Σύνθεση και Εκχύλιση Πολυμόρφων Ορθοπυριτικού Ασβεστίου (C2S) σε διαλύματα Ανθρακικού Νατρίου

Μπόλκας, Πέτρος; Bolkas, Petros

dc.contributor.author	Μπόλκας, Πέτρος	el
dc.contributor.author	Bolkas, Petros	en
dc.date.accessioned	2024-05-31T09:20:32Z
dc.date.available	2024-05-31T09:20:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59592
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27288
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αλκαλική εκχύλιση	el
dc.subject	Υδρομεταλλουργία	el
dc.subject	Πυρομεταλλουργία	el
dc.subject	Ενανθράκωση	el
dc.subject	Σύνθεση κεραμικής ένωσης	el
dc.subject	Carbonation	en
dc.subject	Alkaline leaching	en
dc.subject	Hydrometallurgy	en
dc.subject	Pedersen Process	en
dc.subject	Dicalcium Silicate (belite, calcio-olivine)	en
dc.title	Σύνθεση και Εκχύλιση Πολυμόρφων Ορθοπυριτικού Ασβεστίου (C2S) σε διαλύματα Ανθρακικού Νατρίου	el
dc.title	Synthesis and leaching of Dicalcium Silicate (C2S) in Sodium Carbonate solutions	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Process Metallurgy	en
heal.classification	Μεταλλουργία	el
heal.classification	Hydrometallurgy	en
heal.classification	Pyrometallurgy	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-05
heal.abstract	Η παρούσα ερευνητική εργασία έχει ως αντικείμενο μελέτης την σύνθεση των πολυμόρφων ορθοπυριτικού ασβεστίου (Ca2SiO4 ή C2S στην σημειολογία της χημείας του τσιμέντου), β-C2S και γ-C2S, και τη σύγκριση της διάλυσης του πυριτίου (Si) από πειράματα εκχύλισης των πολυμόρφων αυτών με υδατικό διάλυμα ανθρακικού νατρίου (Na2CO3), εστιάζοντας στην επίδραση του παράγοντα της θερμοκρασίας εκχύλισης και μελετώντας τη κινητική της αντίδρασης διάλυσης του πυριτίου. Η ανάδειξη αυτού του ερευνητικού θέματος προκύπτει από τις μελέτες του Εργαστηρίου Μεταλλουργίας του ΕΜΠ με σκοπό την αναβίωση της μεταλλουργικής μεθόδου Pedersen για παραγωγή Al2O3 από ασβεστοαργιλικές σκωρίες, με ανανεωμένες συνθήκες και την επίλυση του προβλήματος συνδιάλυσης Si από τα C2S που την συνοδεύει. Η διεργασία της σύνθεσης πραγματοποιείται εντός κλιβάνου με τις συνθήκες να ρυθμίζονται αναλόγως για το εκάστοτε πολύμορφο C2S. Μετά από επαναληπτικά πειράματα παρασκευάζεται, αρχικά, γ-C2S καθαρότητας 99.09% κ. β., με συνθήκες παραγωγής 1600°C με 1.5h παραμονής και αργής ψύξης εντός του κλιβάνου σε αδρανή ατμόσφαιρα Ar(g). Ακολούθως το υψηλής καθαρότητας γ-C2S χρησιμοποιείται για την παρασκευή μείγματος 62.5% κ.β. β-C2S και 37.5% κ. β. γ-C2S σε θερμοκρασία 1000°C με 1h παραμονής και αργή ψύξη εντός του κλιβάνου παρουσία ατμοσφαιρικού αέρα. Οι συνθήκες εκχύλισης των πειραμάτων είναι κοινές (8% w/w Na2CO3, S/L=2.5% w/v, ρυθμός ανάδευσης 500 rpm, διάρκεια 6h) με τη θερμοκρασία να αποτελεί τη βασική παράμετρο μελέτης σε τρία επίπεδα (45°C, 60°C, 95°C). Διεξάγοντας συγκριτική μελέτη, το περιεχόμενο Si στο γ-C2S εκχυλίζεται σε μικρότερο βαθμό σε σχέση με του μίγματος β-C2S/γ-C2S στους 40°C και στους 60°C. Εντούτοις, όμως, στους 95°C η συμπεριφορά εκχύλισης είναι πρακτικά ίδια. Η βέλτιστη θερμοκρασία εκχύλισης με Na2CO3 και για τα δύο υλικά αναδεικνύεται η τιμή 40°C λόγω της μικρότερης διάλυσης του Si, ενώ το μεγαλύτερο μέρος της διεργασίας ολοκληρώνεται στα πρώτα 30 με 90 λεπτά, ως αποτέλεσμα της κοκκομετρίας του υλικού. Τα αποτελέσματα αυτά στηρίζουν την προτίμηση του γ-C2S και της θερμοκρασίας των 40°C στη μέθοδο Pedersen. Παράλληλα, βέβαια φαίνεται ότι η συνδιάλυση του Si δεν μπορεί να αποτραπεί πλήρως. Με τις ίδιες συνθήκες διεξάγονται και πειράματα εκχύλισης αποκλειστικά του γ-C2S με NaOH (8%w/w NaOH, S/L=2.5% w/v, ρυθμός ανάδευσης 500 rpm, διάρκεια 6h). Από αυτά τα πειράματα προκύπτει ελάχιστη διάλυση Si, μικρότερη από 2%, σε όλες τις θερμοκρασίες, αποδεικνύοντας ότι η διάλυση του Si δεν προκύπτει εξαιτίας του αλκαλικού περιβάλλοντος αλλά από τον μηχανισμό αλκαλικής ενανθράκωσης.	el
