Субекти

Обобщение

В настоящото проучване е изпробвано иновативно приложение, т.е. д., защитен от електромагнитни смущения материал, за повторна употреба на шлака за топене на мед, с цел алтернативен продукт с висока добавена стойност. По-специално, експеримент с доказателство за концепция с добавяне на 45% от теглото само на медна шлака към циментовата матрица увеличава екраниращата ефективност (SE) до приблизително 7-8 dB в честотния диапазон от 500 MHz. При 1,5 GHz, подчертава, че падащата електромагнитна вълна е отслабнала с приблизително 60 pct. Това явление се дължи на факта, че железният силикат, фаалитът и магнетитът, включени в сместа на пробата, служат като абсорбери на магнитни и диелектрични загуби, получени от медна шлака. Приложение с ниска стойност медна шлака, показва своите конкурентни икономически и социални предимства като кандидат за пълнеж за електромагнитни защитни материали.

Въведение

По време на процеса на топене на мед, богати на мед матове (сулфиди) и медна шлака (оксиди) се образуват като две отделни течни фази поради добавянето на силициев диоксид, образувайки плътно свързани силикатни аниони чрез комбиниране с оксидите. Разтопената шлака се изхвърля от пещта при 1273–1573 К. В повечето случаи бързото втвърдяване чрез изливане на разтопена шлака във вода дава гранулирана аморфна шлака 21. Тази шлака съдържа железен силикат, фаалит и магнетит, които биха могли да бъдат възможен пълнител, прилаган към ЕМ екраниране, осигурявайки практичен и добавен начин за повторна употреба и рециклиране на шлаката.

Експериментален метод

Таблица 1 показва състава на гранулираната аморфна медна шлака, доставена от медна леярна. Химичните състави бяха анализирани чрез индукционно свързана плазмена оптична емисионна спектроскопия (ICP-OES, Varian 720 ES, САЩ). Минералните фази и морфологията са анализирани чрез рентгенова дифракция (XRD, 40 kV, 30 mA, Cu-Kα, SEIFERT 3003 T/T, Германия), сканиращ електронен микроскоп и енергиен дисперсионен спектрометър (SEM-EDS, XL30FEG, Philips, САЩ ) и микроанализ с електронна сонда (EPMA, JXA-8530F, Jeol, Япония).

Таблица в пълен размер

Медните шлаки с различни нива на добавяне от 15, 30 и 45 тегловни% се смесват в типичен портландцимент. Към сместа от циментово-медна шлака се добавя вода, за да се постигне съдържание на влага около 30 тегловни%. След това смесите (200 g) се оформят в тефлонова форма с размер 140 mm вътрешна дължина и се сушат в продължение на 48 часа в шкафа за пара. И накрая, пробите с дебелина 5 ± 0,3 mm бяха приготвени след формоване и втвърдяване при стайна температура и влажност. За сравнение на ефективността на екранирането, прахове от магнетит (Fe 3 O 4,> 99,5 pct, Sigma-Aldrich, САЩ), прахове от хематит (Fe 2 O 3,> 99 pct, Sigma-Aldrich, САЩ и метални прахове от желе (Fe, > 99,5%, Emsure, Германия) са били използвани съответно като пълнител с ниво на добавка от 15% тегловни.

Фигура 1 показва устройство за изпитване на ефективността на екраниране EM-2017A, което се състои от два коаксиални адаптера, два атенюатора (10 dB, 50 Ω, прикрепени към всеки край на адаптерите) и анализатор на спектъра (Keysight N9344C) с последващо проследяване генератор. Чрез анализ на последователните измервания на предаване между горния и долния адаптери с и без налична проба, беше оценена ефективността на защитата на пробите 22 .

повторното

Тестовото устройство SE и неговото разпределение на електрическо и магнитно поле.

Изображение в пълен размер

Резултати и дискусия

Характеристика на медна шлака.

Анализът на състава (Таблица 1) потвърждава наличието на желязо, силиций, цинк и алуминий като съществен елемент в медната шлака и някои други елементи с по-ниски нива на концентрация, като калций, магнезий, хром и мед. Тези отпадъци се считат за опасни материали в много страни поради наличието на тежки метали. Оценката на околната среда е извън обхвата на настоящото проучване, но на това трябва да се обърне повече внимание.

Както се вижда в моделите на XRD (фиг. 2), изображенията на SEM и BSE (фиг. 3) и точковия анализ (таблица 2), железният силикат е основният компонент на гранулираната медна шлака във вода, която е основата на шлакова матрица. Желязото кристализира предимно под формата на фаялит (Fe 2 SiO 4) и магнетит (Fe 3 O 4) по време на матово леене или процес на водно охлаждане. Има някои характерни морфологии на кристалните фази, които могат да се наблюдават. Магнетитът показва кристал с кубична форма с диаметър приблизително 1 um (фиг. 3, фаза 1), докато фаалитът (с високо съдържание на алуминий и цинк) се появява като вретеновиден кристал, който има разклонения тънки и дълги (фиг. 3, фаза 2 и 3), разпределени в матрицата на стъкловидното тяло (фиг. 3, фаза 4). Представени са други микроелементи или фази, които няма да бъдат подробно описани в настоящия документ.

Дифракционни рентгенови лъчи (XRD) на медна шлака.

