RADIOQUIMICA E QUÍMICA NUCLEAR

Período de vigência 2013 - 2017
1 – DESCRIÇÃO.
TEMA PROPOSTO:
Radioquímica e Química Nuclear.
ÁREA DE PESQUISA:
Estudo e Aplicação de Técnicas Nucleares.
ÁREA DE PESQUISA (CNPQ): Ciências exatas e da terra.
PROCESSO INSTITUCIONAL
P&D em Radioquímica e Química Nuclear (Sugerido).
Possibilidades de fomento e/ou fomentos já captados:
Possibilidades: IEN, AIEA, INB, indústrias, petróleo, mineração, CAPES, FAPERJ.
Instituições participantes:
Instituto de Engenharia Nuclear (IEN).
Instituto de Radioproteção e Dosimetria (CR/IRD).
Indústrias Nucleares do Brasil (INB).
Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN).
Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio de Janeiro (IGEO/UFRJ).
Universidade Federal Fluminense (UFF).
Centro de Tecnologia Mineral (CETEM).
Proponente:
Alvaro Serafim Ferreira de Sousa.
Objetivo Geral:
Empregar técnicas de Química, Radioquímica e Química Nuclear para estudos e
aplicações em áreas de interesse da sociedade e do setor nuclear.
1
Objetivos Específicos:
1. Aplicação de procedimentos químicos e isótopos radioativos e não-radioativos
2.
3.
4.
5.
6.
7.
para desenvolvimento e estudos de sistemas, químicos, geoquímicos,
biológicos, hidrológicos e industriais.
Aplicações de técnicas analíticas instrumentais e de via úmida para o
tratamento de amostras, detecção e quantificação de elementos e substâncias
químicas de interesse científico, econômico e ambiental.
Pesquisa e desenvolvimento de novos métodos, ou adaptação de métodos existentes,
aplicáveis ao beneficiamento mineral utilizando técnica de hidrometalugia extrativa
em minérios, concentrados e rejeitos.
Aplicação de técnicas visando a minimização e/ou remoção e/ou reciclagem
através da produção de fontes radioativas para fins variados e/ou
descontaminação de rejeitos, solos e efluentes contaminados com elementos
tóxicos e radioativos.
Emprego de técnicas de estatística para a avaliação de dados e de simuladores
para estudos e modelagem de sistemas químicos.
Desenvolvimento de novos “software” para interface homem-máquina,
voltados a atender as necessidades de atualização, modernização e automação
instrumental.
Formação de competência na área, através da capacitação e ensino.
Justificativa/Relevância:
O interesse no uso da energia nuclear tem servido como um catalisador para o
maior desenvolvimento e pesquisa em áreas como da engenharia nuclear ou física.
Entretanto, existe uma lacuna a ser preenchida com relação as áreas da química.
Especialmente quando se trata da radioquímica e química nuclear. Apesar dos
reconhecidos benefícios não só para as áreas da saúde, ciência e industria, mas também
ao programa nuclear, estas áreas do conhecimento vêm ao longo dos anos,
experimentando uma crise devido a falta de incentivos. Muitas das instalações existentes
ou já foram descomissionadas ou não recebem auxílio como deveriam, limitando a
abrangência das pesquisas neste setor, impactando no desenvolvimento tecnológico.
O mesmo pode ser observado com relação a formação de recursos humanos,
embora continue a ser grande o número de licenciados a cada ano, em tópicos como:
química geral, inorgânica, físico-química, analítica, etc., estes graduados normalmente
não têm o conhecimento especializado de reações nucleares, modos de decaimento, e
propriedades químicas de elementos radioativos e isótopos necessários para uma carreira
na química nuclear ou radioquímica. Tal situação cria grandes lacunas nestas áreas do
conhecimento, levando o país a uma situação de estagnação no setor e dependência
externa. Trata-se, portanto, de uma área estratégica onde há a necessidade de
investimentos em infraestrutura e formação de pessoal.
