Thesis (MSc.(Materials Science and Metallurgical Engineering)--University of Pretoria, 2008. / Summary in English. Includes bibliographical references.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-09-15T15:53:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertação completa Manuela.pdf: 2230006 bytes, checksum: c333e5f619891c4c93f788ac275e016a (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2016-09-15T16:03:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação completa Manuela.pdf: 2230006 bytes, checksum: c333e5f619891c4c93f788ac275e016a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T16:03:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação completa Manuela.pdf: 2230006 bytes, checksum: c333e5f619891c4c93f788ac275e016a (MD5) / CAPES / Entre os intermediários utilizados na indústria petroquímica, o estireno é um dos mais importantes. Este monômero é empregado na produção de diferentes materiais poliméricos, sendo o poliestireno o mais importante. Desde 1930, a desidrogenação catalítica do etilbenzeno em presença de vapor d’água é mais importante via de produção de estireno. O catalisador clássico, baseado em óxido de ferro contendo potássio e cromo, entretanto, rapidamente desativa com o tempo, causando a necessidade de troca do catalisador a cada um ou dois anos. Como conseqüência, vários estudos estão sendo conduzidos com o intuito de descobrir dopantes alternativos que possam tornar o catalisador mais estável. Com esse objetivo, investigou-se neste trabalho, o efeito do lantânio e do método de preparação sobre as propriedades catalíticas da hematita. Amostras com diferentes razões molares ferro/lantânio (5, 10, 15 e 20) foram preparadas através do método sol-gel a partir de nitrato de lantânio, nitrato de ferro e hidróxido de amônio. Os catalisadores foram caracterizados por difração de raios X, medida de área superficial específica e redução à temperatura programada e avaliados na desidrogenação do etilbenzeno em presença de vapor d’água. Foi observado que as amostras mais ricas em lantânio (Fe/La = 5 e 10) se mostraram amorfas aos raios X, mas as outras eram formadas por hematita. Após a reação, detectou-se magnetita, em todas as amostras, hematita e um óxido de ferro e lantânio (FeLaO3). O lantânio evitou a sinterização dos sólidos, mas apenas nos catalisadores novos. Os catalisadores dopados com lantânio se mostraram mais ativos do que a hematita pura e este efeito aumentou com a quantidade de lantânio até o valor de Fe/La = 10; quantidades maiores desse dopante diminuiu a atividade. Esta melhoria do catalisador foi atribuída ao papel do lantânio em elevar a atividade intrínseca, assim como em estabilizar as espécies Fe+3, consideradas como a fase ativa. A fim de promover uma melhoria ainda maior desse catalisador, o efeito do tipo do agente precipitante foi também investigado, através da preparação de amostras com carbonato de sódio e potássio e hidróxido de sódio e potássio. Os catalisadores foram caracterizados pelas mesmas técnicas e também por espectroscopia fotoeletrônica de raios X e espectroscopia Mössbauer. O emprego de carbonato de sódio e potássio e hidróxido de sódio e potássio favoreceu a cristalização e a produção de sólidos com baixos valores de área superficial específica; a resistência contra redução aumentou. Também foi observado que sódio e potássio atuaram como promotores estruturais, sendo o potássio o mais eficiente, especialmente quando associado a espécies hidroxilas. O catalisador preparado com carbonato de potássio foi o mais ativo, um fato que foi atribuído à produção de ferrita de potássio na superfície das partículas, responsáveis pelo aumento da atividade dos sítios. O mais eficiente método de preparação desse sólido é a adição dos reagentes sobre a água; através da adição de carbonato de potássio aos nitratos de ferro e lantânio ou vice-versa foram obtidos catalisadores menos ativos. O catalisador foi mais ativo com conversão de 13% quando comparado a uma amostra comercial, que apresentou conversão de 9,0%, então é promissor para aplicação industrial / Among the intermediates used in petrochemical industry, styrene is by far one of the most important. This monomer is used for the production of different polymeric materials, the most important being polystyrene. Since 1930, the catalytic dehydrogenation of ethylbenzene in the presence of steam is the most important route for styrene