Diseño y síntesis de materiales nanoestructurados basados en aluminatos de estroncio con propiedades fotoluminiscentes

Durante la última década, se han llevado acabo numeroso estudios sobre la síntesis de materiales fotoluminiscentes sub-micrónicos, en gran medida, al amplio número de aplicaciones que demandan este tipo de materiales. En concreto dentro de los materiales fosforescentes o también denominados materiales con una prolongada persistencia de la luminiscencia, los estudios se han enfocado en la matriz de SrAl2O4 dopada con Europio (Eu2+) y Disprosio (Dy3+) dado que tiene mayor estabilidad y persistencia de la fosforescencia con respecto a otras matrices. Estos materiales se emplean mayoritariamente en pinturas luminiscentes, tintas, señalización de seguridad pública, cerámicas, relojes, textiles y juguetes fosforescentes. Dado al amplio campo de aplicación de los SrAl2O4:Eu, Dy, se han investigado múltiples rutas de síntesis como la ruta sol-gel, la síntesis hidrotermal, la síntesis por combustión, la síntesis láser y la síntesis en estado sólido con el fin de desarrollar un método eficiente y que sea fácilmente escalable. Sin embargo, en la actualidad el método que se emplea para el procesamiento a nivel industrial de los materiales basados en aluminato de estroncio es la síntesis por estado sólido, que requiere de temperaturas de entre 1300 a 1900oC y largos tiempos de procesamiento. Además el material obtenido tiene un tamaño de partícula de 20 a 100 μm; siendo este tamaño restrictivo para el empleo de este tipo de material en determinadas aplicaciones. Por tanto, el objetivo de este trabajo es el desarrollo de nuevas estrategias que solventen las actuales limitaciones. Dentro de este marco se plantean una serie de objetivos específicos: Estudio de los parámetros que gobiernan los procesos de reducción del tamaño de partícula mediante molienda y su relación en la respuesta fotoluminiscente. Estudio de la síntesis por combustión de SrAl2O4:Eu, Dy, evaluando el efecto de la temperatura y la cantidad de combustible (urea) en el proceso para la obtención de partículas cristalinas minimizando la presencia de fases secundarias. Desarrollo de nuevas rutas de síntesis de SrAl2O4:Eu, Dy empleando el método de sales fundidas. Determinación de los mecanismos de reacción en presencia de la sal fundida en función de los parámetros de proceso que comprende la relación de sales y reactivos, la naturaleza de la alúmina y su tamaño, la temperatura y atmósfera de tratamiento. Mejora de la eficiencia de los procesos de síntesis para obtener productos con propiedades finales óptimas en procesos factibles industrialmente para su transferencia tecnológica. Es este trabajo han sido evaluados los efectos de diferentes procesos de molienda para la reducción del tamaño de partícula del material de SrAl2O4:Eu, Dy comercial. En el proceso de molienda en medio húmedo por atrición se observa la alteración de la estructura cristalina del material debido a la reacción de hidrólisis generada incluso empleando como medio líquido etanol absoluto. Con el fin de solventar las desventajas de la molienda en medio húmedo se llevo a cabo un estudio de la molturación en seco del material. La molturación en seco de alta energía reduce significativamente el tamaño medio de partícula. Sin embargo, procesos de molienda superiores a una duración de 10 minutos ocasionan un aumento del estado de aglomeración de las partículas y disminuyen drásticamente la respuesta fotoluminiscente del material. Por tanto, se lleva a cabo un proceso de molienda en seco de baja energía. Mediante este método se consigue reducir el tamaño medio de partícula, d50=2.8 μm, y se mejora la homogeneidad de la distribución del tamaño de partícula evitando la amorfización del material. A partir de los resultados obtenidos mediante difracción de rayos X y microscopia electrónica de barrido se infiere que la disminución de la intensidad de la fotoluminiscencia después de la molienda en seco de alta energía con respecto al material inicial se debe principalmente a la reducción del tamaño de cristalito. Se observan menores variaciones en la intensidad de la fotoluminiscencia cuando se emplea un método de molienda de baja de energía ya que en estos procesos se preserva el dominio cristalino y se reduce la amorfización significativamente. Estos resultados corroboran que la intensidad de la fotoluminiscencia y la persistencia de la luminiscencia de los materiales de SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ dependen extrínsecamente de la morfología de las partículas, del tamaño de partícula, el tamaño de grano, los defectos superficiales e intrínsecamente del tamaño de cristalito. Siendo las características intrínsecas las que dominan con respecto a las extrínsecas y por tanto tienen mayor relevancia en la respuesta fotoluminiscente. Mediante síntesis por combustión se obtuvieron láminas nanoestructuradas de SrAl2O4:Eu, Dy de ≤1 μm de espesor. La cantidad de combustible, urea, en la reacción influye significativamente en la formación de determinadas fases cristalinas. Para la síntesis del material de SrAl2O4:Eu, Dy es necesario incluir un contenido de urea mayor que el estequiométrico (siendo m=1 la relación estequiométrica). La incorporación de un exceso de urea (m>1) requiere de la presencia de un agente oxidante interno, HNO3, para que la reacción tenga lugar. El empleo de un mayor contenido de urea como combustible permite una quelación efectiva de los cationes en el sistema y la creación de las condiciones reductoras para obtener un material de mayor cristalinidad y con mejores propiedades fotoluminiscentes. El material de SrAl2O4:Eu, Dy sintetizado a una temperatura de ignición de 600oC tiene un tamaño medio 5-25 μm con un espesor de ≤1 μm. Mediante procesos de molturación en seco de baja energía es posible disminuir el tamaño medio de partícula ≈2 μm y homogenizar la distribución del tamaño de partícula pero hay un deterioro asociado de la respuesta luminiscente. Sin embargo, se puede mejorar la respuesta fotoluminiscente empleando un tratamiento térmico posterior a 900oC N2-H2 durante 1 hora que no supone un aumento del tamaño de partícula pero si permite aumentar el tamaño de cristalito y la reducción del Eu3+ a Eu2+. Con respecto a la respuesta fotoluminiscente, se obtiene valores de la intensidad de la fotoluminiscencia entre un 35%-21% con respecto a la intensidad de un material comercial de referencia. Además la intensidad inicial del decaimiento de la fosforescencia es un 20% de la intensidad del material de referencia. Por tanto, teniendo en cuenta estos resultados, es necesario explorar otros métodos de síntesis para la obtención de los materiales bajo estudio. Por esta razón, en este trabajo se desarrollo una ruta de síntesis novedosa para sintetizar SrAl2O4:Eu, Dy mediante el método de sales fundidas para la obtención de materiales de gran cristalinidad con tamaños de cristalito del orden nanométrico. Se empleo como sal fundente la mezcla eutéctica de NaCl y KCl, denominada (NaCl-KCl)e. La principal ventaja de la incorporación de la mezcla es el incremento la reactividad del sistema, reduciendo la temperatura de formación del SrAl2O4 y la duración del tratamiento térmico en comparación con la síntesis en estado sólido. La formación del SrAl2O4 es favorecida ya que se aumenta la difusión de los cationes de Sr2+ en el medio líquido. Se emplearon diferentes tipos de Al2O3 para evaluar el papel del tamaño de partícula y su naturaleza en la reacción asistida por sales fundidas y por tanto en la morfología y propiedades del producto final. Se obtuvieron partículas de morfología pseudo-esférica de tamaño ≤0.5 μm al emplear como alúmina precursora partículas sub-micrónicas ( 0.5 μm Al2O3, 0.1 μm Al2 O3 y γ-Al2O3). El mecanismo de reacción que tiene lugar se asocia a procesos de disolución-precipitación que dominan al emplear partículas de alúmina pequeñas y reactivas. Mientras al emplear una alúmina de 6 μm Al2O3 prevalecen los procesos de crecimiento cristalino siguiendo un patrón o plantilla debido a la menor reactividad del sistema. La nucleación y crecimiento de nanocristales de SrAl2O4:Eu, Dy se genera sobre la superficie de la alúmina que actúa como soporte. De esta forma se desarrolla una estructura del tipo coraza-núcleo («core-shell» en inglés) donde la superficie externa está formada por los cristales fosforescentes de SrAl2O4 y el núcleo está formado por alúmina. Las partículas obtenidas tienen una respuesta fotoluminiscente diferente en función de la morfología final obtenida. La optimización de la relación Al2O3/SrO del material de SrAl2O4:Eu, Dy sintetizado a partir de la alúmina de 6 μm permite reducir las fases secundarias y la concentración de dopantes manteniendo la respuesta fotoluminiscente. Comparativamente con un material comercial de SrAl2O4:Eu, Dy de referencia, se han alcanzado valores de la intensidad de la emisión de hasta el 90% y de la intensidad inicial de las curvas de decaimiento de la luminiscencia de un 60% para el material sintetizado por sales fundidas que tiene un tamaño medio ≤ 10μm. Por otra parte, es necesario tener en cuenta que el SrAl2O4 tiene dos polimorfos, la fase monoclínica que es estable a temperaturas inferiores a 650oC y la fase hexagonal, fase de alta temperatura, estable a temperaturas superiores de 650oC. Se ha determinado que fase monoclínica presenta propiedades luminiscentes, sin embargo existen discordancias a cerca de las propiedades luminiscentes de la fase hexagonal. Mediante la síntesis por sales fundidas es posible estabilizar la fase hexagonal empleando como alúmina precursora γ-Al2O3 y un exceso de Al2O3 (Al2O3/SrO:2). La estabilización de la fase hexagonal a temperatura ambiente se produce cuando el tamaño de los cristales de SrAl2O4 es ≤20 nm. Además se observó que la fase hexagonal presenta respuesta fotoluminiscente. El diseño de materiales de SrAl2O4:Eu,Dy nanoestructurados permite modular la morfología del material y por tanto la