da função de esfericidade das partículas (\'psi\'), v) densidade do sólido e do líquido, vi) concentração volumétrica dapolpa mineral, vii) granulometria dos sólidos e viii) diâmetro da tubulação. A primeira unidade experimental foi montada com tubulação em PVC transparente de diâmetro interno de 25,4mm e a segunda unidade foi construída em PVC branco com um trecho de 2m em acrílico transparente, apresentando diâmetro interno de 50,8mm. A velocidade critica (VC) para cada condição estudada foi determinada visualmente, através das seções transparentes da tubulação. As amostras utilizadas neste trabalho foram: concentrados de apatita e hematita e o mineral quartzo. As frações granulométricas estudadas foram inseridas em duas classes de tamanho, sendo a primeira classe passante em 297µm e retida em 249µm e a segunda classe passante em 149µm e retida em 105µm. Os resultados permitiram determinar um novo modelo semiempírico para VC, alcançando desvios menores que 10% para as velocidades preditas em relação aos valores de velocidades observadas experimentalmente. / The design of hydraulic systems of slurry transport demands a special attention due to coarse particles present a settling behavior inside the pipes. In this situation, the transport velocity should have order of magnitude sufficient to promote the suspension and the transport of particles, avoiding the solids deposition at the bottom of pipe. The transport of mineral slurries containing coarse particles was the primary goal of the thesis. A survey of the available literature was done and through the experimental tests could be possible to raise a data bank in order to develop a new best fit correlation for the critical velocity (VC) which included the particle shape effect, through the sphericity function. VC could be defined as the minimum velocity where a moving bed of particles takes place at the bottom of the horizontal pipe and it is slightly above the deposition velocity VD, which could be characterized by a bed of stationary particles at the bottom of pipe. The research was conducted using two recirculating pipe test rigs with transparent PVC pipe of 25.4mm and 50.8mm internal diameter with slurry concentrations from 8% up to 27% by volume. The material used was apatite and hematite concentrates and quartz mineral, clustered in two classes of size range (-0.297+0.210mm; -0.149+0.105mm), where the variables were: i) Head losses per meter of horizontal pipe (\'delta\'P/L), ii) Mean transport velocity (V), iii) solids distribution profile, iv) particle shape effect, through the sphericity function (\'psi\'), v) density of particles and liquid, vi) Volumetric concentration of slurries, vii) particles size and viii) pipe diameter. The critical velocity (VC), for each studied condition, was visually determined through the transparent sections of the pipes. The results have yielded a new semi empirical model to predict the critical velocity, yielding a deviation of less than 10% from the observed values of experimental data for VC.

Esta tese investiga o efeito de dissipação de energia (energy input) sobre a cinética de flotação de apatita em meio básico (pH 10,5) utilizando oleato de sódio (40 mg/L e 80 mg/L) como coletor. Uma célula de flotação com agitação promovida por grades oscilantes (OGC - Oscilating Grid Flotation Cell), desenvolvida especialmente para avaliação do efeito de energia dissipada na flotação, foi adotada para o estudo devido à célula apresentar uma turbulência praticamente isotrópica, enquanto que as células mecânicas convencionais de flotação geram regiões com diferentes níveis de turbulência, visto que, próximo ao rotor a turbulência é muito maior que nas regiões mais afastadas. A agitação gerada pelo impelidor interfere em todos os sub-processos da flotação: colisão entre bolhas e partículas, adesão e destacamento (detachment). A macroturbulência na célula de flotação suspende as partículas no interior da célula, enquanto a microturbulência dispersa as bolhas e promove as colisões entre as bolhas e as partículas. Todos estes fenômenos podem influenciar a cinética do processo. Além disso, pelo fato das partículas muito grossas (+150µm) e finas (-44µm) de apatita apresentarem recuperações mais baixas do que uma faixa de tamanho ótimo, é importante estudar a influência da dissipação de energia na cinética dessas partículas. Os resultados mostraram que a cinética de flotação de apatita é fortemente influenciada pela dissipação de energia, pelo tamanho das partículas e pela concentração de coletor (ângulo de contato). As partículas finas (-44µm) exigem um elevado nível de energia (2 kW.m-3), devido ao aumento das frequências de colisão entre bolhas e partículas, esse aumento de energia não destruiu o agregado bolha/partícula para fração fina. Por outro lado, a cinética de flotação de partículas grossas (+150µm) foi fortemente afetada pelo aumento da energia transferida, os maiores valores da constante cinética para os grossos foram obtidos com o menor nível de dissipação de energia testado (0,1 kW.m-3), qualquer aumento na turbulência apresentou uma redução na taxa de flotação de no mínimo 40%, devido à destruição