Em uma das etapas do processo de produção do dióxido de urânio, obtém-se como subproduto o fluoreto de amônio em solução. O dióxido de urânio é utilizado na confecção dos elementos que abastecem às Usinas Nucleares.Na unidade fabril da empresa Indústrias Nucleares do Brasil S. A.,esse material sintético é cristalizado em um oneroso e delicado processo de secagem, utilizando grandes equipamentos e considerável quantidade de insumos.A unidade fabril em questão é capaz de produzir anualmente pouco mais de 130 toneladasde fluoreto de amônio seco e a perspectiva atual é favorável à expansão da capacidade instalada. Atualmente, não há destinação final ou aplicação prevista para esse material seco, ou seja, o material é armazenado por tempo indeterminado, onerando ainda mais a produção do combustível nuclear com os custos de manuseio e armazenagem. Este trabalho propõe-se a estudar uma rota alternativapara a síntese da fluorita, ou fluoreto de cálcio (CaF2), a partir da solução de fluoreto de amônio obtida como subproduto do processode produção do Dióxido de Urânio, verificando qual o melhor agente precipitante e estabelecendo as melhores condições para o processo de síntese. A fluorita possui uma vasta aplicação, principalmente nos campos da química, siderurgia e cerâmica. Os melhores resultados foram obtidos utilizando-se calcita (CaCO3) como agente precipitante, mantidas as condições de processo: temperatura (Treação) =70 ºC; tempo de residência (treação) = 2 h e relação estequiométrica entre os reagentes (RE) = 1:1. A calcita foi caracterizada por ICP/OES, difratometria de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectrômetro de energia dispersiva (MEV/EDS).Os produtos foram caracterizados por DRX e MEV/EDS. / At the uranium dioxide production process, ammonium fluoride is obtainedas a byproduct. Uranium dioxide is used at the production of fuel assemblies for Nuclear Mills.At Indústrias Nucleares do Brasil S. A. site, synthetic ammonium fluoride is crystallized in a costly and delicate drying process, which spends importantamounts of supplies. The industrial site in question is able to annually produce over 130 tons ofdryammonium fluoride and the current outlook is favorable to the expansion of installed capacity. Currently, there is no final destination or application provided for this dry material, i.e.,the material is stored indefinitely, further burdening the production of nuclear fuel with the handling and storage costs. This work proposes to study an alternative route for the synthesis of fluorite, or calcium fluoride (CaF2), from ammonium fluoride solution obtained as a by-product of uranium dioxide production process, checkingthe best precipitant agent and establishing the best conditions for the synthesis process.The fluorite has a wide application, particularly in the fields of chemistry, steel and ceramic. The best results were achievedusing calcite (CaCO3) as precipitating agent, keeping the process conditions: temperature (Treação) = 70 ° C; residence time (treação) = 2 h stoichiometric ratio between the reagents (ER) = 1:1.The calcite was characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectrometer (SEM/EDS).The products were characterized by XRD and SEM/EDS.

Phreatic overgrowths on speleothems (POS) are one of many sea-level proxies available to Quaternary geologists in Mallorca; these carbonate encrustations form at the air-water interface in cave passages flooded with brackish water. POS are ideal for reconstruction of western Mediterranean sea level because they are widespread in Mallorca's caves, can be precisely dated by U-series methods, constrain sea-level stands to sub-meter elevation, and are well preserved and accessible in the subterranean environment. This research investigates the POS depositional environment, which is relatively understudied compared to the other proxies used for sea-level reconstructions. This disparity has led to assumptions on many aspects of the POS precipitation. Further, POS are typically composed of calcite, but sometimes the metastable polymorph aragonite is present instead. Two caves were studied because of the presence of a modern POS horizon of aragonite and calcite: Cova des Pas de Vallgornera (Vallgornera) and Coves del Drac (Drac), respectively. High-resolution air and water physical parameters were collected for the first time, along with monthly water samples for stable isotope and elemental analysis. This 16-month record was supplemented with detailed geochemical studies throughout the project, including water-column profiles and CO2 sampling campaigns. The water level in both caves preserves the semi-diurnal Mediterranean Sea tide signal, with a lag of approximately four hours. The fluctuation in both caves is slightly attenuated, and the direct effects of barometric pressure and precipitation could not be discerned from the primary control of tidal pumping. Calculations based on salinity and isotope analysis show that less than 20% of the solution in each cave is seawater. Degassing of CO2 from the cave water to air was documented at both locations, with sporadic calcium carbonate supersaturation. These conditions are strongly dependent on annual cave ventilation, which becomes active during winter when cold, dense tropospheric air sinks into the subsurface. In addition to seasonal thermo-circulation, fluctuating water level displaces cave air and likely initiates tropospheric exchange throughout the year. This process primarily occurs through fissures in thin overlying bedrock at Vallgornera and through the large entrance in Drac. Higher elemental ratios (Mg:Ca, Sr:Ca, Mg:Sr) known to enhance aragonite precipitation or inhibit calcite precipitation were recorded in Vallgornera's water. A linear correlation with salinity was not observed, so higher ratios in Vallgornera must be contributed from differences in lithology, bedrock weathering intensity, or nearby rising thermal waters. In summary, this research confirms POS strengths as sea-level proxies from geochemical and hydrological perspectives. These carbonate encrustations are precipitated at the air-water interface, which fluctuates as an attenuated expression of Mediterranean Sea tide. Degassing of CO2 from the cave water to air, which promotes calcium carbonate supersaturation, is the major control on POS deposition, and is facilitated by winter ventilation and likely water-level fluctuations. CO2 degassing (and theoretically precipitation of POS) in isotopic equilibrium is possible in caves with restricted ventilation (small/sealed entrances, small passages). Aragonite may be precipitated instead of calcite because of local modifications to the geochemical system from bedrock weathering or contributions from deep groundwater.