A atual proposta visa não só tornar possível a sedimentação de algumas linhas de
pesquisa já em andamento (Desenvolvimento de marcadores radioativos, Síntese de
nano-partículas e Análise de lantanídeos e actinídeos) mas, também, a inserção de novas
linhas. Que teriam como foco principal de aplicação o ciclo do combustível nuclear e o
emprego de técnicas de Química, Radioquímica e Química Nuclear para estudos e
aplicações em áreas de interesse da sociedade e do setor nuclear.
2
Para isso o serviço de química nuclear e rejeitos do Instituto de Engenharia
Nuclear conta com infraestrutura de laboratórios e pessoal capazes de desenvolverem
trabalhos nesta área. Criado na década de 1970, o antigo departamento de química
LAMAN (Laboratórios de Materiais Nucleares), se constitui de uma série de laboratórios
que foram projetados para o desenvolvimento de pesquisas relacionadas ao ciclo do
combustível nuclear. Equipados com os mais variados tipos de instrumentos de análise,
os laboratórios e suas equipes vêm atuando nas áreas de síntese, pré-tratamento de
amostras, separação e química analítica através de trabalhos próprios ou em parcerias,
com outros serviços do instituto como SERAD, SEREA, SETIC, SEINS, SEMAT e
SECIC ou instituições como IRD, INB, CDTN, CETEM, UFRJ e UFF.
Propõe-se atuar em quatro linhas básicas, de modo a criar sustentabilidade para os
projetos relacionados a área temática:
Radioquímica
e
Química Nuclear
Química de
Radioisótopos
Química
analítica
Resíduos
nucleares e
tóxicos
Quimiometria e
métodos
computacionais
1. Química de Radioisótopos.
Aplicação de procedimentos químicos e isótopos radioativos e não-radioativos
para desenvolvimento de produtos e estudos de sistemas, químicos, geoquímicos,
biológicos, hidrológicos e industriais.
2. Química analítica e desenvolvimento.
Aplicações de técnicas analíticas instrumentais e de via úmida para o tratamento
de amostras, detecção e quantificação de elementos e substâncias químicas de interesse
científico, econômico e ambiental. Pesquisa e desenvolvimento de novos métodos, ou
adaptação de métodos existentes, aplicáveis ao beneficiamento mineral utilizando técnica de
hidrometalugia extrativa em minérios, concentrados e rejeitos.
3.Resíduos nucleares e tóxicos.
Aplicação de técnicas visando a minimização e/ou remoção e/ou reciclagem
através da produção de fontes radioativas para fins variados e/ou descontaminação de
rejeitos, solos e efluentes contaminados com elementos tóxicos e radioativos.
3
4. Quimiometria e métodos computacionais.
Emprego de técnicas de estatística para a avaliação de dados, simuladores para
estudos e modelagem de sistemas químicos, e desenvolvimento de novos “software” para
interface homem-máquina, voltados a atender as necessidades de atualização,
modernização e automação instrumental.
Esta proposta visa contribuir para a abertura e consolidação de várias linhas de
pesquisa além da formação de pessoal. Aumentando e sedimentando a interação entre os
diversos serviços e linhas de pesquisa do instituto e demais instituições, contribuindo
assim para o desenvolvimento e divulgação da área nuclear, consolidando ainda mais a
instituição como um centro de excelência em pesquisa, desenvolvimento e formação.
Resultados esperados (Metas Físicas):
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Desenvolvimento de novos marcadores radioativos.
Desenvolvimento de resina polimérica para fins analíticos.
Desenvolvimento de metodologia aplicada à descontaminação por fitoextração
de solos e efluentes contaminados com urânio e tório.
Desenvolvimento de metodologia empregando isótopos para estudo de um
sistema aquífero em área de mineração de urânio.
Desenvolvimento de “software” para tratamento de dados e imagens de um
espectrômetro de fluorescência de raios-x.
Proposição de novas áreas de concentração ao curso de mestrado do IEN.
Desenvolver protocolos para o fracionamento/separação de terras raras (TR)
visando aplicações analíticas e industriais,
Desenvolvimento de competência na área de modelagem, visando a separação de
elementos terras raras e/ou tório e/ou urânio,
Desenvolver protocolos de metodologias de análise de elementos de terras
raras, urânio e tório,
Modernização, adequação, certificação e licenciamento de alguns laboratórios
envolvidos.
Publicações em periódicos científicos.
