O aplicație inovatoare de refolosire a zgurii de topire a cuprului pentru compuși de

Subiecte

rezumat

În prezentul studiu, a fost încercată o aplicație inovatoare, i. e., material de protecție împotriva interferențelor electromagnetice, pentru a reutiliza zgura de topire a cuprului, cu scopul unui produs alternativ cu valoare adăugată ridicată. În special, un experiment de dovadă a conceptului cu adăugarea de 45% în greutate de zgură de cupru numai la matricea de ciment crește eficacitatea ecranării (SE) la aproximativ 7-8 dB în intervalul de frecvență de 500 MHz. La 1,5 GHz, evidențiază incidența undei electromagnetice a slăbit cu aproximativ 60%. Acest fenomen este atribuit faptului că silicatul de fier, fayalitul și magnetitul inclus în amestecul de probă servesc drept absorbante ale pierderilor magnetice și dielectrice, derivate din zgura de cupru. Zgură de cupru cu valoare redusă, prezintă avantajele sale economice și sociale competitive ca material de umplutură candidat pentru materiale de protecție împotriva interferențelor electromagnetice.

Introducere

În timpul procesului de topire a cuprului, matele (sulfuri) bogate în cupru și zgura de cupru (oxizi) se formează ca două faze lichide separate datorită adăugării de silice, formând anioni silicat strâns legați prin combinarea cu oxizii. Zgura topită este evacuată din cuptor la 1273–1573 K. În majoritatea cazurilor, solidificarea rapidă prin turnarea zgurei topite în apă dă o zgură amorfă granulată 21. Această zgură conține silicat de fier, fayalit și magnetit care ar putea fi un posibil material de umplutură aplicat la ecranarea EM, oferind un mod practic și cu valoare adăugată pentru reutilizarea și reciclarea zgurii.

Metoda experimentală

Tabelul 1 prezintă compoziția zgurii de cupru amorf granulate, care a fost furnizată de o turnătorie de cupru. Compozițiile chimice au fost analizate prin spectroscopie de emisie optică cu plasmă cuplată prin inducție (ICP-OES, Varian 720 ES, SUA). Fazele minerale și morfologia au fost analizate prin difracție de raze X (XRD, 40 kV, 30 mA, Cu-Kα, SEIFERT 3003 T/T, Germania), microscop electronic cu scanare și spectrometru de dispersie a energiei (SEM-EDS, XL30FEG, Philips, SUA ), și microanaliza sondei electronice (EPMA, JXA-8530F, Jeol, Japonia).

Masă completă

Zgură de cupru cu diferite niveluri de adiție de 15, 30 și 45% în greutate au fost amestecate într-un ciment Portland tipic. S-a adăugat apă la amestecul de zgură ciment-cupru pentru a obține un conținut de umiditate de aproximativ 30% în greutate. Apoi, amestecurile (200 g) s-au format într-o matriță din teflon cu o dimensiune de 140 mm lungime internă și s-au uscat timp de 48 de ore în dulapul de aburire. În cele din urmă, probele cu o grosime de 5 ± 0,3 mm au fost preparate după demudare și întărire la temperatura camerei și umiditate. Pentru a compara eficiența ecranării, pulberile de magnetită (Fe 3 O 4,> 99,5%, Sigma-Aldrich, SUA), pulberile de hematită (Fe 2 O 3,> 99 pct, Sigma-Aldrich, SUA Și pulberile metalice de fier (Fe, > 99,5%, Emsure, Germania) au fost utilizate respectiv ca umplutură cu un nivel de adiție de 15% în greutate.

Figura 1 prezintă dispozitivul de testare a eficienței ecranării EM-2017A, care este alcătuit din două adaptoare coaxiale, două atenuatoare (10 dB, 50 Ω, atașate la fiecare capăt al adaptoarelor) și un analizor de spectru (Keysight N9344C) cu o continuare generator. Analizând măsurătorile de transmisie consecutive între adaptoarele superioare și inferioare cu și fără proba prezentă, a fost evaluată eficacitatea de protecție a probelor 22 .

refolosire

Dispozitivul de testare SE și distribuția sa electrică și magnetică.

Imagine la dimensiune completă

Rezultate si discutii

Caracterizarea zgurii de cupru.

Analiza compoziției (Tabelul 1) confirmă prezența fierului, siliciului, zincului și aluminiului ca element semnificativ în zgura de cupru și a altor elemente cu niveluri mai mici de concentrație, cum ar fi calciu, magneziu, crom și cupru. Aceste deșeuri sunt considerate materiale periculoase în multe țări datorită prezenței metalelor grele. Evaluarea de mediu depășește sfera de aplicare a studiului actual, cu toate acestea ar trebui acordată o atenție sporită acestui aspect.

După cum se vede în modelele XRD (Fig. 2), imaginile SEM și ESB (Fig. 3) și analiza punctuală (Tabelul 2), silicatul de fier a fost componenta principală a zgurii de cupru granulate din apă, care a fost baza matricea de zgură. Fierul cristalizează în principal sub formă de fayalit (Fe 2 SiO 4) și magnetit (Fe 3 O 4) în timpul procesului de turnare mată sau răcire cu apă. Există câteva morfologii caracteristice ale fazelor cristaline care pot fi observate. Magnetitul prezintă un cristal de formă cubică cu aproximativ 1 um în diametru (Fig. 3, faza 1), în timp ce fayalita (cu un conținut ridicat de aluminiu și zinc) apare ca un cristal asemănător fusului, care are ramuri subțiri și lungi (Fig. 3, faza 2 și 3), distribuite în matricea vitroasă (Fig. 3, faza 4). Sunt prezentate alte oligoelemente sau faze, care nu vor fi detaliate în documentul curent.