do agregado de partículas/bolha. O efeito da hidrofobicidade da apatita foi avaliado através de testes de flotação com duas concentrações de coletor (40 e 80g/L). A alta concentração de coletor (80g/L) apresentou resultados mais elevados de constante cinética para todos os níveis de dissipação de energia e para qualquer tamanho de partícula. Estes resultados evidenciam a influência da hidrofobicidade na adesão e na estabilidade do agregado partícula/bolha. / This thesis investigates the effect of energy dissipation (also called energy input) on the flotation kinetics of apatite in basic medium (pH10.5) with sodium oleate (40mg/L and 80mg/L) as collector. A special equipment called Oscillating Grid Flotation Cell (OGC) was adopted because the movement of the grids inside OGC creates a near isotropic turbulence, whereas the conventional mechanical flotation cells generate regions with different levels of turbulence: the intensity of turbulence is strongly higher close to the impeller and is very low far from it. The agitation created by the impeller influences all flotation sub process: particle/bubble collision, adhesion and detachment. Macroturbulence promotes the particle suspension inside the cell, whilst microturbulence disperses the bubbles and promotes collisions between bubbles and particles. All these phenomena influence the kinetics of the process. Moreover, because very coarse (+150µm) and fine (-44µm) particles of apatite show lower recovery than an optimum size range, it is important to study the influence of energy input on the kinetics of these sort of particles. The results showed that flotation kinetics of apatite is strongly influenced by the energy input, particle size and collector concentration (contact angle). Fine particles (-44µm) require high energy input (2 kW.m-3) probably to promote collision and the increase of energy input did not destroy the bubble/particle aggregate. Conversely, the flotation kinetics of coarse particles (+150µm) was strongly affected by energy input: 0,1 kW.m-3 promoted high flotation rate, but increasing the energy input to any higher level the flotation kinetics exhibits a clear decay, probably due to the destruction of the aggregate particle/bubble. The effect of hydrophobicity is evaluated testing two collector concentrations. With high collector concentration the flotation rate increased for all levels of energy input, these results evidenced the influence of hydrophobicity on the attachment and stability of the aggregate particle/bubble.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iolanda Cristina Dechandt.pdf: 4265751 bytes, checksum: 63e41222d90f6a9011f71a3cac7991d8 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / Progress in medicine has led to an increase in life expectancy of the world population. On the other hand, the properties of certain tissues and organs that compose the human body continues to follow the aging process. Faced with this challenge, biomaterial are developed with new technologies for bone substitutes. In this study we investigated the bioactivity of the glasses system 2Na2O.1CaO.3SiO2 with 0, 3 and 6% P2O5 in weight. The bioactivity was studied by immersion in simulated body fluid solution. Heat treatments were also performed in order to study the bioactivity of these glass-ceramics. Differential scanning calorimetry was performed to determine the glass transition temperatures for the glasses. Through Fourier transform infrared spectroscopy analysis was used to verify the bioactivity. The hardness and elastic modulus of the glasses were determined by the instrumented nanoindentation. X-ray diffraction confirmed the crystalline phases present in the glass ceramic samples. It was observed the formation of a hydroxycarbonate apatite layer after 21 days in samples of glass 2Na2O.1CaO.3SiO2 with 0, 3 and 6% P2O5 in weight. The best condition for the growth of hydroxycarbonate apatite layer in the glass-ceramics was the 2Na2O.1CaO.3SiO2 + 3% P2O5 that received heat treatment of 15 hours at 560° C. We observed the growth of the hydroxycabonate apatite layer after 7 days, and the glass-ceramic 2Na2O.1CaO.3SiO2+6% P2O5 who received heat treatment of 15 hours at 560° C the hydroxycabonate apatite layer was observed after 14 days in vitro novel. It was observed that cristalyzation is reduced with increase P concentration. At glass-ceramics with 6%wt of P2O5 the crystals are richer in Ca than in the stoichiometric glass matrix. In opposition, for 1Na2O2NaO3SiO2 glass-ceramics, the crystals are richer in Na.x / Os avanços na medicina vêm levando a um aumento na expectativa de vida da população mundial, por outro lado o desgaste de certas propriedades de tecidos e órgãos que compõe o corpo humano continua acompanhando o processo de envelhecimento. Frente a esse desafio os biomateriais são desenvolvidos com novas tecnologias para substituir ossos. Nesta pesquisa investigamos a bioatividade dos vidros no sistema 2Na2O.1CaO.3SiO2-P2O5 com 0, 3 e 6% em peso de P2O5. A bioatividade foi investigada pela imersão das amostras em solução de fluido corpóreo simulado. Realizados tratamentos térmicos a fim de verificar a bioatividade em vitrocerâmicas. Por meio da calorimetria exploratória diferencial determinamos os valores de temperatura de transição vítrea dos vidros. Através das análises de Infravermelho por transformada de Fourier pudemos verificar a bioatividade dos vidros. Analises de indentação instrumentada determinaram a dureza e o módulo de elasticidade dos vidros. A difração de raios X nos forneceu as fases cristalinas presentes nas amostras vitrocerâmicas. Foi verificado a formação de uma camada de hidroxicarbonato de apatita após 21 dias nas amostras de vidro 2Na2O.1CaO.3SiO2 com 0, 3 e 6% em peso de P2O5. A melhor condição para o crescimento da camada de hidroxicarbonato de apatita nos vitrocerâmicos foi 2Na2O.1CaO.3SiO2 + 3% P2O5 que recebeu tratamento térmico por 15 horas a 560°C. Nos observamos a camada de hidroxiapatita após 7 dias, e o vitrocerâmico 2Na2O.1CaO.3SiO2+6% P2O5 que recebeu tratamento por 15 horas a camada hidroxiapatita foi observada após 14 dias de ensaio in vitro. Foi observado que a cristalização é reduzida com o aumento da concentração de P. No vitrocerâmico com 6% em peso de P2O5 os cristais são mais ricos em Ca do que na matriz vítrea estequiométrica. Por outro lado, o vitrocerâmico com a fase 1Na2O2NaO3SiO2 os cristais são ricos em Na.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-05-17T18:12:06Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Karen Cristiane Ribeiro.pdf: 2399556 bytes, checksum: 061ec872551f525fe1b25a9dbb51fcb7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-17T18:12:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Karen Cristiane Ribeiro.pdf: 2399556 bytes, checksum: 061ec872551f525fe1b25a9dbb51fcb7 (MD5) Previous issue date: 2018-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O aumento na expectativa de vida tem levado a busca por materiais que possam melhorar a qualidade de vida. Dentre os materiais mais utilizados para tratamento de problemas no tecido ósseo, os vidros bioativos são os que possuem uma excelente resposta bioativa. A composição 2Na2O.1CaO.3SiO2 (2N1C3S) é um dos poucos sistemas de vidro que apresenta cristalização homogênea no volume e também a sua composição é próxima do vidro Bioglass® 45S5, um dos materiais mais bioativos existentes. Neste trabalho, estudamos a bioatividade do vidro 2N1C3S com adições de P2O5, K2O e SrO através da investigação do tempo para a formação da hidroxicarbonato apatita (HCA) por imersão em fluido corporal simulado (SBF). Foram realizados tratamentos térmicos para avaliação da bioatividade das vitrocerâmicas derivadas desse sistema. As temperaturas de tratamento térmico foram obtidas através da calorimetria exploratória diferencial, em que foram determinadas as temperaturas de transição vítrea e onset de cristalização. A presença de HCA foi investigada por espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourier em função do tempo de imersão. Foi determinada por difração de raios X as fases cristalinas presentes nas amostras vitrocerâmicas. A formação de uma camada de hidroxicarbonato apatita foi observada após 21 dias nas amostras de vidro 2Na2O.1CaO.3SiO2 com 12% em peso de P2O5. As vitrocerâmicas com o menor tempo para o crescimento da camada de hidroxicarbonato apatita em solução SBF foram 2Na2O.1CaO.3SiO2+6% em peso de P2O5 e 10% em peso de SrO que recebeu tratamento térmico a 620°C/16h. Nós observamos a camada de HCA após 15 dias na vitrocerâmica 2Na2O.1CaO.3SiO2+6% em peso de P2O5 e 10% em peso de K2O que recebeu tratamento a 550°C/8h, a camada HCA foi observada após 15 dias e 21 dias para a que recebeu tratamento térmico a 550°C/16h. / The increase in life expectancy has led to the search for materials that can improve the quality of life. Among the materials that are most used to treat problems in bone tissue, bioactive glasses are those that have the greatest bioactive response. The 2Na2O.CaO.3SiO2 (2N1C3S) composition is one of the few glass systems which exhibits homogeneous crystallization in the volume and also its composition is very close to Bioglass® 45S5 glass, one of the most bioactive materials. In this work, we studied the bioactivity of 2N1C3S glass with additions of P2O5, K2O and SrO by investigating the time to formation of the hydroxycarbonate apatite (HCA) by immersion in simulated body fluid (SBF). Thermal treatments were carried out to evaluate the bioactivity of the glass-ceramics. The heat treatment temperatures were obtained by differential scanning calorimetry, in which the glass transition and crystallization onset temperatures were determined. The presence of HCA was investigated by Fourier transform infrared spectroscopy as a function of immersion time in SBH solution. X-ray diffraction were used for the identification of the crystalline phases present in the glass-ceramics. The glass-ceramics with the lowest time for growth of the hydroxycarbonate apatite layer in SBF solution were 2Na2O.CaO.3SiO2+6% in weight of P2O5 and 10% in weight of SrO heat treated for 620°C/16h and 2Na2O.1CaO.3SiO2+6% in weight of P2O5 and 10% in weight of K2O heat treated at 550°C/8h. The HCS layer was observed after 15 days of immersion for both glass-ceramics.

