Skip to main content
Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B 1/2020

30.10.2019

Rapid and Simple Identification of Free Magnesia in Steelmaking Slag Used for Road Construction Using Cathodoluminescence

verfasst von: Susumu Imashuku, Hiroki Tsuneda, Kazuaki Wagatsuma

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B | Ausgabe 1/2020

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Reuse of steelmaking slags is important for the effective use of natural resources. Free magnesia (f-MgO) in steelmaking slag may cause serious problems because of a hydration reaction followed by expansion when it is reused for road construction. We present a promising method to identify f-MgO that causes volume expansion rapidly by investigating cathodoluminescence (CL) images and spectra of a steelmaking slag sample. f-MgO emitted red–orange luminescence from a peak at 755 nm. The mineral phases, 3CaO·SiO2 and 2CaO·SiO2, emitted red and yellow luminescence from peaks at 720  and 590 nm, respectively. No luminescence of FeO and 2CaO·Fe2O3 was detected. f-MgO changed its composition in the slag sample that was immersed in hot (70 °C) water for a week. f-MgO that was responsible for the volume expansion (combined content of FeO and MnO below 30 mass pct) retained a red–orange luminescence, whereas the other f-MgO lost luminescence. The CL intensity of the f-MgO that retained luminescence was more than 10 times larger than that of 3CaO·SiO2 and 2CaO·SiO2. Therefore, we can distinguish f-MgO that causes volume expansion by detecting the intense red–orange luminescence from the peak at 755 nm in the CL image within a few seconds.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Anhänge
Nur mit Berechtigung zugänglich
Literatur
1.
Zurück zum Zitat 1. Y. Jiang, T.-C. Ling, C. Shi and S.-Y. Pan: Resour. Conserv. Recycl., 2018, vol. 136, pp. 187-197.CrossRef 1. Y. Jiang, T.-C. Ling, C. Shi and S.-Y. Pan: Resour. Conserv. Recycl., 2018, vol. 136, pp. 187-197.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat 2. J. Li, S.Y. Pan, H. Kim, J.H. Linn and P.C. Chiang: J. Environ. Manage., 2015, vol. 162, pp. 158-70.CrossRef 2. J. Li, S.Y. Pan, H. Kim, J.H. Linn and P.C. Chiang: J. Environ. Manage., 2015, vol. 162, pp. 158-70.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat 3. S.-Y. Pan, R. Adhikari, Y.-H. Chen, P. Li and P.-C. Chiang: J. Clean Prod., 2016, vol. 137, pp. 617-631.CrossRef 3. S.-Y. Pan, R. Adhikari, Y.-H. Chen, P. Li and P.-C. Chiang: J. Clean Prod., 2016, vol. 137, pp. 617-631.CrossRef
4.
5.
Zurück zum Zitat 5. G. Wang, Y. Wang and Z. Gao: J. Hazard. Mater., 2010, vol. 184, pp. 555-560.CrossRef 5. G. Wang, Y. Wang and Z. Gao: J. Hazard. Mater., 2010, vol. 184, pp. 555-560.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat 6. C. Kambole, P. Paige-Green, W.K. Kupolati, J.M. Ndambuki and A.O. Adeboje: Constr. Build. Mater., 2017, vol. 148, pp. 618-631.CrossRef 6. C. Kambole, P. Paige-Green, W.K. Kupolati, J.M. Ndambuki and A.O. Adeboje: Constr. Build. Mater., 2017, vol. 148, pp. 618-631.CrossRef
7.
8.
Zurück zum Zitat 8. L.F. Amaral, I.R. Oliveira, P. Bonadia, R. Salomão and V.C. Pandolfelli: Ceram. Int., 2011, vol. 37, pp. 1537-1542.CrossRef 8. L.F. Amaral, I.R. Oliveira, P. Bonadia, R. Salomão and V.C. Pandolfelli: Ceram. Int., 2011, vol. 37, pp. 1537-1542.CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Juckes LM (2003) Trans Inst Min Metall C 112:177-197 Juckes LM (2003) Trans Inst Min Metall C 112:177-197
10.
Zurück zum Zitat Japanese Industrial Standards (2018) JI Standards. Japanese Industrial Standards, Tokyo Japanese Industrial Standards (2018) JI Standards. Japanese Industrial Standards, Tokyo
11.
Zurück zum Zitat 11. F.M. Lea: The Chemistry of Cement and Concrete. 3rd ed., Edward Arnold, Glasgow, 1970, pp. 111-112. 11. F.M. Lea: The Chemistry of Cement and Concrete. 3rd ed., Edward Arnold, Glasgow, 1970, pp. 111-112.
12.