production. The classical catalyst, based on iron oxide containing potassium and chromium, however, fastly deactivates with time, causing the need of replacing the catalyst each one or two years. As a consequence, several studies have been carried out in recent years aiming to get alternative dopants which could make the catalysts more stable. With this goal in mind, the effect of lanthanum and of the preparation method on the catalytic properties of hematite was investigated in this work. Samples with different iron to lanthanum molar ratio (5, 10, 15 and 20) were prepared by sol-gel method from lanthanum nitrate, iron nitrate and ammonium hydroxide. The catalysts were characterized by X-ray diffraction, specific surface area measurements and temperature programmed reduction and evaluated in the dehydrogenation of ethylbenzene in the presence of steam. It was found that the samples richest in lanthanum (Fe/La = 5 and 10) were amorphous to X-ray but the other were made off hematite. After reaction, magnetite, hematite and an iron and lanthanum oxide (FeLaO3) were detected in all the samples. Lanthanum avoided sintering but only for the fresh catalysts. The lanthanum-doped catalysts were more active than pure hematite and this effect increased with lanthanum amount up to Fe/La = 10; higher amounts of this dopant decreased the activity. This improvement of the catalysts was assigned to the role of lanthanum in increasing the intrinsic activity as well as in stabilizing the Fe+3 species, wich are supposed to be the active phase. In order to improve this catalyst even more, the effect of the kind of the precipitant agent was also investigated, by preparing samples with sodium and potassium carbonate and sodium and potassium hydroxide. The catalysts were characterized by the same techniques and also by X-ray photoelectron spectroscopy and Mossabuer spectroscopy. The use of sodium and potassium carbonate and hydroxide makes the crystallization easier and favors the production of solids with low specific surface areas; the resistance against reduction increased. It was also found that sodium and potassium were structural promoters, being potassium the most effective one, especially when associated with hydroxide species. The catalyst prepared with potassium carbonate was the most active one and this was assigned to the production of potassium ferrite on the particle surface, responsible for the increase of active of the sites. The most efficient way to prepare this solid is by adding all reagents to water; by adding potassium carbonate to the iron and lanthanum nitrate or vice-versa less active catalysts were produced. The catalyst was more active (13% of conversion) when compared to the commercial sample which showed 9% of conversion and thus is promising for industrial applications.

120f. / Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2013-04-01T14:41:09Z No. of bitstreams: 8 (H)_anexo(27-03)_(6)[1].pdf: 212620 bytes, checksum: 1392a5bccb57d1232724033c5cec907d (MD5) (G)_bibliografia_tese[1](27-03)_(2)_(2)[1].pdf: 109580 bytes, checksum: 11ff8ea146c158fa1635b6c04deecf75 (MD5) (F)_Conclusoes-Perspectivas-Corrigido(27-03)_(1)[1].pdf: 88655 bytes, checksum: 971f42b0bd7654f0e8e2cbe70dad53ca (MD5) (E)_Discussao-Corrigido[1](27-03)_(1)[1] (0).pdf: 136060 bytes, checksum: 97dcfc971a1b5c6208f63f5455843dda (MD5) (D)_resultados_corrigido_(4)[1].pdf: 1190544 bytes, checksum: ff0a53a1ea7308175eca23fe2ff7d0d8 (MD5) (C)_Experimental_-Corrigido[1]final(27-03)_(2)[1].pdf: 169878 bytes, checksum: e6fcf41a1fedbdfa3f0611ac5a29099a (MD5) (B)_Tese-Alleyrand-Corrigida-Introducao_e_revisao(27-03)_(1).pdf: 359906 bytes, checksum: 1531cf2a2590828730dd5e1f3c30b60e (MD5) (A)_1-_Capa(27-03)_(2)_(2)[1].pdf: 305453 bytes, checksum: 6a954d8b405b7ecafae3204b36cee16c (MD5) / Rejected by Ana Hilda Fonseca(anahilda@ufba.br), reason: Pedir para o aluno colocar em um só arquivo em pdf. on 2013-04-24T14:44:15Z (GMT) / Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2013-05-20T17:30:34Z No. of bitstreams: 1 Tese Alleyrand Sergio R Medeiros.pdf: 2411212 bytes, checksum: 2b333422fe83fe3b6d26eaf1b467f681 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca(anahilda@ufba.br) on 2013-05-20T17:31:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese Alleyrand Sergio R Medeiros.pdf: 2411212 bytes, checksum: 2b333422fe83fe3b6d26eaf1b467f681 