heal.abstract	The main research topics of this thesis are the synthesis of calcium orthosilicate (Ca2SiO4 or C2S on cement chemistry nomenclature) polymorphs, namely, β-C2S and γ-C2S, and the comparison of silicon (Si) dissolution therefrom, during leaching in aqueous sodium carbonate (Na2CO3) solution. The main focus areas are the effect of the leaching temperature and studying the kinetics of silicon dissolution reaction. The emersion of this case study proceeds from the research of the Laboratory of Metallurgy of the National Technical University of Athens about the revival of the Pedersen Process, a metallurgical method for Al2O3 production from calcium-aluminate slags, with revised process conditions. Minimizing the Si co-dissolution from C2S is imperative for the success of the overall process. The synthesis process takes place inside a furnace with the conditions being regulated according to the inherent properties of each C2S polymorph. Firstly, after repetitive testing, γ-C2S of 99.09% w/w purity is produced, with production parameters being: 1600°C with 1.5h staying time and slow cooling of the crucible inside the furnace, under an Ar(g) inert atmosphere. Subsequently, the high purity γ-C2S is used for the production of a 62.5% w/w β-C2S and 37.5% w/w γ-C2S mixture on temperature of 1000°C for 1h and slow cooling inside the furnace in air atmosphere. The same leaching conditions were applied to both materials (8% w/w Na2CO3, S/L=2.5% w/v, 500 rpm stirring speed, 6h duration) with temperature being the main parameter tested in three levels (45°C, 60°C, 95°C). After the conduction of a comparative study, the Si content of γ-C2S is leached to a lesser degree than the β-C2S/γ-C2S mixture in 40°C and 60°C. However, at 95°C the leaching behavior is practically identical. The optimal temperature for Na2CO3 leaching is 40°C for both polymorphs, due to the minimizing of the Si co-dissolution degree, while the overall leaching process has been completed in the first 30 to 90 minutes, owing to the material granularity. These results support the preference of γ-C2S and the 40°C temperature on the Pedersen Process. Simultaneously, it definitely appears that the co-dissolution of Si cannot be fully averted. The leaching experiments of, exclusively, γ-C2S with NaOH are conducted under similar conditions (8% w/w NaOH, S/L=2.5% w/v, 500 rpm stirring speed, 6h duration). These experiments result in low Si dissolution, less than 2%, in all temperatures, proving the Si dissolution does not occur because of the alkaline environment but due to the mechanism of alkaline carbonation of the polymorphs.	en
heal.advisorName	Πάνιας, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.committeeMemberName	Παπασιώπη, Νυμφοδώρα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Μεταλλουργίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	145 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false