Rare earth elements (REE) are considered as critical and non-substitutable metals for electronics and green technology. A greater diversity of supply is needed and the REE occur in a wide range of REE- and REE-bearing minerals within different ore deposit types. The beneficiation processes for REE ores can vary widely based on their mineralogy and texture. It is, therefore, essential to understand the mineralogical characteristics when designing processing routes. Little research was carried out on this topic until the last few years, apart from bastnäsite, monazite, and xenotime, and most REE minerals in deposits currently under exploration are poorly understood in terms of processing characteristics. This geometallurgical study brings together the results of process mineralogy and minerals processing to recover synchysite-(Ce) and apatite from the carbonatite at Songwe Hill, Malawi. This deposit is unusual because it is a potential carbonatite source of both LREE and HREE. Results from previous flowsheet development studies on this deposit suggest that flotation is the most promising processing route and therefore this study concentrated on testing this hypothesis. It sought to understand the mineralogy better in order to predict processing response and carried out a series of flotation experiments to improve the processing efficiency. It also investigated the fundamental magnetic properties of the rare earth fluorcarbonate minerals (including synchysite) and established for the first time that there is a systematic variation in their properties that can be applied to minerals processing. Eight samples of REE carbonatite drill core, crushed to 1700 μm, and a composite sample ground to 53 μm and 38 μm were used throughout this research. Automated mineralogy (QEMSCAN®) was applied to determine the mineralogical characteristics of the ore deposit. This utilised a novel species identification protocol (SIP) for REE minerals in carbonatites, which was validated by electron microscopy (SEM-EDS), and electron probe microanalysis (EPMA). The principal REE minerals at Songwe are the REE fluorcarbonates, synchysite-(Ce) and also parisite-(Ce). These are challenging minerals for automated mineralogical techniques owing to their chemical similarity and common occurrence either as bladed (needle-like) crystals, which is the main textural type at Songwe Hill, or as syntaxial intergrowths. However, using the SIP developed in this study, the QEMSCAN® can distinguish between these minerals based on the Ca content and can also recognise syntaxial intergrowths on a scale of about > 20 μm. The Songwe Hill carbonatite hosts about 6 wt% to 10 wt% of REE- and REE-bearing minerals. Apatite hosts the more valuable HREE in addition to P2O5, followed by synchysite-(Ce)/parisite-(Ce) (mainly synchysite-(Ce)), and minor florencite-(Ce), which host the LREE. These minerals are commonly associated with the predominant gangue minerals, ankerite and calcite, and, to a lesser extent Fe- Ox/CO3 and K-feldspar, strontianite and baryte. Fundamental magnetic properties of pure REE fluorcarbonate single crystal minerals using a vibrating sample magnetometer (VSM) were determined. The magnetic susceptibility is highly dependent on the mineral composition. It is positive (paramagnetic) for bastnäsite-(Ce) and gradually decreases as the amount of Ca increases in parisite-(Ce), becoming negative (diamagnetic) for the Ca-rich member of the series, röntgenite. Synchysite-(Ce) in this deposit was experimentally determined by magnetic separation and behaved as a diamagnetic mineral. This can be explained by the layered structure common to the REE fluorcarbonate series minerals. Selected laboratory scale mineral processing experiments including magnetic separation and froth flotation were performed. Pre-concentration tests by magnetic separation showed a recovery of 84% for P2O5, 80% for Y2O3, and 76% for Ce2O3 in the non-magnetic product, with gangue minerals rejection of about 49% for ankerite and 48% for Fe-Ox/CO3 to the magnetic product. Apatite and synchysite-(Ce) loss to the magnetic product is mainly the result of their association with the paramagnetic minerals i.e. ankerite and Fe-Ox/CO3 as indicated by automated mineralogy. A spectrophotometer was utilised to measure the solubility of the organic chemical reagents including fatty acids and lignin sulphonate in different alkaline solutions and to determine the appropriate operating parameters for bench flotation tests. The results indicated that the solubility of fatty acids increased with increasing the pH value from 8.5 to 10.5, while the opposite was observed for lignin sulphonate. 35 bench-scale froth flotation tests under a wide range of chemical and operating conditions including pH modifiers and dosages, soluble and insoluble collectors, depressants, temperature, and conditioning time were performed. The results demonstrated that fatty acids and lignin sulphonate are sensitive to changes in pH, conditioning time, and temperature. These factors significantly affected flotation efficiency. A recovery of 86% for P2O5 and 74% for both of Y2O3 and Ce2O3 with TREO upgrading from 1.6 wt% to 3.8 wt% at a mass pull of 31% were achieved under a constant pulp pH of 9.5, elevated temperature, and long conditioning time. This study suggests that combining magnetic separation and froth flotation techniques to pre-concentrate and upgrade the REE- and REE-bearing minerals, should be considered further to minimise the cost of the chemical reagents used in froth flotation and gangue leaching.

Este trabalho estudou a aplicação de oito métodos clássicos de escalonamento de tanques condicionadores, testando sua validade para dois tanques de geometria semelhante, mas com diferentes volumes (V1=10 e V2=49 decímetros cúbicos). No interior dos tanques, operavam impulsores (diâmetro D1=0,078m x D2=0,132m) que exibiam três distintos desenhos (2 pás versus 4 pás inclinadas em 45 graus versus turbina de Rushton). Sua rotação (N1 no tanque menor x N2 no tanque maior) visava à suspensão de partículas grossas de apatita (diâmetro médio = 254 micrometros) em polpas com 40% de sólidos em massa. Para balizar o escalonamento, adotou-se como variável de controle a mínima rotação do impulsor (Njs) que é capaz de fazer com que nenhuma partícula repouse no fundo do tanque por mais do que 1 ou 2 segundos (Critério 1-s), além de perfis axiais de distribuição de sólidos e a extensão da Zona Turbulenta versus Zona Quiescente no interior dos tanques. A diferença entre o valor previsto de Njs para o tanque de 49 decímetros cúbicos (N2) pelos métodos de escalonamento versus o valor de Njs (N2) determinado experimentalmente foi expressa como erro percentual (E). Consideraram-se como adequados para a aplicação que constitui o objetivo desta dissertação todos os métodos que exibiram E menor que 10%. Para o impelidor de 2 pás inclinadas, a adequação do método baseado na constância da razão potência/volume (E=2%) e também do método empírico de Rautzen (E=6%), indica a expressão N2=N1.(D1/D2) com seu expoente da relação entre os diâmetros variando entre 0,67 e 0,75 para a aplicação desejada. Considerando o impulsor de 4 pás inclinadas, a adequação do método da constância da razão potência/volume (E=4%); assim como dos métodos empíricos de Rautzen (E=0%) e Zwietering (5%), sugere o uso da expressão N2=N1.(D1/D2) com seu expoente da relação entre os diâmetros variando entre 0,67 e 0,85. Para a turbina de Rushton, o único método que exibiu E menor que 10% foi o da constância da relação potência/volume (E=8%), cuja expressão é N2=N1.(D1/D2) com seu expoente da relação entre os diâmetros igual a 0,67. Uma vez que a determinação do valor real de N2 foi baseada numa técnica experimental influenciada pelas limitações do observador, pode-se inferir que uma expressão geral de escalonamento do tipo N2=N1.(D1/D2) com seu expoente da relação entre os diâmetros igual a 0,75 atende aos propósitos desta aplicação. Por outro lado, o uso da relação P/V provê um critério mais objetivo para se balizar o escalonamento, haja vista que ele se adequou a todos os três tipos de impelidores contemplados por este estudo. / This work has studied the application of eight classical methods appointed by literature to accomplish the scale-up of stirred tanks which aimed to suspend slurries of 40% of solids, containing coarse (mean diameter=254 micrometers) apatite particles. The validity of the methods was accomplished by using two tanks of similar geometry but different capacity (V1=10 e V2=49 cubic decimeter), together with impellers of different diameter (D1=0,078m versus D2=0,132m) and design (turbine of 2 or 4 blades inclined at 45 degrees and Rushton turbine). To assist the process of validation, the impeller speed (Njs) under which no particle rests on the bottom of the tank for more than 1-2 seconds (1-s Criterium) was used together with the axial profile of solids percent distribution plus the extension of the turbulent versus quiescent zones within the two tanks. For any of the eight scale-up methods, the difference between the predicted value of Njs (N2) for the 49 cubic decimeter tank and the actual value (experimental) of the same variable was determined and its magnitude was expressed in terms of the percent error (E). The methods that yielded E less than 10% were considered as suitable for the aimed application. Considering the 2-inclined blade impeller, low value of E yielded by the method based on the constancy of the ratio power/volume (E=2%) and also by the empiric method of Rautzen (E=6%) indicate that the expression N2=N1.(D1/D2) with its exponent of the relation between diameters ranging between 0,67 and 0,75 is suitable for the desired application. Regarding the 4-inclined blade impeller, because the method based on the constancy of the ratio power/volume (E=4%) and also the empiric methods of Rautzen (E=0%) and Zwietering (E=5%) yielded the lowest values of E, the expression N2=N1.(D1/D2) with its exponent of the relation between diameters ranging between 0,67 and 0,85 is suitable for the aimed application. Moreover, for the Rusthon turbine, only the method based on the constancy of the ratio power/volume (E=8%) was adequate for the aimed application and, thus, the expression N2=N1.(D1/D2) with its exponent of the relation between the diameters equal to 0,67 is suitable for the purpose of this dissertation. Once the actual value of N2 is determined by visual observation, it is not possible to get very accurate results. This way, a generic scale-up expression is proposed: N2=N1.(D1/D2) with its exponent of the relation between the diameters equal to 0,75. On the other hand, the ratio P/V may provide a more objective criterium for scale-up, because the three sort of impellers used in this study yielded E less than 10% when the power/volume method was applied for the purpose of scale-up.

