Thesis (M.S.)--Brigham Young University. Dept. of Geology, 2004. / Includes bibliographical references (leaves 32-35).

Thesis (Master's)--University of California, Berkeley, 1959. / "Chemistry General" -t.p. "TID-4500 (15th Ed.)" -t.p. Errata sheet at end. Includes bibliographical references (p. 41-43).

Universiẗat, Diss., 1999--Tübingen.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:43:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 06438.pdf: 3544819 bytes, checksum: 626dbfb5d984317f4ef60a7e9d45aa5c (MD5) / Dissertacao (mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Thorium(IV) and uranium(IV) coordination complexes have been studied for the last 60 years. They have shown interesting reactivity that is often divergent from that of transition metal complexes, and that also provides an insight into some unanticipated differences between thorium(IV) and uranium(IV). An introduction to thorium(IV) and uranium(IV) organometallic chemistry supported by carbocyclic and N-donor ligands is given in Chapter One. The reactivity of actinide alkyl, amide and alkynyl complexes towards small molecules is discussed and select examples provided. The redox chemistry of thorium and uranium is also introduced. Chapter Two describes the alkylation and amination chemistry of uranium(IV) and thorium(IV) trans-calix[2]benzene[2]pyrrolide ((L)2-) complexes, [(L)AnCl2], yielding new actinide(IV) complexes of the type [M(L-2H)An(R)] (M = Li or K, R = Me, CH2SiMe3, CH2Ph, N(SiMe3)2), where (L)2- undergoes further deprotonation to (L-2H)4-. Additionally, the lability of the [M(L-2H)An(R)] “ate”-complexes towards M+ ion exchange is addressed. Further, the selective ligand reprotonation of (L-2H)4- to (L)2- using HSiR'3 (R' = Me, iPr) and [Et3NH][BPh4] yielding [(L)An(C≡CSiR'3)2] and [(L)An(R)][BPh4] respectively, is explained. The reactivity of these complexes towards amines, silanes, alkenes, tin hydrides, silicone grease, tBuNC, H2, CO, CO2 or CS2 is described. Crystallographic characterisation shows that [(L)Th(N(SiMe3)2)][BPh4] contains an unusual example of a thorium(IV) bis-arene coordination mode. The reactivity of [(L)Th(C≡CSiMe3)2] towards a number of substrates including alkenes, [Ni(COD)2], [Pt(norbornene)3], P4, CO2 or H2 is also discussed. Activation of CO2 by [(L)Th(C≡CSiMe3)2] at 80 °C results in (L)2- functionalisation and abstraction to yield a new tricyclic organic molecule with the general formula LCO. The addition of [Ni(COD)2] to [(L)Th(C≡CSiMe3)2] and PR''3 (R'' = phenyl, cyclohexyl) yields heterobimetallic complexes [(L)Th(C≡CSiMe3)2·Ni(PR''3)]; these products display both dipyrrolic and bis-arene coordination. The changes in ligand coordination mode are discussed alongside DFT computational analyses that have been carried out by collaborators. The substitution reactions of [(L)AnCl2] with NaBH4 to form actinide(IV) borohydride complexes [(L)An(BH4)2] and subsequent attempted abstractions of BH3 from [(L)Th(BH4)2] are presented. Conclusions are provided at the end of the chapter. Chapter Three focusses on the oxidation chemistry of uranium(IV) within the (L)2- and (L-2H)4- ligand framework, prompted by the isolation of a uranium(V) complex [Li[(L)UO2]·LiI] from the oxidation of the uranium(IV) complex [Li(L-2H)U(Me)]. Conclusions are provided at the end of the chapter. Experimental methods and characterising data are given in Chapter Four.

