No description available.

The aim of this thesis is to develop an atomistic model of the mineral-water interface taking calcium carbonate as an example. This model would enable us to gain insight into the microscopic processes involved in the growth and dissolution of minerals, In Chapter 1, major experimental and computational studies of calcite surfaces arc reviewed and the main topics of this thesis arc presented. Chapters 2 and 3 discuss the methodology used throughout this work. In Chapter 2, the potential model is explained in great detail. Chapter 3 gives an introduction to the computational techniques, namely energy minimisation and molecular dynamics, used throughout this study, together with a brief description of the density functional theory, also used in this thesis. Chapters 4 to 8 present the main results obtained during this project. In Chapter 4, energy minirnisations of the main low-index surfaces of calcite reveal that the {1014} surface is the most stable surface in both dry and hydrated conditions. In addition, it was found that the reaction of water with surface carbonate groups, which results in the dissociation of water molecules, would occur at step edges and defective surfaces rather than at the {1014} surface. In Chapter 5, a comparison of the surface energies obtained from electronic structure calculations with those described in the previous chapter shows that the relative energies are in very good agreement. Also, surface phase diagrams of three surfaces in contact with a gaseous phase suggest that calcium poor surfaces are the dominant terrninations under ambient conditions.In Chapter 6, potential parameters developed to model the interactions of carbonate surfaces with water are shown to also reproduce the structure and dynamics of the hydration shell of metal cations. This chapter also presents new potential parameters for modelling halide ions in solution. In Chapter 7, the free energy of adsorption of water on the {lOI4} surface is calculated and found to be small when compared to the enthalpy of adsorption, therefore implying a large entropy of adsorption. Also, it is shown that the free energy profiles of metal ions adsorbing on the surface are correlated with the solvent density. In Chapter 8, the distribution of ions near the surface, calculated from molecular dynamics simulations, is found to differ from the classical view of the electrical double layer. Finally, Chapter 9 gives a summary of the main results presented in this thesis

The aim of this project is to investigate the suitability of specific polymers inclusions in improving some important mechanical properties of single crystals of calcite. The mechanical properties of synthetic and mineral single crystals of pure calcite are reported and compared with synthetic and biogenic crystals incorporating polystyrene particles or di-block co-polymer micelles and organic molecules respectively. The mechanical properties of these crystals are measured using nanoindentation and micro-compression techniques. It is shown that the crystals’mechanical properties obtained by the nanoindentation Oliver-Pharr method are influenced by the compliance of the resin substrate into which the crystal samples are embedded. The embedding of the crystals is shown to be necessary in order to achieve a flat surface onto which reliable indentation can be made. An estimate of the elastic moduli of the samples was obtained by using the Song-Pharr model, which takes into account substrate compliance. The hardness of all the tested samples was also recalculated by using conventional methods. By analyzing the obtained substrate independent data it was found that although the occlusion of co-polymer micelles reduced the modulus of pure calcite its hardness was not affected. This behaviour was not observed in the composites occluded with 200 nm polystyrene particles which showed a significant hardness reduction. The 20 nm co-polymer micelles also increased the specific hardness of the crystals whereas the 200 nm polystyrene particles showed no such behaviour. The micro-compression data showed that the 200 nm polystyrene particles could potentially be used to reduce the brittleness of calcite. Images of cracks, post-fracture of the crystals, indicated deformation of the polymer. This is evidence of the occurrence of a crack bridging mechanism. It was thought that this could lead to an enhancement of the strain at fracture and work of fracture of these composites when compared with pure calcite. Mechanical data from these tests showed however that the polystyrene particles’ occlusion was inadequate to increase the strain to fracture and the work of fracture of calcite. In addition to this the specific compressive strength, specific compressive modulus and specific compressive work of fracture of calcite also decreased with the addition of PS particles.