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-20T17:31:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Alleyrand Sergio R Medeiros.pdf: 2411212 bytes, checksum: 2b333422fe83fe3b6d26eaf1b467f681 (MD5) Previous issue date: 2011 / Foi estudado o efeito do método de preparação nas propriedades catalíticas de óxidos de ferro contendo potássio com o objetivo de obter sólidos eficientes para catalisar a desidrogenação do etilbenzeno em presença de vapor d´água, a principal rota comercial para a produção de estireno. Este monômero é um produto químico de alto valor comercial utilizado na manufatura de polímeros e resinas, entre outras aplicações. Devido à toxidez dos catalisadores comerciais, existe a necessidade de investigar sólidos alternativos. As amostras baseadas em óxido de ferro contendo alumínio (Fe/Al (molar)= 10), ou não, foram preparados por hidrólise de nitrato de ferro e de alumínio com hidróxido de potássio pela adição de soluções: (i) do agente precipitante sobre a solução dos sais metálicos; (ii) dos sais metálicos (separadas) sobre a solução de hidróxido de potássio; (iii) dos sais metálicos (misturadas) sobre a solução do agente precipitante; (iv) dos sais metálicos (misturadas) e da solução do agente precipitante sobre a água; (v) do nitrato de ferro e da solução de hidróxido de potássio sobre a água, seguida de impregnação do gel obtido com solução de nitrato de alumínio; (vi) do nitrato de ferro e da solução de hidróxido de potássio sobre a água, seguida da impregnação do gel com solução de nitrato de alumínio e (vii) do agente precipitante sobre a solução do sal de ferro, seguido da impregnação com solução de nitrato de alumínio. As amostras foram caracterizadas por análise química, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, medidas de área de superficial específica, difração de raios X, redução a temperatura programada e espectroscopia fotoeletrônica de raios X. Os catalisadores foram avaliados em um microreator de leito fixo, a 1 atm e 530 ° C, utilizando uma razão molar vapor d´água/ etilbenzeno de 10. Após a reação, os catalisadores foram caracterizados por medidas de área superficial específica e difração de raios-X. Em todos os casos, foi produzida hematita (-Fe2O3) e não foi detectada nenhuma fase contendo potássio ou alumínio. Observou-se que a ação do alumínio sobre a hematita depende amplamente do método de preparação. A área superficial específica pode variar, dependendo da forma de introdução de alumínio no sólido: ela pode aumentar ou diminuir, dependendo do emprego da impregnação ou da precipitação, respectivamente. A redutibilidade dos sólidos também varia com o alumínio, dependendo do método de preparação; a amostra mais redutível é obtida pela adição da solução de hidróxido de potássio sobre a solução de nitrato de ferro e de alumínio, enquanto a menos redutível é obtida pela adição dos reagentes sobre a água, na ausência de alumínio. O método de preparação também afeta a ação do alumínio sobre a atividade de hematita na desidrogenação do etilbenzeno em presença de vapor. Em geral, quando o alumínio é adicionado ao sólido por precipitação são obtidos catalisadores mais ativos, em relação ao método de impregnação. Em todos os casos, o papel de alumínio, bem como do método de preparação, em afetar a atividade catalítica está mais relacionado à atividade intrínseca do que à área superficial específica. Dentre os métodos estudados, aquele em que uma solução de hidróxido de potássio é adicionada a uma solução de nitrato de ferro e alumínio, produziu catalisadores mais ativos em presença ou não de alumínio. Estes materiais apresentaram elevado rendimento a estireno, mas também foram seletivos aos subprodutos. O catalisador mais promissor para a produção de estireno foi aquele preparado por adição de uma solução de nitrato de ferro e alumínio a uma solução de hidróxido de potássio. Este método produziu um catalisador que levou ao rendimento a estireno mais elevado, com baixa seletividade a benzeno e tolueno e alta estabilidade, alcançada após 5000 s de reação. / Salvador

