Caracterização elétrica de cerâmicas à base de SnO2 dopadas com Mn, Nb e Cr

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Preparação e caracterização elétrica do compósito de poliuretano/negro de fumo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação das propriedades mecânicas e elétricas da liga 6201 não refinada, modificada com os teores de cobre (0,05 e 0,3)% para transporte de energia elétrica

No presente trabalho, foram feitos experimentos com a liga de Al – 0,6%Mg - 0,8%Si não refinada, com variações no teor de cobre (0,05% e 0,3%), que objetivaram avaliar dois aspectos do comportamento da liga. O primeiro aspecto diz respeito a afinidade entre esta e o molde, no qual busca se observar o efeito das variáveis térmicas de solidificação sobre a estrutura do fundido e sua correlação com propriedades mecânicas e elétricas, o segundo aspecto está relacionado com o comportamento intrínseco da variação da composição química quando submetida a baixas velocidades e taxas de resfriamento. Para a avaliação das variáveis térmicas de solidificação (velocidades das isotermas liquidus, taxas de resfriamento) utilizouse um dispositivo de solidificação unidirecional horizontal. Os lingotes produzidos a partir da solidificação da liga passaram pelos processos mecânicos de usinagem, laminação e trefilação, examinados em diferentes posições e diâmetros, através do ensaio de tração e condutividade elétrica. Foram analisadas as fraturas em função das microcavidades e diferentes concentrações de teores de cobre constatando-se que em relação ao material deformado a frio, o LRT tem uma tendência de crescimento para a liga de maior concentração de cobre. Os valores avaliados também possibilitaram concluir que a condutividade elétrica cresce quanto maior for o diâmetro das microcavidades e menor o teor de cobre. Com o objetivo de se avaliar somente o comportamento intrínseco da variação da composição química da liga, foi utilizado um segundo dispositivo de solidificação, molde em “U”, pintado internamente com solução de caulim que atribui ao molde baixas velocidades de resfriamento. Os resultados mostram que para os dois teores de cobre há uma tendência de crescimento do LRT com o aumento da redução sofrida pelas amostras, sendo o LRT maior para a liga com maior teor de cobre. Atribuímos este comportamento ao maior teor de soluto que por sua vez apresentou melhor resposta a deformação plástica, encruando mais o material. Entretanto, a caracterização elétrica ocorre de modo inverso, a exemplo do constatado na solidificação unidirecional, onde o menor teor de cobre foi mais eficiente.

Correlação da coalescência de microcavidades com as propriedades mecânicas e elétricas de fios para Tx e Dx de energia elétrica da liga base Al-0,5%Cu-[0,24-0,28]%Fe modificada com teores de silício

Neste trabalho, é feita uma tentativa para estabelecer a influência dos teores [0,5; 0,7 e 0,9]%Si, como agentes modificadores da liga Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe, avaliada através de aspectos que levaram em conta parâmetros operacionais de vazamentos unidirecionais horizontais tais como velocidades (Vs) e taxas de solidificação (Tx). Após operações de corte e usinagem foram obtidos perfis cilíndricos, com diâmetros de 9,5mm e comprimento de 120mm, a partir dos quais, após operações de trabalho à frio, chegou-se a fios com diâmetros de 2,7; 3,0; 3,8 e 4,0mm. Estes perfis foram submetidos à caracterização elétrica, com base na condutividade elétrica, à caracterização mecânica, com base em ensaios tensão/deformação enfatizando o alongamento, e a caracterização estrutural em seções longitudinais, com ênfase na distribuição das partículas de segunda fase e no aspecto da fratura, na qual a metodologia de avaliação das dimensões das microcavidades se utiliza da razão do cumprimento (L) pela largura (W).