Στην διατριβή αυτή επιχειρείται µια συστηµατική και σε βάθος µελέτη της χηµικής και ορυκτολογικής σύστασης, καθώς και φυσικών και τεχνολογικών ιδιοτήτων των διαφόρων ελληνικών µαγνησιακών υλικών. Τα υλικά αυτά παρήχθησαν από τον µαγνησίτη της Β. Εύβοιας στο εργοστάσιο της ΒΙΟΜΑΓΝ στο Μαντούδι Ευβοίας, προκειµένου να εξαχθούν συµπεράσµατα όχι µόνο για τη βελτίωση των τελικών προϊόντων αλλά και για το σχεδιασµό και παραγωγή νέων προϊόντων, έτσι ώστε τα ελληνικά βασικά πυρίµαχα υλικά να παραµείνουν στην πρωτοπορία των διεθνών εξελίξεων. Συγκεκριµένα µελετήθηκαν: Πρώτες ύλες µαγνησίας. Εξετάστηκαν ελληνικές ποιότητες δίπυρης µαγνησίας, οι οποίες πορούν να διαχωριστούν σε δύο κατηγορίες σύµφωνα µε το µέσο του εµπλουτισµού του αγνησίτη από τον οποίο προέρχονται : Α) Οι ποιότητες δίπυρης µαγνησίας Ε21Α, Ε12Ε, ΝΕ3, οι οποίες παρήχθησαν από ικροκρυσταλλικό µαγνησίτη µε έψηση σε θερµοκρασίες 1850-1900οC σε περιστροφικούς κάµινους, ενώ πριν την έψησή του ο µαγνησίτης εµπλουτίστηκε µε οπτικό διαχωρισµό, βαρέα διάµεσα και µαγνητικό διαχωρισµό. Β) Οι ποιότητες δίπυρης µαγνησίας υψηλής καθαρότητας Μagflot Super Α και Magflot A1 που παρήχθησαν από µικροκρυσταλλικό µαγνησίτη εµπλουτισµένο µε τη µέθοδο της επίπλευσης, η οποία εξασφαλίζει οµοιογένεια και χαµηλό ποσοστό πυριτικών. Το παραγόµενο εµπλούτισµα µετατρέπεται σε καυστική µαγνησία η οποία ακολούθως πρικετοποιείται και τελικά ψήνεται σε φρεατώδη κάµινο στους 2000-2200οC. Μελετήθηκε επίσης, για λόγους σύγκρισης µε τα ελληνικά υλικά, Τετηγµένη µαγνησία, η οποία προέρχεται από την Κίνα Ποιότητες εµπορικών µαγνησιακών πλίνθων της ΒΙΟΜΑΓΝ, MbE21A και MbΜagflot Super A µε πρώτες ύλες δίπυρη µαγνησία Ε21Α και Μagflot Super A αντίστοιχα. Επίσης µελετήθηκε µπορικό µαγνησιοχρωµιτικό πυρίµαχο µε πρώτες ύλες Μagflot Super A και χρωµίτη Αφρικής. Νέες σπινελικές συνθέσεις και νέα µαγνησιοσπινελικά πυρίµαχα που παρήχθησαν στα πλαίσια της διατριβής, σε ηµιβιοµηχανική κλίµακα.Η χηµική σύσταση των πρώτων υλών που εξετάστηκαν µπορεί να περιγραφεί στα πλαίσια του συστήµατος MgO-CaO-SiO2, δεδοµένου ότι περιέχουν πολύ χαµηλές ποσότητες Fe2O3 και Al2O3. Αν και o λόγος τους CaO/SiO2 µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την πρόβλεψη των ορυκτολογικών παραγενέσεών τους, λεπτοµερείς αναλύσεις µε περιθλασιµετρία ακτίνων-Χ, οπτική και ηλεκτρονική µικροσκοπία έδειξαν σηµαντικές παρεκκλίσεις από τις αναµενόµενες φάσεις. Οι µικροδοµές ποικίλουν αρκετά ως προς τον δεσµό MgO-MgO, τις ποσότητες και τις συστάσεις των φάσεων των πυριτικών δεσµών, αλλά και το µέγεθος των κρυστάλλων του περικλάστου. Οι ποιότητες Magflot και Τετηγµένης µαγνησίας Κίνας περιέχουν µικρότερα ποσοστά δευτερευουσών φάσεων από τις ποιότητες Ε21Α, Ε12Ε και ΝΕ3. Ο χηµισµός των ποιοτήτων Ε21Α, Ε12Ε και ΝΕ3 ευνοεί το σχηµατισµό δευτερευουσών ασβεστοπυριτικών φάσεων χαµηλού σηµείου τήξεως (όπως C3MS2, CMS) που µειώνουν την πυριµαχικότητα των υλικών. Η διαλυτότητα του CaO στο περίκλαστο ποικίλει µεταξύ των κρυστάλλων του ίδιου δείγµατος, ενώ ο σίδηρος συγκεντρώνεται στο περίκλαστο σχηµατίζοντας