THE FORMATION MECHANISM OF THE VITRIFIED SLAG IN A PLASMA ARC REACTOR FOR HAZARDOUS WASTE TREATMENT

Various hazardous wastes with additives have been vitrified to investigate the formation mechanism of the glassy slag by a 30 kW DC plasma-arc reactor developed by the Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences. The average temperature in the reaction area is controlled at 1500°C. The chemical compositions of three sorts of fly ashes are analyzed by XRF (X-Ray Fluorescence). Fly ashes with vitrifying additives can be vitrified to form glassy slag, which show that the ratio of the whole oxygen ions to the whole network former ions in glass (R) is appropriate in the range of 2~3 to form durable vitrified slag. In this experiment, the arc power is controlled below 5 kW to inhibit waste evaporation. To enhance the effects of heat transfer to wastes, ferrous powder has been added into the graphite crucible, which aggregates as ingot below the molten silicate after vitrification. The slag fails to form glass if the quenching rate is less than 1 K/min. Therefore, the slag will break into small chips due to the sharp quenching rate, which is more than 100 K/sec.

Chemical and mineralogical characterization of micro-inclusions in diamonds

Secondary-ion mass spectrometry (SIMS), electron probe analysis (EPMA), analytical scanning electron microscopy (SEM) and infrared (IR) spectroscopy were used to determine the chemical composition and the mineralogy of sub-micrometer inclusions in cubic diamonds and in overgrowths (coats) on octahedral diamonds from Zaire, Botswana, and some unknown localities.

The inclusions are sub-micrometer in size. The typical diameter encountered during transmission electron microscope (TEM) examination was 0.1-0.5 µm. The micro-inclusions are sub-rounded and their shape is crystallographically controlled by the diamond. Normally they are not associated with cracks or dislocations and appear to be well isolated within the diamond matrix. The number density of inclusions is highly variable on any scale and may reach 10^(11) inclusions/cm^3 in the most densely populated zones. The total concentration of metal oxides in the diamonds varies between 20 and 1270 ppm (by weight).

SIMS analysis yields the average composition of about 100 inclusions contained in the sputtered volume. Comparison of analyses of different volumes of an individual diamond show roughly uniform composition (typically ±10% relative). The variation among the average compositions of different diamonds is somewhat greater (typically ±30%). Nevertheless, all diamonds exhibit similar characteristics, being rich in water, carbonate, SiO_2, and K_2O, and depleted in MgO. The composition of micro-inclusions in most diamonds vary within the following ranges: SiO_2, 30-53%; K_2O, 12-30%; CaO, 8-19%; FeO, 6-11%; Al_2O_3, 3-6%; MgO, 2-6%; TiO_2, 2-4%; Na_2O, 1-5%; P_2O_5, 1-4%; and Cl, 1-3%. In addition, BaO, 1-4%; SrO, 0.7-1.5%; La_2O_3, 0.1-0.3%; Ce_2O_3, 0.3-0.5%; smaller amounts of other rare-earth elements (REE), as well as Mn, Th, and U were also detected by instrumental neutron activation analysis (INAA). Mg/(Fe+Mg), 0.40-0.62 is low compared with other mantle derived phases; K/ AI ratios of 2-7 are very high, and the chondrite-normalized Ce/Eu ratios of 10-21 are also high, indicating extremely fractionated REE patterns.

SEM analyses indicate that individual inclusions within a single diamond are roughly of similar composition. The average composition of individual inclusions as measured with the SEM is similar to that measured by SIMS. Compositional variations revealed by the SEM are larger than those detected by SIMS and indicate a small variability in the composition of individual inclusions. No compositions of individual inclusions were determined that might correspond to mono-mineralic inclusions.