Os solos brasileiros apresentam no geral alto grau de intemperismo e são caracterizados pelo baixo teor de fósforo (P) disponível às plantas, devido à forte ligação com os minerais do solo (oxi-hidróxidos de Fe e Al). Esse elemento muito importante no metabolismo vegetal necessita ser aplicado em grandes quantidades na forma de adubo fosfatado para obtenção de altas produtividades agrícolas. No entanto, a produção de fertilizante solúvel convencional, como é o caso do superfosfato triplo (SFT), envolve gastos elevados de energia e emprego de ácidos fortes, gerando resíduos com alto potencial de contaminação ao meio ambiente. A fim de eliminar a etapa de acidificação industrial, nosso objetivo foi avaliar um biofertilizante fosfatado (BF) produzido a partir da solubilização de fosfato de rocha de Araxá (pouco reativo), pelo fungo Aspergillus niger. Nesse trabalho, foi testada em plantas de milho: (i) a eficiência do BF como substituinte parcial de SFT; (ii) alterações morfológicas de raízes de milho causadas pelo fungo presente no BF. No primeiro teste, em esquema fatorial 6x2, foram aplicadas doses de BF a fim de substituir o SFT em 0, 25, 50, 75 e 100 %, mais controle sem aplicação de P. A aplicação ocorreu em dois métodos, localizado em linha e volume total do solo. Foram avaliados o peso de massa seca da parte aérea, teor e conteúdo de P no tecido vegetal, atividade da fosfatase ácida e índice Spad. Para a análise das alterações morfológicas de raízes, foram utilizados tubos rizothron preenchidos com areia, com a aplicação dos tratamentos em volume total. Os tratamentos foram: SFT; BF com fungo vivo; BF com fungo morto; controle sem P. As coletas da parte aérea e raízes correram a cada 7 dias, iniciando a contagem ao sétimo dia. Foram avaliadas a produção de matéria seca de raízes, da parte aérea, a área superficial de raízes, o volume radicular e as classes de diâmetro de raízes. As doses de substituição mais promissoras foram de 25 e 50%, representando 89,02 e 80,86% da produção vegetal do SFT e 88,67 e 81,81% do conteúdo de P no tecido vegetal, respectivamente, ambos em aplicação em volume total. A presença do fungo vivo no BF não proporcionou diferenças nos parâmetros analisados. Apesar de serem necessários mais estudos e adaptações no processo de produção, o BF se mostrou promissor na substituição parcial da adubação fosfatada com SFT. O uso de BF proporciona, através da sua composição, o aproveitamento de resíduos agrícolas de baixo custo e a utilização de jazidas nacionais de fosfato de rocha, as quais possuem baixa reatividade. / Brazilian soils generally are highly weathered and characterized by low phosphate (P) content available to plants, due to high affinity of P to soil minerals, specially oxi-hydroxides of iron and aluminium. This important element in vegetal metabolism is needed to be applied in great quantities as phosphate fertilizer in order to attain high crop yields. However, the production of soluble conventional fertilizers, such as triple superphosphate (TSP), is costly and employs strong acids, generating residues potentially harmful to the environment. In order to avoid industrial acidification, our aim was to access the performance of a phosphate biofertilizer (BF) obtained from the solubilization of Araxá phosphate rock (low reactivity) by the fungus Aspergillus niger, L.. The suitability of BF to corn plants was investigated for: (i) efficiency of BF replacing TSP and (ii) morphological changes in plant roots caused by the fungus present in the BF. In the first experiment, designed in a 6 x 2 factorial scheme, rates of BF were applied in order to replace 0, 25, 50, 75 or 100% of TSP plus a control without P addition. The fertilizer was applied in bands or thoroughly mixed with soil. Plant shoot dry mass, total P content accumulated in the shoot, acid phosphatase activity and Spad index were measured. In the second experiment, morphological changes in plant roots were evaluated using rizothron tubes filled with sand where BF was mixed thoroughly. The treatments were TSP, BF with living fungus, BF with dead fungus and the control without P addition. Plant shoot and roots were collected every 7 days, starting from the 7th day after emergence. We measured dry mass of shoot and root, root surface area, volume and diameter. We found that when applied in total soil volume, fertilizer mixtures containing 25 and 50% of BF, a 89 and 80.9% of the dry matter and 88.7 and 81.8% of P content compared to the addition of 100% of TSP, respectively. For the variables measured, there was no difference in the results when applying BF with alive or dead fungus. We conclude that although further studies and improvement in the BF production are needed, the use of BF as partial replacer for TSP fertilizer is promising. Furthermore, BF use allows the recycling of low cost agricultural residues and the utilization of national deposits of rock phosphate, which are low reactive.