βουστίτη. Οι δεκαοκτώ νέες σπινελικές συνθέσεις που παρήχθησαν στα πλαίσια αυτής της διατριβής σε πιλοτική µονάδα στη ΒΙΟΜΑΓΝ στο Μαντούδι Ευβοίας, περιέχουν αλούµινα από 50% έως και 70% και ως προσθετικά, είτε πυριτικό ζιρκόνιο (0,5-2%) ή χρωµίτη (2-5%). Αύξηση του ποσοστού του Al2O3 στις σπινελικές συνθέσεις µε πυριτικό ζιρκόνιο αλλά και σε εκείνες µε χρωµίτη, οδηγεί σε αύξηση της φαινόµενης πυκνότητας καθώς και σε αύξηση του ποσοστού του σπινελίου. Το σταθεροποιητικό προσθετικό του πυριτικού ζιρκονίου επιδρά στο σχηµατισµό µιας πυρίµαχης φάσης υψηλού σηµείου τήξεως, CaOZrO2, η οποία ρυθµίζει την ποσότητα και το είδος των υπολοίπων δευτερευουσών φάσεων που σχηµατίζονται. Το Cr2O3 στις συνθέσεις σπινελίου µε προσθετικό χρωµίτη δεσµεύεται κυρίως στο πλέγµα του σπινελίου αυξάνοντας την πυκνότητά του, ενώ δρα και ως φύτρο σχηµατισµού του σπινελίου. Παράλληλα οι άµεσοι δεσµοί διάχυσης είναι ισχυρότεροι σε σχέση µε εκείνους των κρυστάλλων σπινελίου στις σπινελικές συνθέσεις χωρίς χρωµίτη και αυξάνουν την αντοχή του σπινελίου στη χηµική διάβρωση από τήγµατα µεταλλουργικών σκωριών Οι δευτερεύουσες ασβεστοπυριτικές και ασβεστοαλουµινούχες φάσεις που ανιχνεύθηκαν στις δεκαοκτώ σπινελικές συνθέσεις κυµαίνονται σε πολύ χαµηλά επίπεδα, ενώ δεν αποτελούν όλες, φάσεις ισορροπίας. Από τις νέες σπινελικές συνθέσεις παρασκευάστηκαν έξι νέες ποιότητες µαγνησιοσπινελικών πυριµάχων. Σε κάθε µία από τις συνθέσεις µε 10 και 20 %Al2O3 χρησιµοποιήθηκαν ως πρώτες ύλες: 1. Μagflot και σπινελική σύνθεση τύπου R551z (µε 50% αλούµινα-50% Μafglot και προσθετικό πυριτικό ζιρκόνιο), 2. Magflot και σπινελική σύνθεση τύπου R559z (µε 70% αλούµινα-30% Μagflot και προσθετικό πυριτικό ζιρκόνιο), 3. Magflot και σπινελική σύνθεση τύπου R573cr (µε 70% αλούµινα-30% Μagflot και προσθετικό χρωµίτη). Οι νέες συνθέσεις των µαγνησιοσπινελικών πυριµάχων παρασκευάστηκαν µε σκοπό τη βελτίωση της συµπεριφοράς τους στους θερµοκρασιακούς αιφνιδιασµούς, στη διάβρωση από τήγµατα αλλά και στην αντοχή τους στην εκτριβή µε στόχο την εφαρµογή τους στη βιοµηχανία (ως πορώδη εµβύσµατα για παραγωγή υπερκαθαρού χάλυβα, για αντικατάσταση των ανδαλουσιτικών πυριµάχων στους µεταλλουργικούς κάδους, για αντικατάσταση των µαγνησιοχρωµιτικών πυριµάχων στους κάµινους της τσιµεντοβιοµηχανίας κλπ.). Στις νέες συνθέσεις των µαγνησιοσπινελικών πυριµάχων πραγµατοποιήθηκαν χηµικές, ορυκτολογικές αναλύσεις καθώς και µετρήσεις φαινόµενης πυκνότητας, συντελεστή θερµικής διαστολής αλλά και δοκιµές σε θλίψη εν ψυχρώ. Από τα αποτελέσµατα που προέκυψαν οι ποιότητες S-MAL37z-20 και S-MAL37cr-20, που περιέχουν υψηλής πυκνότητας σπινελικές συνθέσεις (R559z και R573cr αντίστοιχα) και περιεκτικότητα σε Αl2O3 στη µάζα τους της τάξεως 20%, προτείνονται ως περισσότερο κατάλληλες σε σχέση µε τις υπόλοιπες, για αντοχή στους θερµοκρασιακούς αιφνιδιασµούς, και στη διάβρωση από σκωρίες, ενώ οι S-MAL55z-10, S-MAL55z-20 και S-MAL55cr-10 θεωρούνται περισσότερο κατάλληλες για αντοχή σε θλίψηΗ χηµική σύσταση των πρώτων υλών που εξετάστηκαν µπορεί να περιγραφεί στα πλαίσια του συστήµατος MgO-CaO-SiO2, δεδοµένου ότι περιέχουν πολύ χαµηλές ποσότητες Fe2O3 και Al2O3. Αν και o λόγος τους CaO/SiO2 µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την πρόβλεψη των ορυκτολογικών παραγενέσεών τους, λεπτοµερείς αναλύσεις µε περιθλασιµετρία ακτίνων-Χ, οπτική και ηλεκτρονική µικροσκοπία έδειξαν σηµαντικές παρεκκλίσεις από τις αναµενόµενες φάσεις. Οι µικροδοµές ποικίλουν αρκετά ως προς τον δεσµό MgO-MgO, τις ποσότητες και τις συστάσεις των φάσεων των πυριτικών δεσµών, αλλά και το µέγεθος των κρυστάλλων του περικλάστου. Οι ποιότητες Magflot και Τετηγµένης µαγνησίας Κίνας περιέχουν µικρότερα ποσοστά δευτερευουσών φάσεων από τις ποιότητες Ε21Α, Ε12Ε και ΝΕ3. Ο χηµισµός των ποιοτήτων Ε21Α, Ε12Ε και ΝΕ3 ευνοεί το σχηµατισµό δευτερευουσών ασβεστοπυριτικών φάσεων χαµηλού σηµείου τήξεως (όπως C3MS2, CMS) που µειώνουν την πυριµαχικότητα των υλικών. Η διαλυτότητα του CaO στο περίκλαστο ποικίλει µεταξύ των κρυστάλλων του ίδιου δείγµατος, ενώ ο σίδηρος συγκεντρώνεται στο περίκλαστο σχηµατίζοντας βουστίτη. Οι δεκαοκτώ νέες σπινελικές συνθέσεις που παρήχθησαν στα πλαίσια αυτής της διατριβής σε πιλοτική µονάδα στη ΒΙΟΜΑΓΝ στο Μαντούδι Ευβοίας, περιέχουν αλούµινα από 50% έως και 70% και ως προσθετικά, είτε πυριτικό ζιρκόνιο (0,5-2%) ή χρωµίτη (2-5%). Αύξηση του ποσοστού του Al2O3 στις σπινελικές συνθέσεις µε πυριτικό ζιρκόνιο αλλά και σε εκείνες µε χρωµίτη, οδηγεί σε αύξηση της φαινόµενης πυκνότητας καθώς και σε αύξηση του ποσοστού του σπινελίου. Το σταθεροποιητικό προσθετικό του πυριτικού ζιρκονίου επιδρά στο σχηµατισµό µιας πυρίµαχης φάσης υψηλού σηµείου τήξεως, CaOZrO2, η οποία ρυθµίζει την ποσότητα και το είδος των υπολοίπων δευτερευουσών φάσεων που σχηµατίζονται. Το Cr2O3 στις συνθέσεις σπινελίου µε προσθετικό χρωµίτη δεσµεύεται κυρίως στο πλέγµα του σπινελίου αυξάνοντας την πυκνότητά του, ενώ δρα και ως φύτρο σχηµατισµού του σπινελίου. Παράλληλα οι άµεσοι δεσµοί διάχυσης είναι ισχυρότεροι σε σχέση µε εκείνους των κρυστάλλων σπινελίου στις σπινελικές συνθέσεις χωρίς χρωµίτη και αυξάνουν την αντοχή του σπινελίου στη χηµική διάβρωση από τήγµατα µεταλλουργικών σκωριών Οι δευτερεύουσες ασβεστοπυριτικές και ασβεστοαλουµινούχες φάσεις που ανιχνεύθηκαν στις δεκαοκτώ σπινελικές συνθέσεις κυµαίνονται σε πολύ χαµηλά επίπεδα, ενώ δεν αποτελούν όλες, φάσεις ισορροπίας. Από τις νέες σπινελικές συνθέσεις παρασκευάστηκαν έξι νέες ποιότητες µαγνησιοσπινελικών πυριµάχων. Σε κάθε µία από τις συνθέσεις µε 10 και 20 %Al2O3 χρησιµοποιήθηκαν ως πρώτες ύλες: 1. Μagflot και σπινελική σύνθεση τύπου R551z (µε 50% αλούµινα-50% Μafglot και προσθετικό πυριτικό ζιρκόνιο), 2. Magflot και σπινελική σύνθεση τύπου R559z (µε 70% αλούµινα-30% Μagflot και προσθετικό πυριτικό ζιρκόνιο), 3. Magflot και σπινελική σύνθεση τύπου R573cr (µε 70% αλούµινα-30% Μagflot και προσθετικό χρωµίτη). Οι νέες συνθέσεις των µαγνησιοσπινελικών πυριµάχων παρασκευάστηκαν µε σκοπό τη βελτίωση της συµπεριφοράς τους στους θερµοκρασιακούς αιφνιδιασµούς, στη διάβρωση από τήγµατα αλλά και στην αντοχή τους στην εκτριβή µε στόχο την εφαρµογή τους στη βιοµηχανία (ως πορώδη εµβύσµατα για παραγωγή υπερκαθαρού χάλυβα, για αντικατάσταση των ανδαλουσιτικών πυριµάχων στους µεταλλουργικούς κάδους, για αντικατάσταση των µαγνησιοχρωµιτικών πυριµάχων στους κάµινους της τσιµεντοβιοµηχανίας κλπ.). Στις νέες συνθέσεις των µαγνησιοσπινελικών πυριµάχων πραγµατοποιήθηκαν χηµικές, ορυκτολογικές αναλύσεις καθώς και µετρήσεις φαινόµενης πυκνότητας, συντελεστή θερµικής διαστολής αλλά και δοκιµές σε θλίψη εν ψυχρώ. Από τα αποτελέσµατα που προέκυψαν οι ποιότητες S-MAL37z-20 και S-MAL37cr-20, που περιέχουν υψηλής πυκνότητας σπινελικές συνθέσεις (R559z και R573cr αντίστοιχα) και περιεκτικότητα σε Αl2O3 στη µάζα τους της τάξεως 20%, προτείνονται ως περισσότερο κατάλληλες σε σχέση µε τις υπόλοιπες, για αντοχή στους θερµοκρασιακούς αιφνιδιασµούς, και στη διάβρωση από σκωρίες, ενώ οι S-MAL55z-10, S-MAL55z-20 και S-MAL55cr-10 θεωρούνται περισσότερο κατάλληλες για αντοχή σε θλίψη. / The present thesis deals with the systematic study of the chemical, mineralogical composition as well as the natural and technological properties of several Greek magnesia materials, derived from magnesite, in order to reach conclusions not only fοr the improvement of the final products but also for the development and manufacture of new ones which, in turn, will allow the greek basic refractories to remain at the forefront of the international developments . Specifically, have been studied: 1) Raw materials. The dead- burned magnesia grains examined are divided into two groups according to the mode of beneficiation of the raw magnesite. A). Dead –burned magnesias of E21A, E12E, NE3 were produced from natural microcrystalline magnesite by firing at temperatures in the range of 1800-2000 oC in rotary kilns. Prior to dead burning magnestite was beneficiated by conventional methods (optical sorting, heavy media, magnetic separation). B) Dead –burned magnesias of Magflot Super A and Magflot A1 were produced from natural microcrystalline magnesite beneficiated by the process of froth flotation, which ensures homogeneity and low silica. The obtained filter cake is calcined to caustic magnesia, which is subsequently briquetted and finally dead burned in shaft kiln at temperatures up to 2000 –2200 oC. Chinese fused magnesia has been also studied in order to be compared with greek materials. 2) Magnesia bricks produced by VIOMAGN; MbE21A from magnesia E21A and MbMagflot Super A from Magflot Super A. In addition, a magnesia chromite brick derived from raw materials of Magflot Super A and chromite from China was studied. 3) New spinel-based compositions and new magnesia-spinel refractory materials which have been produced for the needs of this study. The chemical composition of the materials examined here lie essentially in the MgO-CaO-SiO2 system, since they contain only trace amounts of Fe2O3 and Al2O3. Although their CaO/SiO2 ratios can be used to approximate their mineralogical compositions, detailed XRD, and optical and analytical SEM studies revealed significant deviations from the expected phase assemblages. Their microstructures vary widely in terms of proportions of direct MgO-MgO bonding, amounts and phase constitution of the siliceous bonding and size of the periclase crystals. The qualities of Magflot and Fused Chinese Magnesia contain secondary phases at lower levels compared to the qualities E21A, E12E and NE3. The chemical compositions of the qualities E21A, E12E and NE3 favored the formation of secondary calcium-silicate phases of low melting point. (such as C3MS2, CMS), which reduce the refractoriness of the materials. The solid solubility of CaO in periclase varies between crystals of the same sample. Iron was always found in solution to periclase as wustite. The new spinel-based compositions were produced in a pilot plant at Madoudi of Evia and contain alumina ranging from 50% to 70% and additives of either ZrSiO4 (0,5-2%) or chromite (2-5%). Increase in the amount of Al2O3 in the spinel compositions with ZrSiO4 and chromite lead to an increase in the bulk density as well as in the amount of spinel formed. The stabilizing additive of silica zircon favored the formation of a refractory phase with increased melting point, which controls the formation, the amount and the type of the other secondary phases. The Cr2O3 of spinel compositions which enters mainly the lattice, increases the density and acts as a core for the formation of the spinel. Furthermore, the direct diffusion bondings are stronger than those of the spinel crystals in the spinel compositions without chromite and increase the resistance of spinel against the chemical corrosion from fused metallurgic slags. The secondary calcium-aluminate and calcium- silicate phases, which were traced in the eighteen spinel-based compositions occur in low amount, and not all of them are equilibrium phases. From the new spinel-based compositions, six new magnesia-spinel refractory materials were produced. The compositions with 10 and 20% Al2O3 were derived from : 1 Magflot and spinel composition R551Z which contains 50% alumina-50% Magflot and silica zircon as additive. 2 Magflot and spinel composition R559z that contains 70% alumina – 30% Magflot and silica zircon as additive, 3 Magflot and spinel composition R573cr that contains 70% alumina – 30% Magflot and chromite as additive. The compositions of the magnesia spinel refractories produced are expected to show endurance in thermal shocks as well as in the corrosion from slags and friction, in order to have a wide application in steel, cement industry etc. Chemical, mineralogical analyses as well as estimation of bulk density, thermal coefficient factor and cold crushing strength parameter, of the new magnesia-spinel refractory materials, revealed that: a) the S-MAL37z-20 and S-MAL37cr-20 qualities which contain high density spinel compositions (R559z and R573cr respectively), and Al2O3 of about 20 (% wt) exhibit high endurance in rapid thermal changes and in corrosion, b) the S-MAL55z-10, S-MAL55z-20 and S-MAL55cr-10 qualities show high endurance in crushing.