intensidad de la de la fotoluminiscencia y la persistencia de la luminiscencia. La disminución de los materiales precursores, la temperatura y el tiempo de tratamiento significa la reducción de los costes económicos del material. De ahí la viabilidad de los materiales de SrAl2O4:Eu,Dy obtenidos mediante los procesos de síntesis propuestos en esta memoria de tesis para su posterior escalado industrial. ABSTRACT The synthesis of sub-micron photoluminescent particles has been widely studied during the past decade because of the promising industrial applications of these materials. A large number of matrices has been developed, being SrAl2O4 host doped with europium (Eu2+) and dysprosium (Dy3+) the most extensively studied, because of its better stability and long-lasting luminescence. These functional inorganic materials have a wide field of application in persistent luminous paints, inks and ceramics. Large attention has been paid to the development of an efficient method of preparation of SrAl2O4 powders, including solgel method, hydrothermal synthesis, laser synthesis, combustion synthesis and solid state reaction. Many of these techniques are not compatible with large-scale production and with the principles of sustainability. Moreover, industrial processing of highly crystalline powders usually requires high synthesis temperatures, typically between 1300 a 1900oC, with long processing times, especially for solid state reaction. As a result, the average particle size is typically within the 20-100 μm range. This large particle size is limiting for current applications that demand sub-micron particles. Therefore, the objective of this work is to develop new approaches to overcome these limitations. Within this frame, it is necessary to undertake the following purposes: To study the parameters that govern the particle size reduction by milling and their relation with the photoluminescence properties. To obtain SrAl2O4:Eu, Dy by combustion synthesis, assessing the effect of the temperature and the amount of fuel (urea) to synthesize highly crystalline particles minimizing the presence of secondary phases. To develop new synthesis methods to obtain SrAl2O4:Eu, Dy powders. The molten salt synthesis has been proposed. As the method is a novel route, the reaction mechanism should be determine as a function of the salt mixture, the ratio of the salt, the kind of Al2O3 and their particle size and the temperature and the atmosphere of the thermal treatment. To improve the efficiency of the synthesis process to obtain SrAl2O4:Eu, Dy powders with optimal final properties and easily scalable. On the basis of decreasing the particle size by using commercial product SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ as raw material, the effects of different milling methods have been evaluated. Wet milling can significantly alter the structure of the material through hydrolysis reaction even in ethanol media. For overcoming the drawbacks of wet milling, a dry milling-based processes are studied. High energy dry milling process allows a great reduction of the particle size, however milling times above 10 min produce agglomeration and accelerates the decrease of the photoluminescence feature. To solve these issues the low energy dry milling process proposed effectively reduces the particle size to d50=2.8 μm, and improves the homogeneity avoiding the amorphization in comparison with previous methods. The X-ray diffraction and scanning electron microscope characterization allow to infer that the large variations in PL (Photoluminescence) values by high energy milling process are a consequence mainly of the crystallite size reduction. The lesser variation in PL values by low energy milling proces is related to the coherent crystalline domain preservation and the unnoticeable amorphization. These results corroborate that the photoluminescence intensity and the persistent luminescence of the SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ powders depend extrinsically on the morphology of the particles such as particle size, grain size, surface damage and intrinsically on the crystallinity (crystallite size); being the intrinsically effects the ones that have a significant influence on the photoluminescent response. By combustion method, nanostructured SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ sheets with a thickness ≤1 μm have been obtained. The amount of fuel (urea) in the reaction has an important influence on the phase composition; urea contents larger than the stoichiometric one require the presence of an oxidant agent such as HNO3 to complete the reaction. A higher amount of urea (excess of urea: denoted m>1, being m=1 the stoichiometric composition) including an oxidizing agent produces SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ particles with persistent luminescence due to the effective chelation of the cations and the creation of suitable atmospheric conditions to reduce the Eu3+ to Eu2+. Therefore, optimizing the synthesis parameters in combustion synthesis by using a higher amount of urea and an internal oxidizing agent allows to complete the reaction. The amount of secondary phases can be significantly reduced and the photoluminescence response can be enhanced. This situation is attributed to a higher energy that improves the crystallinity of the powders. The powders obtained have a particle size c.a. 5-25 μm with a thickness ≤1 μm and require relatively low ignition temperatures (600oC). It is possible to reduce the particle size by a low energy dry milling but this process implies the decrease of the photoluminescent response. However, a post-thermal treatment in a reducing atmosphere allows the improvement of the properties due to the increment of crystallinity and the reduction of Eu3+ to Eu2+. Compared with the powder resulted from solid state method (commercial reference: average particle size, 20 μm and heterogeneous particle size distribution) the emission intensity of the powder prepared by combustion method achieve the values between 35% to 21% of the reference powder intensity. Moreover, the initial intensity of the decay curve is 20% of the intensity of the reference powder. Taking in account these results, it is necessary to explore other methods to synthesize the powders For that reason, an original synthetic route has been developed in this study: the molten salt assisted process to obtain highly crystalline SrAl2O4 powders with nanometric sized crystallites. The molten salt was composed of a mixture of NaCl and KCl using a 0.5:0.5 molar ratio (eutectic mixture hereafter abbreviated as (NaCl-KCl)e). The main advantages of salt addition is the increase of the reaction rate, the significant reduction of the synthesis temperature and the duration of the thermal treatment in comparison with classic solid state method. The SrAl2O4 formation is promoted due to the high mobility of the Sr2+ cations in the liquid medium. Different kinds of Al2O3 have been employed to evaluate the role of the size and the nature of this precursor on the kinetics of reaction, on the morphology and the final properties of the product. The SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ powders have pseudo-spherical morphology and particle size ≤0.5 μm when a sub-micron Al2O3 ( 0.5 μm Al2O3, 0.1 μm Al2O3 and γ-Al2O3) has been used. This can be attributed to a higher reactivity in the system and the dominance of dissolution-precipitation mechanism. However, the use of larger alumina (6 μm Al2O3) modifies the reaction pathway leading to a different reaction evolution. More specifically, the growth of SrAl2O4 sub-micron particles on the surface of hexagonal platelets of 6μm Al2O3 is promoted. The particles retain the shape of the original Al2O3 and this formation process can be attributed to a «core-shell» mechanism. The particles obtained exhibit different photoluminescent response as a function of the final morphology of the powder. Therefore, through this study, it has been elucidated the reaction mechanisms of SrAl2O4 formation assisted by (NaCl-KCl)e that are governed by the diffusion of SrCO3 and the reactivity of the alumina particles. Optimizing the Al2O3/SrO ratio of the SrAl2O4:Eu, Dy powders synthesized with 6 μm Al2O3 as a precursor, the secondary phases and the concentration of dopant needed can be reduced keeping the photoluminescent response of the synthesized powder. Compared with the commercial reference powder, up to 90% of the emission intensity of the reference powder has been achieved for the powder prepared by molten salt method using 6μm Al2O3 as alumina precursor. Concerning the initial intensity of the decay curve, 60% of the initial intensity of the reference powder has been obtained. Additionally, it is necessary to take into account that SrAl2O4 has two polymorphs: monoclinic symmetry that is stable at temperatures below 650oC and hexagonal symmetry that is stable above this temperature. Monoclinic phase shows luminescent properties. However, there is no clear agreement on the emission of the hexagonal structure. By molten salt, it is possible to stabilize the hexagonal phase of SrAl2O4 employing an excess of Al2O3 (Al2O3/SrO: 2) and γ-Al2O3 as a precursor. The existence of nanometric crystalline domains with lower size (≤20 nm) allows the stabilization of the hexagonal phase. Moreover, it has been evidenced that the hexagonal polymorph exhibits photoluminescent response. To sum up, the design of nanostructured SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ materials allows to obtain different morphologies and as consequence different photoluminescent responses. The reduction of temperature, duration of the thermal treatment and the precursors materials needed imply the decrease of the economic cost of the material. Therefore, the viability, suitability and scalability of the synthesis strategy developed in this work to process SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ are demonstrated.

Aplicación integral en construcción de materiales eco-eficientes con incorporación de cenizas de biomasa

El empleo de biomasa como combustible para la generación de bio-energía va en aumento en la actualidad, debido a su impacto medioambiental nulo en cuanto a las emisiones de CO2. Por lo tanto la generación de cenizas de biomasa, residuo de la producción de esta energía, constituye un problema medioambiental con un claro impacto social y económico. Este tipo de ceniza tiene contenidos en óxidos que la hacen atractiva para su empleo como sustituto parcial del cemento Portland, lo cual proporciona una salida eco-eficiente a este residuo, reduciendo al mismo tiempo la emisión de gases de efecto invernadero asociada a la fabricación del cemento. Esta investigación se centra en el desarrollo de nuevos e innovadores materiales base-cemento eco-eficientes que incorporan ceniza de biomasa para su aplicación integral en construcción. Para ello, se emplea una ceniza de biomasa (CB) procedente de un combustor de lecho fluidizado, cuya biomasa de combustión es principalmente restos de corteza de eucalipto, suministrada por el grupo ENCE-Navia (Asturias). El trabajo desarrollado en la presente tesis doctoral, tiene como primera fase la caracterización de esta ceniza y el análisis de viabilidad de su valorización en materiales base-cemento. Dentro de este análisis, se propone la activación de la ceniza CB mediante tratamiento hidrotermal (TH) en diferentes condiciones de medio activante, temperatura y tiempo de proceso, con el objetivo de favorecer la formación de fases hidratadas que potencien la valorización de la ceniza en el campo de los materiales de construcción. Como fase hidratada de interés se obtiene la fase tobermorita (Ca2.25(Si3O7.5(OH)1.5)(H2O)), precursora del gel C-S-H, responsable del desarrollo de resistencias mecánicas en los materiales base-cemento. El proceso de TH se optimiza para la síntesis más eficiente de esta fase. El estudio posterior de las propiedades mecánicas y micro-estructurales de pastas de cemento eco-eficientes que incorporan la ceniza CB y la ceniza tratada hidrotermalmente, CB-TH, confirma una mayor viabilidad de incorporación de la ceniza CB como sustituto parcial del cemento Portland. Como siguiente paso en el desarrollo de estos innovadores materiales base-cemento eco-eficientes se amplía el estudio multi-escalar de los materiales que incorporan CB mediante diferentes ensayos físico-mecánicos y de durabilidad. Los resultados indican que la presencia de la ceniza de biomasa no tiene efectos negativos sobre las propiedades físicas de los morteros eco-eficientes estudiados. Sin embargo, la adición de CB proporciona una mejor durabilidad del material al producir modificaciones de la microestructura que dificultan el transporte de agentes agresivos. Por otro lado, los morteros con un 10 y 20% de sustitución parcial de cemento por la ceniza de biomasa CB (CB-10 y CB-20) presentan una resistencia a compresión de 53.3 y 50.5 MPa a 28 días de curado, respectivamente. Estos morteros son comparables con un cemento Portland tradicional tipo CEM I de clase de resistencia 42.5 R. Por último, y con el fin de proporcionar la apertura de estos nuevos cementos eco-eficientes al mercado en el campo de los materiales de construcción, se estudian propiedades concretas relacionadas con diferentes tipos de aplicaciones. Concretamente se estudian en detalle las propiedades relativas a la aplicación en baldosas de mortero y los resultados indican unas prestaciones del material eco-eficiente con incorporación de CB similares o mejoradas con respecto al cemento Portland. Se analiza también la viabilidad de aplicación estructural de los cementos eco-eficientes desarrollados mediante el estudio de la adherencia al acero, que resulta similar a la del material de referencia. En cuanto a los resultados de extracción y caracterización de la fase acuosa de los poros, en todas las matrices eco-eficientes se obtiene un pH que garantiza la pasivación de la armadura. Sin embargo, el alto contenido en cloruros de dicha fase acuosa sugiere la conveniencia de realizar un análisis más detallado para la aplicación de los nuevos materiales eco-eficientes en hormigón armado. Se comprueba que todas las matrices que incorporan CB en porcentajes entre un 10 y un 90%, se pueden considerar adecuadas como nuevos materiales de construcción más eco-eficientes en aplicaciones con distintos niveles de exigencias mecánicas y sin problemas ambientales asociados con procesos de lixiviación. Con el presente trabajo de investigación se completan los objetivos iniciales de la tesis, con la obtención de nuevos e innovadores materiales base-cemento eco-eficientes que incorporan cenizas de biomasa (CB) con aplicación integral en el campo de la construcción. ABSTRACT The use of biomass as a fuel for the generation of bio-energy is increasing nowadays, due to its zero environmental impact in terms of CO2 emissions. Therefore the generation of biomass ash, a by-product of this energy, is an environmental problem with a clear social and economic impact. This type of ash contains oxides that make it attractive to be used as a partial replacement of Portland cement, providing an eco-efficient solution to this residue, while reducing the emission of greenhouse gases associated with the production of cement. The present research is focused on the development of new and innovative eco-efficient cement-based materials that incorporate biomass ash for their comprehensive application in construction. For this purpose a biomass ash (CB) is used from a fluidized bed forest combustor mainly fed with the bark of eucalyptus trees, provided by the ENCE-Navia (Asturias) group. The work includes in the first stage the characterization of the raw materials and the analysis of viability of their valorization in cement-based materials. Within this analysis, the activation of the ash is proposed by hydrothermal treatment (HT) in different conditions of activation medium, temperature and process duration, aiming an enhanced formation of hydrated phases to improve the ash valorization in the construction materials field. As an interesting hydrated phase, the tobermorite (Ca2.25(Si3O7.5(OH)1.5)(H2O)) is obtained from the process. This phase is considered as a precursor of the gel C-S-H, responsible for the development of mechanical strength in cement-based materials. HT process is optimized for the most efficient synthesis of tobermorite. The analysis of mechanical and microstructural properties of eco-efficient cement pastes incorporating CB ash and hydrothermally treated ash, CB-TH, confirms an improved viability of incorporation of CB ash as a partial replacement for Portland cement in the case. As a next step in the development of these innovative eco-efficient cement-based materials, a multiscale study of the materials that incorporate CB by different physical-mechanical and durability tests is carried out. The results indicate that the presence of biomass ash does not give rise to negative effects on the physical properties of the eco-efficient mortars analyzed. Nevertheless, the addition of CB produces a better durability performance due to microstructural modifications that hinder the transport of aggressive agents through the material. Moreover, mortars with a 10% and 20% of partial substitution of cement by the CB biomass ash (CB-10 and CB-20) show a compressive resistance of 53.3 and 50.5 MPa at 28 days of curing, respectively. These mortars are comparable to an ordinary Portland cement type CEM I with a resistance class of 42.5R. Finally, and in order to provide the opening of these new eco-efficient cement to the market in the field of construction materials, certain properties specifically related to different types of applications are studied. Among these, the properties concerning the application in mortar tiles are analyzed and the results indicate a similar, or even better performance of the eco-efficient mortar that incorporates CB, with respect to Portland cement. The viability of structural application of the developed eco-efficient cement is also performed considering the study of the adhesion to steel, with results similar to those of the reference material. Regarding the results of extraction and analysis of the aqueous phase of the pores, a pH value guaranteeing reinforcement passivation is obtained for all the eco-efficient matrices. However, high chloride content is obtained suggesting the suitability of a more detailed study to evaluate the application of these new eco-efficient materials in reinforced concrete. It is established that all the matrices incorporating CB in percentages between 10 and 90% may be considered adequate as new more eco-efficient construction materials in applications with different levels of mechanical demand and without environmental problems associated to leaching processes. In this research the initial objectives of the thesis are fulfilled by obtaining new and innovative eco-efficient cement-based materials that incorporate biomass ashes (CB) with comprehensive application in the construction field.