O depósito Madeira (Sn, Nb, Ta) está localizado na mina de Pitinga (norte do Brasil). O depósito é associado à fácies albita granito do Granito Madeira, de tipo A (~1,820 Ma). A mina extrai comercialmente Sn (cassiterita), Nb e Ta (U-Pb-pirocloro e zircão). Flúor (criolita), Y, REE (xenotima), Zr (zircão), U (U-Pb-pirocloro e zircão) e Th (torita) são subprodutos em potencial. Este trabalho apresenta um estudo detalhado da mineralização de torita nas subfacies do albita granito: albita granito de núcleo, albita granito de borda e pegmatitos associados. O depósito Madeira é apresentado neste trabalho como um dos maiores depósitos de Th do mundo, com 164 Mt de minério disseminado, teor médio de 759 ppm ThO2 na rocha, e concentrações maiores (de até 1,8 wt.% ThO2) em pegmatitos pequenos (média de ~0,51 wt.% ThO2). Composicionalmente, a torita deste estudo pode ocorrer próxima do polo da torita ou representar substituições relativamente limitadas no sistema de soluções sólidas torita-zircão-xenotima-coffinita. A concentração de Fe na torita varia entre 0,11 wt.% Fe2O3 e 29,56 wt.% Fe2O3 e, em muitos casos, é considerada de natureza estrutural, assim como o conteúdo de F (de até 6,02 wt.% F). A torita de todas as subfacies foram fortemente afetadas por alterações hidrotermais relacionadas a fluidos aquosos ricos em F de baixa temperatura. A hidratação da torita permitiu a introdução de M3+ cátions (Y, ETR, Fe e Al) e F, e causou perdas no conteúdo de Si e Th (média de ~0,51 wt.% ThO2). A alteração também foi responsável pela formação de uma auréola de Fe nos grãos de torita, com minerais secundários associados, provavelmente Th-Fe-hidroxifluoretos e Y-Th-Fe-fluorcarbonatos. A média da razão Th/U em rocha total é de 1,85 no albita granito de borda, 3,82 no albita granito de núcleo, e 19,85 nos pegmatitos associados. Esta variação reflete um padrão de evolução magmática, com maior disponibilidade de U em estágios precoces e empobrecimento de U em estágios tardios. Em Pitinga, as mineralizações de Th e U são divididas em diferentes minerais, formados em estágios distintos da evolução. Esta característica está relacionada à riqueza de flúor e à alta alcalinidade do magma, que inibiram a cristalização precoce de zircão, bem como de columbita, e favoreceu a formação precoce de U-Pb-pirocloro. Quando a cristalização de silicatos hidratados reduziu a alcalinidade do magma, a cristalização de zircão (de um magma previamente empobrecido em U, Nb, Ta e ETRL) se tornou intensa, acompanhado de torita e xenotima. / The world-class Sn-Nb-Ta Madeira deposit is located at the Pitinga mine (northern Brazil). The deposit is associated with the albite-enriched granite facies of the A-type Madeira Granite (~1,820 Ma). The mine commercially extracts tin (cassiterite), Nb and Ta (U-Pb-pyrochlore and columbite). Fluorine (cryolite), Y, REE (xenotime), Zr (zircon), U (U-Pb-pyrochlore and zircon) and Th (thorite) are potential byproducts. This work presents a detailed study on the thorite mineralization from the albite-enriched granite subfacies: the core albite-enriched granite, the border albite-enriched granite and the associated pegmatites. The Madeira deposit is revealed in this work to be among the largest Th deposits in the world, with 164 Mt of homogeneously dispersed ore, with an average grade of 759 ppm ThO2 in the rock, and higher concentrations (up to 1.8 wt.% ThO2) in small pegmatites (average of ~ 0.51 wt.% ThO2). Thorite compositions are either close to the thorite pole or correspond to relatively limited substitutions in the thorite-zircon-xenotime-coffinite solid solution system. The Fe concentration in thorite ranges from 0.11 wt.% to 29.56 wt.% Fe2O3 and in many cases is considered of structural nature, as well as part of the F content (up to 6.02 wt.% F). Thorites from all subfacies were strongly affected by hydrothermal alterations related to F-rich low-temperature aqueous fluids. The hydration of thorite allowed the introduction of M3+ cations (Y, REE, Fe, and Al) and F, and caused losses in Si and Th (average of ~48 wt.% ThO2). The alteration also created a Fe-rich halo in thorite, with associated secondary minerals, likely Th-Fe-hydroxyfluorides and Y-Th-Fe-fluorcarbonates. The Th/U average ratio values in bulk-rock are 1.85 in the border albite-enriched granite, 3.82 in the core albite-enriched granite, and 19.85 in the associated pegmatites. This variation reflects a magmatic evolution pattern, with higher availability of U in the earlier stages and depletion of U in late stages. At Pitinga, Th and U mineralization are divided into different minerals formed in different stages of the magma evolution. This feature is related to the richness of fluorine and the high alkalinity of the magma that greatly inhibited the early crystallization of zircon, as well of columbite, and favored the early appearance of U-Pb-pyrochlore. When the crystallization of hydrous silicates reduced the alkalinity, the crystallization of zircon (from a magma depleted in U, Nb, Ta and LREE) become intense, accompanied by thorite and xenotime.