Participação em congressos.
Produção de teses de doutorado e dissertações de mestrado.
2 – IMPACTOS E TRANSFERÊNCIA DOS RESULTADOS PREVISTOS PELO PROJETO
Setor Econômico de impacto potencial do tema (permitida a apresentação de mais de um):
1. Nuclear: disponibilizar técnicas analíticas para estudo e controle nuclear e ambiental,
empregando técnicas nucleares. Emprego de
2. Indústria: ofertar consultoria nas áreas de hidrometalurgia extrativa e análise
química.
3. Pesquisa: desenvolvimento de novos produtos e metodologias de fracionamento de
TR, urânio e tório.
4. Serviço e ensino: ofertar consultoria e cursos.
4
Impacto Científico:
1. Consolidação de um grupo de P & D em radioquímica e Química Nuclear no IEN.
2. Formação e aperfeiçoamento de recursos humanos, através qualificação e
especialização.
3. Desenvolvimento de competência na área de modelagem, visando a separação de
elementos terras raras e/ou tório e/ou urânio.
4. Contribuição para o aumento das publicações em periódicos e participação em
congressos.
5. Desenvolvimento de protocolos de metodologias de análise de elementos de terras
raras, urânio e tório.
6. Formação de mestres e doutores.
7. Proposições de novas áreas de concentração ao curso de mestrado do IEN.
Impacto Tecnológico:
1. Disponibilizar novas ferramentas de trabalho, que poderão ser utilizadas nas áreas de
química, geoquímica, biologia, hidrologia, industriai, pesquisa, desenvolvimento,
fiscalização, ensino e segurança.
2. Desenvolvimento de protocolos para o fracionamento/separação de terras raras (TR)
visando aplicações analíticas e industriais.
3. Implantação de novas linhas de pesquisa em uma área em que há uma grande
carência.
4. Disponibilização de metodologias analíticas mais sensíveis, eficientes e modernas.
5. Capacidade para análise e diagnóstico de sistemas complexos.
6. Domínio de tecnologias para a produção marcadores radioativos.
Impacto Econômico:
1. Obtenção de recursos através da prestação de serviços e consultorias para clientes
externos, como mineradoras, indústrias, instituições governamentais etc.
2. Uso de patentes eventualmente obtidas.
Impacto Social:
1. Emprego de tecnologias que poderão trazer benefícios para outras áreas, como por
exemplo, meio ambiente e educação.
2. Disponibilização de técnicas mais sensíveis, eficientes e modernas, capazes de
empregar micro quantidades de amostra, minimizando o volume de rejeito gerado.
3. Formação de recursos humanos, ampliando a qualificação dos atuais profissionais e
formando novos profissionais para o futuro no setor nuclear.
4. Diversificação no ensino, disponibilizando novas áreas de concentração ao curso de
mestrado do IEN.
5. Otimização de processos, disponibilizando tecnologias capazes de impactar no setor
produtivo.
5
Impacto Ambiental:
1. Disponibilização de técnicas mais sensíveis, eficientes, modernas e sustentáveis.
Capazes de minimizar as quantidades de reagentes, gerando menor volume de
rejeitos, como no caso de simuladores e instrumentação analítica.
2. Emprego de técnicas de separação, extração e pré-concentração aplicadas à
descontaminação de solos e efluentes contaminados com elementos tóxicos e
radioativos.
3. Reciclagem de rejeitos radioativos, como a produção de fontes para calibração de
detectores, reduzindo assim o volume de rejeito armazenado.
4. Uso de amostras com baixa atividade devido à possibilidade do emprego de técnicas
de separação e pré-concentração.
5. Estudo de sistemas relacionados a qualidade da água, permitindo fornecer subsídios
para ações corretivas, quando necessárias.
6. Capacidade para determinação das condições ideais, de funcionamento de um
sistema industrial, evitando desperdício de matéria prima, energia água etc.
7. Possibilidade de reciclagem de rejeitos radioativos, reduzindo o volume de rejeito
armazenado e, se possível, lhe agregando valor comercial.
8. Uso de amostras com baixa atividade devido à possibilidade do emprego de técnicas
de pré-concentração.