IR spectra of inclusion- bearing zones exhibit characteristic absorption due to: (1) pure diamonds, (2) nitrogen and hydrogen in the diamond matrix; and (3) mineral phases in the micro-inclusions. Nitrogen concentrations of 500-1100 ppm, typical of the micro-inclusion-bearing zones, are higher than the average nitrogen content of diamonds. Only type IaA centers were detected by IR. A yellow coloration may indicate small concentration of type IB centers.

The absorption due to the micro-inclusions in all diamonds produces similar spectra and indicates the presence of hydrated sheet silicates (most likely, Fe-rich clay minerals), carbonates (most likely calcite), and apatite. Small quantities of molecular CO_2 are also present in most diamonds. Water is probably associated with the silicates but the possibility of its presence as a fluid phase cannot be excluded. Characteristic lines of olivine, pyroxene and garnet were not detected and these phases cannot be significant components of the inclusions. Preliminary quantification of the IR data suggests that water and carbonate account for, on average, 20-40 wt% of the micro-inclusions.

The composition and mineralogy of the micro-inclusions are completely different from those of the more common, larger inclusions of the peridotitic or eclogitic assemblages. Their bulk composition resembles that of potassic magmas, such as kimberlites and lamproites, but is enriched in H_2O, CO_3, K_2O, and incompatible elements, and depleted in MgO.

It is suggested that the composition of the micro-inclusions represents a volatile-rich fluid or a melt trapped by the diamond during its growth. The high content of K, Na, P, and incompatible elements suggests that the trapped material found in the micro-inclusions may represent an effective metasomatizing agent. It may also be possible that fluids of similar composition are responsible for the extreme enrichment of incompatible elements documented in garnet and pyroxene inclusions in diamonds.

The origin of the fluid trapped in the micro-inclusions is still uncertain. It may have been formed by incipient melting of a highly metasomatized mantle rocks. More likely, it is the result of fractional crystallization of a potassic parental magma at depth. In either case, the micro-inclusions document the presence of highly potassic fluids or melts at depths corresponding to the diamond stability field in the upper mantle. The phases presently identified in the inclusions are believed to be the result of closed system reactions at lower pressures.

Studies in nuclear reactor dynamics : I. The accuracy of point kinetics. II. The effect of delayed neutrons on the spectrum of the group-diffusion operator

This thesis is a theoretical work on the space-time dynamic behavior of a nuclear reactor without feedback. Diffusion theory with G-energy groups is used.

In the first part the accuracy of the point kinetics (lumped-parameter description) model is examined. The fundamental approximation of this model is the splitting of the neutron density into a product of a known function of space and an unknown function of time; then the properties of the system can be averaged in space through the use of appropriate weighting functions; as a result a set of ordinary differential equations is obtained for the description of time behavior. It is clear that changes of the shape of the neutron-density distribution due to space-dependent perturbations are neglected. This results to an error in the eigenvalues and it is to this error that bounds are derived. This is done by using the method of weighted residuals to reduce the original eigenvalue problem to that of a real asymmetric matrix. Then Gershgorin-type theorems .are used to find discs in the complex plane in which the eigenvalues are contained. The radii of the discs depend on the perturbation in a simple manner.

In the second part the effect of delayed neutrons on the eigenvalues of the group-diffusion operator is examined. The delayed neutrons cause a shifting of the prompt-neutron eigenvalue s and the appearance of the delayed eigenvalues. Using a simple perturbation method this shifting is calculated and the delayed eigenvalues are predicted with good accuracy.

