Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Saidi,Ali Shafyei
علی سعیدی (استاد راهنما) علی شفیعی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ahmad Nazari
احمد نظری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Stabilization of Toxic Materials in Electric Arc Furnace Dust by Production of Glass-Ceramic
Due to the presence of toxic compounds, steel making dust (EAFD) is causing environmental pollution especially in ground water cycle. So toxic elements should be stabilized before these dusts are landfilled. In this research work, production of glass and glass ceramic from EAF dust with regard to stabilization of toxic elemnts was investigated. Different amounts of EAF dust was mixed with silica sand, sodium carbonate and calcium oxide and were melted and casted in steel molds. Mixing of these materials were chosen based on ternary diagrams of CaO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 . Sodium carbonate was added to the mixture in order to reduce the melting temperature of the mixture and increase the viscosity the melt. Appropriate heat treatment were applied to the casted glass to produce glass ceramic. Produced glass-ceramic was investigated from the view of stable compounds, microscopic structure and mechanical properties. By thermal analysis (differential thermal analysis) suitable conditions of heat treatment were determined to get appropriate microscopic structure and mechanical properties. for nucleation of crystalline phases in produced glass, two-stage and single-stage heat treatment were applied. In the first stage of two stage heat treatment, small and stable nucleatio of ceramic crystals are formed in preferred locations. Preferred locations for nucleation of crystalline phase are interfaces or free surfaces. In the second stage of two stage heat treatment, growth of crystal nucleations are occured and in single-stage heat treatment, the nucleation and growth of ceramic crystals are occured simultaneously. Leaching tests were performed to investigate the stability of the compound according to Environmental Protection Agency (EPA) standard. The leaching tests on electric arc furnace dust showed that amount of Zn and Cd exceeded from extent permitted, also the leaching tests on glass and glass ceramic showed that produced glass and glass-ceramic were chemically very stable, and ions emission in solution with pH=5 was about zero. The x-ray diffraction studies on produced glass-ceramics indicated that The dominant phase in most samples was wollastonite. Scaning electron microscopic images taken from the samples of glass ceramic showed that the overall shape of crystals in glass ceramic are dendritic and with increase in amount of dust in the initial mixtures, the crystalline phases increases. By applying heat treatment, hardness of glass ceramics were significantly reduced and their mechanical strength was extremely increased. Produced glasses had average 800 vickers microhardness and after heat treatment its value reduced to 500 vickers and it was observed that with increase in amount of electric arc furnace dust in the initial mixture, the micro-hardness of glass ceramics severely reduced. When 30 wt% EAF dust was used in the initial mixture, glass ceramic with highest mechanical property was obtained. Key words: electric arc furnace dust, heavy metals, glass-ceramic
غبار کوره های فولادسازی(EAF) به دلیل حضور ترکیبات سمی باعث آلودگی محیط زیست بخصوص چرخه آب های زیرزمینی می شود لذا بایستی قبل از دفن، عناصر سمی تثبیت شود. در این تحقیق تبدیل غبار فولادسازی به شیشه و شیشه سرامیک با توجه به تثبیت عناصر سمی در آن مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور مقادیر مختلفی از غبار فولادسازی با ماسه سیلیسی، کربنات سدیم و اکسید کلسیم ذوب و ریخته گری شد.نسبت اختلاط این مواد بر اساس دیاگرام سه تایی CaO-MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 طوری انتخاب شد که مخلوط مورد نظردر محدوده تشکیل شیشه قرار گیرد. کربنات سدیم خاصیت گدازآوری دارد و با اضافه شدن به مخلوط دمای ذوب مخلوط را کاهش می دهد و سیالیت را افزایش می دهد همچنین اکسید کلسیم اضافه شده ترکیب شیمیایی مخلوط را به ترکیب شیمایی شیشه نزدیک می کند و در حضور iO 2 شرایط را برای تشکیل شیشه فراهم می سازد. شیشه تولیدی توسط عملیات حرارتی مناسب به شیشه سرامیک تبدیل شد. شیشه سرامیک تولیدی از نظر پایداری شیمیایی، ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی بررسی شد. توسط آنالیز حرارتی (DTA) شرایط مناسب عملیات حرارتی برای بدست آوردن ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی مناسب تعیین شد. بدین ترتیب برای جوانه زنی فازهای کریستالی در شیشه تولید شده، شیشه بدست آمده تحت عملیات حرارتی دو مرحله ای و تک مرحله ای قرار گرفت. در عملیات حرارتی دومرحله ای در مرحله اول جوانه زنی، توده های کوچک و پایدار کریستال های سرامیک در مکانهای مرجح تشکیل می شود. مکانهای ترجیحی برای جوانه زنی فاز کریستالی فصل مشترک ها یا سطح آزاد می باشد. در مرحله دوم عملیات حرارتی نیز رشد جوانه های کریستالی بوجود آمده اتفاق می افتد و در عملیات حرارتی تک مرحله ای نیز مرحله جوانه زنی و رشد کریستالهای سرامیکی صورت می گیرد. به کمک آنالیز EDAX توزیع عناصر در شیشه سرامیک های تولید شده مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش های فروشویی برای بررسی پایداری ترکیبات سمی طبق استاندارد EPA صورت گرفت. آزمایشات فروشویی روی غبار کوره قوس الکتریک نشان می دهد که میزان عناصر Zn و Cd بیشتر از حد مجاز است همچنین آزمایشات فروشویی روی شیشه و شیشه سرامیک های تولیدی از غبار کوره قوس الکتریک نشان می دهد که شیشه و شیشه سرامیک تولیدی از نظر شیمایی بسیار پایدار بوده و آزاد سازی یون در محلول های با 5pH= تقریبا صفر است. با بررسیهای آنالیز XRD بر روی شیشه سرامیک های تولیدی مشخص شد که فاز غالب در اغلب نمونه ها وولاستونیت بود و تصاویر SEM گرفته شده از نمونه hy;های عملیات حرارتی شده نشان داد که شکل کلی کریستالهای تشکیل شده در زمینه شیشه بصورت دندریتی است و با افزایش میزان غبار در مخلوط های اولیه درصد فازهای کریستالی افزایش می یابد و در 30% وزنی غبار کوره قوس الکتریک بیشترین میزان فازهای کریستالی تشکیل می شود. با اعمال عملیات حرارتی، سختی نمونه های شیشه سرامیک بطور قابل توجه ای کاهش پیدا کرد و استحکام خمشی نمونه های شیشه سرامیک به شدت افزایش پیدا کرد. شیشه های تولیدی دارای میکروسختی متوسط 800 ویکرز بودند که پس از عملیات حرارتی مقدار آن به متوسط 500 ویکرز کاهش پیدا کرد و با افزایش میزان غبار در مخلوط های اولیه مشاهده شد که میزان میکرو سختی در شیشه سرامیک ها کاهش شدیدی پیدا می کند . همچنین مشاهده شد که در میزان غبار 30% وزنی در مخلوط اولیه بهترین شرایط برای تولید شیشه سرامیک با خواص مکانیکی مناسب وجود دارد. کلمات کلیدی: غبارکوره قوس الکتریک، فلزات سنگین، شیشه سرامیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی