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

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:44:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06879.pdf: 7295215 bytes, checksum: b1fc7c93971eff30770441f658186e7b (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:44:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07165.pdf: 4640105 bytes, checksum: a59d33935b7628e1206a6534555c0b15 (MD5) / 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:97/14381-1

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Vidros de óxido de metais pesados dopados com érbio têm sido estudados e utilizados em diversas aplicações. Entretanto, a eficiência de absorção óptica destes vidros em 980 nm é limitada pela baixa secção de choque de absorção, a qual pode ser aumentada pela presença de íons Yb3+ e de nanopartículas metálicas, as quais contribuem significativamente para o aumento da eficiência das emissões de conversão ascendente. No presente trabalho é investigada a influência da presença de nanopartículas metálicas na luminescência de conversão ascendente de freqüência do íon Er3+ em vidros co-dopados com Er3+/Yb3+. Vidros com composição GeO2-PbO e PbO-GeO2-Ga2O3 co-dopados com 0,5% de Er2O3 e diferentes concentrações de Yb2O3 foram produzidos. Para avaliar os efeitos da presença de nanopartículas metálicas na luminescência de conversão ascendente de freqüência, foram também produzidos vidros co-dopados com Er2O3/ Yb2O3 contendo AgNO3, Au2O3 e Cu2O. O aumento nas emissões de conversão ascendente de freqüência na região de visível dos íons Er3+ foi observado para os vidros GeO2-PbO e PbO-GeO2- Ga2O3 co-dopados. Vidros GeO2-PbO co-dopados contendo prata apresentam um aumento substancial nas emissões de CAF influenciado pelo aumento do campo atômico local na vizinhança das nanopartículas. Este efeito não foi observado nos vidros PbO-GeO2-Ga2O3 co-dopados contendo ouro e nem nos vidros GeO2-PbO codopados contendo Cu2O. Todas as medidas de conversão ascendente de freqüência foram realizadas por meio da excitação das amostras por um laser de diodo operando em 980 nm. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:38Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foi estudada a otimização de síntese de nanocristais de KY3F10 pelo método de co-precipitação utilizando óxidos de terras raras (TR2O3) dissolvidos em HCl ou seus cloretos (TRCl3), fluoreto de potássio (KF) e bifluoreto de amônio (NH4HF2) como materiais de partida. A composição inicial dos reagentes precursores nas proporções molares de 1KF:1YCl3:3NH4.HF2 foi estabelecida para a obtenção do material monofásico. Constatou-se também que a diminuição da concentração por evaporação da concentração de amônio contido na solução aquosa do bifluoreto de amônio foi essencial para garantir o sucesso deste método. Nanopós puros e dopados foram caracterizados com relação à sua estrutura cristalina, tamanho e forma dos cristalitos e presença de fases secundárias. Foram obtidos aglomerados de partículas contendo nanocristais aproximadamente esféricos com tamanhos em torno de 10 nm. Os dopantes incorporados foram estudados através de emissão óptica e seus mecanismos de transferência de energia foram comparados àqueles obtidos nos cristais volumétricos. Através deste estudo foi possível determinar a eficiência de emissão de nanocristais de KY3F10:Er, KY3F10:Nd, KY3F10:Eu e KY3F10:Yb:Nd:Tm com relação ao tamanho dos nanocristais e com relação ao efeito da adsorção dos reagentes precursores. A emissão do túlio (Tm3+) na região do azul, através do fenômeno de conversão ascendente, na amostra triplamente dopada (Yb/Nd/Tm), com excitação em 802 nm, foi obtida com sucesso. Um estudo preliminar das propriedades dosimétricas foi feito através da detecção da termoluminescência de pastilhas irradiadas com radiação gama e apresentaram picos termoluminescentes em torno de 180°C e 225ºC, além disso, verificou-se a reprodutibilidade e a linearidade da resposta às doses aplicadas. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:46:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 07973.pdf: 3168450 bytes, checksum: 8bf87743d796e20893798cadfbfad208 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho, foram estudados os processos de crescimento e caracterização de fibras monocristalinas de LiF e de LiYF4 (YLF) puras e dopadas com érbio (Er) ou neodímio (Nd) para aplicações ópticas. O crescimento destas fibras foi efetuado pelo método de micro-pulling-down (µ-PD) e o uso desta técnica é inédito para a obtenção de fibras monocristalinas destes fluoretos. Para tal finalidade, foi inicialmente construído no IPEN, um protótipo do sistema de µ-PD no modo resistivo para a compreensão dos parâmetros experimentais. Posteriormente, um equipamento comercial foi instalado e especialmente adaptado para o puxamento de fibras de fluoretos. Foram obtidas fibras monocristalinas de LiF, com boa qualidade óptica e estrutural e dimensões uniformes: diâmetros entre 0,5 e 1 mm e comprimentos de até 15 cm. A avaliação para o uso destas fibras como meio laser ativo indicou que suas propriedades ópticas são semelhantes às observadas em cristais volumétricos. Foi investigada a influência da geometria do capilar e cadinho, da atmosfera de crescimento e da composição de partida na estabilidade do processo de crescimento de fibras de YLF pelo método de µ-PD. Este material é muito sensível às contaminações procedentes da atmosfera de crescimento e a formação da fase estequiométrica, durante o crescimento da fibra, depende fortemente da atmosfera, da velocidade de puxamento e da composição de partida. Foram obtidas, de forma reprodutível, fibras puras com diâmetro uniforme (0,5 à 0,8 mm) e longo comprimento da fase estequiométrica (até 60 mm). Fibras de YLF com dopagens nominais de 10 mol% e 40 mol% de Er e com 1,7 mol% de Nd foram também obtidas com sucesso. As fibras de YLF:Er são homogêneas e livres de trincas, com distribuição regular de dopante e concentração próxima ao valor nominal. O perfil de distribuição de Nd na fibra de YLF:Nd é diferenciado. O valor do coeficiente de distribuição efetivo k foi estimado em 0,58; valor este superior aos valores encontrados para cristais volumétricos de YLF:Nd. A investigação das propriedades ópticas de absorção e emissão evidenciou características semelhantes às observadas em cristais volumétricos dopados com Nd, permitindo considerar as fibras de YLF:Nd com potencial para uso como meio laser ativo em dispositivos ópticos compactos com bombeamento por diodo. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP / FAPESP:01/07337-3