Στην διάρκεια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε η ικανότητα ρόφησης CΟ2 καθώς και η απομείωση (attrition) δώδεκα υλικών (8 ασβεστίτες και 4 δολομίτες) τόσο πριν όσο και αφού είχαν υποστεί θερμική διάσπαση-ενανθράκωση. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα τα μη θερμικά κατεργασμένα υλικά επέδειξαν μικρότερα ποσοστά απομείωσης συγκριτικά με τα θερμικά κατεργασμένα. Το ποσοστό απομείωσης των υλικών χωρίς θερμική κατεργασία δεν αποτελεί μέτρο πρόβλεψης του ποσοστού απομείωσης του υλικού μετά από θερμική κατεργασία. Στην συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση των συνθηκών θερμικής διάσπασης (θερμοκρασία και διάρκεια) του υλικού Α1 με αρχικό μέγεθος κόκκων 0.71mm<d<1.4mm τόσο στην ικανότητα ρόφησης διοξειδίου του άνθρακα όσο και στον ποσοστό απομείωσης (attrition). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όταν τα υλικά διασπόνται έντονα θερμικά (Τ>900οC και t>2h) παρουσιάζουν μειωμένη ικανότητα ρόφησης CΟ2 . Αναφορικά με την απομείωση, θερμική κατεργασία σε υψηλή θερμοκρασία και για παρατεταμένη χρονική περίοδο, οδηγεί σε υψηλά ποσοστά λεπτόκοκκου υλικού μετά την ενανθράκωση. Πιθανοί λόγοι είναι η θραύση των κόκκων λόγω της ανισότροπης δομής των υλικών η ή πυροσυσσωμάτωση (sintering). Τέλος μελετήθηκε η επίδραση υλικών επικάλυψης όπως η αλούμινα και η σίλικα στην ικανότητα ρόφησης CΟ2 καθώς και στο ποσοστό απομείωσης του υλικού Α1 για αρχικό μέγεθος κόκκων 0.5mm<d<0.6mm και 0.71mm<d<1.4mm. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι και στις δύο μελετηθείσες κοκκομετρίες η διεργασία της επικάλυψης δεν έδωσε θετικά αποτελέσματα στο ποσοστό απομείωσης του υλικού. Μικρότερο ποσοστό απομείωσης παρουσίασε το υλικό Α1 όταν επικαλύφθηκε με 0,5% Al2O3 . Κανένα θετικό αποτέλεσμα σχετικά με το ποσοστό απομείωσης του υλικού Α1 και στις δύο κοκκομετρίες δεν επιτεύχθηκε ούτε όταν την διεργασία της επικάλυψης ακολουθούσε και διεργασία έντονης θερμικής κατεργασίας. Η ικανότητα ρόφησης διοξειδίου του άνθρακα του υλικού δεν επηρεάζεται από την διεργασία της επικάλυψης ούτε και από τον συνδυασμό επικάλυψης έντονης θερμικής κατεργασίας. / Testing of the attrition resistance and CO2 absorption capacity were done for twelve raw and calcined/recarbonated materials. Attrition performance was tested with a simple method employing a small scale fluidized bed at room temperature. Eight materials were characterized as calcites and four as dolomites with XRD technique. Calcined-recarbonated materials showed higher attrition than raw ones. Excellent attrition performance of a raw material does not mean same performance after calcination and recarbonation. Investigation of the effect of calcination condition (temperature, time) on the absorptive and mechanical properties of materials A1, A7, A8, Δ1, Δ2, Δ3 and Δ4 was carried out. It was found that the conditions of calcination do not have an important effect on attrition behavior. On the other hand the severity of calcination has a clear negative effect on CO2 absorption capacity for all materials tested. This is a direct consequence of the sintering and densification that takes place at high temperatures and long calcination times. In order to improve attrition performance some coating experiments were performed with A1 material for initial particle size fraction of 0.5mm<d<0.6mm and 0.71mm<d<1.4mm. Commercially available silica (two types) and alumina (one type) in the form of aqueous colloidal solutions with neutral/basic pH in the case of silica and acidic in the case of alumina were used in coating experiments. Coating with silica (two types) did not prove to have either positive or negative effect on both CO2 absorption capacity and attrition performance for A1 material with initial particle size fraction of either 0.5mm<d<0.6mm or 0.71mm<d<1.4mm. A small positive effect on attrition performance for A1 material was noticed when it was coated with 0.5% alumina. Combination of coating with intense calcination conditions (950οC for 6h) did not have any positive effect on attrition performance for A1 material with initial particle size fraction of either 0.5mm<d<0.6mm or 0.71mm<d<1.4mm.

Στην συγκεκριμένη διατριβή διερευνήθηκαν οι συνθήκες γένεσης του μικροκρυσταλλικού μαγνησίτη στις περιοχές Βάβδου και Γερακινής-Ορμύλιας της Χαλκιδικής. Η πετρογραφική μελέτη του μαγνησίτη και των ξενιστών του αποκάλυψαν δύο δομές δημιουργίας του μαγνησίτη: in situ εξαλλοίωση μέσα σε μανδυακά πετρώματα ξενιστές και ex situ αποθέσεις μέσα στους μανδυακούς σχηματισμούς. Επιπλέον, πιθανά υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της κοιτασματογένεσης του μαγνησίτη και των περιβαλλόντων πυριτιωμένων πετρωμάτων (λιστβανίτες). Επίσης, οι γεωχημικές παρατηρήσεις συγχρόνως με τις ορυκτοχημικές αναλύσεις, δίνουν νέα στοιχεία όσον αφορά στην γένεση του κοιτάσματος. Παράλληλα, έγινε εργαστηριακή παραγωγή καυστικής μαγνησίας και παράχθησαν, με προσθήκη αυτής συγχρόνως με χρήση ερυθράς ιλύς και τέφρας πυθμένα, νέα κεραμικά υψηλού πορώδους. Τα αποτελέσματα υπήρξαν ιδιαίτερα ικανοποιητικά, καθώς παρατηρήθηκε ότι με προσθήκη μαγνησίας σε μικρό ποσοστό βελτιώνονται οι φυσικομηχανικές ιδιότητές τους. Κεραμικά υψηλού πορώδους είναι κατάλληλα για χρήση σε φίλτρα και σε απορροφητικά υλικά. Τέλος, προτείνεται νέος τρόπος αξιοποίησης στείρων υλικών μαγνησίτη από τις εξορυκτικές διεργασίες, καθώς αποδεικνύεται ότι ο μαγνησίτης έχει πολύ θετικά αποτελέσματα με προσθήκη του σε οξινισμένα ύδατα, δίνοντας νέες προοπτικές αξιοποίησης του σε περιβαλλοντικές εφαρμογές. Το πειραματικό σκέλος της δοκιμής σε οξινισμένα νερά, πραγματοποιήθηκε σε σύγκριση με πετρώματα που χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση όξινων απορροών μεταλλείων. / In the present thesis, the microcrystalline magnesite from Central Chalkidiki (Vavdos and Gerakini areas) are investigated in order to clarify the conditions of its genesis. Petrographic study of the magnesite and its host rocks revealed two types of formation: a) in situ alteration in the mantle host rocks, due to metasomatic process, and b) ex situ deposit within mantle formations, related to hydrothermal fluids. Furthermore, petrographic observations suggest a close association between the genesis of the microcrystalline magnesite with the surrounding high silica-carbonate rocks, also termed as listwaenites. Moreover, scanning electron microscopy (S.E.M.) observations along with geochemical analysis provide new evidence for the formation of the magnesite. Caustic magnesia produced in the laboratory was mixed with red mud and bottom ash from industrial wastes, in order to make new, high porosity ceramics. It was observed that the addition of small amounts of caustic magnesia improved the physicomechanical properties of the briquettes. High porosity ceramics are suitable for their use in filters and absorbent materials for environmental applications. Finally, a new way for utilizing waste materials from magnesite mining processes in the disposal of acidified waters is proposed. Addition of magnesite improved the alkalinity of high acidic waters, offering new perspectives for environmental applications. The experimental results from magnesite were compared with similar results from other rocks used to treat acid mine drainage.