Síntese e Polimerização da 2-Fenil-2-oxazolina assistidas por Micro-ondas

Atualmente, a irradiação por micro-ondas tem se mostrado uma boa fonte de energia para a realização de sínteses orgânicas, devido a uma série de vantagens que essa nova tecnologia apresenta. Entretanto, ainda existem poucos estudos sobre polimerizações assistidas por micro-ondas. Neste trabalho foram realizadas a síntese da 2-fenil-2-oxazolina e a sua polimerização, em solução e em massa, assistidas por micro-ondas e pelo método convencional (térmico). As reações irradiadas por micro-ondas foram feitas empregando-se vaso aberto ou fechado, e nas polimerizações foram usados como iniciadores o iodeto de metila e o eterado de trifluoreto de boro. Os heterocíclicos e os polímeros produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e ressonância magnética nuclear de núcleo de hidrogênio. Para as reações assistidas por micro-ondas os rendimentos foram bons e compatíveis com os obtidos pelo método convencional. Para a reação de síntese da 2-fenil-2-oxazolina o rendimento ficou na faixa de 70% e de suas polimerizações em torno de 80%, sendo as reações irradiadas por micro-ondas realizadas em um tempo reacional muito inferior ao do método térmico. A técnica de irradiação de micro-ondas para as reações estudadas se mostrou eficiente para os parâmetros utilizados na síntese do monômero e na sua polimerização em massa.

Caracterização físico-química e avaliação dos níveis de elementos-traço em sedimentos de manguezais das baías da Ilha Grande e de Sepetiba, RJ, por metodologias de digestão ácida assistidas por micro-ondas

O presente trabalho teve como objetivo principal comparar dois métodos de extração de elementos-traço em sedimentos que são assistidos por radiação micro-ondas. Foram coletadas amostras de sedimentos superficiais em um manguezal localizado na baía da Ilha Grande e em três manguezais localizados na baía de Sepetiba, RJ. As amostras de sedimentos coletadas foram secas, destorroadas e peneiradas. Sub-amostras foram submetidas a análises de caracterização física e química. Os métodos de extração de elementos-traço comparados foram o EPA-3051A e o método água régia assistido por micro-ondas. Os elementos-traço analisados foram: Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn. As concentrações dos elementos-traço nos extratos produzidos foram determinadas por FAAS (Espectrometria de absorção atômica com chama). Foram encontradas nos sedimentos dos manguezais estudados concentrações acima dos níveis estabelecidos pela Resolução CONAMA 344/2004 para os elementos-traço: Cd, Ni, Pb e Zn. Os resultados mostraram que as capacidades de extração de elementos-traço dos métodos EPA-3051A e água régia assistido por micro-ondas variam em função das características físico-químicas dos sedimentos. A análise estatística pela técnica de regressão linear simples mostrou que as duas metodologias são estatisticamente similares apenas para o Cr e os valores dos coeficientes de determinação (R2) obtidos obedeceram à seqüência: Cu > Pb > Zn > Ni > Cr > Cd. Na análise pela técnica estatística de regressão linear múltipla ocorreram melhorias estatisticamente significativas nos coeficientes de determinação quando foram incluídas as seguintes variáveis independentes: potencial redox e fósforo total para o Cd, argila para o Cr, areia para o Ni e fósforo total para o Pb e para o Zn

Gestão de saúde, segurança, meio ambiente e responsabilidade social em micro e pequenas empresas recicladoras de plásticos PEBD e PET no Estado do Rio de Janeiro

A presente dissertação tem como tema a gestão de saúde, segurança, meio ambiente e responsabilidade social em micro e pequenas empresas recicladoras de plásticos PEBD e PET no Estado do Rio de Janeiro. A reciclagem de plástico contribui para minimizar os resíduos sólidos gerados pelos processos industriais. O objetivo geral deste estudo é verificar como as atividades de reciclagem impactam na saúde e na segurança do trabalhador e levantar algumas questões relacionadas com a responsabilidade sócio-ambiental, com destaque para o atendimento às normas regulamentadoras, legislação de saúde, segurança e meio ambiente aplicável e sistemas de gestão. Para atingir tal objetivo, a metodologia do presente estudo foi dividida em: pesquisa bibliográfica, elaborada através de consultas a livros, a artigos, a legislação e a bancos de dados de reconhecida credibilidade; elaboração de um questionário direcionado; visitas técnicas, e entrevistas com os encarregados ou donos das empresas, a fim de obter dados para avaliar as condições de trabalho relativas à saúde e segurança, meio ambiente e responsabilidade social. Durante esta etapa foram visitadas quatro recicladoras de plástico, todas situadas no Estado do Rio de Janeiro, sendo três do segmento de PEBD e uma de PET. Os resultados obtidos mostram que, numa avaliação global, apenas 24% dos itens avaliados foram atendidos na sua íntegra, o que demonstra um baixo índice de atendimento às questões relativas à saúde, segurança e meio ambiente e responsabilidade social. Nas avaliações individuais destes mesmos itens constatou-se que o atendimento foi de 38%, 10% e 54%, respectivamente. Enfim, o presente estudo mostra que há necessidade de maior atenção aos requisitos relativos à saúde e segurança do trabalhador, ao meio ambiente e às questões sociais, em função dos riscos do processo de produção do plástico reciclado