Zurück zum Zitat 12. K. Hanada, M. Inose, S. Sato, K. Watanabe and K. Fujimoto: Tetsu-to-Hagané, 2016, vol. 102, pp. 24-28.CrossRef 12. K. Hanada, M. Inose, S. Sato, K. Watanabe and K. Fujimoto: Tetsu-to-Hagané, 2016, vol. 102, pp. 24-28.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat 13. M. Kato, K. Tsukagoshi, M. Aimoto, S. Saito and M. Shibukawa: ISIJ Int., 2018, vol. 58, pp. 1834-1839.CrossRef 13. M. Kato, K. Tsukagoshi, M. Aimoto, S. Saito and M. Shibukawa: ISIJ Int., 2018, vol. 58, pp. 1834-1839.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat 14. K. Kanehashi and M. Aimoto: Tetsu-to-Hagané, 2013, vol. 99, pp. 543-551.CrossRef 14. K. Kanehashi and M. Aimoto: Tetsu-to-Hagané, 2013, vol. 99, pp. 543-551.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat 15. H. Tsuneda, S. Imashuku and K. Wagatsuma: Tetsu-to-Hagané, 2019, vol. 105, pp. 30-37.CrossRef 15. H. Tsuneda, S. Imashuku and K. Wagatsuma: Tetsu-to-Hagané, 2019, vol. 105, pp. 30-37.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat 16. S. Imashuku, K. Ono, R. Shishido, S. Suzuki and K. Wagatsuma: Mater. Charact., 2017, vol. 131, pp. 210-216.CrossRef 16. S. Imashuku, K. Ono, R. Shishido, S. Suzuki and K. Wagatsuma: Mater. Charact., 2017, vol. 131, pp. 210-216.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat 17. S. Imashuku, K. Ono and K. Wagatsuma: X-Ray Spectrom., 2017, vol. 46, pp. 131-135.CrossRef 17. S. Imashuku, K. Ono and K. Wagatsuma: X-Ray Spectrom., 2017, vol. 46, pp. 131-135.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat 18. S. Imashuku, K. Ono and K. Wagatsuma: Microsc. Microanal., 2017, vol. 23, pp. 1143-1149.CrossRef 18. S. Imashuku, K. Ono and K. Wagatsuma: Microsc. Microanal., 2017, vol. 23, pp. 1143-1149.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat 19. S. Imashuku and K. Wagatsuma: Metall. Mater. Trans. B, 2018, vol. 49, pp. 2868-2874.CrossRef 19. S. Imashuku and K. Wagatsuma: Metall. Mater. Trans. B, 2018, vol. 49, pp. 2868-2874.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat S. Imashuku and K. Wagatsuma: Surf. Interface Anal., 2019, vol. 51, pp. 31-34.CrossRef S. Imashuku and K. Wagatsuma: Surf. Interface Anal., 2019, vol. 51, pp. 31-34.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat S. Imashuku and K. Wagatsuma: X-Ray Spectrom., 2019, vol. 48, pp. 522-526.CrossRef S. Imashuku and K. Wagatsuma: X-Ray Spectrom., 2019, vol. 48, pp. 522-526.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat 23. S. Imashuku and K. Wagatsuma: Corros. Sci., 2019, vol. 154, pp. 226-230.CrossRef 23. S. Imashuku and K. Wagatsuma: Corros. Sci., 2019, vol. 154, pp. 226-230.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat 24. W.E. Lee, S. Zhang and M. Karakus: J. Mater. Sci., 2004, vol. 39, pp. 6675-6685.CrossRef 24. W.E. Lee, S. Zhang and M. Karakus: J. Mater. Sci., 2004, vol. 39, pp. 6675-6685.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat Musante L, Martorello LF, Galliano PG, Cavalieri AL, Tomba Martinez AG (2012) Ceram Int 38:4035-4047CrossRef Musante L, Martorello LF, Galliano PG, Cavalieri AL, Tomba Martinez AG (2012) Ceram Int 38:4035-4047CrossRef
26.
Zurück zum Zitat 26. M. Karakus, M.D. Crites and M.E. Schlesinger: J. Microsc., 2000, vol. 200, pp. 50-58.CrossRef 26. M. Karakus, M.D. Crites and M.E. Schlesinger: J. Microsc., 2000, vol. 200, pp. 50-58.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat 27. A. Niida, K. Okohira, A. Tanaka and T. Kai: Tetsu-to-Hagané, 1983, vol. 69, pp. 42-50.CrossRef 27. A. Niida, K. Okohira, A. Tanaka and T. Kai: Tetsu-to-Hagané, 1983, vol. 69, pp. 42-50.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat 28. M. Gautier, J. Poirier, F. Bodénan, G. Franceschini and E. Véron: Int. J. Miner. Process., 2013, vol. 123, pp. 94-101.CrossRef 28. M. Gautier, J. Poirier, F. Bodénan, G. Franceschini and E. Véron: Int. J. Miner. Process., 2013, vol. 123, pp. 94-101.