100 f. / Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2013-04-08T12:25:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Caio Luis S Silva.pdf: 3497927 bytes, checksum: 146a23182dd0de182f23d001dae75b73 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca(anahilda@ufba.br) on 2013-06-06T14:42:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Caio Luis S Silva.pdf: 3497927 bytes, checksum: 146a23182dd0de182f23d001dae75b73 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-06T14:42:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Caio Luis S Silva.pdf: 3497927 bytes, checksum: 146a23182dd0de182f23d001dae75b73 (MD5) Previous issue date: 2012 / CAPES / Devido à necessidade de garantir o suprimento de energia através de tecnologias de conversão de energia mais limpas e mais eficientes, reduzindo a emissão de gases causadores do efeito estufa, o interesse pela reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d´água (WGSR, water gas shift reaction) tem aumentado, especialmente devido ao seu papel nas células a combustível. A fim de obter catalisadores alternativos para essa reação, foi estudado o efeito da adição e do teor de gadolínio nas propriedades de catalisadores de óxido de ferro. As amostras foram preparadas pela hidrólise de nitrato de ferro e de gadolínio, seguida da lavagem do gel com uma solução de acetato de amônio para obter magnetita e com água para obter hematita. As amostras foram caracterizadas por termogravimetria, calorimetria diferencial de varredura, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X, medida da área superficial específica (B.E.T.) e redução à temperatura programada. Os catalisadores foram avaliados na WGSR a 1 atm, na faixa de 250 a 400 ºC, usando uma razão molar vapor d´água/gás de processo (3,7% CO, 3,7% CO2, 22,2% H2, 70,4% N2) igual a 0,6. As fases hematita e ferrita de gadolínio foram detectadas em todos os sólidos lavados com água, enquanto magnetita e ferrita de gadolínio foram encontradas naqueles lavados com acetato de amônio. No primeiro caso, a área superficial específica aumentou devido ao gadolínio, independente do seu conteúdo, um fato que foi relacionado ao seu papel como espaçador e/ou a uma causa de tensões na rede, produzindo partículas menores. Entretanto, em todos os sólidos baseados em magnetita, o gadolínio conduziu a uma diminuição da área superficial específica, devido à predominância da perovskita (ferrita de gadolínio), que apresenta valores tipicamente baixos. A adição de gadolínio facilita a redução de espécies Fe3+, em todos os catalisadores, mas aumenta a atividade apenas naquelas aquecidas sob ar. O sólido com Gd/Fe=0,1, aquecido sob ar, mostrou a mais alta atividade, provavelmente devido à area superficial específica aumentada devido ao gadolínio, que também facilitou a redução do ferro, tornando o ciclo redox mais fácil durante a WGSR. Além disso, os catalisadores baseados em hematita mostraram as atividades mais elevadas. Isto pode ser atribuído à predominância de hematita nesses sólidos, quando comparados a outros nos quais a ferrita de gadolínio foi a fase predominante. Isto significa que as espécies Fe3+, no ambiente da hematita, são mais ativas na reação de WGS que as espécies Fe4+, no ambiente da perovskita / Salvador

Iron ore sinter is produced from fine-grained ore in order to provide a direct charge to the blast furnace. During the sinter production process fine sinter is produced that is not acceptable as feedstock for the blast furnace. This fine material is screened off and returned to the sinter plant to be recycled. The production of these recirculating fines therefore results in loss of revenue for the sinter producing facility. The aim of this study is to compare the composition and phase chemistry of the fine and normal sinter to determine if chemical or operational changes can be made to reduce the amount of fine sinter formed. This will be achieved through the analyses of real industrial sinter samples, synthetically produced lab-based samples and sinter test pot samples. Iron ore sinter was collected from the Vanderbijl Park sinter plant in South Africa. The samples were prepared for X-ray diffraction (XRD) and X-ray fluorescence (XRF) analysis to test the reproducibility of the equipment used as well as the reproducibility of the sample preparation method. The results obtained showed that the methods applied produced accurate results and the preparation method was then applied on all samples that were analyzed. The XRD analyses show that the sinter contains spinel (mainly magnetite with variable Mg), hematite, dicalcium silicate (C2S) and silico ferrite of calcium and aluminum (SFCA) and that there are distinct differences between the fine and normal sinter. Fine sinter contains more hematite and less SFCA than normal sinter. The presence