دانشجو: آقای آرش قربانی پور
استاد راهنما: دکتر امیر حمیدی
زمان: ۲۹ مهر ماه ۱۴۰۵ ساعت: ۱۶:۰۰
مکان: تهران، سالن جلسات دفاع دانشکده علوم زمین
چکیده: افزایش تقاضای جهانی برای مواد معدنی موجب تولید حجم زیادی از باطله‌های معدنی شده است. باطله معدن آهن به دلیل مقاومت پایین، رفتار مکانیکی نامطلوب و قابلیت آزادسازی فلزات سنگین، کاربرد محدودی در پروژه‌های عمرانی و ژئوتکنیکی دارد. در این پژوهش، عملکرد مکانیکی، زیست‌محیطی و ریزساختاری این مصالح تحت دو روش تثبیت شامل فعال‌سازی قلیایی مبتنی بر ژئوپلیمر و کربناسیون تسریع‌یافته بررسی شد. به‌منظور افزایش واکنش‌پذیری، بخشی از باطله با سرباره کوره آهن‌گدازی دانه‌ای آسیاب‌شده در مقادیر مختلف جایگزین شد.
در روش ژئوپلیمریزاسیون، نمونه‌ها با محلول هیدروکسید سدیم با غلظت صفر تا ۵ مولار و مقادیر ۰، ۳، ۶ و ۹ درصد وزنی سرباره آماده‌سازی و پس از دوره‌های عمل‌آوری ۷، ۱۴ و ۲۸ روزه ارزیابی شدند. در روش کربناسیون تسریع‌یافته نیز گاز دی‌اکسید کربن با فشارهای ۵۰، ۱۰۰ و ۱۵۰ کیلوپاسکال و زمان‌های ۲، ۴ و ۸ ساعت به نمونه‌ها تزریق شد. رفتار مکانیکی با آزمایش‌های سه‌محوری تحکیم‌نیافته زهکشی‌نشده، تحکیم یک‌بعدی و مقاومت فشاری بررسی شد. همچنین آزمایش TCLP برای ارزیابی تثبیت فلزات سنگین، SEM–EDS برای بررسی ریزساختار و ارزیابی چرخه عمر برای تحلیل اثرات زیست‌محیطی انجام گرفت.
نتایج نشان داد که هر دو روش تثبیت موجب بهبود قابل‌توجه خواص مکانیکی باطله معدن آهن شدند و افزودن سرباره کارایی فرآیندها را افزایش داد. در نمونه‌های ژئوپلیمری، در فشار همه‌جانبه ۲۰۰ کیلوپاسکال و غلظت ۵ مولار هیدروکسید سدیم، افزایش سرباره از صفر به ۹ درصد موجب افزایش تنش انحرافی حداکثر از ۱۲۶۵ به ۵۸۲۴ کیلوپاسکال شد. در نمونه‌های کربناته‌شده نیز افزایش فشار و زمان تزریق دی‌اکسید کربن موجب بهبود مقاومت شد و نمونه‌های دارای ۹ درصد سرباره افزایش مقاومت نزدیک به ۸۱ درصد نسبت به نمونه شاهد نشان دادند.
نتایج TCLP نشان داد که فرآیندهای تثبیت توانستند تحرک فلزات سنگین را کاهش دهند. در نمونه‌های ژئوپلیمری کاهش آبشویی تا حدود ۹۵ درصد و در نمونه‌های کربناته‌شده بسته به شرایط فرآیند، کاهش ۲۷ تا ۹۰ درصدی مشاهده شد. تصاویر ریزساختاری نیز تشکیل محصولات ژئوپلیمری و کربناتی، کاهش تخلخل و افزایش انسجام ساختار را تأیید کردند. ارزیابی چرخه عمر نشان داد که این روش‌ها در مقایسه با مصالح مبتنی بر سیمان پرتلند، می‌توانند اثرات زیست‌محیطی و مصرف انرژی را کاهش دهند. در مجموع، فعال‌سازی قلیایی و کربناسیون تسریع‌یافته در حضور سرباره، راهکارهایی مؤثر برای بهبود عملکرد مکانیکی، کاهش آبشویی فلزات سنگین و استفاده مجدد از باطله معدن آهن در کاربردهای ژئوتکنیکی هستند.
کلمات کلیدی: باطله معدن آهن، فعال‌سازی قلیایی، ژئوپلیمر، کربناسیون تسریع‌یافته، مقاومت فشاری، آبشویی فلزات سنگین، ارزیابی چرخه عمر
|