Variação da resistividade elétrica para três solos não saturados

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Determinação da condutividade do solo para agricultura: uma metodologia utilizando propagação de ondas AM

Agriculture is an essential activity to the human development, the tendency is that their need to increase according to the increase in world population. It is very important to take the maximum performance that is possible of each land without degrading it, a frequently monitoring is essential for the best performance. The purpose of this work is, nondestructively, to monitor the surface electrical conductivity of the soil in a demarcated area, as on a plantation, using low frequency radio waves. The conductivity is directly linked to the amount of water in the area and nutrients, therefore a periodic or even permanent monitoring increases significantly the efficient of the use of the soil. They will be used long-wave radio transmission or medium whose main characteristic to spread over the surface of the earth. It is possible to choose an AM radio with location, frequency and power of the transmission known or generate the signal. The studied method computes the conductivity of the ground in a straight line between two measured points, so it can be used in smaller or larger size fields. Measurements were carried out using an electromagnetic field strength analyzer. The data obtained in the measurements are processed by a numerical calculation program, in our case Matlab. It is concluded that the recommendations of the ITU (International Telecommunication Union) on the conductivity of soil in Brazil is far from reality, on some routes the recommendations indicate the use of the electrical conductivity of the soil 1 mS/m, while the measurements was found 19 mS/m. With the method described a precision farmer, once initial research for about a year, can monitor the humidity and salinity of the land, with the ability to predict the area and the most suitable time for irrigation and fertilization, making management more efficient and less expensive, while optimizing water use, natural resource increasingly precious.

Caracterização microestrutural e elétrica de La(FexNi1-x)O3 sintetizado pelo método da gelatina

The present work deals with the synthesis of materials with perovskite structure with the intention of using them as cathodes in fuel cells SOFC type. The perovskite type materials were obtained by chemical synthesis method, using gelatin as the substituent of citric acid and ethylene glycol, and polymerizing acting as chelating agent. The materials were characterized by X-ray diffraction, thermal analysis, spectroscopy Fourier transform infrared, scanning electron microscopy with EDS, surface area determination by the BET method and Term Reduction Program, TPR. The compounds were also characterized by electrical conductivity for the purpose of observing the possible application of this material as a cathode for fuel cells, solid oxide SOFC. The method using gelatin and polymerizing chelating agent for the preparation of materials with the perovskite structure allows the synthesis of crystalline materials and homogeneous. The results demonstrate that the route adopted to obtain materials were effective. The distorted perovskite structure have obtained the type orthorhombic and rhombohedral; important for fuel cell cathodes. The presentation material properties required of a candidate cathode materials for fuel cells. XRD analysis contacted by the distortion of the structures of the synthesized materials. The analyzes show that the electrical conductivity obtained materials have the potential to act as a cell to the cathode of solid oxide fuel, allowing to infer an order of values for the electrical conductivities of perovskites where LaFeO3 < LaNiO3 < LaNi0,5Fe0,5O3. It can be concluded that the activity of these perovskites is due to the presence of structural defects generated that depend on the method of synthesis and the subsequent heat treatment

Avaliação sazonal do grau de trofia em reservatórios do complexo hidrelétrico de Ribeirão das Lajes (Rio de Janeiro)

Com a demanda por energia elétrica nos dias atuais e a grande quantidade de bacias hidrográficas presentes no Brasil, a geração de energia hidrelétrica se tornou a principal forma de suprimento. Dentre as diversas mudanças ocorridas em represamento de rios, a redução na vazão da água influencia no acúmulo de nutrientes afetando diretamente na qualidade da água, podendo acarretar em um processo denominado eutrofização, caracterizado pelo aumento na quantidade de nutrientes em um sistema e contribuindo para o desenvolvimento de produtores primários (fitoplâncton e macrófitas aquáticas) em níveis acima do crescimento natural. Para identificar o estado de trofia dos reservatórios pertencentes ao Complexo Hidrelétrico de Ribeirão das Lajes (RJ) foi utilizada a metodologia de Lu e Lo (2002) de avaliação trófica fuzzy (ou difusa) sintética e não sintética, além da avaliação trófica através do índice de estado trófico de Carlson (1977). As classes de estado trófico utilizadas na metodologia é da OECD (1982) e utiliza transparência, concentrações de fósforo total e de clorofila-a como variáveis. Outras variáveis limnológicas como temperatura, oxigênio dissolvido, condutividade elétrica, turbidez, pH e sólidos dissolvidos totais foram utilizadas para caracterização dos reservatórios. As coletas foram realizadas em três momentos, no período seco de 2011, no período chuvoso de 2012 e no período seco de 2012. As análises fuzzy não sintéticas apontaram os reservatórios de Santana, Vigário e Ponte Coberta como oligotrófico/eutrófico durante o período de estudo. O reservatório de Ribeirão das Lajes foi classificado como oligotrófico nos períodos secos no ano de 2011 e 2012, e como mesotrófico no período chuvoso de 2012, assim como o reservatório de Tocos. Foram observadas diferenças significativas entre o período seco e o chuvoso em relação às concentrações de clorofila-a, transparência e turbidez, demonstrando influência sazonal no grau de trofia dos reservatórios, uma vez que clorofila-a e transparência são variáveis utilizadas em índices de estado trófico

Efeito alelopático das folhas de Schinus terebinthifolius Raddi em espécies nativas da restinga de Massambaba

Schinus terebinthifolius Raddi (Anacardiaceae) é uma espécie nativa da América do Sul com grande distribuição geográfica e muito comum em áreas de restinga. Sua grande plasticidade ecológica e boa interação biótica a torna espécie-chave na restauração de ambientes, porém, sua dominância pode estar relacionada à liberação de compostos alelopáticos. O objetivo do estudo foi avaliar o potencial alelopático dos extratos aquosos e óleos essenciais de folhas de Schinus terebinthifolius nas diferentes estações do ano sobre espécies-alvo nativas da restinga (Cereus fernambucensis, Erythroxylum ovalofolium, Pilosocereus arrabidae), uma espécie agrícola (Lactuca sativa) e nela própria (autoalelopatia). Para isso, suas folhas foram coletadas sazonalmente na restinga de Massambaba para o preparo dos extratos aquosos e extração dos óleos essenciais. Os extratos aquosos foram obtidos através da secagem das folhas a 60 C, trituração em liquidificador, diluição em água destilada e filtração, obtendo as concentrações de 5, 10, 15 e 20%. As extrações dos óleos foram realizadas através da hidrodestilação de 300 g de folhas frescas. A análise da composição dos óleos essenciais foi realizada através de cromatografia gasosa utilizando fibra SPME. O efeito fitotóxico foi avaliado nas espécies-alvo através da porcentagem de germinação, velocidade de germinação, crescimento aéreo e radicular, condutividade elétrica e massa seca. O efeito alelopático dos extratos aquosos foi observado em todas as espécies-alvo, principalmente sobre as espécies nativas. Esse efeito variou nas estações do ano de forma dose-dependente e espécie-específica. Os óleos essenciais de S. terebinthifolius também foram capazes de inibir a germinação e crescimento das espécies-alvo, e, da mesma forma que os extratos aquosos, esses efeitos variaram nas estações do ano e para cada espécie. Sugere-se que essas diferenças estejam relacionadas às fenofases de S. terebinthifolius e condições ambientais da restinga. Esse efeito fitotóxico, se comprovado em campo, pode restringir a utilização de S. terebinthifolius na restauração de ambientes.

Influência de um extrato aquoso de Coriandrum sativum na marcação in vitro de constituintes sanguíneos com tecnécio-99m e de sua associação com vibração gerada por plataforma oscilante na biodistribuição do radiofármaco Na99mTcO4 e na concentração de biomarcadores em ratos Wistar