Изображение в пълен размер

Сканираща електронна микроскопия (SEM) и обратно разпръснати електрон (BSE) изображения на частици медна шлака.

Изображение в пълен размер

Таблица в пълен размер

Микроструктура на композити на циментова основа.

Микроструктурата на еталонните проби, показана на фиг. 4, е чист цимент (цимент 100), 15% тегловни магнетит (цимент85 + магнетит15) и хематит (цимент 85 + хематит15) надути композити на циментова основа и композитният материал с 45% от тегло на синтезирана медна шлака. Със съответно цимент (Cement55 + Cu Slag45). Характерно е, че референции и медна шлака могат да бъдат намерени равномерно разпределени в тези проби, които след това бяха измерени за ефективността на EMI екранирането в серия за сравнение.

SEM и BSE изображения на референции и съединението с 45 тегловни% медна шлака.

Изображение в пълен размер

EMI защита и механизъм

Ефективността на екраниране EMI ​​(SE) на екраниращ материал, дефинирана като съотношение на енергията, предадена към инцидента. Екранирането на ЕМ вълна се случва с три механизма, които са загуба от отражение (на повърхността), загуба от поглъщане (през екрана) и множество вътрешни отражения (вътре в екрана). Total SE е обобщение на екранирането на тези три механизма на повърхността и вътрешността на екрана. Извършва се в честотния диапазон от 500 MHz - 1,5 GHz за измерване на коаксиалната предавателна линия. Тези честотни диапазони се считат за много критични за търговски приложения, като телевизия, безжична мрежа, мобилен телефон и т.н.

Ефективността на екраниране на еталоните и пробите, пълни с медна шлака с дебелина 5 mm.

Изображение в пълен размер

Феритите са най-разпространените пълнители, използвани в композитите на циментова основа. Отражението буквално не може да забави или потисне радиацията и отразената вълна може да взаимодейства с падащата вълна, която може да импортира други единици или устройства. С поглъщащи EM услуги материали, които прехвърлят енергия в други форми, EMI излъчването може да бъде максимално опетнено. Cao и Chung 18 са приготвили циментов композит, изпълнен с летяща пепел, с EMI SE от приблизително 4 dB (4.3 mm дебелина, 1.0 до 1.5 GHz). Това предполага, че присъствието на хематит в летящата пепел може да подобри екранирането чрез поглъщане. Феритът, съдържащ се в медна шлака, е изключителен избор на поглъщащи вълни компоненти за EMI защитни материали на циментова основа.

Фигура 6 показва влиянието на дебелината на пробата върху ЕМ екранирането на материали, пълни с медна шлака. Ясно е, че нивото на SE на пробите се засилва с увеличаване на дебелината. Всъщност дебелината на щита е решаващ икономически фактор за бъдещо приложение. Медна шлака с ниска стойност, показва предпочитание към конкуренция в някои приложения, например масивно изграждане на подземни или отдалечени информационни бази. Освен това повторната употреба на медна шлака има своето значение и социална полза.

Ефективност на екраниране на проба, напълнена с медна шлака, с различна дебелина.

Изображение в пълен размер

Медната шлака обикновено се оползотворява чрез извличане на метали или се използва за производството на някои строителни материали (добавяне на ниска стойност). Настоящото проучване се опита да го приложи към циментовата матрица, за да се получи защитната функция EMI, която осигурява практична повторна употреба и висока добавена стойност. В допълнение, не само чрез добавяне на шлаката директно към цимента, но и чрез металургична модификация като карботермична редукция, намагнитване или контролирано окисление на стопилката 23, EMI на продукта, приготвен с тази модифицирана медна шлака, може да бъде интензивно подобрен. Тези нововъзникващи изследвания предоставят нова насока за мултидисциплинарно сътрудничество в металургичното, рециклиращото и електромагнитното поле.

Заключения

Настоящото проучване се опитва да приложи медна шлака върху циментовата матрица, за да се получи защитната функция EMI, предоставяйки практичен и подход с висока добавена стойност за повторна употреба. По-специално добавянето на 45 тегловни% медна шлака към циментовата матрица повишава защитната стойност до приблизително 7-8 dB при 500 MHz –1.5 GHz, подчертавайки, че падащата ЕМ енергия е отслабнала с около 60%. Това явление се приписва на фаалит и магнетит, получени от медна шлака, вградена в сместа от пробата, която служи като диелектричен и магнитен поглъщател на загуби. Освен това, с увеличаване на дебелината, нивото на пробата SE се засилва. Медната шлака с ниска стойност показва предпочитание към конкуренция в някои приложения, например масивно изграждане на подземни или отдалечени информационни бази. Освен това повторната употреба на медна шлака има своето значение и социална полза.

Израз на благодарност

Авторът Йонг Фан благодари на Японското общество за насърчаване на науката (JSPS) и германската фондация „Александър фон Хумболт“ за финансовата им подкрепа. Специални благодарности на проф. Такаши Накамура и проф. Шуджи Накамура (Нобелова награда за физика за 2014 г.) за тяхната конструктивна дискусия и хумористично насърчение, които вдъхновиха автора.

Коментари

Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и разпоредби. Ако откриете нещо злоупотребяващо или което не отговаря на нашите условия или насоки, моля, маркирайте го като неподходящо.