O cuidado no espaço de intermedicalidade em uma aldeia indígena

O objetivo deste estudo foi interpretar a realidade social e política, na qual se estabelece o cuidado intercultural vivenciado por indivíduos na zona de intermedicalidade de uma aldeia, partindo da perspectiva dos usuários indígenas e dos profissionais de saúde ameríndios e não-indígenas. As bases teóricas que ancoraram a coleta e análise interpretativa dos dados incluíram: a Etnografia, Antropologia Interpretativa, Modelos explanatórios e abordagem cultural safety. Mediante aprovação do Comitê Nacional de Ética em Pesquisa, procedeu-se trabalho de campo na Terra Indígena Buriti, localizada nos munícipios Sidrolândia e Dois Irmãos do Buriti, Mato Grosso do Sul, Brasil. Realizou-se observação participante nas unidades de saúde e no cotidiano das famílias nas aldeias, bem como no Pólo de Sidrolândia. Realizaram-se entrevistas semiestruturadas com 16 indígenas usuários do serviço, 12 profissionais de saúde terenas e seis trabalhadores de saúde não-indígenas. A análise dos dados, simultânea à coleta, ocorreu na perspectiva da Hermenêutica Dialética por meio da análise temática. Os preceitos éticos foram seguidos. Neste estudo, identificaram-se dois temas: 1) \"Doença é pior que a morte: explicações sobre o processo de adoecimento\" retrata como o processo saúde-doença é interpretado pelos participantes. Saúde, para os terenas, é um aspecto primordial na vida deles. O processo de adoecer envolve a perda e/ou a redução da disposição física, psíquica e espiritual para desenvolver atividades cotidianas. Espiritualidade, higiene, alimentação e a questão da posse de terra impactam o processo de adoecimento terena. 2) \"A intermedicalidade do sistema de cuidado em saúde terena\" que retrata os significados atribuídos pelos participantes à coexistência e intercomunicações (intermedicalidade) entre as formas de cuidados em saúde terena: medicina terena, espiritualidade, modo de vida e o serviço oficial de atenção à saúde (sistema Pólo/Posto). O sistema de cuidado dos terenas revela o processo de indigenização dos serviços de saúde. A medicina terena é entendida sob dois âmbitos: um centralizado no conhecimento tradicional indígena, que inclui uso de ervas, atividades de parteiras e de \"puxadores de pernas\"; e outro nos aspectos místicos e sobrenaturais para sua execução: rezas e prática da pajelança, com destaque para redução do número de pajés. A espiritualidade como opção terapêutica é representada pela fé do terena em Deus, concretizada pela oração. O modo de vida do terena engloba principalmente dois aspectos: centralidade na família e o cuidado com higiene individual e ambiental. O sistema Polo/Posto é procurado pelo terena conforme a cartela de serviços ofertada pelas unidades e segundo suas necessidades peculiares, os casos que o terena \"não consegue resolver\". Neste âmbito de cuidado, há a produção de encontros do cuidado pautados pelo vínculo, confiança, diálogo e agir dos profissionais culturalmente sensível. Há, também, desencontros do cuidado favorecidos por prioridades estabelecidas em metas, atendimento queixa-conduta e precária infraestrutura. Observou-se um processo maciço do uso de medicação. Os aspectos identificados nos relatos dos participantes sobre o sistema de cuidado terena são atravessados pela historicidade do povo terena, questão da posse de terra, medicalização da sociedade, higienismo, integração entre corpo, cosmos e terra, espiritualidade com diversidade religiosa, cultura terena centrada na família, atividades programáticas de saúde na atenção básica, biomedicina, transporte precário e baixa resolutividade. Diabetes e hipertensão arterial foram as doenças registradas pelo Pólo e significadas pelos participantes como as principais enfermidades da população. Há a coexistência de medicinas híbridas em todos âmbitos de cuidado em saúde terena. É importante que a intermedicalidade ocorra nos espaços do sistema Pólo/Posto sem sobreposição do saber médico e/ou da lógica institucional à sabedoria terena

Medidas de dispersão de gás em células mecânicas industriais e seus condicionantes.

A qualidade da dispersão de gás em células de flotação é comumente caracterizada através de parâmetros como velocidade superficial do gás (Jg), hold-up do gás (?g), distribuição de tamanho de bolha (db ou D3,2) e fluxo de superfície de bolha (Sb). Sendo um processo de separação de minerais que é dependente da interação (colisão + adesão) entre partículas hidrofóbicas e bolhas de ar, a flotação tem seu desempenho dependente de uma dispersão de gás apropriada na polpa de minério. Desta forma, este trabalho objetivou caracterizar o estado da dispersão de gás de duas células em um banco composto por quatro células Wemco de 42,5 m³ (subaeradas), operando em série na usina da Vale Fertilizantes (Cajati-SP). Realizaram-se três campanhas de medidas que foram conduzidas sob diferentes condições operacionais: a) Diâmetro do rotor (D) de 1,09 m e rotação (N) entre 145 RPM e 175 RPM; b) D = 0,99 m e N entre 110 RPM e 190 RPM; c) D = 0,99 m e N de 120 RPM e de 130 RPM. Observaram-se os seguintes valores de dispersão de gás: 0,7 <= Jg <= 5,4 cm/s, 7 <= ?g <= 15%, 1,6 <= D3,2 <= 2,4 mm e Sb na faixa de 24 a 162 s-1. A magnitude de Jg medida na 1ª e 2ª campanhas mostrou-se acima dos valores reportados pela literatura, indicando necessidade de modificação de condições operacionais dos equipamentos, assim como cuidadosa manutenção. Posteriormente, a 3ª campanha indicou maior conformidade dos parâmetros de dispersão de gás em relação à literatura, constatando-se uma considerável melhora de desempenho do processo de flotação.

