Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:10:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09666.pdf: 6121321 bytes, checksum: 63d097402504f9a7bd9de99c5d2c4d21 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:06/58686-1

Submitted by Maria Eneide de Souza Araujo (mearaujo@ipen.br) on 2015-02-23T19:40:28Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-02-23T19:40:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-04-10T14:16:47Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-04-10T14:16:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

O elemento químico neodímio (Nd) atualmente está em evidência pois é parte fundamental em aplicações produzidas por empresas ligadas a tecnologias limpas e de ponta. Porém, é classificado como crítico pelo departamento de energia dos EUA em função do monopólio chinês atuante em sua exploração e comercialização. Devido à crescente demanda frente à restrita disponibilidade, a recuperação deste metal está em ascensão. Uma das aplicações do neodímio é o ímã permanente de neodímio-ferro-boro, utilizado em hard disk drives (HDs) de computadores. Desta forma, este estudo visou caracterizar os ímãs provenientes de HDs de computadores e estabelecer uma rota de recuperação do neodímio por meio de processos mecânicos e hidrometalúrgicos. Por meio da pesagem dos HDs e seus ímãs obteve-se massa média de 3,04 g e 7,91 g para laptop e desktop, respectivamente, representando menos de 3% da massa total do HD. A desmagnetização foi atingida por meio de aquecimento até a temperatura de Curie, em torno de 312 °C, e a cominuição realizada em moinho de facas, onde foram obtidas três granulometrias classificadas em frações A, B e C. Qualitativamente as amostras, foram analisados por meio de difração de raios-X (DRX), onde a fase tetragonal Nd2Fe14B foi o constituinte dominante, e por meio de análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Semi-quantitativamente os ímãs, seus revestimentos e o precipitado final foram avaliados por meio de espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX). A composição média de 21,5% de neodímio e 65,1% de ferro em massa, além de outros elementos químicos, obtida por meio de espectrometria de emissão óptica com plasma (ICP-OES), mostrou teor de neodímio superior aos minérios explorados, tornando este resíduo interessante em relação à recuperação deste metal. O procedimento hidrometalúrgico adotado envolveu a lixiviação das amostras em ácido sulfúrico 2M e a variação de três parâmetros: razão sólido/líquido, temperatura e tempo, em dois níveis. Posteriormente foi realizada a precipitação seletiva por meio de NaOH, formando o duplo sal NaNd(SO4)2.nH2O. Os resultados mostraram que a lixiviação de neodímio atingiu eficiência média acima de 94%, porém todos os experimentos apresentaram material não lixiviado, majoritariamente composto por níquel e cobre. / The chemical element neodymium (Nd) currently is in evidence as it is a fundamental part in applications manufactured by clean and advanced technology companies. However, it is classified as critical by the United States Department of Energy due to Chinese monopoly in its exploration and commercialization. Due to increasing demand in contrast with scarce supply, the recovery of neodymium is growing. One of the applications of this metal is the neodymium-iron-boron permanent magnet, used in hard disk drives (HDDs) of computers. Therefore, this study aimed magnets characterizing from HDDs of computers and then establishing a recovery route for neodymium by mechanical and hydrometallurgical processes. By weighing the HDDs and their magnets it was obtained the average weight of 3.04 g and 7.91 g for laptop and desktop, respectively, representing less than 3% of the HDDs total mass. Demagnetizing was achieved by heating up to Curie temperature of around 312 °C, and the