Coriandrum sativum, conhecido popularmente como coentro, é um vegetal usado na alimentação humana. Também é utilizado como planta medicinal para tratamento de diabetes, complicações gastrintestinais, e como um antiedêmico, antisséptico e emenagogo. Em investigações acerca dos efeitos do extrato de plantas, é importante a determinação de alguns parâmetros físico-químicos. Diversos modelos experimentais têm sido usados, inclusive com o emprego de radionuclídeos. Em procedimentos da Medicina Nuclear que auxiliam o diagnóstico de doenças, o tecnécio-99m (99mTc) é o radionuclídeo mais utilizado. Hemácias marcadas com 99mTc estão entre as várias estruturas celulares que podem ser marcadas com este radionuclídeo e usadas como radiofármaco. Para a marcação com 99mTc é necessária a presença de um agente redutor, e o mais utilizado é o cloreto estanoso (SnCl2). As terapias com drogas e condições de dieta além de doenças podem alterar a marcação de constituintes sanguíneos, bem como a biodistribuição de diferentes radiofármacos. A exposição às vibrações geradas por plataforma oscilatória produz exercícios de corpo inteiro. O objetivo deste estudo foi caracterizar a preparação de um extrato do Coriandrum sativum, através de parâmetros físico-químicos, verificar os efeitos desse produto natural na radiomarcação de constituintes sanguíneos e em associação à vibração gerada pela plataforma na biodistribuição de Na99mTcO4 e na concentração de alguns biomarcadores. O extrato de coentro teve a o pico de absorbância em 480 nm. O extrato de coentro foi inversamente correlacionado com a concentração na condutividade elétrica. Foi encontrado o maior valor de pH na menor concentração do extrato (0,5 mg/mL). Não houve uma alteração significativa na marcação de constituintes sanguíneos com 99mTc. E a associação do extrato de coentro e vibração gerada por plataforma com frequência de 12 Hz teve efeito no baço, como observado na fixação do radiofármaco nesse órgão e ação em alguns órgãos alternando a concentração de alguns biomarcadores. Em conclusão, parâmetros físico-químicos podem ser úteis para caracterizar o extrato estudado. Provavelmente, as propriedades redox associadas com substâncias desse extrato podem ser os responsáveis pela ausência do efeito na radiomarcação de constituintes sanguíneos. A determinação da captação do Na99mTcO4 em diferentes órgãos permite verificar que o extrato de coentro sozinho não foi capaz de interferir na biodistribuição do radiofármaco. Contudo o tratamento de animais com vibração gerada pela plataforma alterou significativamente a fixação do pertecnetato de sódio no baço e a concentração do colesterol, triglicerídeo, CK e bilirrubina.

Construção e operação de wetland como polimento de lixiviado de aterro de resíduos sólidos urbanos.

O presente trabalho tem o objetivo de avaliar a metodologia de construção, de plantio, de manutenção, de operação e a eficiência de um sistema de tratamento por wetland construído como etapa de polimento da Estação de Tratamento de Lixiviado (ETC) de Aterro já encerrado de Resíduos Sólidos Urbanos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Parte do efluente tratado por lodos ativados na ETC foi direcionado e tratado no wetland construído. Foi escolhido o projeto de Fluxo Horizontal Subsuperficial e a vegetação selecionada foi a taboa (Typha latifolia) que é nativa da área do aterro. Em média, foram feitas três amostragens mensais do afluente e do efluente do wetland, de maio a outubro de 2013. A eficiência do sistema foi avaliada por meio de parâmetros físico-químicos e de parâmetros coletivos específicos. A eficiência de remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO) foi de 60%, nitrogênio amoniacal de 67%, nitrito de 72% e nitrato de 57%. Outro parâmetro avaliado foi a toxicidade aguda, foram utilizados os organismos teste Danio rerio (peixe), a Daphnia similis (microcrustáceo) e a Aliivibrio fischeri (bactéria luminescente). Durante o período foram coletados diariamente as vazões de entrada e saída, a condutividade elétrica e o índice pluviométrico. Os resultados mostraram que o uso de wetland como etapa de polimento pode ser uma alternativa para o tratamento de lixiviado.

Análise da Eficiência de Nitrificação em Reatores Biológicos de Leito Móvel (MBBR) em escala de bancada utilizando efluente de Refinaria de Petróleo.