Geologia e petrografia da área Potiraguá, Bahia, Brasil

A área de Potiraguá, no sul do Estado da Bahia, é constituída geologicamente por rochas metamórficas pré-cambrianas de pelo menos três idades diferentes. Os granulitos da parte oriental, representados localmente por associações ácidas e intermediárias (enderbitos), são orientados segundo N-NE, com fortes mergulhos para W. Essas rochas têm idades superiores a 2,5 bilhões de anos. Aos granulitos parecem associados migmatitos e gnaisses que ocorrem em torno de Potiraguá. Na parte ocidental, quartzitos, quartzo-muscovita-xistos e gnaisses cataclásticos formam uma seqüência mais nova, que foi correlacionada às rochas do embasamento sul do Grupo Rio Pardo, datadas do Pré-Cambriano Superior. Ao sul da área, rochas carbonáticas fracamente metamórficas foram assumidas do Grupo Rio Pardo, cujo metamorfismo ocorreu a 470 milhões de anos. Anortositos formam um maciço alongado de direção N-S, encaixado em rochas granulíticas. São compostos principalmente de andesina-labradorita, augita, hiperstênio e olivina, apresentando todas as características dos anortositos que formam intrusões independentes em terrenos pré-cambrianos de diversas partes do mundo. Não foram encontradas evidências que pudessem relacionar os anortositos às rochas da série charnoquítica (granulitos). Três maciços alcalinos foram delimitados, alinhando-se na direção N-NW. A idade das rochas alcalinas de Potiraguá foi determinada, sendo da ordem de 765 milhões de anos, bastante mais antiga em relação as outras províncias alcalinas brasileiras. Petrograficamente, foram determinadas rochas da família dos nefelina-sienitos, com tipos de transição para os litchfielditos. Em muitos casos, sodalita substitui completamente a nefelina, formando os sodalita-sienitos. Pertita constituída de microclina e albita, nefelina, cancrinita, biotita, anfibólio e sodalita são os minerais mais difundidos nas rochas da área, enquanto esfeno é, sem dúvida, o mais importante dos minerais acessórios. As determinações químicas mostraram que são rochas pobres em sílica, cálcio e magnésio e ricas em sódio e potássio, tendo um caráter atlântico forte. Alguns diagramas de variação apontaram resultados em grande parte concordantes com uma origem a partir da cristalização de um magma basáltico, não existindo, entretanto, qualquer outra prova de que este tenha sido o processo genético envolvido. Sienitos e quartzo-sienitos ocorrem próximos às rochas alcalinas, havendo notável concordância estrutural entre os quartzo-sienitos da Serra das Araras e os nefelina-sienitos, tendo sido sugerido um relacionamento genético.

Correntes naturais em obras de engenharia civil (barragens)

No presente trabalho são apresentados os resultados da Aplicação do Método do Potencial Espontâneo, no estudo do vazamento de água em barragens. Os vazamentos de água em barragens podem ocorrer através do maciço e através do substrato. São qui descritas as diversas partes do maciço e as estruturas do substrato por onde ocorrem esses vazamentos, sendo também fornecidas as litologias dos substratos, salientando-se aquelas que podem originar maior permeabilidade. Alguns exemplos típicos de vazamentos, tanto através do maciço, como através do substrato, são fornecidos para casos brasileiros, tão bem como para alguns estrangeiros. O método do Potencial Espontâneo, só recentemente começou a ter aplicações em obras de Engenharia Civil. Suas primeiras aplicações em barragens começaram com Ogilvy e outros (1969) que desenvolveram estudos de laboratório, e de campo em reservatórios do Trans-Cáucaso e da Ásia Central. Antes disso, o método já era largamente utilizado em prospecção mineira, tendo-se desenvolvido por C. Schlumberger, quando estudava a pirita de Saint Bell, na França, em 1913. Para a execução dos trabalhos em laboratório, baseamo-nos na Lei de Darcy, nos estudos de C. Schlumberger sobre o método do Potencial Espontâneo, e nos trabalhos de Ogilvy e outros (1969, 70, 72). Segundo Ogilvy e outros (1969), \"experiências de laboratório são executadas em vista de que os vazamentos de reservatórios são caracterizados por anomalias de correntes naturais. Quanto maior é a descarga de filtração, tanto mais alta são as anomalias. Como resultado, a relação que governa a diferença de potencial e a composição granulométrica da areia, concentrações eletrolíticas e outros fatores foram revelados\". São apresentados gráficos e tabelas como conclusões dos trabalhos de laboratório. O método do Potencial Espontâneo foi empregado no estudo dos vazamentos de água da Barragem de Saracuruna (RJ) e da Barragem do Rio Juqueri, ) Sistema Cantareira, da COMASP (SP). São apresentados trabalhos anteriores sobre a localização, tipo de barragem, locais de vazamento, defeitos de construção, geologia local e características geométricas das barragens mencionadas, bem como são feitas comparações com outras metodologias empregadas no estudo dos mesmos vazamentos, chegando-se a uma boa correlação, entre este método e aqueles. Como conclusões dos trabalhos de campo realizados são fornecidos nove perfis levantados na Barragem de Saracuruna e os mapas de isoanomalias das duas barragens, onde aparecem as zonas de maior permeabilidade.

Contribuição ao estudo de instabilidade em túneis não revestidos da estrada de ferro Vitória-Minas através da teoria dos blocos-chave e caracterização da rocha através de ensaios laboratoriais e de campo.

No país existem inúmeras estruturas e obras civis que estão em operação a dezenas de anos e necessitam de monitoramento periódico devido a sua importância. Por este motivo, a dissertação apresenta um caso de um túnel antigo com problema de queda de bloco e visa instigar novas pesquisas e aumentar o conhecimento sobre o tema. Foram realizadas inspeções em campo em alguns túneis não revestidos da Estrada de Ferro Vitória-Minas (EFVM), bem como os ensaios em laboratório e in situ realizados nas amostras e no maciço rochoso para caracterizar o problema. Para o estudo foi escolhido o túnel Monte Seco Linha 1 e Linha 2 nos quais foram realizadas sondagens rotativas inclinadas e orientadas próximas ao eixo para investigação dos planos de descontinuidade. Os conceitos da Teoria dos Blocos-Chave foram aplicados às famílias de descontinuidades encontradas nos Túneis Monte Seco L1 e L2 para identificar os possíveis blocos instáveis formados pelas escavações. Para obtenção dos parâmetros geotécnicos de resistência e deformabilidade foram realizados ensaios de compressão uniaxial instrumentados com strain gages. A resistência a tração foi obtida através de Ensaio de Compressão Diametral (ECD). No ensaio de campo foi utilizado o Martelo de Schmidt para avaliação da rocha in situ. Através da análise dos dados foi possível distinguir setores cuja ocorrência de queda de blocos são maiores e a classe do maciço rochoso de acordo com a proposta de Bieniawski.

Maciços alcalinos do Itatiaia e de Passa Quatro (sudeste do Brasil): contribuição à Geologia e Petrologia

Neste trabalho são apresentados os resultados de estudo geológico-petrográfico da província alcalina Itatiaia-Passa Quatro, localizada na Serra da Mantiqueira, nos limites dos Estados de Minas Gerais, Rio de Janeiro e São Paulo. Esta região já foi mencionada como exemplo de uma das maiores ocorrências de rochas sieníticas, com área de aproximadamente 1.300 km2, conforme estimativa de Lamego 45. De acordo com os dados do mapa geológico elaborado durante as nossas pesquisas a área de rochas alcalinas é estimada em 330 km2, correspondendo a menos da metade da extensão do maciço alcalino de Poços de Caldas, Minas Gerais. Do total desta área, o maciço do Itatiaia compreende 220 km2 e o Passa Quatro 110 km2. Ambos os corpos de rochas alcalinas são de contorno elíptico, sendo que o do Itatiaia tem seu maior eixo, com 31 km, na direção NW-SE e o menor, com 12 km, na direção NE-SW. O maciço de Passa Quatro possui o maior eixo na direção NE-SW e o menor na direção NW-SE, respectivamente com 17 e com 8 km de extensão. O complexo alcalino do Itatiaia é formado de sienitos, foiaítos, quartzo-sienitos e brechas. A existência dos diferentes tipos petrográficos é mais uma consequência da distribuição dos minerais em proporções variáveis, bem como de modificações na textura, do que das diferenças mineralógicas. Principalmente na área do planalto, onde afloram os quartzo-sienitos, há uma transição gradual de rochas saturadas e supersaturadas. Assim é que os teores de quartzo aumentam gradativamente de 2% nos quartzo sienitos em contato com as brechas, a mais de 5% nos nordmarkitos, e atingem o máximo de 27,5% no granito alcalino que aflora na parte central do maciço. Os quartzo-sienitos que afloram mais ou menos na região central do maciço alcalino, devem representar a fase final da diferenciação magmática. A textura granofirítica, frequente nos quartzo-sienitos e no granito alcalino do Itatiaia, ) sugerem cristalização final em cúpula de sistema fechado. O contato das rochas sieníticas, na maior parte da área, é com gnaisses pré-cambrianos, com orientação predominante N-NE, mergulhando para o sul. A sudeste, o maciço do Itatiaia está em contato pouco nítido com sedimentos clásticos pertencentes à bacia terciária (?) de Resende e com talus mais recentes que possivelmente recobrem rochas do embasamento cristalino. As brechas magmáticas do Itatiaia mostram variações quanto à natureza, forma e dimensões dos fragmentos, quanto à relação quantitativa matriz-fragmentos e consequentemente quanto à cor. Além das brechas magmáticas, em algumas zonas ocorrem brechas monolitológicas de origem tectônica. Para a gênese das rochas alcalinas é admitida uma provável diferenciação a partir do magma basáltico, responsável pela grande atividade vulcânica do Mesozóico, que se estendeu sobre enorme área ao sul do continente. Por outro lado, é também ressaltada a importância do ambiente tectônico nestes eventos. Os halos pleocróicos evidenciados em cristais de biotita de alguns dos sienitos e foiaítos do Itatiaia, possivelmente se originaram em biotita primariamente ligada ao magma alcalino. Na província alcalina Itatiaia-Passa Quatro há ocorrências de bauxito, algumas das quais já em exploração como fonte de matéria prima para a produção de sulfato de alumínio.

Geologia da região do Itatiaia (Sudeste do Brasil): morfologia e tectônica

No presente trabalho apresentamos o resultado das pesquisas geológicas efetuadas na província alcalina do Itatiaia. Decorridos 25 anos após o trabalho de LAMEGO (23) houve considerável avanço no conhecimento dos maciços alcalinos; a melhoria nas condições de acesso ao corpo intrusivo possibilitou-nos a coleta de novas informações sobre aquela região. Dada a grande extensão da área, o relevo acentuado e a floresta densa, o nosso trabalho constou da elaboração de um mapa geológico na escala 1:50.000 e coleta de dados estruturais e morfológicos de natureza geral, sem a possibilidade de nos aprofundarmos nos detalhes. Do ponto de vista da geologia regional, foram tiradas algumas conclusões interessantes: a) As rochas alcalinas não ocorrem além das imediações da cidade de Passa Quatro, contrariamente ao que se imaginava. b) Não foi confirmada a existência de rochas alcalinas na serra da Bocaina, mencionadas por DERBY (11). c) As rochas alcalinas, dadas por LAMEGO (23) como um corpo único, na realidade formam 2 corpos distintos: maciço de Passa Quatro e maciço do Itatiaia, conforme indicação de AB’SABER e BERNARDES (1). d) A área de 1450 km2 assinalada por LAMEGO (23) para as intrusivas, ficou reduzida a menos da quarta parte, ou seja, 330 km2. Na fase preliminar dos trabalhos de campo, fizemos algumas observações macroscópicas das rochas mais representativas da província alcalina: gnaisses do embasamento, rochas intrusivas dos corpos alcalinos (Itatiaia, Passa Quatro e Morro Redondo) e sedimentos clássicos senozóicos da Bacia de Resende do Rio Paraíba. O maciço do Itatiaia foi o objeto principal das nossa pesquisas, e a ele dedicamos a maior parte da intrusão, foram anotados importantes elementos morfológicos e climáticos, bem como aquele ligados aos fenômenos do processo intrusivo: diques, xenólitos, etc. Dentre os tipos litológicos) mapeados, a brecha magmática de conduto mereceu d observações mais pormenorizadas. São 10 km2 de rochas alcalinas de granulação fina, apresentando concentrações locais de fragmentos de rochas alcalinas trituradas. Parece-nos que está ligada à fase final da consolidação do maciço e ao provável abatimento do topo da intrusão. As grandes estruturas do relevo, principalmente na zona do planalto, refletem a influência de falhamentos e de intenso diaclasamento. Cristas, estruturas arqueadas e vales tectônicos condicionam as formas do relevo e o comportamento da drenagem. No estudo da tectônica regional do sudeste brasileiro, procuramos discutir as ideias de CLOOS e ARGAND, que postulam um determinismo estrutural do escudo pré-cambriano sobre as feições mais modernas. Os levantamentos epirogenéticos são dados como causadores de derrames basálticos e da evolução do magma alcalino. Mesmo os falhamentos cretáceo-terciários, que deram origem ao vale do Paraíba e afetarm as rochas alcalinas, talvez estejam solidários com as linhas de fraqueza do pré-cambriano. A intrusão magmática do Itatiaia, considerada como jura-cretácea, certamente ganhou o seu espaço através do deslocamento do seu teto através de falhas verticais do escudo cristalino. No seu resfriamento diferenciou-se uma fração rica em sílica, dando origem ao quartzo-sienito que hoje ocupa a parte central do corpo do maciço. A área rebaixada do planalto e a grande estrutura anelar foram por nós interpretadas como consequência de uma fase de colapso, ligada talvez à intrusão da brecha magmática; porém, não foi assinalada a ocorrência dos diques anelares que habitualmente se associam aos fenômenos de abatimento. Falhamentos pós-intrusivos ressaltaram morfologicamente as rochas alcalinas, afetando a área do planalto e o flanco sul da intrusão, propiciando a formação de espesso depósito de tálus dentro do Vale do Paraíba. O problema das formas do relevo do planalto, para muitos, tomadas como evidências de fenômenos glaciais de altitude durante o Pleistoceno, foi por nós discutido nos seus pontos essenciais. Os fatores climáticos foram considerados de importância secundária, pois os elementos tectônicos são os responsáveis pelos aspectos principais da morfologia.

Resistência ao cisalhamento de contactos solo-rocha

Nos estudos referentes à estabilidade de maciços rochosos, é de capital importância a identificação dos planos de fraqueza do maciço rochoso. Estes planos de fraques condicionam a estabilidade do maciço, tanto mais quanto mais adversa a posição dos mesmos com relação ás tensões cisalhantes atuantes. De modo geral, os planos de fraqueza consistem de camadas e intercalações de rocha fraca ou alterada, ou de fraturas e outras descontinuidades as quais são frequentemente preenchidas por solo. Quando uma intercalação de solo, argilito, folhelho, etc, apresenta-se em intercalação a camadas de rochas duras, (ou mesmo de preenchimentos alterados de fraturas e falhas) tem sido prática comum adotar a resistência ao cisalhamento do material de preenchimento como sendo o valor mais baixo da resistência da descontinuidade. Entretanto, conforme foi sugerido por Patton (1968), existe a hipótese de que a prática acima não seja válida, e que a resistência ao cisalhamento do contacto seja inferior à obtida para o solo de preenchimento propriamente dito. O objetivo desta investigação é o de iniciar o estudo da resistência ao cisalhamento de contactos solo-rocha, e de compara essa resistência às do solo e da rocha obtidas separadamente