comminution in knives mill resulted in three granulometries classified into fractions A, B and C. Qualitatively, magnets were analyzed by X-ray diffraction (XRD), where the tetragonal phase Nd2Fe14B was the dominant constituent of the sample, and through analysis in a scanning electron microscope (SEM). Semi-quantitatively, the magnets, its covers, and the final precipitate were evaluated by X-ray fluorescence spectrometry (XRF). The average composition of neodymium and iron showed 21.5% and 65.1% by weight, respectively, among other chemical elements. This results were obtained by optical emission spectrometry (ICP-OES), representing a higher neodymium content compared to the ores content, which makes this waste interesting from a neodymium recovery point of view. The procedure adopted involved hydrometallurgical leaching of the samples in 2M sulfuric acid varying three parameters: liquid/solid ratio, temperature and time, each one on two levels. Subsequently, the selective precipitation by NaOH was performed to form the double salt NaNd(SO4)2.nH2O. The results showed that neodymium leaching efficiency reached above 94%, but the experiments showed as well some material left, mainly composed of nickel and copper.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2018-08-08T18:10:49Z No. of bitstreams: 2 Tese- Fausto de Melo Faria Filho - 2017.pdf: 6580669 bytes, checksum: 29a18b3c0e94bc8b3bf1f3b87f339ee1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-08-09T11:49:54Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese- Fausto de Melo Faria Filho - 2017.pdf: 6580669 bytes, checksum: 29a18b3c0e94bc8b3bf1f3b87f339ee1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-09T11:49:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese- Fausto de Melo Faria Filho - 2017.pdf: 6580669 bytes, checksum: 29a18b3c0e94bc8b3bf1f3b87f339ee1 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-04-12 / The objective of this thesis is study aluminogermanate and aluminoborate compounds containing lanthanide ions for photonic applications, especially light emitting diodes, as phosphors. Samples were prepared by sol-gel and polymeric precursor method (Pechini method). It was studied pure and doped Al6Ge2O13 with 1 mol% Eu3+ or Er3+ , heat treated at 1000 °C; 1 mol% Eu3+ doped xAl2O3+(1-x)B2O3, for x values: 0.33; 0.50; 0.60; 0.66; 0.75 and 0.80 under heat treatments at 800, 900 or 1000 °C; and the Al4B2O9 phase with xNd3+/ yYb3+, where x, y = 1, 0; 1, 1; 1, 2; 1, 4; 1, 8; 0, 1; 2, 1; 4, 1 and 8, 1, heat treated at 900 °C. The powders samples were characterized by X-ray diffraction, infrared vibrational spectroscopy, thermal analysis, and transmission electron microscopy. Diffuse reflectance spectra and photoluminescence emissions were collected under excitation at 394 nm for Eu3+ doped samples, at 378 and 977 nm for Er3+ doped samples, at 804 nm for Nd3+/Yb3+ doped samples and at 365 nm for pure samples. The Er3+ or Eu3+ doped aluminogermanate sample presented the Al6Ge2O13 crystalline phase identified by JCPDS card number 71-1061 after annealings at high temperatures. Absorption spectra in the infrared region showed Al-O-Ge and Al-O type bonds. The Eu3+ doped Al6Ge2O13 samples when excited at 394 nm showed red emission and the spectra analysis lead us to conclude that the lanthanides were located in a homogeneous environment with low symmetry. The Er3+ doped Al6Ge2O13 sample showed emission band in the infrared region with full width at half maximum of around 48 nm when excited at 977 nm. The band gap values were determined being between 4.19 and 4.30 eV. The Eu3+ doped xAl2O3+(1-x)B2O3 compositions presented the crystalline phase Al4B2O9 identified by JCPDS card number 29-0010. AlO6, AlO4, BO4 and BO3 groups were identified by FTIR technique. For these compositions, the emission spectra in the visible region showed