of the SFCA is considered to be essential for the production of strong sinter. The XRF analyses show that there are no distinctive differences in the chemistry of fine and normal sinter. The samples were then analyzed with an electron microprobe. It was found that the compositions of some of the SFCA phases present in the samples do not correspond to those described in the literature. Optical microscopy combined with point counting was conducted on the fine and normal sinter in order to determine differences and to compare the point counting data to the XRD results. The point counting results showed that the hematite present in the fine sinter is largely relict or unreacted hematite. Sinter pot test samples were analyzed with XRD and XRF. It was found that the pot test samples exhibited similar trends as the samples taken at the sinter plant. This shows that it is not only plant parameters such as sample transport that result in the formation of fines, but that carbon addition, flame temperature and reaction time may also play a role in the formation of fine sinter material. It has been concluded that the production of fine sinter is a direct function of the amount of hematite present in the sinter. The proposed hypothesis for this phenomenon involves the incomplete reaction of the sinter material during processing. Suggestions to decrease the amount of fine sinter formed include: uniform heat distribution during ignition, pO2 alteration by reductant addition, lower ignition temperature, regulating the cooling regime and decreasing the grain size of lime. / Dissertation (MSc(Applied Science))--University of Pretoria, 2008. / Materials Science and Metallurgical Engineering / unrestricted

The primary purpose of this study is to identify the 'universal' rate formulations with scaled-dependent parameters for the biological reduction of hematite. Three possible rate formulations were proposed to describe the bioreduction rate of hematite, and two kinds of simulation were conducted to validate the formulations and parameters with both batch and column experimental data: a reaction-based biogeochemical (batch) modeling with BIOGEOCHEM 1.0 and a reactive biogeochemical transport (column) modeling via HYDROGEOCHEM 4.0. Based on the results of simulations, only the dual Monod kinetic with inhibition rate formulation with respect to the concentrations of lactate, ßFeOOH, and Fe2+ under certain initial concentration of dissimilatory metal-reducing bacterium could fit the experimental data well. Our results also revealed that the equilibrium reaction rate for the surface hydration of hematite may have to be substituted with the kinetic rate formulation.

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

Ce travail présente une étude multi-échelle et multi-technique sur la caractérisation des oxy-hydroxydes de fer dans trois types de gisements d’uranium et leur encaissant. Le choix des sites d’études s’est porté sur un gisement de type roll front : Zoovch Ovoo dans le bassin crétacé de East Gobi (Mongolie) ; un autre de type tectono-lithologique : Akola/Ebba dans le bassin de Tim Mersoï (Niger) et enfin un type discordance protérozoïque : Kiggavik en bordure du bassin du Thelon (Canada). Une nouvelle approche a été mise en œuvre pour caractériser les oxy-hydroxydes de fer sur échantillons macroscopiques : la spectroscopie infrarouge de terrain en utilisant le spectromètre ASD TerraSpec®. À partir d’indices originaux calculés sur les spectres, il a été possible à la fois de caractériser les oxy-hydroxydes de fer ; seules l’hématite et la goethite ont été identifiées dans les parties oxydées des différents fronts uranifères, et de visualiser les différentes zonations d’altération le long des fronts redox. De plus, la partie visible du spectre a été utilisée pour quantifier la couleur des échantillons à travers les paramètres des systèmes ITS (Intensité – Teinte – Saturation) et de Munsell. L’étude des paramètres de couleurs a permis d’identifier une teinte spécifique pour les échantillons minéralisés étudiés : un mélange de jaune et de rouge (2,5 à 10 YR en notation de Munsell). A l’échelle des cristaux, les oxy-hydroxydes de fer ont été caractérisés par la spectroscopie micro-Raman. Cette étude a permis de mettre en évidence une différence de cristallinité des cristaux d’hématite dans les différents gisements. D’un point de vue morphologique, les cristaux de goethite