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat 29. C. Liu, M. Guo, L. Pandelaers, B. Blanpain and S. Huang: Metall. Mater. Trans. B, 2016, vol. 47, pp. 3237-3240.CrossRef 29. C. Liu, M. Guo, L. Pandelaers, B. Blanpain and S. Huang: Metall. Mater. Trans. B, 2016, vol. 47, pp. 3237-3240.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat 30. S.-M. Liang and R. Schmid-Fetzer: J. Eur. Ceram. Soc., 2018, vol. 38, pp. 4768-4785.CrossRef 30. S.-M. Liang and R. Schmid-Fetzer: J. Eur. Ceram. Soc., 2018, vol. 38, pp. 4768-4785.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat 31. T. Kato, G. Okada and T. Yanagida: J. Ceram. Soc. Jpn., 2016, vol. 124, pp. 559-563.CrossRef 31. T. Kato, G. Okada and T. Yanagida: J. Ceram. Soc. Jpn., 2016, vol. 124, pp. 559-563.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat Gaft M, Reisfeld R, Panczer G (2005) Luminescence Spectroscopy of Minerals and Materials. Springer, Berlin Gaft M, Reisfeld R, Panczer G (2005) Luminescence Spectroscopy of Minerals and Materials. Springer, Berlin
33.
Zurück zum Zitat 33. K. Ramseyer and J. Mullis: Geologic Application of Cathodoluminescence of Silicates. Springer, Berlin, 2000, pp. 177-191. 33. K. Ramseyer and J. Mullis: Geologic Application of Cathodoluminescence of Silicates. Springer, Berlin, 2000, pp. 177-191.
34.
Zurück zum Zitat 34. R. Dai, C. Tong, Y. Zhu, C. Xu, L. Yang and Y. Li: Opt. Mater., 2018, vol. 85, pp. 32-40.CrossRef 34. R. Dai, C. Tong, Y. Zhu, C. Xu, L. Yang and Y. Li: Opt. Mater., 2018, vol. 85, pp. 32-40.CrossRef
35.
Zurück zum Zitat 35. Y. Sato, H. Kato, M. Kobayashi, T. Masaki, D.H. Yoon and M. Kakihana: Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2014, vol. 53, pp. 7756-9.CrossRef 35. Y. Sato, H. Kato, M. Kobayashi, T. Masaki, D.H. Yoon and M. Kakihana: Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2014, vol. 53, pp. 7756-9.CrossRef
36.
Zurück zum Zitat 36. Z. Mao, Z. Lu, J. Chen, B.D. Fahlman and D. Wang: J. Mater. Chem. C, 2015, vol. 3, pp. 9454-9460.CrossRef 36. Z. Mao, Z. Lu, J. Chen, B.D. Fahlman and D. Wang: J. Mater. Chem. C, 2015, vol. 3, pp. 9454-9460.CrossRef
37.
Zurück zum Zitat 37. P. Wu, G. Eriksson, A.D. Pelton and M. Blander: ISIJ Int., 1993, vol. 33, pp. 26-35.CrossRef 37. P. Wu, G. Eriksson, A.D. Pelton and M. Blander: ISIJ Int., 1993, vol. 33, pp. 26-35.CrossRef
38.
Zurück zum Zitat 38. P. Wu, G. Eriksson and A.D. Pelton: J. Am. Ceram. Soc., 1993, vol. 76, pp. 2065-2075.CrossRef 38. P. Wu, G. Eriksson and A.D. Pelton: J. Am. Ceram. Soc., 1993, vol. 76, pp. 2065-2075.CrossRef
39.
Zurück zum Zitat 39. A.S. Marfunin: Spectroscopy, Luminescence and Radiation Centers in Minerals. Springer-Verlag, Berlin, 1979.CrossRef 39. A.S. Marfunin: Spectroscopy, Luminescence and Radiation Centers in Minerals. Springer-Verlag, Berlin, 1979.CrossRef
40.
Zurück zum Zitat 40. D. Habermann, R.D. Neuser and D.K. Richter: Quantitative High Resolution Spectral Analysis of Mn 2+in Sementary Calcite. Springer, Berlin, 2000, pp. 331-358. 40. D. Habermann, R.D. Neuser and D.K. Richter: Quantitative High Resolution Spectral Analysis of Mn 2+in Sementary Calcite. Springer, Berlin, 2000, pp. 331-358.
41.
Zurück zum Zitat 41. H. Suito, T. Yokomaku, Y. Hayashida and Y. Takahashi: Tetsu-to-Hagané, 1977, vol. 63, pp. 2316-2325.CrossRef 41. H. Suito, T. Yokomaku, Y. Hayashida and Y. Takahashi: Tetsu-to-Hagané, 1977, vol. 63, pp. 2316-2325.CrossRef
Metadaten
Titel
Rapid and Simple Identification of Free Magnesia in Steelmaking Slag Used for Road Construction Using Cathodoluminescence
verfasst von
Susumu Imashuku
Hiroki Tsuneda
Kazuaki Wagatsuma
Publikationsdatum
30.10.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions B / Ausgabe 1/2020
Print ISSN: 1073-5615
Elektronische ISSN: 1543-1916
DOI
https://doi.org/10.1007/s11663-019-01724-8

Weitere Artikel der Ausgabe 1/2020

Metallurgical and Materials Transactions B 1/2020 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.