a homogeneous environment with low symmetry. The Eu3+ doped 0.66Al2O3+0.34B2O3 sample possess the highest photoluminescence emission, after heat treatments at 900 °C . The lifetime of the Eu3+ 5D0 excited level were between 1.4 and 2.1 ms, depending on the B2O3 concentration and annealing temperature. The optical band gap was also determined having values between 3.72 and 4.42 eV. The Nd3+/Yb3+ doped Al4B2O9 samples present an efficient energy transfer between lanthanide ions and the best relative concentration was 1Nd3+ / 2Yb3+. The decay time of the emission at 1080 nm (975 nm) as function the Nd3+ concentration shows a maximum value around 120 μs at concentration of 4 mol% (around 200 μs for 2 mol%). On the other hand, changing the Yb3+concentration, the maximum decay time for emission at 1080 nm (975 nm) was around 100 μs (175 μs) for 1 mol% of Yb3+. In short, the materials studied are excellent candidates for application as luminophores in various technologies, such as LED´s and displays. / A presente tese tem como principal objetivo estudar matrizes nanocristalinas de compostos germanatos e boratos contendo íons lantanídeos visando aplicações em fotônica, especialmente emissores de luz (fósforos). Foram preparadas pelo processo sol-gel e método dos precursores poliméricos (método Pechini), amostras com as seguintes composições: Al6Ge2O13 sem dopante e dopada com 1% em mol de Eu3+ ou Er3+, tratadas termicamente a 1000 °C, xAl2O3+(1-x)B2O3 dopada com 1% em mol de Eu3+ para valores de x iguais a 0,33; 0,50; 0,60; 0,66; 0,75 e 0,80 e tratamentos térmicos de 800, 900 ou 1000 °C e a fase Al4B2O9 dopada com xNd3+/yYb3+ (onde x,y = 1,0; 1,1; 1,2; 1,4; 1,8; 0,1; 2,1; 4,1 e 8,1) tratada termicamente a 900 °C. As amostras na forma de pós nanoestruturados foram caracterizadas por difração de raios X, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, análise térmica e microscopia eletrônica de transmissão. Coletou-se também espectros de refletância difusa e emissão óptica fotoluminescente sob excitação de 394 nm para amostras dopadas com íons Eu3+, de 378 e 977 nm para amostras dopadas com íons Er3+, de 804 nm para amostras dopadas com Nd3+/Yb3+ e 365 nm para amostras sem dopantes. A amostra aluminogermanato dopada com íons Er3+ ou Eu3+ apresentou a fase cristalina Al6Ge2O13 identificada com a ficha JCPDS número 71-1061 após tratamentos térmicos a altas temperaturas. Espectros de absorção na região do infravermelho mostraram grupos AlO4, AlO6 e GeO4. A amostra Al6Ge2O13 dopada com Eu3+ quando excitada em 394 nm apresentou emissão no vermelho e uma análise do espectro mostrou que o terra-rara se localizava em um ambiente homogêneo e de baixa simetria. A amostra Al6Ge2O13 dopada com Er3+ quando excitada em 977 nm, apresentou emissão com largura à meia altura em torno de 48 nm. O band gap foi determinado e seus valores variaram entre 4,19 e 4,30 eV. A amostra de composição xAl2O3+(1-x)B2O3 dopada com Eu3+ apresentou a fase cristalina Al4B2O9 identificada com a ficha JCPDS número 29-0010. Grupos AlO6, AlO4, BO4 e BO3 foram identificados pelos espectros de absorção na região do infravermelho. Os espectros de emissão na região do visível mostraram um ambiente homogêneo de baixa simetria e a amostra com maior emissão foi a de composição 0,66Al2O3+0,34B2O3 tratada a 900 °C (x=0,66). Foi medido o tempo de vida da transição do estado 5D0 dos íons Eu3+, e seus valores estão entre 1,4 e 2,1 ms. O band gap das amostras também foi determinado e seus valores ficaram entre 3,72 e 4,42 eV. Nas amostras dopadas com Nd3+/Yb3+, uma eficiente transferência de energia entre os íons foi observada e a melhor concentração relativa dos terras-raras foi de 1Nd3+ para 2Yb3+. Em suma, os materiais estudados são excelentes candidatos para aplicação como luminóforos em diversas tecnologias, tais como diodos emissores de luz (LED´s) e displays.

