Published February 18, 2022 | Version v1
Publication Open

Reuse of lead glass sludge in the fabrication of thermally insulating foamed glass with outstanding properties and high Pb-stabilization

Creators

  • 1. Housing and Building National Research Center
  • 2. National Research Centre
  • 3. Zagazig University

Description

Abstract This study represents the sustainable/safe consumption of lead glass sludge (LGS) in the fabrication of thermally insulating foamed glass via sintering (750–950º C) and chlorination processes. The impact of selected additives including calcium chloride (CaCl 2 ) and sodium hydroxide (NaOH) on the foaming efficiency and Pb-stabilization has been deeply investigated. LGS is mainly lead silicate material with considerable content of calcium carbonate, which acts as foaming agent during sintering process. The newly developed foamed-materials exhibited thermal conductivity of 0.054–0.136 W/m.K, density of 0.23–1.10 g/cm 3 , porosity of 63.3–92.6%, and compressive strength of 0.10–2.69 MPa. X-ray diffraction proved that the immobilization mechanism was attributed to the transformation of free Pb within LGS into insoluble ganomalite Pb 9 Ca 5 MnSi 9 O 33 phase. Adding NaOH enhanced the foaming process accompanied by a significant reduction in Pb-leaching. Incorporating CaCl 2 has resulted in a retardation in Pb-leaching, which associated with Pb-stabilization and Pb-vaporization. In an attempt to reduce CO 2 -emission, the potential use of alkali-rich-wastewater (AW) as eco-friendly alkali source in lieu of NaOH was studied. Regardless of the variation in Pb-concentrations in leachates, all samples recorded Pb-concentrations lower than the safe limit (≤ 5 mg/l), achieving Pb-immobilization of 95.98–99.87%. The significantly reduced thermal conductivity and enhanced Pb-immobilization efficiency along with the reasonable compressive strength summarize the major innovation presented in this study.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمثل هذه الدراسة الاستهلاك المستدام/الآمن للحمأة الزجاجية الرصاصية (LGS) في تصنيع الزجاج الرغوي العازل للحرارة عن طريق التلبيد (750-950 درجة مئوية) وعمليات الكلورة. تم التحقيق بعمق في تأثير الإضافات المختارة بما في ذلك كلوريد الكالسيوم (CaCl 2 ) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) على كفاءة الرغوة واستقرار الرصاص. LGS عبارة عن مادة سيليكات الرصاص بشكل أساسي مع محتوى كبير من كربونات الكالسيوم، والتي تعمل كعامل رغوة أثناء عملية التلبيد. أظهرت المواد الرغوية المطورة حديثًا موصلية حرارية من 0.054–0.136 واط/متر مكعب، وكثافة من 0.23–1.10 جم/سم 3 ، ومسامية من 63.3–92.6 ٪، وقوة انضغاط من 0.10-2.69 ميجا باسكال. أثبت حيود الأشعة السينية أن آلية التثبيت تعزى إلى تحول الرصاص الحر داخل LGS إلى طور غانوماليت غير قابل للذوبان Pb 9 Ca 5 MnSi 9 O 33. عززت إضافة هيدروكسيد الصوديوم عملية الرغوة مصحوبة بانخفاض كبير في غسيل الرصاص. أدى دمج CaCl 2 إلى تأخر في غسيل الرصاص، والذي يرتبط باستقرار الرصاص وتبخر الرصاص. في محاولة للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، تمت دراسة الاستخدام المحتمل لمياه الصرف الصحي الغنية بالقلويات (AW) كمصدر قلوي صديق للبيئة بدلاً من هيدروكسيد الصوديوم. بغض النظر عن التباين في تركيزات الرصاص في المواد المرتشحة، سجلت جميع العينات تركيزات الرصاص أقل من الحد الآمن (≤ 5 ملغ/لتر)، محققة شلل الرصاص بنسبة 95.98-99.87 ٪. تلخص الموصلية الحرارية المنخفضة بشكل كبير وكفاءة التثبيت المعززة للرصاص جنبًا إلى جنب مع قوة الانضغاط المعقولة الابتكار الرئيسي المقدم في هذه الدراسة.

Translated Description (French)

Résumé Cette étude représente la consommation durable/sûre de boues de verre au plomb (LGS) dans la fabrication de verre expansé thermiquement isolant via des procédés de frittage (750-950º C) et de chloration. L'impact de certains additifs, notamment le chlorure de calcium (CaCl 2 ) et l'hydroxyde de sodium (NaOH), sur l'efficacité de moussage et la stabilisation du plomb a été étudié en profondeur. Le LGS est principalement un matériau de silicate de plomb avec une teneur considérable en carbonate de calcium, qui agit comme agent moussant pendant le processus de frittage. Les matériaux moussés nouvellement développés présentaient une conductivité thermique de 0,054-0,136 W/m.K, une densité de 0,23-1,10 g/cm 3 , une porosité de 63,3-92,6 % et une résistance à la compression de 0,10-2,69 MPa. La diffraction des rayons X a prouvé que le mécanisme d'immobilisation était attribué à la transformation du Pb libre au sein du LGS en phase insoluble de ganomalite Pb 9 Ca 5 MnSi 9 O 33. L'ajout de NaOH a amélioré le processus de moussage accompagné d'une réduction significative du lessivage du Pb. L'incorporation de CaCl 2 a entraîné un retard dans le lessivage du Pb, qui était associé à la stabilisation du Pb et à la vaporisation du Pb. Dans le but de réduire les émissions de CO 2, l'utilisation potentielle des eaux usées riches en alcalis (AW) en tant que source alcaline respectueuse de l'environnement au lieu de NaOH a été étudiée. Indépendamment de la variation des concentrations de Pb dans les lixiviats, tous les échantillons ont enregistré des concentrations de Pb inférieures à la limite de sécurité (≤ 5 mg/l), atteignant une immobilisation du Pb de 95,98-99,87 %. La conductivité thermique considérablement réduite et l'efficacité accrue de l'immobilisation du Pb ainsi que la résistance raisonnable à la compression résument l'innovation majeure présentée dans cette étude.

Translated Description (Spanish)

Resumen Este estudio representa el consumo sostenible/seguro de lodo de vidrio con plomo (LGS) en la fabricación de vidrio espumado térmicamente aislante a través de procesos de sinterización (750-950º C) y cloración. Se ha investigado profundamente el impacto de los aditivos seleccionados, incluidos el cloruro de calcio (CaCl 2 ) y el hidróxido de sodio (NaOH), en la eficiencia de la formación de espuma y la estabilización del Pb. El LGS es principalmente un material de silicato de plomo con un contenido considerable de carbonato de calcio, que actúa como agente espumante durante el proceso de sinterización. Los materiales espumados recientemente desarrollados exhibieron una conductividad térmica de 0.054–0.136 W/m.K, una densidad de 0.23–1.10 g/cm 3 , una porosidad de 63.3–92.6% y una resistencia a la compresión de 0.10–2.69 MPa. La difracción de rayos X demostró que el mecanismo de inmovilización se atribuyó a la transformación de Pb libre dentro de LGS en ganomalita insoluble Pb 9 Ca 5 MnSi 9 O 33 fase. La adición de NaOH mejoró el proceso de formación de espuma acompañado de una reducción significativa en la lixiviación de Pb. La incorporación de CaCl 2 ha resultado en un retraso en la lixiviación de Pb, que se asocia con la estabilización de Pb y la vaporización de Pb. En un intento por reducir la emisión de CO 2, se estudió el uso potencial de aguas residuales ricas en álcali (AW) como fuente alcalina ecológica en lugar de NaOH. Independientemente de la variación en las concentraciones de Pb en los lixiviados, todas las muestras registraron concentraciones de Pb inferiores al límite seguro (≤ 5 mg/l), logrando una inmovilización de Pb del 95.98–99.87%. La conductividad térmica significativamente reducida y la mayor eficiencia de inmovilización de Pb junto con la resistencia a la compresión razonable resumen la principal innovación presentada en este estudio.

Files

s11356-022-19184-0.pdf.pdf

Files (3.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:689906347ae4db2750db4e50bd4cd427
3.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إعادة استخدام الحمأة الزجاجية الرصاصية في تصنيع الزجاج الرغوي العازل للحرارة بخصائص متميزة واستقرار رصاصي عالي
Translated title (French)
Réutilisation des boues de verre au plomb dans la fabrication de verre expansé thermiquement isolant avec des propriétés exceptionnelles et une stabilisation élevée du plomb
Translated title (Spanish)
Reutilización de lodo de vidrio de plomo en la fabricación de vidrio espumado térmicamente aislante con propiedades sobresalientes y alta estabilización de Pb

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4213359818
DOI
10.1007/s11356-022-19184-0

Is supplement to
https://openalex.org/W4255463199 (Other)
https://openalex.org/W2756570351 (Other)
https://openalex.org/W2411039299 (Other)
https://openalex.org/W2377339401 (Other)
https://openalex.org/W2334139353 (Other)
https://openalex.org/W2318949977 (Other)
https://openalex.org/W2132500134 (Other)
https://openalex.org/W2082914599 (Other)
https://openalex.org/W2000444236 (Other)
https://openalex.org/W1856410221 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1963876129
  • https://openalex.org/W1964946787
  • https://openalex.org/W1968445729
  • https://openalex.org/W2006222209
  • https://openalex.org/W2007575906
  • https://openalex.org/W2063592335
  • https://openalex.org/W2078668917
  • https://openalex.org/W2082086683
  • https://openalex.org/W2095259135
  • https://openalex.org/W2144931917
  • https://openalex.org/W2164158959
  • https://openalex.org/W2337714619
  • https://openalex.org/W2560107706
  • https://openalex.org/W2587806438
  • https://openalex.org/W2606729386
  • https://openalex.org/W2735614751
  • https://openalex.org/W2740894785
  • https://openalex.org/W2760676003
  • https://openalex.org/W2791568137
  • https://openalex.org/W2810807877
  • https://openalex.org/W2899049347
  • https://openalex.org/W2900915086
  • https://openalex.org/W2901223326
  • https://openalex.org/W2915853710
  • https://openalex.org/W2941257745
  • https://openalex.org/W2962034949
  • https://openalex.org/W2969202842
  • https://openalex.org/W2998485092
  • https://openalex.org/W3007574571
  • https://openalex.org/W3012512560
  • https://openalex.org/W3022834433
  • https://openalex.org/W3029497865
  • https://openalex.org/W3036290036
  • https://openalex.org/W3038487137
  • https://openalex.org/W3087127085
  • https://openalex.org/W3087899066
  • https://openalex.org/W3092398344
  • https://openalex.org/W3152482043
  • https://openalex.org/W3163763669
  • https://openalex.org/W3172910825
  • https://openalex.org/W900698468