Ecologia de Astyanax taeniatus na Bacia do Rio Mato Grosso, Saquarema - RJ: Dieta, uso do micro-hábitat e uma breve análise comportamental

Neste trabalho tivemos como objetivo caracterizar a dieta, uso do habitat e padrões comportamentais de Astyanax taeniatus da bacia do Rio Mato Grosso, que encontra-se na porção leste do Estado do Rio de Janeiro (22 52 S; 42 40 W e 22 53 S; 42 34 W). Para a análise da dieta, os exemplares foram coletados bimestralmente entre março de 2006 e janeiro de 2007 em três localidades que diferiram pelas variáveis físicas. As observações de uso dos recursos do habitat foram realizadas por observação subaquática, na posição focal dos exemplares avistados, enquanto a quantificação da disponibilidade foi realizada em 50 quadrats de 20x20cm (400cm2) ao longo dos mesmos 50m onde foi realizada a observação sub-aquática. A análise do conteúdo estomacal de 651 exemplares foi realizada sob microscópio estereoscópico de acordo com métodos qualitativos e quantitativos (Freqüência de Ocorrência e Volumétrica). A participação relativa de cada item registrado nos estômagos em relação à totalidade da dieta foi analisada através do Índice Alimentar (IAi). Para verificar possíveis diferenças entre as proporções dos itens de origem animal e vegetal, autóctone e alóctone, os valores proporcionais foram testados pelo 2 de contingência. A partir dos dados de comprimento padrão e comprimento do intestino, foi calculado o valor do quociente intestinal. Os itens de origem vegetal tiveram maior contribuição na dieta da espécie para as localidades com maior altitude, enquanto os itens animais tiveram maior contribuição na localidade baixa. A diferença na contribuição dos itens de origem autóctone e alóctone também foi significativa. Na dieta de jovens e adultos, houve diferença significativa na contribuição de itens de origem vegetal e animal somente na localidade mais alta, onde os adultos consumiram maior quantidade de matéria vegetal. Os valores médios de quociente intestinal em jovens e adultos foram significativamente diferentes nas localidades de maior altitude, com valores maiores para indivíduos adultos. Observamos 52% dos indivíduos em profundidades entre 30 e 45 cm, 72% em áreas de rápido, 72% em velocidades entre 0 e 0,5km/h, 66% encontravam-se distantes da margem entre 40 e 120 cm, 37,6% em substrato do tipo areia e 34,4% em substrato do tipo pedra. De todos os padrões comportamentais observados, aquele que mais se destacou foi o forrageamento, onde 70,91% dos indivíduos estavam forrageando no meio da coluna dágua. Os resultados da dieta reforçam a idéia de as espécies de Astyanax têm hábito alimentar onívoro e oportunista, onde a espécie alimentou-se dos recursos disponíveis no ambiente evidenciando sua alta plasticidade alimentar ao longo do riacho. Espécies do gênero Astyanax são consideradas generalistas em relação ao uso do habitat e altamente ativas, corroborando com os resultados do presente estudo.