Fez-se a separação, enriquecimento e purificação de iantânio e ítrio partindo-se de um concentrado de terras raras empobrecido em cério, conhecido como LCC, \"low cerium carbonate\", um concentrado de ítrio designado como \"carbonato de ítrio\" e um terceiro concentrado designado como \"oxido de terras ítricas\". Os dois primeiros concentrados foram produzidos industrialmente pela NUCLEMON - Nuclebrás de Monazita e Associados Ltda, usando monazita brasileira. O \"oxido de terras ítricas\" é proveniente do processo de obtenção de Iantânio durante a execução do trabalho experimental desta tese. Fez-se uso das seguintes tecnologias: 1) precipitação fracionada com uréia; 2) lixiviação fracionada do LCC com carbonato de amônio e 3) precipitação dos peroxicarbonatos de terras raras usando-se seus carbonatos complexos. Obtidas frações enriquecidas em terras raras estas foram refinadas por meio de tecnologia de troca iônica em leito de resina catiônica sem uso de ion retentor e eluição com sais de amônio do ácido etilenodiaminotetraacético. Com a associação das técnicas acima mencionadas foram obtidos óxidos puros de ítrio (>97,7%), oxido de Iantânio (99,9%), óxido de gadolínio (96,6 %) e oxido de samário (99,9%). O processo aqui desenvolvido tem viabilidade técnica econômica para a instalação de uma unidade de maior porte visando a industrialização. / In this work, separation, enrichment and purification of lanthanum and yttrium were performed using as raw material a commercial low cerium rare earth concentrate named LCC (low cerium carbonate), an yttrium concentrate named \'yttrium carbonate\', and a third concentrated known as \'yttrium earths oxide. The first two were industrially produced by the late NUCLEMON - NUCLEBRAS de Monazita e Associados Ltda, using Brazilian monazite. The \'yttrium earths oxide\' come from a process for preparation of lanthanum during the course of the experimental work for the present thesis. The following techniques were used: fractional precipitation with urea; fractional leaching of the LCC using ammonium carbonate; precipitation of rare earth peroxycarbonates starting from the rare earth complex carbonates. Once prepared the enriched rare earth fractions the same were refined using the ion exchange chromatography with strong cationic resin without the use of retention ion and elution using the ammonium salt of ethylenediaminetetraacetic acid. With the association of the above mentioned techniques were obtained pure oxides of yttrium (>97,7%), lanthanum (99,9%), gadolinium (96,6%) and samarium (99,9%). The process here developed has technical and economic viability for the installation of a large scale unity.

A complexidade da reação de redução do oxigênio (RRO) e suas perdas de potencial a fazem responsável por grande parte das perdas de eficiência nas células a combustível. Para esta reação o eletrocatalisador mais apropriado e com melhor desempenho é a Platina, um metal nobre e que torna alto o custo da tecnologia das células a combustível, aumentando as barreiras para entrar no mercado. Primeiramente o trabalho teve em vista reduzir a quantidade em massa de platina utilizada no cátodo, sendo substituída por óxidos de terras raras. Observando que os métodos mais comuns de síntese de eletrocatalisadores para a aplicação em células a combustível se realizam em enumeras etapas, este trabalho se propôs a preparar eletrocatalisadores através de etapas mais simples e que dependessem de menos etapas e tempo de preparo. Através da mistura física simples utilizando ultrassom foram preparados eletrocatalisadores de platina suportada em carbono com os óxidos das terras raras lantânio, cério e érbio, para o estudo em meia célula da RRO. O resultado do gráfico de Koutecky-Levich mostrou que entre os eletrocatalisadores preparados o Pt80Ce20/C foi o que apresentou atividade catalítica mais próxima da platina comercial BASF, sugerindo que a RRO aconteceu via 4 elétrons. Como encontrado na em alguns trabalhos da literatura, entre as terras raras aplicada no cátodo, o cério é o elemento que mais contribui para esta substituição, devido a sua capacidade de estocar e fornecer oxigênio. Esta característica é um grande atrativo para a RRO pois esta reação é primeira ordem em relação a concentração de oxigênio. O resultado mostrou que é possível diminuir a quantidade de platina mantendo atividade catalítica. / The complexity of the oxygen reduction reaction (ORR) and its potential losses make it responsible for the most part of efficiency losses at the Fuel Cells. For this reaction the electrocatalyst witch is most appropriated and shows better performance is platinum, a noble metal that elevates the cost, raising barriers for Fuel Cells technology to enter the market. First this work focuses on reducing the amount of platinum used in the cathode, by being replaced by rare earths. The most common methods of synthesis involves a large amount of steps and this work proposed to prepare the electrocatalyst through a simpler way that would not take so many steps and time to be done. Using an ultrasound mixer the electrocatalyst was prepared mixing platinum supported on carbon black and the rare earths lanthanum, cerium and erbium oxides to be applied in a half-cell study of the ORR. The Koutecky-Levich plots shows that among the electrocatalysts prepared the Pt80Ce20/C had the catalytic activity close to the commercial BASF platinum on carbon black, suggesting that the reaction was taken by the 4-electron path. As found in some works in literature, among the rare earth used to study the ORR, cerium is the one witch shows the better performance because it is able to store and provide oxygen. This feature is of great interest for the ORR because this reaction is first order to the oxygen concentration. Results show that is possible to reduce the amount of platinum maintaining the same electrocatalyst activity.

