Κατεργασία κόνεων για την παρασκευή σύνθετων υλικών τεχνολογίας

Abstract

Goals of the Ph.D. thesis were: The stabilization of a toxic solid waste rich in lead by powder processing of the waste with natural raw materials. Additionally, we aimed at the connection of macroscopic properties with the microstructure of the stabilised products and the possibility to apply the results to large-scale production of marketable materials. It was shown that powder processing methods induce the appropriate conditions for lead stabilisation in laboratory and large-scale production. Lead is captivated in the vitreous network by electrostatic forces. Thermally treated products remain chemically stabilised, according to the USEPA standards, when the separated crystal phases contain at least one modifying oxide. Replacement of the waste from a mixture of Fe2O3 powders, in appropriate proportion, results to the production of materials with similar physical and chemical properties with the corresponding waste containing products. The experimental methods used were: SEM, EDS, TEM, HRTEM, DTA, IRS, XRD, leaching tests (TCLP), and static indentations tests.

Στόχοι της διατριβής ήταν η αδρανοποίηση ενός τοξικού πλούσιου σε μόλυβδο βιομηχανικού απόβλητου, με μεθόδους κατεργασίας κόνεων του με σκόνες φυσικών πρώτων υλών. Επίσης, ήταν η σύνδεση μακροσκοπικών ιδιοτήτων των προϊόντων με τη μικροδομή τους. Ακόμα, η διερεύνηση δυνατότητας εφαρμογής της μεθόδου αδρανοποίησης σε ευρεία κλίμακα και η παραγωγή εμπορεύσιμων προϊόντων. Τέλος η προσομοίωση των προϊόντων με υλικά που αποτελούνται από σκόνες καθαρών οξειδίων. Αποδείχθηκε ότι η μέθοδος κατεργασίας κόνεων δημιουργεί τις κατάλληλες συνθήκες για την αδρανοποίηση του μολύβδου σε εργαστηριακή κλίμακα. Ο μόλυβδος εγκλωβίζεται στο υαλώδες δίκτυο με δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσης. Οι θερμικές κατεργασίες των αρχικών προϊόντων διατηρούν τη χημική αδράνεια, όταν στην κατασκευή των διαχωρισμένων φάσεων συμμετέχει και ένα τουλάχιστον οξείδιο τροποποιητή δικτύου. Όταν η τέφρα αντικατασταθεί από μείγμα οξειδίων Fe2O3 και PbO, σε κατάλληλη αναλογία, προκύπτει υλικό το οποίο έχει τις ίδιες ιδιότητες (φυσικές και χημικές) με το αντίστοιχης σύστασης υλικό που περιέχει το τοξικό απόβλητο. Οι πειραματικές μέθοδοι που εφαρμόστηκαν είναι οι: οπτική μικροσκοπία, SEM, EDS, TEM, HRTEM, IRS, XRD, leaching tests (TCLP), μέθοδοι στατικής εντύπωσης.