A presente dissertação apresenta um estudo sobre a fossildiagênese da Supersequencia Santa Maria. Esta unidade contém uma grande variedade de vertebrados fósseis, que são conhecidos deste o início do século XX. Muitas vezes a preservação destes fósseis é excelente, mas alguns não seguem esse padrão. Algumas vezes, o processo de crescimento dos minerais permineralizantes pode destruir a forma original dos ossos, o que impede, às vezes, a sua identificação taxonômica precisa. Este trabalho tem como objetivo principal estudar os diferentes tipos de fossilização que ocorrem nos pacotes fossilíferos da Supersequência Santa Maria (Sequências Santa Maria I e II). Para isso, foram realizadas análises petrográficas por microscopia óptica, difração de raios X, refinamento cristalino e por espectroscopia no infravermelho. Em alguns ossos, foram coletadas amostras (para análises geoquímicas) em distintas porções do osso (mais externas e mais internas). Os resultados obtidos possibilitaram estudar as modificações cristaloquímicas e diagenéticas da apatita que compõe os ossos fósseis e compreender a evolução dos processos de fossilização. Através das análises petrográficas, foi possível identificar todas as fases minerais envolvidas nestes processos e estudar as transformações da hidroxiapatita ao longo da diagenênese. As análises possibilitaram identificar calcita, hematita e calcedônia como minerais precipitados durante a fossilização e fluorapatita e carbonato fluorapatita como as variedades de apatita que ocorrem nos ossos. Também foram observadas diferenças nas microfeições de calcita em ossos bem preservados (cristais grandes preenchendo completamente as cavidades internas) e mal preservados (calcita micro espática típica de calcretes freáticos). Com base nos resultados, foram identificados dois padrões, sendo um para Sequencia Santa Maria I e base da Sequencia Santa Maria II e outro para o topo da Sequencia Santa Maria II. No primeiro caso, onde a rocha fossilífera é um pelito depositado em planície de inundação, existem duas variantes: 1) após o soterramento final, o osso não ficar na zona de oscilação de nível freático, acarretando um uma boa preservação e 2) o osso ficar na zona de oscilação de nível freático, recebendo maior aporte de íons e tendo uma probabilidade maior de sofrer alteração volumétrica. Estas duas possibilidades podem sobrepor-se. Já no topo na Sequencia Santa Maria II, a rocha fossilífera é um arenito fino e a preservação se dá pela percolação de íons fora da zona de oscilação do nível freático, implicando em uma boa preservação. O refinamento cristalino mostrou que, durante o processo de fossilização, a apatita sofre mudança nos parâmetros cristalográficos, indicando uma mudança mineralógica causada principalmente pela substituição dos ânions na estrutura cristalina, especialmente incluindo o flúor e o carbonato, íons muito comuns nas águas superficiais. As análises por espectroscopia no infravermelho permitiram constatar a entrada de carbonato e a diminuição de fosfato nas porções mais centrais do osso, que são as mais alteradas. Com isso, se pode concluir que as partes mais centrais dos ossos servem de conduto principal para os fluidos diagenéticos e que a alteração da hidroxiapatita para carbonato apatita ocorre de dentro para fora. / The present master degree thesis presents a study about Santa Maria Supersequence fossildiagenesis. This unit contains a great variety of vertebrate fossils known since the early XX century. In many cases, the fossils are in excellent preservational state, although some of them do not follow this pattern. The process of expansive growth of the permineralizing minerals destroys the original shape of the fossils, which sometimes does not allow an accurate taxonomic identification. This work has as main objective to study the different fossilization patterns that occurs in Santa Maria Sequences I and II. For that, petrographic analyzes were performed by optical microscopy, X-ray diffraction, refinement and crystal infrared spectroscopy. In some bones were collected samples (for geochemical analysis) in different portions of the bone (from bone marrow to the edges). The results made possible to study the crystallochemical and diagenetic modifications of bone apatite in places with distinct preservational states, and understand the evolution of the fossilization processes. Through petrographic analyses were possible to identificate all mineral phases involved in fossilization process and to study hydroxylapatite transformations through fossildiagenetic process. Were identified calcite, hematite and chalcedony as precipited minerals during fossilization besides fluorapatite and carbonate fluorapatite as varieties of bone apatite after fossildiagenesis. Also were observed differences in calcite microfeatures between well