Toxicidade e bioacumulação de cobre em micro-organismos fotoautotróficos

Microalgas e cianobactérias têm sido amplamente recomendadas para biomonitoração de metais pesados e outros poluentes, sendo considerados indicadores sensíveis às alterações ambientais e utilizados como organismos testes na regulamentação dos níveis de metal. Estes micro-organismos fotossintetizantes são produtores primários da base da cadeia alimentar aquática e são os primeiros a serem afetados pela poluição por metais pesados. O cobre é um metal normalmente considerado como nutriente essencial para a vida aquática mas pode ser tóxico para algumas espécies. Portanto, neste estudo foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação de cobre (II) em quatro espécies de micro-organismos fotoautotróficos componentes do fitoplâncton dulcícola, duas cianobactérias filamentosas (Anabaena sp. e Oscillatoria sp) e duas microalgas da classe das clorofíceas (Monorraphidium sp. e Scenedesmus sp.). O meio de cultivo utilizado nos ensaios foi o ASM-1 com e sem a presença de cobre (0,6 mg/L a 12 mg Cu2+/L) onde, o efeito tóxico do metal foi monitorado por contagem celular para as microalgas e por peso seco para as cianobactérias. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para todos os micro-organismos, através de coletas de amostras no decorrer do experimento e determinação da concentração de cobre em solução por espectrometria de absorção atômica com chama. Os resultados obtidos mostram que o efeito tóxico do metal é diretamente proporcional à concentração inicial para os micro-organismos estudados, mas que o cobre (II) foi mais tóxico para as cianobactérias que para as microalgas verdes. A bioacumulação teve uma relação direta com o efeito tóxico do metal sobre os micro-organismos. Os resultados obtidos permitem sugerir que cobre (II) tem efeito negativo no fitoplâncton, inibindo o crescimento e alterando parâmetros metabólicos como a fotossíntese. A bioacumulação do metal pode comprometer os níveis tróficos da cadeia alimentar, afetando seu transporte para seres superiores

Dynamic characterization of micro-particle systems

Ordered granular systems have been a subject of active research for decades. Due to their rich dynamic response and nonlinearity, ordered granular systems have been suggested for several applications, such as solitary wave focusing, acoustic signals manipulation, and vibration absorption. Most of the fundamental research performed on ordered granular systems has focused on macro-scale examples. However, most engineering applications require these systems to operate at much smaller scales. Very little is known about the response of micro-scale granular systems, primarily because of the difficulties in realizing reliable and quantitative experiments, which originate from the discrete nature of granular materials and their highly nonlinear inter-particle contact forces.

In this work, we investigate the physics of ordered micro-granular systems by designing an innovative experimental platform that allows us to assemble, excite, and characterize ordered micro-granular systems. This new experimental platform employs a laser system to deliver impulses with controlled momentum and incorporates non-contact measurement apparatuses to detect the particles’ displacement and velocity. We demonstrated the capability of the laser system to excite systems of dry (stainless steel particles of radius 150 micrometers) and wet (silica particles of radius 3.69 micrometers, immersed in fluid) micro-particles, after which we analyzed the stress propagation through these systems.

We derived the equations of motion governing the dynamic response of dry and wet particles on a substrate, which we then validated in experiments. We then measured the losses in these systems and characterized the collision and friction between two micro-particles. We studied wave propagation in one-dimensional dry chains of micro-particles as well as in two-dimensional colloidal systems immersed in fluid. We investigated the influence of defects to wave propagation in the one-dimensional systems. Finally, we characterized the wave-attenuation and its relation to the viscosity of the surrounding fluid and performed computer simulations to establish a model that captures the observed response.

The findings of the study offer the first systematic experimental and numerical analysis of wave propagation through ordered systems of micro-particles. The experimental system designed in this work provides the necessary tools for further fundamental studies of wave propagation in both granular and colloidal systems.