Por ser um material de baixo custo e apresentar propriedades ligantes, a macroalga marinha Sargassum filipendula vem sendo utilizada como material biossorvente no processo de biossorção de metais. No presente trabalho a alga marrom foi utilizada no estudo cinético e de equilíbrio dos íons de tório e urânio individuais e os resultados comparados à biossorção desses metais em sistema binário. Os testes foram realizados nas concentrações 1 e 10 mg/L e pH= 1,0 e 4,0 na temperatura de 25 1C. A melhor condição para biossorção de tório foi encontrada para 1 mg/L e pH= 1,0, enquanto que para urânio foi em 1 mg/L e pH= 4,0. O estudo cinético de biossorção de tório mostrou que o modelo de segunda ordem descreve melhor os dados experimentais em 1 mg/L (R2= 0,9987) e 10 mg/L (R2= 0,9919) em pH= 1,0 e 1 mg/L (R2= 0,9976) em pH= 4,0, enquanto em 10 mg/L (R2= 0,9787) pH= 4,0 a curva encontrada representou uma cinética de primeira ordem. Para a cinética de urânio os dois modelos se adequaram bem aos dados em ambas as condições experimentais. O estudo de equilíbrio mostrou um perfil crescente de captação de tório, com uma remoção de 96% e 54% do metal em pH= 1,0 e 4,0, respectivamente, a partir da Co= 1 mg/L. A melhor eficiência de captação dos íons de urânio foi de 33% para Co= 100 mg/L em pH= 1,0 e 71% para Co= 1 mg/L em pH= 4,0. Os dados experimentais da isoterma de tório mostraram-se mais adequados ao modelo de Freundlich para pH= 1,0, enquanto que para o pH= 4,0 esses foram melhor representados pelo modelo de Langmuir, com valores de coeficiente de determinação superiores. Em relação à isoterma do urânio, o modelo de Freundlich representou bem os dados experimentais. Os parâmetros de equilíbrio calculados a partir do modelo de Langmuir (kL, qmax ) e Freundlich (kF, n) indicaram uma maior afinidade da biomassa pelos íons de tório em ambas as condições experimentais. O estudo de equilíbrio do sistema binário mostrou que a biossorção dos íons de tório não é afetada pela presença do urânio em solução. Por outro lado, a sorção do urânio foi fortemente afetada pela coexistência com os íons de tório. / Due to its low cost and ligand properties, the seaweed Sargassum filipendula is highly used as a biosorbent material for metals biosorption processes. In the present work this brown seaweed was used in the kinetic and equilibrium studies of the process of biosorption of thorium and uranium, alone and in combined solutions. Tests were performed in the range of metals concentrations from 1 to 10 mg/L and pH values 1.0 and 4.0 at 25 1C. The best condition for the biosorption of thorium was found in the low concentration of 1 mg/L at pH 1.0, while uranium was best biosorbed at the concentration of 1 mg/L at pH 4.0. The kinetic study of thorium biosorption indicated that the second-order kinetic model best represented the experimental data for the low concentration of 1 mg/L (R2= 0.9987) and 10 mg/L (R2= 0.9919) at pH 1.0; for 1.0 mg/L R2= 0.9976 at pH= 4.0, while for the most concentrated solution (10 mg/L) R2 value was equal to 09787) at pH= 4.0, following a pseudo-first order kinetics. The biosorption of uranium indicated that both kinetic models fitted the experimental data, under both experimental conditions. Equilibrium study showed an increasing thorium biosorption, for increasing initial metal concentration, reaching 96 and 54% recovery of the metal, at pH 1.0 and 4.0, respectively. The higher individual efficiencies observed were 33% biosorption for a 100 mg/L initial concentration at pH 1.0 and 71% for a 1 mg/L concentration, at pH 4.0. Experimental equilibrium data, for the element thorium, indicated a best fit on Freundlich model, at pH 1.0, while at pH 4.0 the results were best represented by the Langmuir model, due to higher determination coefficient values. Considering the uranium isotherm obtained, Freundlich model best represented experimental data, suggesting the formation of