du gisement de Zoovch Ovoo, seul oxy-hydroxyde de fer authigène décrit dans ce front, sont maclés en forme d’étoile à six branches, ce qui témoigne d’une cristallisation de basse température, comparé aux gisements du Niger et de Kiggavik. Cette cristallisation est principalement contrôlée par la disponibilité des ions Feᴵᴵᴵ dans le fluide, libérés par la dissolution de la pyrite en milieu oxydant et le pH. D’un point de vue chimique, les oxy-hydroxydes de fer enregistrent le passage du fluide uranifère de part leur teneur eu uranium. Et d’autre part la composition en éléments en trace qui marque la typologie du gisement, par exemple de la teneur en zirconium dans les oxy-hydroxydes de fer provenant du gisement du Niger, source d’origine volcanique. Cette typicité de la mobilité du zirconium est particulièrement bien exprimée dans les fronts uranifères d’Ebba par la précipitation de cristaux authigènes de zircon contemporains de la pechblende. Les données minéralogiques et géochimiques obtenues dans ce travail sur le gisement de Zoovch Ovoo permettent de proposer un modèle original pour sa formation : l’uranium n’a pas précipité massivement en amont du front puisqu’il n’y a pas d’auréole d’irradiation observable en cathodoluminescence dans les minéraux détritiques dans la zone oxydée. L’uranium a précipité lorsque l’eau oxydante a rencontré un faciès sédimentaire ayant un pouvoir réducteur assez fort pour permettre la réduction de l’uranium. La précipitation a lieu dans un endroit particulier de la formation : un paléo-lac où la matière organique et la pyrite sont abondantes. / This work presents a multi-scale and a multi-technical study for the characterization of iron oxi-hydroxides in three uranium-type deposits and host rock. The choice of sites has focused on a roll front deposit: Zoovch Ovoo in a Cretaceous basin of East Gobi (Mongolia); a tectonic-lithological type: Akola/Ebba in Tim Mersoï basin (Niger) and a Proterozoic unconformity type: Kiggavik in Thelon basin (Canada). A new approach has been implemented to characterize the iron oxi-hydroxides on macroscopic samples: field infrared spectroscopy using the ASD TerraSpec® spectrometer. From the original indexes calculated on the spectra, it was possible both to characterize the iron oxi-hydroxides; only hematite and goethite were identified in the different parts of oxidized uranium fronts, and visualize the alteration zonation along the redox front. In addition, the visible part of spectrum was used to quantify the color of samples through the IHS system parameters (Intensity – Hue – Saturation) and the Munsell system. The color setting of the study identified a specific hue for mineralized samples studied: a mixture of yellow and red (2.5 to 10YR in Munsell notation). At the crystals scale, the iron-hydroxides were characterized by µ-Raman spectroscopy. The study highlighted a difference in crystallinity of hematite crystals in different fields. From a morphological point of view, the crystals of goethite in the Zoovch Ovoo deposit, is only authigenic iron oxi-hydroxides described in this uranium front, are twinned in the form of six-pointed star, reflecting a low crystallization temperature, compared to Niger and Kiggavik deposits. This crystallization is mainly controlled by the availability of Feᴵᴵᴵ ions in the fluid, released by pyrite dissolution in an oxidizing environment and pH. From a chemical point of view, iron oxi-hydroxides record the fluid passage owing their uranium content. Secondly, the composition in trace elements marks the type of deposit, for example zirconium content in oxi-hydroxides from Niger deposit, volcanic source. This typical mobility of zirconium is particularly expressed in the uranium front in Ebba deposit by the precipitation of authigenic crystals of zircon contemporary of pitchblende. The mineralogical and geochemical data obtained in this work on the Zoovch Ovoo deposit (Mongolia) allow us to propose an original model for its formation: uranium did not precipitate massively in upstream edge of front, because not radiation halo is visible in cathodoluminescence in detrital minerals in the oxidized area. Uranium precipitated when the oxidizing water met with sedimentary facies having a fairly strong reducing power to allow uranium reduction. The precipitation occurs in a particular location of the formation: paleo-lake where organic matter and pyrite are abundant.

Neste trabalho foram estudados as inclusões fluidas associadas ao minério de ferro da Formação Serra do Sapo, Supergrupo Espinhaço, Conceição do Mato Dentro, MG. No setor foram diferenciadas três gerações de hematita, denominadas Hematita I, II e III. A Hematita I (mais antiga), de textura granoblástica, apresenta evidências de processos de recristalização parcial ou total, gerados durante um processo metamórfico, e não esta associada ao quartzo. Sob radiação infravermelha mostrou um bom grau de transparência. A Hematita II, ou tabular, apresenta morfologia micro lamelar precipitada no interstício associada aos cristais de quartzo, porém sem formar veios. Não se comporta como transparente sob a luz infravermelha. Por último, a Hematita III (mais nova, especularita) apresenta hábito especular e está associada aos veios de quartzo que cortam as gerações anteriores. Isto fortalece a tese de que essa geração teria crescido condicionada ao fluido do veio, precipitando-se por diminuição da pressão de confinamento do fluido nas fraturas. Os veios de quartzo/especularita envolvem ou estão associados a outros minerais (clorita, moscovita, calcita e granadas) que não aparecem nos corpos de minério. A microtermometria em inclusões fluidas (IF) indica, que o fluido que originou a Hematita I (granular) pertencia ao sistema aquo-salino H2O-NaCl-FeCl2, com temperaturas mínimas de 220-240C e com salinidade média de 17% p/p equiv. NaCl. Já a Hematita III (especularita) foi formada por soluções pertencentes ao sistema aquo-salino H2O-NaCl-KCl (provavelmente com MgCl2) a temperaturas entre 240-260C e salinidades de 10-12% p/p equiv. NaCl. Dados de LA-ICP-MS nos fluidos mostram, em termos de elementos traços, maior concentração de K, Ca, Ba, Mg, Mn, Cu, Pb, Sr e As nas soluções da Hematita I, quando comparados com os da especularita. Destaca-se que, esta última geração, apresenta maiores teores de Li e Sb. O cruzamento do geotermômetro clorita (255C) com as isócoras dos fluidos forneceu pressões de 0,56 Kbar e 0,26 Kbar para a formação das hematitas granulares e especularíticas respectivamente. Isto sugere que o minério de ferro foi originado entre 750m de profundidade (especularita) e 1500m (hematita granular). Interessante destacar que, embora os testes de esmagamento mostrem uma clara liberação de gases, sugerindo a presença de fases carbônicas nos fluidos dos veios de quartzo, não foi constatada a presença desses compostos moleculares nas soluções primárias através da espectroscopia Raman. A diferença de salinidade e de cátions entre os fluidos da hematita granular e os de quartzo-especularita indica a participação de diferentes fluidos durante essas fases específicas da mineralização. Os fluidos participantes do minério de ferro da Serra do Sapo, CMD, são diferentes de outros fluidos mineralizadores associados a depósitos de ferro do Quadrilátero Ferrífero estudados até agora. Uma comparação com as soluções que geraram hematitas granulares e especularitas da Mina Conceição evidenciam tendências de processos evolutivos inversos (em termos de salinidades e temperaturas de homogeneização), embora haja coincidências sobre a ausência de fases carbônicas na formação do minério ferrífero nas duas áreas. / Fuid inclusions associated with the iron ore from Serra do Sapo Formation, Espinhaço Supergroup, Conceição do Mato Dentro, in Minas Gerais, stak were studied. Three hematite generations, named hematite I, II and III were found in these ores. The Hematite I (earliest), with granoblastic texture shows. Partial or total recrystallization texture, was generated during the metamorphic process forming the Hematite I which is the oldesr and not associated with quartz. Under infrared radiation these hematite showed a good degree of transparency. The Hematite II or tabular with micro lamellar morphology was precipitated in the interstitium associated with quartz, but without forming veins and not being transparent under infrared light and also not behaving as transparent under infrared light. Finally, the Hematite III (latest, especularite) has a totally specular habit and is associated with quartz veins which cut the earlier generations. This supports the argument that this hematite generation would have grown subject to veins fluid, by the precipitation of fluid in fractures for decrease pressure confinament. The quartz/specularite veins involve or are associated with other minerals (chlorite, muscovite, calcite and garnet) that not appear in the ore bodies. Fluid inclusions (FI) microtermometry indicates that the fluid that has originated the Hematite I (granular) belonged to the aquo-salt system H2O-NaCl-FeCl2, with minimum temperatures of 220-240C and average salinity of 17 wt% NaCl eq. However, the Hematite III (specularite) was formed by solutions belonging to the aquo-salt H2O-NaCl-KCl (probably with MgCl2) at temperatures between 