© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved Πράξη «ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ ΙΙΙ – Ενίσχυση Ερευνητικών Ομάδων στο ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας» του Ε.Π. «Εκπαίδευση και δια Βίου Μάθηση» MIS Τίτλος υποέργου :«ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΙΠΤΑΜΕΝΗΣ ΤΕΦΡΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΑΛΩΔΩΝ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ» «FLY ASH RE-UTILIZATION FOR THE PRODUCTION OF GLASS CERAMICS» Αριθμός υποέργου:7 “Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.”

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved FLY ASH RE-UTILIZATION FOR THE PRODUCTION OF GLASS CERAMICS Dept. of Electrical Engineering and Dept of Mechanical Engineering & Industrial Design, Technical Education Institute of West Macedonia Koila, Kozani 50100, Greece and Dept. of Mechanical Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, 55124, Thessaloniki, Greece

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 1. Introduction3 Iπτάμενη Τέφρα: ένα τοξικό παραπροϊόν. ► H ιπτάμενη τέφρα αποτελεί το κύριο παραπροϊόν της καύσης λιγνίτη σε εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος ► Η ετήσια παραγωγή της σε παγκόσμιο επίπεδο υπολογίζεται σε 600 εκατομμύρια τόνους.  Το κόστος απόθεσης της τέφρας κυμαίνεται από 150 € € ανά τόνο με το μεγαλύτερο ποσοστό να καταλήγει απ'ευθείας σε χωματερές. ► Αν και η χημική σύσταση της τέφρας ποικίλει υπάρχει ομοφωνία στη βιβλιογραφία ότι έχει τοξικές ιδιότητες που επιφέρουν τεράστιες αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. ►Η ανάπτυξη νέων μεθόδων ανακύκλωσης και επαναχρησιμοποίησης της τέφρας αποτελεί σημαντκή τεχνολογική πρόκληση λόγω των οικονομικών και περιβαλλοντικών κινήτρων που υπάρχουν ειδικά για την παραγωγή προϊόντων μεγάλης προστιθέμενης αξίας.

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 4 Ιδέα και Στόχοι Χρήση παραπροϊόντων ( ιπτάμενη τέφρα και υαλοθραύσματα ) για την παραγωγή καινοτόμων υλικών μεγάλης προστιθέμενης αξίας.

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved Κύριος στόχος του έργου Η παραγωγή εργαστηριακών πρωτοτύπων συμπαγών/πορώδων υαλωδών κεραμικών και η αξιολόγηση των μηχανικών/περιβαλλοντικών τους ιδιοτήτων. Δράση 1. Πλήρης χαρακτηρισμός των πρώτων υλών Βιβλιογραφική αναζήτηση- Δημιουργία βάσης δεδομένων Αποτύπωση χημικής σύστασης και ιδιοτήτων της στάχτης Επιλογή υαλοθραυσμάτων Δράση 2. Παραγωγή εργαστηριακών πρωτοτύπων Συμπαγή Υαλώδη Κεραμικά Πορώδη Υαλώδη Κεραμικά Δράση 3. Προσδιορισμός Ιδιοτήτων Κεραμικών Χημική Σύνθεση- Μικροδομή- Τοξικότητα-Μηχανικές Ιδιότητες Δράση 4. Ανάλυση Κύκλου ζωής

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved Methods6 Χημική Σύσταση Τέφρας XRD μετρήσεις δειγμάτων από το εργοστάσιο του Αγ. Δημητρίου

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 2. Methods7 Προετοιμασία Δοκιμίων. Μια τεχνική 3-σταδίων κονιομεταλλουργίας χρησιμοποιήθηκε. Starting materials Αρχικά Υλικά : τέφρα, γυαλί, σφαιρίδια αλουμίνας και νάτριο “Green” Product Glass Glass Ceramic

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 2. Methods8 DTA plot of the green product (used for the production of porous specimens). Θερμογραφικό Διάγραμμα του Πράσινου Προιόντος Cr2O3 was used as the nucleating agent and the two-step heat treatment of the glass was designed based on thermographs resulting from DTA measurements both, for bulk nucleation and crystal growth.

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 2. Methods9 Hear treatment (for nucleation and crystal growth) Θερμική Κατεργασία σχηματισμού πυρήνων και ανάπτυξη των κρυστάλλων Συμπαγή Υαλώδη Κεραμικά 100g τέφρας (30%wt) + υαλοθραύσματα (70%wt) αφού λυώθηκαν σε δοχεία αλουμίνας υποβλήθηκαν σε θερμική κατεργασία όπου κατά την ψύξη παρέμειναν στους 1050 o C για να δημιουργηθεί λεπτόκκοκη μικροδομή A constant heating rate of 1.5 o C/min, ensured controlled crystal growth and the specimens were kept at 1050 o C for 90 min.

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 2. Methods10 Hear treatment (for nucleation and crystal growth). Θερμική Κατεργασία σχηματισμού πυρήνων και ανάπτυξη των κρυστάλλων Πορώδη Υαλώδη Κεραμικά Για να αποφευχθεί η δημιουργία ρωγμών μια χαμηλή ταχύτητα θέρμανσης. 10 o C/min,χρησιμοποίηθηκε έως τους 1350 o C

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 3. Results11 Nanostructured glass ceramics (dense) Συμπαγή υαλώδη κεραμικά με νανο-δομή Συνδύαζουν θερμικές, χημικές, βιολογικές και διηλεκτρικές ιδιότητες, ανώτερες των μετάλλων, πολυμερών και κεραμικών λόγω της δυνατότητας ανάπτυξης ειδικής μικροδομής αποτέλεσμα της συνύπαρξης υάλου και κεραμικού υλικού

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 3. Results12 Αντοχή σε κάμψη συμπαγούς υαλώδους κεραμικού διαφόρων θερμικών κατεργασιών Three point bending strength of bulk GCs for various heat treatments.

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 3. Results13 Πορώδες υαλώδες κεραμικό με νανο-δομή Nanostructured glass ceramics (porous) Δοκίμια ίδιας σύστασης αλλά χωρίς την επιβολή πίεσης κατά τη θερμική κατεργασίαοδηγεί στη συγκέντρωση αερίου πριν την τήξη του γυαλιού με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός κεντρικού πόρου ανομοιόμορφου πορώδους σε όλο το δοκίμιο Magnification of a porous glass ceramic produced from fly-ash and glass cullet.

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved May 2012 ANSA Pre-processor - Software features Συμπαγές και Πορώδες Υαλοκεραμικό

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 3. Results15 Nanostructured glass ceramics (porous) Ανάλυση τοξικότητας συμπαγών υαλώδων κεραμικών TCLP testing revealed no reminder toxicity in the bulk GCs and some residual hazardous remains in the porous samples, with the overall toxicity being reduced by more than 87%. The results were compared with threshold values as defined by the United States Environmental Protection Agency (US EPA) and are summarized below. Sample TCLP tests (μg/ml) PbZnCuMn US EPA limit* Bulk Porous *Sheng J, Huang BX, Zhang J, Zhang H, Sheng J, Yu S, Zhang M (2003) Production of glass from coal fly ash. Fuel 82, 181–185

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved 16 Συμπέρασματα 4. Conclusions Αν και η χημική σύσταση της ιπτάμενης τέφρας ποικίλει σημαντικά υπάρχουν τεράστιες δυνατότητες χρήσης της σε συνδυασμό με υαλοθραύσματα για την παραγωγή, πέραν των παραδοσιακών τσιμέντινων προοϊόντων, συμπαγών και πορώδων υαλώδων κεραμικών με εξαιρετικές ιδιότητες Η δυνατότητα μαζικής παραγωγής αυτών των προϊόντων αξίζει περαιτέρω μελέτη

© Copyright 2010 BETA CAE Systems S.A. All rights reserved Thank you for your attention Thank you for your attention This research was funded by