Este trabalho enfocou o levantamento de informações químicas e mineralógicas de detalhe em amostras de depósitos alcalinos e alcalino carbonatíticos brasileiros contento terras raras, de modo a fornecer subsídios para o desenvolvimento de processos de aproveitamento. Estes depósitos apresentam elevados volumes de recursos, baixos teores de elementos de terras raras (essencialmente terras raras leves) e elevada complexidade mineralógica. As amostras estudadas são provenientes de depósitos lateríticos, com teor total de óxidos de terras raras entre 1,27 e 6,45%, sendo a monazita o principal mineral portador desses elementos, exceto em uma das amostras, onde é predominante a bastnaesita; como minerais traços estão presentes cerianita, xenotima e um fosfato de escândio. Os minerais de terras raras tendem a concentrar-se em direção às frações granulométricas mais finas, mostram d50 de 15 µm nas frações acima de 0,008 mm e chegam a valores inferiores a 0,1 µm abaixo da mesma. Esses minerais ocorrem preferencialmente em íntimas associações com a ganga, sendo que valores superiores a 60% de liberação (em área) são observados apenas nas frações menores que 0,020 mm. O potencial de concentração desses minerais foi avaliado por separações físicas e extração hidrometalúrgica. Separações físicas em líquidos densos e magnéticas não possibilitaram a obtenção de produtos enriquecidos em terras raras. O resultado mais promissor refere-se à possibilidade de remoção de um produto contaminante magnético nas frações retidas em 0,020 mm e que responde por 30% do total de Fe2O3 contido nas amostras (em média), sem perdas significativas das terras raras. A condição experimental otimizada para a dissolução seletiva dos minerais de terras raras em meio ácido foi estabelecida a partir de um planejamento experimental baseado em princípios estatísticos. Para o material cominuído abaixo de 0,30 mm, a solubilização dos óxidos de terra raras é de 77%, considerando-se ácido sulfúrico concentrado, reduzida porcentagem de sólidos, temperatura ambiente e tempo de 4 horas. Maiores níveis de solubilização das terras raras podem ser alcançados, mas juntamente com elevação da solubilização da ganga. / This work focused on the acquisition of chemical and mineralogical detailed information in samples from Brazilian alkaline and alkaline-carbonatitic deposits containing rare earths, in order to provide subsidies for process development. These deposits present high volumes of resources, low contents of rare earth elements (essentially light rare earths) and high mineralogical complexity. The studied samples are lateritic materials, with a total content of rare earth oxides between 1.27 and 6.45%, being monazite the main rare earth bearing mineral, except in one of the samples, where bastnaesite is predominant; cerianite, xenotime and a scandium-phosphate occur as trace. Rare earth minerals tend to enrich toward the finest sieve fractions with an medium grain size of 15 µm in the fractions greater than 0.008 mm and decreasing below 0.1 µm in finer fractions. These minerals occur preferentially in intimate associations with the gangue; liberation greater than 60% (in area) are observed under 0.020 mm fractions. The concentration potential of these minerals was evaluated through physical separation and hydrometallurgical extraction. Physical separations (heavy liquid and magnetic) did not succeed in obtaining products enriched in rare earths. The most promising result were the possibility of removing magnetic phases above 0.020 mm (responsible for 30%, on average, of the total Fe2O3 contained in the samples) without significant losses of rare earths. The rare earths acid leaching protocols and conditions were established by statistical experimental design. For samples comminuted below 0.30 mm, the best rare earths solubilization (77%) and with minimum gangue leaching was obtained in concentrate sulfuric acid, low solids concentration, environmental temperature and four hours of reaction. Higher levels of rare earths solubilization can be achieved, however accompanied by higher gangue solubilization.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00622.pdf: 2326364 bytes, checksum: 665ea383abf1ee58d4ae5e2198a0bebb (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Escola Politecnica, Universidade de Sao Paulo - POLI/USP