240-260C and salinities of 10-12 wt% NaCl eq. NaCl. LA-ICP-MS data in fluids, in terms of trace elements, show higher concentration of K, Ca, Ba, Mg, Mn, Cu, Pb, Sr and As in Hematite I solutions when compared to the specularite. This last generation has higher contents of Li and Sb. The geothermometry chlorite (255C) intersection with the fluid isochoric supplied pressure of 0.56 kbar and 0.26 kbar for the granular and specularitic hematite formation, respectively. This suggests that iron ore was produced from a depth of 750m (specularite) and 1500m (granular hematite). It is interesting to note that, although the crushing tests show an incontestable gases release suggesting the presence of carbon phase in the quartz veins fluid, these molecular compounds was not found in the primary solutions. The difference in salinity and ions between granular hematite and quartz-specularite fluids suggests the involvement of different fluids during specific mineralization stages. The ore-forming fluids of Serra do Sapo iron formation, CMD, are different from other mineralizing fluids associated with Iron Quadrangle deposits. The comparison with the Mine Conceição solutions, that generate granular hematite and specularite, evidence contrary evolutive trends (regarding salinity values and homogenization temperatures), although there are coincidences on the carbon phases absence in the ore ferriferous formation in both areas.

Small drinking water systems, often financially and resource-limited, face unprecedented challenges due to the current diversity and ubiquity of water pollutants. Well-characterized inorganic legacy pollutants, including arsenic, copper, hexavalent chromium, and lead, remain persistent in drinking water systems. In addition, emerging organic contaminants, like endocrine disrupting compounds and pharmaceuticals, are largely uncharacterized but prevalent in the environment and water supplies, calling into question what levels of these relatively new contaminants are truly safe in drinking water. Point-of-use (POU) and point-of-entry (POE) water treatment devices, installed at a specific tap or at the water entry point to a single facility, respectively, are necessary to ensure safe drinking water in contexts where centralized water treatment is not available or cannot adapt to meet new regulatory standards. While existing POU and POE technologies, including reverse osmosis and packed bed media filters, are effective for removing contaminants, installation costs, energy demands, and spatial footprints of these systems can inhibit their implementation. There is a need for new POU and POE technologies that remove a diversity of water contaminants while maintaining a small application footprint. Nanotechnology, referring to technology using material with at least one dimension or feature less than 100 nm in length, is ideal for meeting this need in drinking water treatment. With high surface area-to-volume ratios, nano-enabled treatment technologies exhibit enhanced reactivity with less material, keeping overall footprint relatively small. Specifically, electrospinning, a process in which a polymer precursor solution is electrified to produce a cohesive sheet of nanofibers, can be used to easily synthesize chemically active nanofiber filters for water treatment applications. In this study, we develop electrospun nanofiber filters that harness nano-scaled hematite (Fe2O3) for sorption of inorganic contaminants (e.g., As, Pb) and nano-scaled titanium dioxide (TiO2) for use with ultraviolet (UV) and visible light as an advanced oxidation process (AOP) for removal of emerging organic contaminants (e.g., benzotriazole, carbamazepine, DEET). Most importantly, we strive to optimize both reactivity and material strength to develop cohesive, durable filtration platforms that overcome barriers to use of nanomaterials in water treatment (e.g., concerns over leaching of nanoparticles deployed as suspensions). Herein, we first demonstrate reactivity optimization of pure (though brittle) TiO2 nanofiber photocatalysts by noble metal catalyst (Au) surface loading. Additionally, we optimize polymer-Fe2O3 composite nanofibers for reactivity while maintaining material flexibility by coating the doped polymer with additional Fe2O3 surfaces available for metal/metalloid uptake. Finally, we apply reactivity optimization and strategies to maintain material strength in the development of carbon/TiO2 nanofiber composites used for (photo)chemical filtration of water containing emerging organic contaminants. Ultimately, we find that nanofiber composites exhibit substantial reactivity and structural integrity in water treatment platforms. Outcomes of this work contribute to making nanomaterials, which have been studied for decades but have yet to be commercially employed for water treatment, practical for chemically active water filtration.