As atividades industriais petroquímicas, incluindo as refinarias de petróleo, são grandes consumidoras de água e, consequentemente, grandes geradoras de efluentes industriais contendo uma infinidade de contaminantes. No caso das refinarias de petróleo brasileiras, o nitrogênio amoniacal tem se tornado um componente crítico a ser tratado, o que tem sido feito através de processos de tratamento biológicos que utilizam a nitrificação como base. Neste trabalho, foi avaliada a operação de um reator de leito móvel (MBBR), em escala de bancada, utilizando suportes de polietileno com área específica de 820 m2.m-3, para tratar um efluente proveniente de uma refinaria brasileira com alta concentração de nitrogênio amoniacal. O efluente bruto apresentou demanda química de oxigênio entre 100 e 300 mg.L-1, teores de nitrogênio amoniacal entre 60 e 90 mg.L-1 e condutividade elétrica entre 1 e 2 mS.cm-1. Mesmo com variações da qualidade da alimentação da planta ao longo do estudo, como o aumento das concentrações de contaminantes, incluindo inibidores da nitrificação típicos dos efluentes de refinaria, a planta atendeu à Resolução CONAMA 430/2011 (BRASIL, 2011), que limita a concentração de descarte em 20 mg.L-1 para o contaminante nitrogênio amoniacal, em 93% das medições. Para o caso de uma fictícia legislação mais restritiva, que exigisse limite de 5 mg.L-1 desse contaminante, houve sucesso no tratamento em 83% do tempo, com eficiência média de nitrificação de 93,1%, evidenciando que há uma possibilidade real de utilização do processo MBBR em refinarias brasileiras.

Qualidade ambiental em sistema intensivo de produção de bovinos de leite, na microbacia do Ribeirão Canchim

Sistemas intensivos de produção animal podem causar impactos ambientais negativos, como degradação da base de recursos (naturais, humanos e financeiros) , contaminação por produtos químicos e acúmulo de dejetos, bem como competição por alimentos humanos, e reduzir a lucratividade por unidade produzida. Há a necessidade de avaliação desses impactos. O objetivo deste projeto foi: a) avaliar os impactos de um sistema intensivo de produção de bovinos de leite, em pastagem tropical, na qualidade ambiental da microbacia hidrográfica (MBH) do ribeirão Canchim; b) avaliar características físicas, químicas e biológicas da base de recursos e do manejo determinantes da qualidade ambiental, bem como selecionar possíveis indicadores de sustentabilidade ecológica para sistemas intensivos de produção de bovinos de leite. Em pastagens intensamente manejadas pode haver acúmulo de matéria orgânica e fósforo na camada superficial, à semelhança de áreas de plantio direto na palha, permitindo troca de informações entre técnicos que atuam nesses sistemas de produção. Verificou-se a necessidade de desenvolver uma técnica de rotina melhorada para quantificação de material orgânico, ocorrente na superfície e dentro do solo (raízes, biomassa microbiana), a fim de melhor avaliar a disponibilidade potencial de nutrientes para as plantas, além daquela determinada nas análises de rotina atual. A acidificação do solo ocorre com aplicação intensa de adubos nitrogenados e aplicação insuficiente de calcário, sendo que a intensificação no uso de corretivos de pH e adubos nitrogenados e/ou adubos verdes pode gerar alterações eletroquímicas nas camadas inferiores ( 100 a 250 cm) .Estas camadas podem reter nitrato lixiviado, em solos profundos. A lixiviação de nitrato, em áreas de pastagem, pode ser preocupante quando utilizadas doses de N acima de 100 kg/ha por aplicação (quatro a cinco no período das águas), em especial na forma de nitrato (nitrato de amônio). O uso mais intenso de corretivos e fertilizantes, nas condições de estudo, não elevou a condutividade elétrica do extrato de saturação a níveis preocupantes. A lixiviação de cátions, em sistemas intensivos, ocorre quando as cargas pH- dependentes estão ou são desativadas, tanto para K como para Ca e Mg, e quando são manejados adubos verdes ou adubos nitrogenados sintéticos, tanto em áreas de pastagem como de plantio direto. A taxa de decomposição de material orgânico no solo é mais intensa no período das águas em solo menos protegido da insolação, variando de 12% a 49% por mês. Não foi detectada alteração na taxa de decomposição por microartrópodes, o que sugere que a quantidade de resíduos de acaricidas nos excrementos é baixa ou inexistente e assim contraria a hipótese inicial de presença desses pesticidas nas fezes. No monitoramento do sistema de produção, os dados levantados permitiram verificar grande variabilidade espacial do ambiente na MBH, que se constitui em laboratório real complexo e completo para representar grande extensão do ambiente na região Sudeste e Centro-Oeste, onde ocorre o manejo de pastagens e áreas agrícolas de forma intensiva e de onde poderão surgir respostas de manejo e impacto ambienta! bastante significativos para a economia da região. Verificou-se que a variabilidade temporal de características do solo é muito sensível a mudanças nas práticas de manejo. A medida da condutividade hidráulica é muito sensível, mas parece sofrer influência de variações grandes na umidade do solo e na umidade relativa e na temperatura do ar, podendo dificultar comparações temporais. Verificou-se que o teor de iodo no leite tem sua fonte na ração concentrada ou no sal enriquecido com minerais, podendo o leite de sistemas intensivos constituir fonte complementar de iodo para a dieta humana deficiente, além de indicador para a qualidade de manejo do sistema de produção. O monitoramento das caracterfsticas físicas, qufmicas e microbiológicas da água permite diferenciar bem os corpos de água segundo o manejo em sua área de captação. Foram detectados "vazamentos" de nitrato e fósforo para os corpos de água, mesmo em áreas consideradas protegidas, e, embora estejam ocorrendo em baixo nfvel, necessitam de maiores estudos para seu estancamento. Verificou-se a necessidade de ajustes metodológicos e de legislação que contemplem não somente a saúde pública, mas também o impacto ecológico. As caracterfsticas atmosféricas mantiveram-se dentro da média dos últimos anos, embora tenha sido observada pior distribuição das chuvas, agravando os perfodos de déficit hfdrico ao longo do ano. Os possíveis indicadores de qualidade do solo, em sua maior parte, exigem ajustes e maiores estudos, embora já possam constituir ferramentas de grande valia. Foi verificado que o monitoramento de nitrato precisa ocorrer também em profundidade (mfnimo até 160 cm), sendo aconselhável a determinação do pH em água junto com a do Ca,CI2, também em profundidade. Para monitorar a qualidade da água, é aconselhável a determinação de, pelo menos, de fósforo total, nitrato e coliformes fecais.

