بررسي تأثير تركيب شيميايي و ريزساختار نسوزهاي مورد استفاده در فرايند استحصال مس بر خواص عملكردي آنها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

مواد نسوز به‌عنوان يكي از زيرشاخه‌هاي مهم مواد مهندسي، به دليل برخورداري از ويژگي‌هاي برجسته‌اي نظير مقاومت بالا در برابر شوك‌هاي حرارتي، پايداري شيميايي و مكانيكي، و دوام در برابر سرباره‌ها و گازهاي خورنده، همواره موردتوجه محققان و صنايع مختلف قرار گرفته‌اند. از آنجا كه اكثر سرباره‌هاي حاصل از فرآيندهاي تصفيه ثانويه آهن و ذوب فلزات غيرآهني ماهيت قليايي دارند، آجرهاي نسوز منيزيا-كروم به دليل سازگاري شيميايي بالا در برابر اين محيط‌ها، كاربرد گسترده‌اي در اين صنايع يافته‌اند. در پژوهش حاضر، تركيب شيميايي و ريزساختار شش نمونه‌ از آجرهاي نسوز منيزيا-كروميت توليد داخل مورد بررسي قرار گرفته و تأثير آن بر خواص اين آجرها تحليل شده است. آناليزهاي ريزساختاري و شيميايي با بهره‌گيري از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، طيف‌سنجي انرژي پرتو ايكس (EDS)، نقشه‌برداري پراكندگي عناصر (X-Ray Mapping) و پراش پرتو ايكس (XRD) انجام شد. همچنين براي ارزيابي خواص فيزيكي نمونه‌ها، آزمون‌هايي شامل مقاومت فشاري سرد، تخلخل و چگالي ظاهري، مقاومت به شوك حرارتي، استحكام خمشي و رفتار انبساط حرارتي انجام گرديد. يافته‌ها نشان داد كه حضور هم‌زمان اكسيد منيزيم و اكسيد كروم در ساختار آجرها، موجب بهبود انعطاف‌پذيري و افزايش مقاومت آن‌ها در برابر شوك‌هاي حرارتي و مكانيكي مي‌شود. درصد وزني سيليكا (SiO₂) نيز نقش مهمي در خواص عملكردي آجرها ايفا مي‌كند؛ افزايش بيش از حد SiO₂ منجر به شكل‌گيري فازهاي سيليكاتي با نقطه ذوب پايين مي‌شود كه مي‌توانند پيوند منيزيا–كروم را ضعيف كرده و مقاومت حرارتي و شيميايي آجر را كاهش دهند. تحليل نتايج نشان داد كه درصد MgO در برخي نمونه‌ها در محدوده مرجع (55–65٪) قرار داشت، اما مقادير Cr₂O₃ و SiO₂ اغلب از حد بهينه فاصله داشتند، كه بر تشكيل فازهاي اسپينلي پايدار و مقاومت حرارتي و مكانيكي تأثيرگذار است. آناليز XRD حضور فازهاي پريكلاز و اسپينل همراه با مقادير قابل‌توجهي فازهاي سيليكاتي را نشان داد و تصاوير SEM ريزساختار متراكم و پيوسته با ترك‌ها و تخلخل‌هاي پراكنده را آشكار ساخت. آزمون‌هاي مكانيكي و حرارتي نشان داد كه نمونه‌هايي با نسبت MgO (55–65٪) و Cr₂O₃ بيشتر از 15% عملكرد بهتري از خود نشان داده و نمونه‌هاي با كمبود كروم يا افزايش سيليكا دچار كاهش مقاومت و يكپارچگي ساختاري شدند. مقايسه با داده‌هاي مرجع شركت‌هاي Mehr، Pars، GITA و Refrasmith نشان داد كه برخي نمونه‌ها از نظر تركيب شيميايي و خواص فيزيكي از شرايط ايده‌آل فاصله دارند، كه مي‌تواند موجب كاهش عمر مفيد و عملكرد نامطلوب در شرايط صنعتي شود. اين پژوهش نشان مي‌دهد كه تركيب بهينه اكسيدهاي اصلي، ريزساختار يكنواخت و توزيع مناسب فازها نقش كليدي در بهبود خواص مكانيكي و حرارتي آجرهاي نسوز داشته و مي‌تواند راهنمايي كاربردي براي طراحي و توليد نسوزهاي صنعتي با دوام و عملكرد بالا باشد.

236590

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان