RECUPERAREA ELEMENTELOR DE PAMANTURI RARE DIN CONCENTRATE COMPLEXE PROVENITE DIN TURCIA
SI UTILIZAREA LOR POTENTIALA IN APLICATII INDUSTRIALE DE INALTA TEHNICITATE – Acronim RETECH

Proiect M – ERAMIN III
Acronim: RETECH
Contract 179 / 01.09.2020
Autoritatea Contractanta: UEFISCDI ROMANIA

PARTENERI

1. RARE EARTH ELEMENTS RESEARCH INSTITUTE, ANKARA, TURKEY, Coordonator
2. INSTITITUL NATIONAL DE C-D PENTRU METALE NEFEROASE SI RARE – IMNR, ROMANIA
3. GENERAL DIRECTORATE OF MINERAL RESEARCH AND EXPLORATION, ANKARA, TURKEY
4. RUMELISIAD GIRISIM A.S., BURSA, TURKEY
5. INSTITITUL NATIONAL DE C-D PENTRU METALE RARE SI RADIOACTIVE – INCDMRR, ROMANIA

      Obiectivul general al proiectului este de a efectua studii de cercetare și dezvoltare și de a dezvolta tehnologii eficiente pentru valorificarea REE din minereuri complexe existente, care vor contribui la crearea unui lanț de aprovizionare durabil REE în Turcia și Europa. Prin intermediul acestui proiect, studiile mineralogice, chimice și metalurgice legate de integrarea de cercetări de îmbogățire la scară de dezvoltare industrială vor fi realizate în Turcia. Acest proiect aduce oportunitatea de a furniza o sursă alternativă de REE pentru Europa și Turcia. Obținerea de REE strategice dintr-un depozit situat în Turcia în apropierea Europei poate reduce dependența țării noastre și a UE de piețele de peste mări, în special de cel mai mare furnizor din China, prin introducerea unei surse alternative și, de asemenea, poate asigura un lanț de aprovizionare durabil și competitiv și / sau securitatea aprovizionării. Bazat pe politica UE creată pentru asigurarea diversității surselor de energie pentru a reduce dependența de energia din import, rezultatele acestui studiu vor avea un impact socio-economic și vor conduce realizări importante în progresul tehnologic. În timpul proiectului, o alternativă realistă a lanțului de aprovizionare cu China va fi simulată de la minereuri până la aplicații magnetice de înaltă tehnologie.

ETAPA I    2020

CERCETARI PENTRU OBTINEREA DE MATERIALE OXIDICE DOPATE CU OXIZI DE PAMANTURI RARE

ETAPA II    2021

ELABORARE TEHNOLOGIE DE LABORATOR PENTRU OBTINEREA DE SISTEME DE MATERIALE OXIDICE
DOPATE CU OXIZI DE PAMANTURI RARE SUB FORMA DE FILME SUBTIRI