Laser assisted directional solidification of zirconia-based eutectics

Directionally solidified zirconia-based eutectic (DSE) fibres were obtained using the laser floating zone (LFZ) method. Two systems were investigated: zirconia-barium zirconate and zirconia-mullite. The purpose was to take advantage of zirconia properties, particularly as an ionic conductor and a mechanical rein-forcement phase. The influence of processing conditions in the structural and microstructural characteristics and their consequences on the electrical and mechanical behaviour were the focus of this thesis. The novel zirconia-barium zirconate eutectic materials were developed in order to combine oxygen ionic conduction through zirconia with protonic conduction from barium zirconate, promoting mixed ionic conduction behaviour. The mi-crostructure of the fibres comprises two alternated regions: bands having coarser zirconia-rich microstructure; and inter-band regions changing from a homogeneous coupled eutectic, at the lowest pulling rate, to columnar colony microstructure, for the faster grown fibres. The bands inter-distance increases with the growth rate and, at 300 mm/h, zirconia dendrites develop enclosed in a fine-interpenetrated network of 50 vol.% ZrO2-50 vol.% BaZrO3. Both phases display contiguity without interphase boundaries, according to impedance spec-troscopy data. Yttria-rich compositions were considered in order to promote the yttrium incorporation in both phases, as revealed by Raman spectroscopy and corroborated by the elemental chemical analysis in energy dispersive spectros-copy. This is a mandatory condition to attain simultaneous contribution to the mixed ionic conduction. Such results are supported by impedance spectrosco-py measurements, which clearly disclose an increase of total ionic conduction for lower temperatures in wet/reduction atmospheres (activation energies of 35 kJ/mol in N2+H2 and 48 kJ/mol in air, in the range of 320-500 ºC) compared to the dry/oxidizing conditions (attaining values close to 90 kJ/mol, above 500 ºC). At high temperatures, the proton incorporation into the barium zirconate is un-favourable, so oxygen ion conduction through zirconia prevails, in dry and oxi-dizing environments, reaching a maximum of 1.3x10-2 S/cm in dry air, at ~1000 ºC. The ionic conduction of zirconia was alternatively combined with another high temperature oxygen ion conductor, as mullite, in order to obtain a broad elec-trolytic domain. The growth rate has a huge influence in the amount of phases and microstructure of the directionally solidified zirconia-mullite fibres. Their microstructure changes from planar coupled eutectic to dendritic eutectic mor-phology, when the growth rate rises from 1 to 500 mm/h, along with an incre-ment of tetragonal zirconia content. Furthermore, high growth rates lead to the development of Al-Si-Y glassy phase, and thus less mullite amount, which is found to considerably reduce the total ionic conduction of as-grown fibres. The reduction of the glassy phase content after annealing (10h; 1400 ºC) promotes an increase of the total ionic conduction (≥0.01 S/cm at 1370 °C), raising the mullite and tetragonal zirconia contents and leading to microstructural differ-ences, namely the distribution and size of the zirconia constituent. This has important consequences in conductivity by improving the percolation pathways. A notable increase in hardness is observed from 11.3 GPa for the 10 mm/h pulled fibre to 21.2 GPa for the fibre grown at 500 mm/h. The ultra-fine eutectic morphology of the 500 mm/h fibres results in a maximum value of 534 MPa for room temperature bending strength, which decreases to about one-fourth of this value at high temperature testing (1400 ºC) due to the soft nature of the glassy-matrix.

Materials and concepts for CO2 lean ironmaking by pyroelectrolysis

The main purpose of this PhD thesis was to provide convincing demonstration for a breakthrough concept of pyroelectrolysis at laboratory scale. One attempted to identify fundamental objections and/or the most critical constraints, to propose workable concepts for the overall process and for feasible electrodes, and to establish the main requirements on a clearer basis. The main effort was dedicated to studying suitable anode materials to be developed for large scale industrial units with molten silicate electrolyte. This concept relies on consumable anodes based on iron oxides, and a liquid Fe cathode, separated from the refractory materials by a freeze lining (solid) layer. In addition, one assessed an alternative concept of pyroelectrolysis with electron blocking membranes, and developed a prototype at small laboratory scale. The main composition of the molten electrolyte was based on a magnesium aluminosilicate composition, with minimum liquidus temperature, and with different additions of iron oxide. One studied the dynamics of devitrification of these melts, crystallization of iron oxides or other phases, and Fe2+/Fe3+ redox changes under laser zone melting, at different pulling rates. These studies were intended to provide guidelines for dissolution of raw materials (iron oxides) in the molten electrolyte, to assess compatibility with magnetite based consumable anodes, and to account for thermal gradients or insufficient thermal management in large scale cells. Several laboratory scale prototype cells were used to demonstrate the concept of pyroelectrolysis with electron blocking, and to identify the most critical issues and challenges. Operation with and without electron blocking provided useful information on transport properties of the molten electrolyte (i.e., ionic and electronic conductivities), their expected dependence on anodic and cathodic overpotentials, limitations in faradaic efficiency, and onset of side electrochemical reactions. The concept of consumable anodes was based on magnetite and derived spinel compositions, for their expected redox stability at high temperatures, even under oxidising conditions. Spinel compositions were designed for prospective gains in refractoriness and redox stability in wider ranges of conditions (T, pO2 and anodic overpotentials), without excessive penalty for electrical conductivity, thermomechanical stability or other requirements. Composition changes were also mainly based on components of the molten aluminosilicate melt, to avoid undue contamination and to minimize the dissolution rate of consumable anodes. Additional changes in composition were intended for prospective pyroelectrolysis of Fe alloys, with additions of different elements (Cr, Mn, Ni, Ti).