Contribuição à geologia do macico alcalino de Poços de Caldas

O presente trabalho apresenta um estudo da geologia do maciço alcalino de Poços de Caldas. Pela sua área, que é da ordem de 800 quilômetros quadrados, é considerado um dos maiores complexos formados exclusivamente por rochas nefelínicas. Possui forma elíptica, com 35 Km no sentido NE-SW e 30 Km no sentido NW-SE, e ainda, um "stock" de foiaíto com cerca de 10 quilômetros quadrados. À W limita-se com a bacia sedimentar do Paraná e à E com os contrafortes da serra da Mantiqueira. O maciço está encaixado entre o granito e gnaisse, que nos quadrantes SE e, em menor escala, no quadrante NW, foi afetado metassomaticamente pelo processo de fenitização, principalmente ao longo da direção de xistosidade. No quadrante NW, o fenito é de cor cinza esverdeada e no quadrante SE sua cor é vermelha. O maciço é constituído principalmente por rochas nefelínicas, tinguaítos e foiaítos, mas possui em seu interior rochas anteriores à intrusão alcalina. São sedimentos e rochas vulcânicas formadas por tufos, brechas, aglomerados e lavas ankaratríticas. Os sedimentos acompanham o contato com o gnaisse e afloram em maior extensão nas áreas W e S do complexo. A base do pacote sedimentar consta de camadas argilo-arenosas, com estratificação horizontal e o topo é formado por arenitos com estratificação cruzada. Acham-se perturbados e mergulham, no geral, para o interior do maciço. Sobre os sedimentos foram depositados brechas, tufos e lavas, que formam uma faixa contínua no bordo N-W. Nas brechas predominam fragmentos de sedimentos, gnaisse, diabásio e lavas. O cimento é rico em quartzo detrítico arredondado. Na diagênese, a ação de soluções hidrotermais é evidenciada pelo aparecimento de biotita autígena em um feltro de microcristais de aegerina e apatita. No cimento, a calcita secundária é muito comum, chegando a substituir parcial ou totalmente o quartzo. As lavas ankaratríticas, quase sempre em espessos derrames, formam freqüentemente aglomerados. Vestígios de rochas vulcânicas são encontrados em quase todo o bordo interno, indicando que a atividade vulcânica abrangeu grande área. Após essa atividade vulcânica formaram-se fonolitos, tinguaítos e foiaítos, com freqüentes passagens de um tipo de rocha a outro. Os tinguaítos constituem a maior área do complexo e apresentam grande uniformidade. Em algumas áreas, principalmente nas proximidades de Cascata, afloram variedades com pseudoleucita e analcita. Os foiaítos são intrusivos no tinguaíto, mas a "mise-en-place" provavelmente deu-se contemporaneamente, sugerida pela passagem, não raro gradual de uma rocha a outra. Além dos vários tipos de foiaítos, equigranulares e traquitóides, afloram em pequena extensão lujaurito e chibinito. Para o mecanismo da intrusão, é admitido o levantamento de blocos do embasamento cristalino, que precedeu a atividade vulcânica. Durante ou após a atividade vulcânica, deu-se o abatimento da parte central com formação de fendas radiais e circulares, que permitiram a subida do magma. A existência, mesmo no atual estágio de erosão, de pequenas áreas de material vulcânico perturbado pela intrusão, indica que o abatimento não foi total, tendo parte do teto servido de encaixante para a formação dos tinguaítos e diferenciação de foiaítos. Na periferia formou-se o grande dique anelar de tinguaíto, com mergulhos verticais ou quase verticais, de espessura variável, formando um anel quase completo. A dedução da forma geométrica da intrusão de tinguaítos da parte central do maciço é dificultada pela grande homogeneidade mineral e textural das rochas. O abatimento iniciou-se no centro, onde a intensidade deste fenômeno deu-se em maior escala, sendo anterior à formação do dique anelar. Evidenciando este fato, observamos no interior do dique numerosos xenólitos de rochas do interior do maciço. Finalizando os eventos magmáticos na região, deu-se a intrusão dos foiaítos sob a forma de diques menores cortando o grande dique anelar. A sequência das intrusões parece ser do centro para a periferia, contrariando a observada na maioria das intrusões alcalinas. O planalto é formado de duas áreas geomorfologicamente distintas: a maior, com drenagem anelar e a menor, com relevo entre juventude e maturidade, na qual predomina a drenagem radial. É provável que parte do sistema de drenagem obedeça às direções principais de diaclases. Após a atividade do magma alcalino, ocorreram falhamentos em grande área, das quais o principal formou o "graben" E-W que tangencia o bordo sul do complexo. Os recursos minerais são representados por jazidas de bauxita e de minerais zirconíferos como zircão, caldasita, badeleyta, nos quais há teores variáveis de urânio, e os depósitos de tório são formados a partir de fenômenos ligados a processos hidrotermais, que destruíram os minerais primários e possibilitaram a posterior precipitação em fendas.

Carbonatito de Jacupiranga, Estado de São Paulo

O distrito magmático alcalino de Jacupiranga constitui a ocorrência brasileira clássica de rochas alcalinas e ultrabásicas. Mencionado pela primeira vez por Bauer (1877) como jazida de minério de ferro, tornou-se conhecido através da descrição de Derby (1891), que propôs o termo jacupiranguito para as rochas alcalinas piroxeníticas aí correntes. Na mesma época, Hussak (1892, 1895, 1904) publicou descrições de minerais associados ao minério de ferro. Numerosas referências a Jacupiranga são encontradas na literatura especializada e de acordo com as preferências dos diversos autores e as tendências de cada época, o distrito foi citado como exemplo das mais variadas teorias petrogenéticas, principalmente da hipótese de Daly e Shand. Entretanto, a região nunca foi objeto de investigação realmente minuciosa. Por várias razões justifica-se um enxame e a descrição detalhada do carbonatito de Jacupiranga. Sob ponto de vista petrológico, as concepções sobre a gênese de rochas carbonáticas associadas a alcalinas evoluíram consideravelmente nos últimos anos. Numerosos estudos tendem a demonstrar o caráter magmático desses carbonatos, porém muitas de suas feições ainda permanecem sem explicação satisfatória. A descrição da localidade em questão visa contribuir para o acúmulo de observações necessárias à elaboração de hipóteses petrogenéticas, embora o estudo atual de nossos conhecimentos sobre a evolução dos magmas alcalinos ainda não permite a formulação de interpretações definitivas. Sob o ponto de vista industrial e econômico, um levantamento exato do carbonatito e dos minerais a ele associados é essencial. A interpretação correta da origem dos fosfatos residuais permite sua pesquisa e lavra racionais. Além disso, ocorre vultuosa reserva de carbonato de cálcio, fosfatos, óxidos de ferro e de titânio. O aproveitamento dessas matérias primas depende de sua caracterização geológica e mineralógica, tanto para a comprovação ) de toneladas exploráveis, como para o desenvolvimento de processos tecnológicos de concentração. No presente trabalho são apresentadas, as observações que pareceram de maior interesse geológico e econômico. Durante vários anos o autor teve oportunidade de realizar numerosas visitas à jazida de Jacupiranga e acompanhar o seu desenvolvimento. Recentemente, a lavra do minério residual e eluvial permitiu observações mais detalhadas do calcário não meteorizado, revelando sua extensão e riqueza em apatita. Pareceu então justificado sugerir à SERRANA SOCIEDADE ANÔNIMA DE MINERAÇÃO, concessionária do depósito, uma pesquisa preliminar da massa de carbonatito. Esse trabalho vem sendo executado de acordo com as recomendações do autor e consta de um levantamento a prancheta em escala 1:500 com intervalo de 1 metro entre curvas de níquel, coleta de aproximadamente 400 amostras na superfície do carbonatito, abertura de galerias de pesquisa e sondagens. Muitas centenas de análises químicas permitem a determinação exata dos teores dos principais elementos constituintes. Para os estudos mineralógicos foi examinada uma centena de lâminas delgadas e o resíduo insolúvel de 200 amostras de calcário. A granulação e a textura da rocha foi observada em algumas dezenas de amostras coloridas diferencialmente. Numerosos ensaios de cominuição, determinação dos teores nas frações granulométricas, de separação magnética e por líquidos pesados foram ainda realizados para a obtenção de elementos necessários aos estudos sobre processos de concentração industrial de apatita. Embora a pesquisa ainda não esteja concluída, seus resultados parciais são promissores. Verificou-se a existência de concentrações de apatita com dimensões de muitas dezenas de metros e teores acima de 15% de fosfato. Comprovou-se ainda grande tonelagem de calcário praticamente isento de sílica, com teor de magnésia inferior a 1.5%. Simultaneamente, as informações obtidas através dessa pesquisa permitem a caracterização da constituição química e litológica do carbonatito com precisão provavelmente superior à de qualquer ocorrência congênere.