9. Proposição de técnica de Extração liquido-líquido sustentável, para a separação de
elementos de TR.
Clientes do Projeto (explicitar se efetivos ou potenciais):
1. Indústria de mineração, petróleo etc. (potenciais).
2. Grupos de pesquisa externos (potenciais).
3. Instituições e órgãos governamentais (potenciais).
Licenciamentos previstos para atender aos objetivos especificos apontados:
Certificação e/ou licenciamento de alguns laboratórios para atender as conformidades das Boas
Práticas de Laboratório (BPL), visando a acreditação dos métodos eventualmente desenvolvidas e
adequação as normas da CNEN.
Mecanismos de transferência de resultados:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Elaboração de notas técnicas, visando o registro do trabalho desenvolvido.
Publicações em periódicos científicos.
Participação em congressos e feiras.
Publicações de protocolos para procedimentos de análise química.
Publicações de relatórios de “progress report”.
Formação de recursos humanos.
Treinamento de profissionais (internos e externo).
Teses de doutorado e dissertações de mestrado.
Depósito de patente, quando possível.
6
3 – INFRAESTRUTURA
RESUMO DA EQUIPE PARTICIPANTE (INTERNA E EXTERNA)
EQUIPE INTERNA
Titulação
Instituição
Equipe
Alvaro S. F. de Sousa
Mestre
Antônio Pedro Júnior
Bach. Química
Camila Sá de Jesus
Bolsista Graduação
Cláudio Augusto Vianna
Téc. Química
Éder Fernando da Silva
Téc. Química
Elizabeth de M. M. Ferreira
Doutor
Glauco Correa da Silva
Mestre
Isabel C. Taam S. Oliveira
Mestre
José Luís Mantovano
Bach. Química
Leonel Mathry de Carvalho
Mestre
Luana Sueko Peres
Bolsista Graduação
Marcio Paes de Barros
Doutor
Marcus A. de A. Pinheiro
Doutor
Maria de L. Freitas Domingues
Téc. Química
Rogério j. A. Lamour
Mestre
Rubens Souza da Silva
Téc. Química
Valdir Gante
Físico Tecnólogo
Valeska P. de Araujo
Mestre
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IFRJ/INB
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IFRJ/INB
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
IEN/SQNR
COLABORADORES INTERNOS E EXTERNOS
Titulação
Instituição
Alfredo V. Bellido Bernedo
Luís Eduardo B. Brandão
Mariza Ramalho Franklin
Nelson Fernandes
Paulo S. P. Minardi
Doutor
Doutor
Doutor
Doutor
Doutor
Total de HH
24
16
30
24
24
16
24
24
24
24
30
8
16
24
16
24
24
16
Total de HH
UFF
IEN/DIRA
IRD
UFRJ
CDTN
8
8
8
8
8
RESUMO DA INFRAESTRUTURA DE EQUIPAMENTOS E INSTALAÇÕES
DISPONÍVEL (Sustentabilidade do projeto)
Principais instalações:
1.
Laboratório de Fluorescência de raios-X (Área: 100 m2).
Espectrômetro de Fluorescência de Raios X por Comprimento de Onda
Dispersivo – WDFRX
Equipamento de Análise Termodiferencial e Gravimétrica - DTA/TG:
Espectrômetro de Fluorescência de Raios X por Energia Dispersiva – EDX:
Difratômetro de Raios-X –DRX:–modelo DRX 6000.
7
2.
Laboratório de Espectroscopia de Absorção Atômica em Chama (Área: 15 m2).
Espectrofotômetro de Absorção Atômica, Modelo GBC 98 AA.
3. Laboratório de Espectroscopia de Emissão Atômica em Plasma
Indutivamente Acoplado (Área: 62 m2).
Espectrofotômetro de Emissão em Plasma Indutivamente Acoplado – ICP- OES
- Dual View: Modelo: Optima 2100DV.
4.
Laboratório de Espectrofotometria UV/VIS (Área: 12 m2).
Espectrofotômetro UV/VIS, Modelo 918.
5.
Laboratório de Automação Analítica (Area: 12 m2).