preserved bones (big crystals filling all bone cavities) and badly preserved (microspar calcite, typical of phreatic precipitation). Based in these results were recognized two patterns, being one for Santa Maria Sequence I and Santa Maria Sequence II base and another to Santa Maria Sequencie II top. In the first case, the fossiliferous rock is a floodplain mudstone and there are two variables: 1) after the final burial bone stay out of phreatic level, favoring a good preservation and 2) bone stay in phreatic oscillation zone resulting in a bad preservation. These two possibilities may overlap. For Santa Maria Sequence II top the fossiliferous rock is a deltaic massive sandstone and the preservation occurs by ion percolation outside the phreatic oscillation zone, resulting in a good preservation. The crystalline refinement showed that during the fossilization processes bone apatite suffers changes in crystallographic parameters, indicating a mineralogical change due to anion substitution inside crystalline structure, especially floride and carbonate found in any sedimentary environment. Infrared spectroscopy made possible to observe the carbonate entry and the phosphate in the bone marrow. Due this, were concluded that the bone marrow serve as the primary conduit for the diagenetic fluids, and the change of hydroxylapatite for carbonate fluorapatite and fluorapatite occurs from the inside to outside.

Cerâmicas de silicato de lantânio tipo apatita têm sido estudadas devido ao grande interesse tecnológico para aplicação como eletrólito em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (IT-SOFC: Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell). A condutividade iônica dessas cerâmicas em temperaturas intermediárias (600-800°C) é maior do que a da YSZ (Ytria Stabilized Zirconia) utilizada como eletrólito em SOFCs de alta temperatura (800-1000°C). Neste trabalho, silicato de lantânio tipo apatita foi sintetizado pelo método sol-gel seguido de precipitação, a partir de Na2SiO3 como fonte de sílica. No método proposto, estudou-se rotas de síntese em meio ácido e básico para a formação do gel de sílica, seguida de precipitação. A fase cristalina de silicato de lantânio tipo apatita foi obtida pela calcinação de pós sintetizados a 900°C. Esta temperatura é muito inferior às praticadas em outros métodos convencionais de síntese. As análises por difração de raios X (DRX) mostraram silicato de lantânio tipo apatita como fase principal do material sintetizado na rota de síntese em pH ácido. No entanto, uma fase secundária indesejável, La2Si2O7, foi identificada quando o pó cerâmico foi calcinado a 1200°C. Por outro lado, pela rota básica, fase única de silicato de lantânio tipo apatita foi obtida após tratamento térmico dos precursores a 900 e 1200°C. Pastilha cerâmica obtida a partir dos pós obtidos e sinterizados a 1400°C por 4h, apresentaram fase cristalina pura de silicato de lantânio tipo apatita. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para observar a morfologia dos pós e microestrutura das pastilhas sinterizadas. Pós cerâmicos finos com tamanho de partículas submicrométricas e microestrutura típica de apatita foram alcançadas pelo método proposto. / Lanthanum silicate apatite-type ceramics have been studied because of the great technological interest for IT-SOFC applications as electrolyte (Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell). Ionic conductivity of those ceramics at intermediate temperatures (600-800°C) is higher than that of YSZ (Ytria Stabilized Zirconia) electrolyte used at high-temperatures (800-1000 °C) SOFCs. In this work, lanthanum silicate apatite-type was synthesized by sol-gel method followed by precipitation from Na2SiO3 as a source of silica. In the proposed method, synthesis routes in acid and basic medium to the formation of silica gel, followed by precipitation were studied. Apatite crystalline phase of lanthanum silicate ceramic was obtained by calcining the powders at 900°C. This temperature is much lower than those other conventional methods of synthesis. Analysis by x-ray diffraction (XRD) showed the lanthanum silicate apatite-type phase as the main phase of the synthesized material at the pH acid synthesis route. However, undesirable secondary phase, La2Si2O7, was recognized when the powder was calcined at 1200°C. On the other hand, by the basic route, single apatite-type phase powder was obtained after thermal treatment of the precursors at 900 and 1200°C. Ceramic pellet obtained from those powders sintered at 1400°C for 4h, presented pure apatite crystalline phase of lanthanum silicate. Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe morphology of powders and microstructure of sintered pellets. Sub micrometric size powders and apatite typical microstructure ceramic were reached by the suggested method.