Pulberi de ZrO2 co-dopate cu 8% gr. Y2O3 și respectiv 4, 6 și 8 % gr. oxizi de La, Nd, Sm și Gd au fost sintetizate hidrotermal. Pulberile obținute constau dintr-un amestec de oxid de ytriu cubic și zirconiu ca fază principală și ZrO2 monoclinic cu structura tipică a Baddeleyitei naturale, cu excepția pulberilor inițiale dopate cu 4, 6 și 8% în greutate Nd, unde s-a format numai faza cubică. Aceste rezultate confirmă rezultatele anterioare, arătând că sinteza hidrotermală a nanopulberilor de zirconiu dopate cu ytria favorizează stabilizarea fazei cubice la temperaturi scăzute.
Evoluția fazelor cristaline în funcție de compoziție și temperatură arată o tendință clară spre formarea de soluții solide cubice cu diferite compoziții. Stabilitatea zirconiei cubice la creșterea temperaturii este bine cunoscută și se explică prin energia de suprafață mai scăzută a simetriei cubice. Fazele cubice formate în 8YSZ-codopat cu 4,6 și 8% în greutate Ln2O3 (Ln=La, Nd, Sm, Gd) pot fi clasificate în trei tipuri de soluții solide, în funcție de concentrația de dopant: (Ln0.07Y0.14Zr0.79)O1.90; (Ln0.11Y0.14Zr0.75)O1.88 și (Ln0.14Y0.14Zr0.72)O1.86. Creșterea concentrației de dopant duce la scăderea înălțimii și lărgirea maximelor de difracție. Aceste rezultate ar putea fi explicate prin următorul fapt: creșterea concentrației de dopant favorizează introducerea de microtensiuni la nivelul celulei elementare și formarea de cristalite nanometrice.
Conductivitatea termică scăzută a 8YSZ co-dopată cu 4,6 și 8% în greutate Ln2O3 poate fi legată de compoziția fazei complexe și formarea de piroclor cubi care au fost raportate ca materiale cu conducție termică scăzută . Cu toate acestea, rezultatele obținute prin metoda hard disk ar trebui verificate cu alte metode standardizate, cum ar fi flash DSC.
Spectrometria de impedanță indică faptul că la aproximativ 600°C migrarea purtătorilor de sarcină are loc prin diferite mecanisme, datorită modificării granițelor și a contribuțiilor în vrac față de dopantul utilizat, ducând la scăderea rezistenței electrice totale a probelor odată cu creșterea temperaturii. Odată cu creșterea temperaturii, contribuția la granița devine etapa limitatoare a conducerii. Energiile de activare au valori de același ordin de mărime pentru toate probele de 8YSZ-6% în greutate Ln2O3 studiate, cu o valoare mai mică de 1,09 eV pentru materialele co-dopate cu 6% în greutate Gd.
Filmele subțiri obținute din aceste materiale prin RF sputtering au o foarte bună stabilitate termică, cu potențial de utilizare în acoperiri de protecție termică.

Proprietățile termice ale ZrO2 co-dopată cu 8% în greutate Y-6% Ln (Ln=La, Nd, Sm, Gd).

Diagrama Arrhenius pentru ZrO2 co-dopat cu 8% în greutate Y și 6% în greutate Ln la 600°C.

Publicatii ISI
Radu-Robert Piticescu, Anca Elena Slobozeanu Sorina Nicoleta Valsan, Cristina Florentina Ciobota, Andreea-Nicoleta Ghita, Adrian Mihail Motoc, Stefania Chiriac and Mythili Prakasam, „Hydrothermal Synthesis of Nanocrystalline ZrO2-8Y2O3-xLn2O3 Powders (Ln = La, Gd, Nd, Sm): Crystalline Structure, Thermal and Dielectric Properties“, Materials 2021, 14, 7432., https://doi.org/10.3390/ma14237432

Publicatii BDI
Radu-Robert Piticescu, Mythili Prakasam, Olivier Jay, Anca Elena Slobozeanu, Marian Burada, „ Innovative ideas in the design, re-use and re-fabrication of Rare Earth-based materials in the Context of Microelectronics and Renewable Energy“, CAS Proceedings pg. 25-28, 6-8 Octombrie 2021, IEEE Publisher, https://doi.org/10.1109/CAS52836.2021.9604177

ETAPA III    2022

ELABORARE TEHNOLOGIE DE LABORATOR PENTRU OBTINEREA DE MATERIALE OXIDICE DOPATE
CU OXIZI DE PAMANTURI RARE SUB FORMA DE PRODUSE SINTERIZATE

În cadrul acestei faze au fost prezentate importanța pământurilor rare în obținerea de materiale destinate SOFC-urilor (pilelor de combustie cu oxizi solizi) și au fost analizate principalele metode de obținere a materialelor ceramice dopate cu amestecuri de pământuri rare.
Prin metodă hidrotermală au fost obținute pulberi BaCeO3 dopate cu 8% Y (BCY2,BCY3). Pulberile obținute au fost caracterizate din punct de vedere morfologic, structural din punct de vedere al compoziției fazelor și al comportamentului termic. Pulberile au fost supuse calcinării la 1200°C timp de 8h și au fost analizate compozițiile lor de fază. Având în vedere că Ce este pământul rar cu cea mai mare concentrație din concentratul de bastnasit provenit din Turcia, de aceea această aplicație high tech poate avea cel mai mare impact economic.