Geologia e petrologia da ilha de São Sebastião (Estado de São Paulo)

A ilha de São Sebastião consta principalmente de rochas alcalinas que formam um maciço de 300 km2 aproximadamente, constituindo o terceiro em área no Brasil. Apresenta-se em um "stock" alongado segundo NE-SW, encaixado em estruturas de gnais. As formações geológicas encontradas consistem em 1 - Granitos e Gnais (ARQUEANO), 2 - Eruptivas básicas (RÉTICO), 3 - Eruptivas alcalinas (JURÁSSICO) e 4 - Depósitos recentes (HOLOCENO). O método de estudo empregado foi o petrográfico e a coluna geológica estabelecida em base de dados petrográficos, tectônicos e fisiográficos. O arqueano é determinado por definição dos seus tipos petrográficos (1- gnais facoidal, 2- oligoclásio-gnais, 3- hornblenda-gnais, 4- biotita-gnais e 5- microlina-granito) idênticos aos concorrentes no considerado arqueano do Brasil meridional. O triássico (rético) é conferido às rochas básicas (diabásios e basaltos) pela sua semelhança tectônica e petrográfica com as congêneres que cortam de maneira semelhante o arqueano no continente. A "mise-en-place" das eruptivas alcalinas (1- Nordmarkito, 2- Biotita-pulaskito, 3- Pulaskito, 4- Nefelina-sienito, 5- Foiaito, 6- Essexito-foiaito, 7- Essexito e 8- Teralito) pode ser considerada jurássica devido suas relações com as eruptivas básicas referidas réticas, pois na praia do Bonete (foto 14) observa-se um dique de nordmarkito cortando outro de diabásio. As eruptivas quartzo-dioríticas (quartzo-microdiorito e quartzo-andesito) cortam as alcalinas no cume do Zabumba, indicando sua idade mais moderna que estas. Além deste fato, preenchem linhas de fraturas tectônicas recentes, como as falhas ao longo do canal de São Sebastião, indicando que a topografia deveria ser a mesma que a atual para permitir rios efusivos ao nível do canal ou que pelo menos toda a zona de extrusão estivesse, como hoje está, em superfície. Os depósitos aluviais marinhos e continentais são considerados recentes, (holocênicos) pelo favor da topografia onde se dispõe, ocupando o fundo os vales e os bordos do atual modelado costeiro, idade esta conferida em base fisiográfica. A tectônica que afetou a ilha de São Sebastião participa da que atuou em todo o litoral meridional brasileiro. Pode-se distinguir duas fases distintas: na primeira ocorreram as erupções básicas e as alcalinas subsidiárias e na segunda deram-se os falhamentos escalonados em blocos basculados para NW, com as fraturas de tensão preenchidas pelas eruptivas quartzo-dioríticas. Toda a atividade tectônica foi regulada pela direção NE-SW privilegiada da estrutura do arqueano, correspondente a antigos eixos dos dobramentos laurencianos e huronianos. A geomorfologia da ilha consta de uma antiga superfície de erosão rematada até a senilidade, - o peneplano cretáceo, hoje reduzida às cristas culminares do maciço alcalino e às satélites das estruturas gnáissicas, desnivelada pelo falhamento em blocos e ligeiramente adernada para NW devido ao basculamento. Ao lado desta topografia vestigial existe o modelado atual da ilha caracterizado por uma juventude do estágio evolutivo. Esta escultura foi inaugurada com os últimos levantamentos epirogênicos que ascenderam as eruptivas alcalinas plutônicas a mais de 1.300 m sobre o nível do mar. O modelado costeiro apresenta uma costa típica de submergência com esculturas em rias, no estágio da juventude. A presença de terraceamentos marinhos de abrasão, atualmente elevados cerca de 20 a 30 m, lembra as oscilações epirogênicas ou eustáticas do litoral.

Caracterização tecnológica de minérios auríferos por análise automatizada de imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura.

O ouro, assim como outros bens minerais, é uma commodity, ou seja, um produto não diferenciado, com preço determinado pelo mercado internacional, sem a interferência de seus produtores. Diante desse cenário, associado à exaustão dos depósitos minerais de maiores teores, as mineradoras vêm buscando melhores formas de aproveitamento de matérias-primas minerais mais complexas quanto à extração e ao beneficiamento. Os retornos financeiros são obtidos no estrito controle da produção com redução de custos e mitigação de perdas nas operações unitárias. A caracterização tecnológica está inserida como uma abordagem multidisciplinar e fundamental para o melhor aproveitamento dos bens minerais. Possibilita um maior conhecimento do minério e das associações minerais presentes, que auxiliará no desenvolvimento das alternativas de explotação e na otimização do processo em funcionamento. Dentre os procedimentos de caracterização das associações minerais mais acurados citam-se os sistemas automatizados de análise de imagens adquiridas por microscopia eletrônica de varredura. Permitem a avaliação qualitativa ou quantitativa de grande número de partículas quanto à composição química e mineral, partição de elementos nos minerais presentes, formas de associações e liberação entre os minerais. Este estudo se concentra na caracterização de quatro amostras mineralizadas a ouro, de diferentes regiões do Brasil, pela análise automatizada de imagens e por métodos laboratoriais de separações minerais e extração hidrometalúrgica do ouro. A combinação de procedimentos laboratoriais com a análise de imagens permitiu confrontar os resultados das recuperações potenciais, fornecendo subsídios para abordagens de processo, para obtenção da máxima recuperação do ouro e para diagnosticar as características interferentes nesses processos.

Mineração oceânica: uma alternativa sustentável para o aproveitamento de areias quartzosas.

Este estudo apresenta ao Departamento de Engenharia de Minas e Petróleo (PMI) da Escola Politécnica da USP, e também a toda a sociedade, a importância que os oceanos têm com relação às suas riquezas minerais. Pretende ainda mostrar a grande responsabilidade que um empreendimento mineiro no fundo do mar precisa ter, com relação aos impactos ambientais, sendo possível minerar em regiões profundas no oceano promovendo a sustentabilidade. A ideia da mineração oceânica/submarina está ainda sendo amadurecida, este é o momento adequado para se propor metodologias de trabalho submarino sustentáveis; mitigar seus impactos. Este trabalho abrange o tema de maneira ampla, abordando o aspecto histórico, legal, ambiental, bem como questões técnicas de engenharia de minas, como sondagem submarina, caracterização tecnológica, lavra submarina, beneficiamento de minério oceânico e descarte de rejeitos. O trabalho apresenta os passos e resultados de um caso real de exploração oceânica. Trata-se de um estudo para viabilizar economicamente a extração e o beneficiamento de areia marinha, para fins industriais, proveniente da Baía de Guanabara (RJ). O trabalho apresenta desde o planejamento da amostragem no fundo do mar, execução destes trabalhos, caracterização tecnológica, simulação de processo e estudos específicos do uso industrial da areia após beneficiamento. Apresenta ainda uma proposta de rota de processo para a areia marinha e questões ligadas à lavra e ao descarte de rejeitos.