[Truncated abstract] Characterising the behaviour of calcareous sediments that possess some degree of bonding between their constituents has attracted worldwide research interest in recent years. Although many recent studies have made significant contributions in delineating the behaviour of these sediments, there is still paucity of information particularly on the cyclic behaviour of cemented calcareous soils. This thesis describes in detail the characteristic features of cemented calcareous soils and proposes methods for characterising their cyclic behaviour. Two different calcareous soils Goodwyn (GW) and Ledge Point (LP) soils representing extreme depositional environments were examined in this study. Artificially cemented sample were created using the CIPS (Calcite Insitu Precipitation Systems) technique, considering its superiority over other most commonly available cementation techniques in replicating the natural pattern of cementation, and the behaviour of natural calcarenite under monotonic loading conditions. The experimental program involved triaxial testing of both uncemented and calcite-cemented calcareous soils under different loading conditions, i.e. isotropic compression tests to high-pressure (16 MPa), monotonic shearing tests, undrained cyclic shearing tests and undrained monotonic post-cyclic shearing tests. Significant emphasis has been placed on the cyclic behaviour of these soils. Internal submersible LDVTs were used for the accurate and continuous measurement of strain down to about 10-5

Les dangers potentiels liés à l'augmentation de la teneur en CO2 de l'atmosphère, tels que les changements climatiques ou l'élévation du niveau des mers, ont provoqué un grand intérêt pour la séquestration du gaz carbonique dans les formations géologiques. Le moyen thermodynamiquement le plus sûr pour stocker le carbone est sous la forme de minéraux carbonatés, mais il exige une source de cations divalents qui ne soit pas carbonatée. Les roches basaltiques qui présentent de fortes teneurs en calcium, magnésium et fer peuvent être une de ces sources et la possibilité de former des minéraux carbonatés par injection de CO2 dans les roches basaltiques est en cours d'investigation en Islande et dans d'autres endroits du monde. Dans ce cadre, l'objectif de cette thèse est de contribuer à l'optimisation de la précipitation des carbonates dans les basaltes lors de l'injection de CO2 grâce à une série d'études de terrain et de laboratoire complémentaires.<br>Une étude détaillée de la composition chimique des eaux souterraines au pied du volcan Mont Hekla, dans le sud de l'Islande, a d'abord été menée afin d'évaluer l'évolution chimique des fluides et la mobilité des métaux toxiques lors des interactions entre basalte et fluides riches en CO2. Ces fluides fournissent un analogue naturel pour estimer les conséquences de la séquestration du CO2 dans les basaltes. La teneur de ces fluides en carbone inorganique dissous diminue de 3,88 à 0,746 mmole/kg avec l'augmentation de la mise en solution du basalte tandis que le pH passe de 6,9 à 9,2. Ces observations fournissent une preuve directe du potentiel qu'offre la dissolution du basalte pour séquestrer le CO2. Les concentrations des métaux toxiques dans ces eaux sont faibles et la modélisation des chemins réactionnels suggère que la calcite et les (oxy)hydroxydes de fer piègent ces métaux, suite à l'alcalinisation des fluides induite par la dissolution continue du basalte.<br>On sait que ce sont les cations divalents libérés par la dissolution du verre basaltique qui contrôlent la minéralisation du gaz carbonique dans les basaltes. La vitesse de dissolution du verre basaltique peut être accrue par l'addition de ligands qui se complexent avec Al3+. L'ion SO42- fait partie de ces ligands et l'étude de son impact sur la vitesse de dissolution du verre basaltique a été conduite dans des réacteurs de type ‘mixed flow' à 50°C et 3 < pH < 10. Le soufre est souvent présent dans les gaz émis par les centrales électriques et son stockage constitue un challenge environnemental. La co-injection avec CO2, si elle est réalisable, peut donc constituer une nouvelle méthode peu couteuse de stockage du soufre généré par l'industrie. En accord avec les modèles actuels décrivant la cinétique de dissolution du verre basaltique en fonction de la composition de la solution aqueuse, les résultats de ce travail montrent que SO42-augmente la vitesse de dissolution du verre aux conditions acide mais qu'il n'a aucun effet aux pH alcalins. Ces résultats suggèrent à la fois que 1) la co-injection de sulfate peut accélérer la minéralisation du CO2 dans les basaltes et 2) les modèles cinétiques existant permettent une description précise de la dissolution du verre basaltique.<br>Afin d'évaluer plus précisément l'impact des ions sulfates sur la vitesse de précipitation des carbonates, la vitesse de précipitation de la calcite en régime stationnaire a été mesurée dans des réacteurs à circulation ‘mixed flow' à 25°C et pH ~9.1. Les résultats montrent qu'en présence de 0.005 M de Na2SO4 la vitesse de précipitation de la calcite est diminuée d'environ 40% et qu'ainsi la co-injection de sulfate peut ralentir la précipitation de la calcite aux pH typiques de la précipitation de ce minéral en subsurface. Des expériences supplémentaires sont prévues pour caractériser définitivement l'effet du sulfate aux conditions attendues aux sites d'injection du CO2 en subsurface.

