Ο βασικός στόχος της συγκεκριμένης διατριβής ήταν να εξεταστεί η δυνατότητα της τεχνικής LIBS όσον σφορά την ταχεία ποιοτική και ποσοτική ανάλυση της μεταλλουργικής σκωρίας (σε στερεή και υγρή μορφή) σε εργαστηριακή και βιομηχανική κλίμακα. Η τεχνική εφαρμόστηκε αρχικά σε καθαρά μέταλλα και έπειτα σε πρότυπα δείγματα τα οποία περιείχαν τα αντίστοιχα στοιχεία σε μήτρα CaO. Μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά του πλάσματος που παράγεται από παλμούς διάρκειας των τάξεων nsec και psec. Η θερμοκρασία πλάσματος και η ηλεκτρονική πυκνότητα μειώνονται παρόμοια ενώ υπολογίστηκαν ελαφρώς υψηλότερες τιμές στην περίπτωση του ns λέιζερ. Οι καμπύλες βαθμονόμησης έδειξαν πως η ευαισθησία της μεθόδου παραμένει σχεδόν η ίδια ανεξαρτήτως της διάρκειας παλμού. Τα όρια ανίχνευσης κυμάνθηκαν στην τάξη μερικών μερών του εκατομμυρίου (ppm). Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι δυνατότητες της τεχνικής για on-line ανάλυση της σκωρίας. Ο δυνατότητες της τεχνικής εξαρτώνται κυρίως από τον λόγο (κρατήρας λέιζερ, ΚΛ)/(μέγεθος σχηματιζόμενης φάσης, ΜΣΦ), οι επιφανειακές ανωμαλίες στην στερεοποιημένη σκωρία καθώς και από την κατανομή του κάθε στοιχείου στην μήτρα. Διαπιστώθηκε πως ο βαθμός ανομοιογένειας της σκωρίας δεν επιδρά σημαντικά στην ακρίβεια της μεθόδου όταν ο λόγος ΚΛ/ΜΣΦ είναι μεγάλος. Σημαντική παράμετρος αποτελεί το γεγονός εάν τα στοιχεία βρίσκονται κατανεμημένα στην μήτρα της σκωρίας ή σε κάποια κρυσταλλική φάση. Η επίδραση των επιφανειακών ανωμαλιών στην ακρίβεια της μεθόδου μειώθηκε με την θραύση και πελλετοποίηση της σκωρίας αλλά, κυρίως για τα στοιχεία τα οποία βρίσκονται κατανεμημένα στην μήτρα της σκωρίας, προτείνεται η αποφυγή της πελλετοποίησης για ανάλυση με χρήση της μεθόδου LIBS. Η ακρίβεια της τεχνικής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα πρότυπα δείγματα που θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή των καμπύλων βαθμονόμησης. Οι καμπύλες βαθμονόμησης της υγρής σκωρίας εμφάνισαν ικανοποιητική γραμμική εξάρτηση μεταξύ της έντασης των γραμμών εκπομπής των στοιχείων με τις αντίστοιχες συγκεντρώσεις ενώ παρατηρήθηκε μικρή αύξηση όσον αφορά τις τιμές των εντάσεων της υγρής σκωρίας σε σχέση με αυτές της στερεάς σκωρίας κάτω από τις ίδιες πειραματικές συνθήκες. Επίσης παρατηρήθηκε μεγαλύτερη διαπλάτυνση στις γραμμές κάποιων στοιχείων στην υγρή σκωρία. Για συγκεντρώσεις >4-5% παρατηρήθηκε επίσης αύξηση στην κλίση των καμπύλων για την περίπτωση της υγρής σκωρίας. Τέλος, κάθε στοιχείο συμπεριφέρεται διαφορετικά σε σχέση με τα υπόλοιπα, από δείγμα σε δείγμα αλλά και από φάση σε φάση. / To investigate the ability of LIBS technique considering the rapid qualitative and quantitative analysis of metallurgic slag was the main objective of the particular thesis. Firstly, the LIBS technique applied on pure metals and then on samples containing the same metals in CaO matrix and the time-resolved characteristics of the plasmas produced by nsec and psec pulses were studied. Both the plasma temperature and electron density are decaying similarly and the space-averaged values determined in the nanosecond case are slightly higher than for the picosecond one. Moreover, the calibration curves obtained, show that the inherent sensitivity of the technique remains almost unaltered independently of the pulse duration. The detection limits were found to be few ppm. Then, the potentiality of LIBS method for quantitative on-line, multi-element slag analysis on plant scale was examined. Further, in order to examine more closely the produced slag, slag samples were analysed in the laboratory. The measurements were performed on solidified slag samples in a pelletized form and on as delivered solidified slag samples. The limits of the accuracy of this technique depend mainly on the laser spot/phase size ratio, the level of surface abnormalities and the distribution of each element in the matrix. The non-homogeneity level of the slag product seems to be not important in LIBS analysis, when the above ratio is quite large. It is of great importance whether the element is embedded in the matrix or in a specific crystallized phase. The influence of surface abnormalities is reduced in the case of pressed slag, but primarily for the elements distributed in the matrix, fragmentation of the slag should be avoided. The accuracy of LIBS quantitative slag analysis is strongly dependent on the standard samples that are used Regarding the liquid slag analysis, the calibration curves presented satisfactory linear dependence between the intensity of analytic lines with the corresponding concentrations while the intensity values of liquid slag appeared to be relatively increased with regard to the intensity values of solid slag under the same experimental conditions. Widening phenomena were characterized the lines of certain elements in liquid slag. For concentrations >4-5% an increased slope in calibration curves of liquid slag was observed. Finally, it was observed that each element behaves in a different way from sample in sample but also from phase in phase.

Η παρούσα διατριβή διερευνά την επίδραση των πετρογραφικών παραμέτρων στις φυσικομηχανικές ιδιότητες των οφιολιθικών πετρωμάτων Πίνδου και Βούρινου. Επιπρόσθετα, μελετώνται ορισμένα δείγματα από τα οφιολιθικά συμπλέγματα του Κόζιακα και της ανατολικής Όθρυος και ορισμένα Τριαδικά ηφαιστειακά πετρώματα από την περιοχή του Δομοκού. Tα συλλεχθέντα δείγματα αξιολογούνται για την καταλληλότητά τους ως αδρανή υλικά. Επιπλέον, διερευνάται η καταλληλότητα υγιών υπερβασικών δειγμάτων στη βιομηχανία πυρίμαχων. Στις υπό μελέτη εμφανίσεις πραγματοποιήθηκε λεπτομερής γεωλογική χαρτογράφηση. Ακολούθησε πετρογραφική εξέταση των επιμέρους λιθότυπων και ποσοτικοποίηση των ορυκτολογικών συστατικών τους. Εφαρμόστηκαν σύγχρονες τεχνικές με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, μικροσκόπιο φθορισμού και λογισμικό ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας. Διερευνήθηκε επίσης ο τρόπος διάδοσης των μικρορωγμών κατά τη μοναξονική φόρτιση των πετρωμάτων και δόθηκε έμφαση στην πιθανή συμμετοχή αμιαντούχων ορυκτών σε αυτά. Προσδιορίστηκαν οι γεωμετρικές, φυσικομηχανικές, φυσικοχημικές και χημικές ιδιότητες των δειγμάτων και διαπιστώθηκε ότι οι βασικοί λιθότυποι παρουσιάζουν υψηλότερη μηχανική αντοχή από τους υπερβασικούς, ενώ οι τραχίτες έχουν συνήθως μεταβατικά χαρακτηριστικά μεταξύ των δύο παραπάνω κατηγοριών πετρωμάτων. Οι συσχετίσεις μεταξύ των προσδιορισθέντων ιδιοτήτων διερευνήθηκαν με ανάλυση παλινδρόμησης και παραγοντική ανάλυση. Οι ιδιότητες των βασικών και υπερβασικών λιθότυπων τείνουν να βελτιώνονται όσο μειώνεται ο βαθμός εξαλλοίωσης. Εξαίρεση αποτελεί ο δείκτης αντίστασης σε στίλβωση, ο οποίος τείνει να βελτιώνεται αυξανομένου του βαθμού υδροθερμικής μεταμόρφωσης. Για τους δολερίτες διατυπώθηκαν δύο νέοι μικροπετρογραφικοί δείκτες, ο δείκτης αντοχής (Ips) και ο δείκτης αντικατάστασης (Irep), οι οποίοι αποτελούν ποσοτική έκφραση των πετρογραφικών μεταβολών που λαμβάνουν χώρα κατά την εξαλλοίωση. Για τους υπερβασικούς λιθότυπους εισήχθηκε ο λόγος OOS, ο οποίος εκφράζει το βαθμό διατήρησης των πρωτογενών ορυκτών κατά τη σερπεντινίωση. Για τον προσδιορισμό του βαθμού εξαλλοίωσης των υπερβασικών πετρωμάτων εισήχθηκε ο δείκτης ευκίνητων στοιχείων (Im). Οι υπό μελέτη λιθότυποι είναι κατάλληλοι για χρήση ως αδρανή σκυροδεμάτων, κονιαμάτων, οδοποιίας, σκύρων σιδηροτροχιών, φίλτρων και βράχων θωράκισης, με εξαίρεση τους έντονα σερπεντινιωμένους και τεκτονισμένους χαρτσβουργίτες και τους τραχίτες. Ακόμη, τα υγιή υπερβασικά δείγματα είναι κατάλληλα για χρήση ως πρώτες ύλες στη βιομηχανία πυρίμαχων. / The present thesis aims at investigating the influence of petrographic factors on the physicomechanical properties of the Pindos and Vourinos ophiolitic rocks. Samples were also collected from the Koziakas and eastern Othrys ophiolitic complexes, as well as from an exposure of Triassic volcanic rocks near the Domokos locality. The evaluation of the collected samples for their suitability as aggregates is attempted. In addition, selected ultrabasic samples are evaluated for their suitability in refractory industry. The studied areas were thoroughly mapped. The petrographic characteristics of each lithotype were examined and their mineralogical composition was quantified. Modern techniques were also applied, using scanning electron microscopy and fluorescent microscopy, in combination with digital image analysis. Additionally, the microcrack propagation during uniaxial compression was investigated, as well as the potential existence of asbestiform minerals in each sample. The geometrical, physicomechanical, physicochemical and chemical properties were determined for each rock sample. The basic lithotypes have higher strength than the ultrabasic. The trachytes usually have characteristics transitional between the basic and ultrabasic lithotypes. The interrelationships between the various properties were examined using regression and factor analysis. The properties of the basic and ultrabasic lithotypes tend to improve when the degree of alteration decreases. Exceptionally, the polishing resistance tends to increase with an increasing degree of hydrothermal metamorphism. Two new micropetrographic indices were proposed for the dolerites, the micropetrographic strength index (Ips) and the replacement index (Irep). These indices reflect and quantify petrographic transformations which take place during alteration. The ratio OOS was introduced for the ultrabasic samples, which reflects the degree of preservation of the primary mineral phases during serpentinization. Additionally, the index of mobile elements (Im) was introduced in order to quantify the degree of alteration of ultrabasic rocks. The studied rock types are suitable for the production of aggregates for concretes, mortars, road construction, railway track ballast, filters and armourstone. The only unsuitable samples are the intense serpentinized and tectonized harzburgites and the trachytes. In addition, the fresh ultrabasic samples can be used as raw materials in the refractory industry.