Ανάπτυξη μεθοδολογίας παραγωγής βελτιωμένων υαλοκεραμικών με χρήση βιομηχανικών αποβλήτων

Abstract

The study concerns the recycling of the fly ash (FA) derived from the thermal power stations of Ptolemaida (Greece) and its potential use of this FA as precursor in production of bulk nucleated GCs. The first attempt was addressed to produce a glass from the fine powder of as received FA without any additives. Rapid cooling techniques were involved. Glass was produced using electric and solar furnaces. The crystallizing behavior of the glasses was studied with XRD and Raman techniques. To overcome some drawbacks such as spontaneous crystallisation upon cooling of FA based glass and to improve its working properties, production of pyroxene based glasses from FA was undertaken. The parent glass approached the composition of CaMg0.75Al0.4Fe0.1Si1.75O6, derived from CaMg0.75Al0.5Si1.75O6, which belongs to diopside–Ca- Tschermak solid solutions. Cr2O3 was added as a nucleating agent. Bulk nucleated fine grained mono mineral glass ceramics of augite were produced from the glasses comprising FA and additives of SiO2, Al2O3 and MgCO3. The influence of Cr2O3 content on the development of crystalline phases, the properties and the microstructure of the resultant glass ceramics crystallized at different temperatures was investigated. Physical and mechanical properties of produced GCs from FA coupled with their attractive appearance may suggest new materials as promising candidates as construction components and electrical insulators.

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της δυνατότητας αξιοποίησης της ιπτάμενης τέφρας (ΙΤ) που παράγεται από τους σταθμούς παραγωγής της ΔΕΗ στην περιοχή της Πτολεμαΐδας για την παραγωγή υαλοκεραμικών προϊόντων με βελτιωμένες τελικές ιδιότητες. Αρχικά έγινε ο χαρακτηρισμός της ιπτάμενης τέφρας. Προσδιορίστηκε η κατανομή του μεγέθους και η μορφολογία των σωματιδίων που την αποτελούν και χαρακτηρίστηκε με μεθόδους κρυσταλλογραφικής ανάλυσης XRD και θερμικής ανάλυσης DTA και TG. Στη συνέχεια έγινε υαλοποίηση της ιπτάμενης τέφρας με χρήση συμβατικών ηλεκτρικών φούρνων και τεχνολογίας ταχείας ψύξης καθώς και με τη χρήση ηλιακών φούρνων. Ακολούθησε ο σχεδιασμός καινούργιων συστάσεων με βάση την ιπτάμενη τέφρα και την προσθήκη άλλων πρώτων υλών και δημιουργήθηκε μια σειρά μονολιθικών υαλοκεραμικών προϊόντων μετά από θερμική επεξεργασία των αρχικών γυαλιών. Ο χαρακτηρισμός των προϊόντων που παρήχθησαν έγινε με μεθόδους θερμικής ανάλυσης DTA, διαστολομετρίας, κρυσταλλογραφικής ανάλυσης XRD, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας SEM, φασματοσκοπίας σύνθετης αντίστασης (impedance spectroscopy). Αξιολογήθηκε επίσης η χημική αντοχή των προϊόντων σε ουδέτερο, βασικό και όξινο περιβάλλον. Τελικά οι ύαλοι που κατασκευάστηκαν από ΙΤ με χαμηλή περιεκτικότητα σε SiO2 και προσθήκη SiO2 , Al2O3 και MgCO3 κρυσταλλώθηκαν με επιτυχία σε μονοφασικό υαλοκεραμικό αυγίτη (πυροξένιο) με πολύ καλή μικροδομή. Οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των τελικών υαλοκεραμικών προιόντων σε συνδυασμό με τη μακροσκοπική τους όψη θα μπορούσαν να δικαιολογήσουν τη χρήση τους σαν δομικά και διακοσμητικά στοιχεία καθώς και σαν ηλεκτρικούς μονωτές.