La détermination de la structure cristalline d'un échantillon nécessite la prise en compte de son caractère anisotrope et du même coup l'analyse quantitative de texture devient de plus en plus importante. Ce type d'analyse a recours à la mesure de figures de pôles par diffraction de RX ou de neutrons, et à l'affinement des ODF. Couplée à d'autres types d'analyses (microstructure, contraintes résiduelles ...) utilisant les mêmes diagrammes de diffraction, l'analyse du profil global incluant l'analyse texturale a pris le nom d'analyse combinée.<br />Ce travail détaille les mesures d'analyse combinée, pour des expériences de diffraction X et de neutrons. Nous appliquons l'analyse combinée par diffraction X à la détermination des vitesses de propagation d'ondes élastiques générées par excitation photoacoustique picoseconde, dans des films d'or texturés. L'évolution technologique a permis le développement de détecteurs 2D, réduisant considérablement les temps de mesures neutroniques. Nous développons l'analyse combinée et la calibration associée sur le détecteur CAPS de l'instrument D19, qui réduit les temps d'acquisition et permet de développer l'analyse quantitative de texture magnétique, pour mettre en évidence la réorientation des moments magnétiques sous champ modéré (~0,3 T).<br />Ce mémoire est finalement consacré à l'étude de l'analyse MQTA, qui caractérise les matériaux magnétiques en termes de distribution macroscopique de l'orientation des moments, et étudie comment le signal magnétique résultant est lié aux cristallites et aux microstructures de l'échantillon. Nous détaillons ici l'aspect théorique de l'analyse MQTA, et illustrons son application sur un échantillon de fer « doux ».

Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le cadre des études de faisabilité du stockage du dioxyde de carbone en couches géologiques profondes, et portent plus particulièrement sur l'évolution des propriétés de confinement de roches-couvertures de type argilite, soumises à des fluides enrichis en CO2. Pour ce faire, les argilites de Tournemire (Aveyron, France) ont été utilisées comme roches analogues, après avoir identifié leurs possible points de faiblesse vis-à-vis du stockage, à savoir leur minéralogie, la présence de fissures naturelles remplies de calcite et la présence d'interfaces ciment/argilite attendues au niveau des puits d'injection rebouchés. Le montage expérimental de type " diffusion à travers " a été adapté pour permettre d'estimer (i) la possible modification des paramètres de transport diffusif enregistrés, avant et après attaque acide, pour les différents traceurs radioactifs (tritium et chlore-36) et non-radioactifs (deutérium et bromure) utilisés pour caractériser les échantillons d'argilite de Tournemire et de pâte de ciment et (ii) l'évolution des compositions chimiques des solutions contenues dans les réservoirs amont et aval des cellules de diffusion au cours des attaques acides. Enfin, l'analyse des solides a été réalisée pour partie par MEB-EDS, µTomographie-X et DRX. Tout d'abord, pour l'ensemble des échantillons étudiés, les valeurs des paramètres de transport déterminées avant attaque acide (coefficient de diffusion effectif et porosité) sont cohérentes avec celles de la littérature. En outre, il apparaît que tous les matériaux ont fortement réagi aux attaques acides. Ainsi, les argilites ont vu leurs paramètres de diffusion augmenter jusqu'à un facteur deux, notamment pour les traceurs anioniques, et ce, quelque soit la proportion de minéraux carbonatées présents initialement dans les échantillons d'argilite. Les observations post-mortem ont permis l'identification d'une zone de dissolution des minéraux carbonatés en leur au sein, mais dont l'extension (400 µm au maximum) ne peut à elle seule expliquer cette importante dégradation des propriétés de confinement. Seuls des phénomènes non observables à l'échelle d'investigation, tels des effets de digitation au sein du réseau poreux pourraient en être à l'origine. Par ailleurs, les échantillons d'argilites recoupés par des fissures naturelles ont systématiquement développé des courts-circuits hydrauliques, qui s'expliquent par la mise en place d'un processus de chenalisation préférentielle au sein même de la fissure, observé au MEB-EDS et par µTomographie X. De plus, les matériaux cimentaires ont vu leurs propriétés de confinement améliorées, et ce, plus le fluide d'attaque était proche de la neutralité. Ceci est lié à l'apparition d'une croûte de calcite d'environ 30 µm d'épaisseur, situé à l'avant d'une zone de dissolution, dont l'épaisseur est proportionnelle à la quantité d'acide en solution. Cette croûte imperméable, obstruant la porosité, serait responsable de la diminution des paramètres de diffusion, observée à l'échelle de l'échantillon, ainsi que le reproduisent les simulations numériques. Enfin, les interfaces ciment/argilites n'ont pas révélé de changement de leurs propriétés de confinement à l'échelle globale, la dégradation des argilites étant compensé par l'aggradation du ciment via la formation de cette croûte de calcite.

The objective of this research was to investigate the retention of arsenate (iAsV), arsenite (iAsIII), monomethyl arsenate (MMAsV) and dimethyl arsenate (DMAsV) by calcite and assess the impact of dissolved Ca2+, Mg2+, phosphate and sulfate on arsenic solubility, adsorption and precipitation phenomena. Adsorption kinetics of iAsV, evaluated at a low and high concentration, was a relatively rapid process, with a fast initial reaction rate within the first few minutes and a subsequent slower reaction rate as equilibrium was approached. The relative adsorption of arsenicals decreased in the following order: iAsV > iAsIII > DMAV > MMAV. In no case was a clear adsorption maximum observed with increasing dissolved arsenic concentration. Dissolved 0.01 M Ca2+ resulted in an increase in iAsV adsorption; however, in the presence of 0.1 M Ca2+ adsorption of iAsV was decreased. The presence of Mg2+ as 0.01 M Mg(NO3)2 resulted in decreased iAsV adsorption probably the result of a lower iAsV affinity for adsorbed Mg2+ as compared to Ca2+. Phosphate and sulfate were highly competitive with iAsV in adsorption to calcite and both resulted in decreased iAsV adsorption. The total prevention of iAsV adsorption at initial equimolar arsenic/phosphate concentrations > 88 µM each could be from the consumption of available calcite surface sites by the specific adsorption of phosphate. Equilibrium modeling, using the geochemical and mineral speciation of equilibrium model (MINTEQA2), indicated that at low concentrations of arsenate or phosphate solid-phase precipitation was not likely and adsorption processes likely controlled solubility. At high concentrations of arsenate Ca3(AsO4)2 · 3 2/3 H2O and Ca3(AsO4)2 · 4 1/4 H2O solid phases could be controlling arsenate solubility. This study indicates that arsenic adsorption response by calcite was different than that of phosphate suggesting that arsenic may not be specifically adsorbed to calcium at the calcite surface. Reduction and biomethylation of arsenic decreased adsorption, suggesting that processes which could affect the speciation of arsenic in the environment, could increase arsenic mobility in environmental systems where calcite and dissolved aqueous calcium play a predominant role in controlling arsenic solubility. Dissolved aqueous concentrations of magnesium, phosphate and sulfate generally reduced the ability of arsenic to be adsorbed to calcite.

Thèse doctorat : Dynamique et environnement sédimentaire : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille 1) : 3420. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 121-130.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) :3894. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

Thesis (M. S.)--Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, 2005. / Committee Chair: Kenneth Sandhage; Committee Members: Joe Cochran, Robert Snyder and Tom Sanders. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.