a multilayer adsorption on the surface of the biomass. Equilibrium parameters calculated from the Langmuir (kL, qmax) and Freundlich (kF, n) models, indicated a higher affinity of the biomass for thorium, in comparison to uranium in both conditions tested. The study of the binary system equilibrium showed that the biosorption of thorium was not affected by the presence of uranium in solution, due to the same uptake values observed when thorium was solely present in solution, reaching qmax= 85,95 μmol Th/g (individual) and qmax= 110,1 μmol Th/g (mixture). On the other hand, uranium biosorption was markedly affected by the presence of thorium in solution, reaching low or not significant uranium by the biomass. Key words: Biosorption, Sargassum filipendula, Thorium, Uranium.

Orientador: Prof. Dr. José Rubens Maiorino / Tese ( doutorado)- Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. / O presente trabalho apresenta a análise e estudo da viabilidade de converter um reator de água pressurizada, para que opere com combustível a base de mistura de óxidos de tório e urânio (Th, U)O2, em substituição ao tradicional dióxido de urânio, com a finalidade de redução de actinídeos de longa vida, em especial plutônio, e de gerar um estoque de 233U que poderia vir a no futuro ser utilizado em ciclos de combustível avançados, em um processo mais sustentável e para aproveitar a grande reserva de tório disponível no planeta e em especial no Brasil. O reator escolhido como referência foi o AP1000, que é considerado como um dos reatores mais seguros e modernos da atual Geração III, e por sua similaridade com os reatores já consolidados e utilizados no Brasil para geração de energia elétrica. Os resultados obtidos mostram a viabilidade e potencialidade do conceito, sem a necessidade de mudanças no núcleo do AP1000, e também com vantagens relativamente a este. Os cálculos nêutronicos foram feitos pelo programa SERPENT. Os resultados forneceram uma densidade de potência linear máxima menores que o AP1000, favorecendo a segurança. Além disso a fração de nêutrons atrasados, os coeficientes de reatividade mostraram-se adequados para garantir a segurança do conceito. Os resultados mostraram que é possível uma produção de cerca de 260 Kg de 233U por ciclo, com uma produção mínima de plutônio físsil que favorece a utilização do conceito em ciclos de U-Th, no entanto os estudos apontam que sua vantagem é limitada a ciclos de combustível fechados. / This work presents the neutronics and thermal hydraulics feasibility to convert the UO2 core of the Westinghouse AP1000 in a (U-Th)O2 core, rather than the traditional uranium dioxide, for the purpose of reducing long-lived actinides, especially plutonium, and generates a stock pile of 233U, which could in the future be used in advanced fuel cycles, in a more sustainable process and taking advantage of the large stock of thorium available on the planet and especially in Brazil. The reactor chosen as reference was the AP1000, which is considered to be one of the most reliable and modern reactor of the current Generation III, and its similarity to the reactors already consolidated and used in Brazil for electric power generation. The results show the feasibility and potentiality of the concept, without needs any change in the core of the AP1000, and even with advantages over this. The neutron calculations were made by the SERPENT code. The results provided a maximum linear power density lower than the AP1000, favoring safety. In addition the delayed neutron fraction, the reactivity coefficients proved to be adequate to ensure the safety of the concept. The results show that a production of about 260 Kg of 233U per cycle is possible, with a minimum production of fissile plutonium that favors the use of the concept in U-Th cycles, however studies show that its advantage is limited to closed cycles.

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