Espectrofotômetro GBC UV-Visível, Modelo UV/VIS 911A
Espectrofotômetro Femto UV-Visível, Modelo 600
Espectrofotômetro GBC UV-Visível, Modelo LC 1210
Cromatográfo a gás Agilente, Modelo
Condutivimetro Procyon, Modelo 88
Bombas peristálticas Gilson com 8 canais, Modelo Miniplus 3
6.
Laboratório de Tratamento de Amostras (Área: 75 m2).
Bidestilador de quarzo , destilador; medidor de pH; refrigerador comercial;
placas aquecedoras ; placas agitadoras com aquecimento; estufa; centrífugas;
forno; agitador mecânico; bombas de vácuo; balança analítica, capelas.
7.
Laboratório de Pré-concentração de amostras (Área: 75 m2).
Destilador; deionizador; medidor de pH; refrigerador; placas aquecedoras ;
placas agitadoras com aquecimento; estufa; centrífugas; forno; agitador
mecânico; bombas de vácuo; balança analítica, capelas.
8.
Laboratório de medidas potenciométricas (Área: 60 m2).
Potenciômetro Ttrando 808 - Metrohm
Potenciômetro Titroline - Schott
Potenciômetro Titroline – Schott
Potenciômetro 710 A+ - Orion
Aparelho para Karl Fisher Metrohm
Balança analítica
9.
Laboratório de apoio e preparo de soluções (Área: 20 m2).
Destilador; medidor de pH; placas aquecedoras ; placas agitadoras com
aquecimento; centrífuga; bombas de vácuo; balança analítica, capelas.
10.
Laboratório de pesquisa e desenvolvimento (Área: 60 m2).
Deionizador, refrigerador; placas aquecedoras; estufas; forno; bombas de
vácuo; capelas, centrífugas, pH metro; chapas de aquecimento e agitação;
banho de areia, mantas de aquecimento, aparelho soxhlet, bomba peristáltica.
11.
Laboratório de tecnologia ambiental (Área: 60 m2).
Destilador; medidor de pH; placas aquecedoras ; placas agitadoras com
aquecimento; forno; agitador mecânico; bombas de vácuo; capelas.
8
12.
Almoxarifado informatizado para a guarda e controle de produtos químicos e
radioativos (Área 120 m2).
NECESSÁRIA
Principais instalações:
1. Laboratório de pesquisa e desenvolvimento (a ser transformado):
Reforma e divisão em dois laboratórios (Laboratório de pesquisa e desenvolvimento
e Laboratório de Cromatografia), instalação de linha de gases, capelas e caixas de
luvas com filtro hepa, substituição de mobiliário, condicionador de ar, circuito
elétrico e hidráulico, exaustão com lavador de gases.
Substituição de um exaustor.
Principais equipamentos:
1. Aquisição de um analisador termo-diferencial e Gravimétrico. Em substituição do
equipamento já existente (ano de fabricação 1971) modelo muito antigo sem peças
de reposição no mercado.
2. Aquisição de um espectrômetro de fluorescência de raios X por dispersão de
comprimento de onda. Em substituição do equipamento já existente (ano de
fabricação 1970) modelo muito antigo sem peças de reposição no mercado.
3. Aquisição de um espectrofotômetro de infra-vermelho com transformada de Fourier.
4. Reparo e instalação de um cromatógrafo a gás.
5. Aquisição de um injetor automático com sistema de “head space” para um
cromatógrafo a gás.
6. Aquisição de um cromatógrafo de alta eficiência, com injetor automático e detecção
por: espectrofotometria UV-visível por reação de pós-coluna e de íons com
supressor de condutividade.
7. Aquisição de um injetor automático para um ICP- OES.
8. Aquisição de um Forno de micro-ondas para digestão de amostras.
9. Aquisição de dois sistemas de purificação de água por osmose reversa.
10. Aquisição de três Balanças analítica.
11. Aquisição de um Rota-vapor.
Pessoal:
1. Seis bolsistas técnicos de química.
2. Quatro bolsistas de graduação em química.
4 - Anexar parecer(es) da(s) chefia(s) da(s) área(s) que poderá(ão) disponibilizar
recursos humanos e/ou infraestrutura.
Não existe impedimento da chefia para a realização do projeto.
9