Assessment of the quality of calcination of marbles from Thassos Island using Raman spectroscopy and X-Ray Diffraction

Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιώντας τις τεχνικές της φασματοσκοπίας Raman και της περίθλασης ακτίνων Χ μελετήσαμε την εξέλιξη της ασβεστοποίησης δύο ανθρακικών πετρωμάτων (δολομιτικό κι ασβεστιτικό μάρμαρο) που προέρχονται από το νησί της Θάσου. Τα δείγματα κόπηκαν σε κύβους μέσης ακμής 2 cm και ασβεστοποιήθηκαν για 2 h σε τρείς διαφορετικές θερμοκρασίες έψησης (900, 1050 και 1200 0C). Η φασματοσκοπία Raman εφαρμόστηκε στα ασβεστοποιημένα δοκίμια τόσο στην εξωτερική επιφάνεια όσο και στο εσωτερικό τους μετά από θραύση, με σκοπό την παρατήρηση της εξέλιξης της ασβεστοποίησης από το εξωτερικό προς τον εσωτερικό πυρήνα. Η περίθλαση ακτίνων-Χ σκοπό είχε να επιβεβαιώσει τις παρατηρήσεις της φασματοσκοπίας Raman στο σύνολο του ασβεστοποιημένου υλικού. Υπολογίσαμε τη δραστικότητα των ασβεστοποιημένων δοκιμίων με σκοπό να έχουμε ένα μέτρο της ποιότητας των ψημένων υλικών. Τα αποτελέσματα των φασματοσκοπικών τεχνικών δείχνουν την παρουσία άψητου υλικού (ασβεστίτη και δολομίτη) σε δείγματα που προέρχονται από τη χαμηλότερη θερμοκρασία έψησης των 900 0C. Στις θερμοκρασίες των 1050 και 1200 0C διαπιστώθηκε η παρουσία μόνο οξειδίων γεγονός που υποδηλώνει πως η διαδικασία της ασβεστοποίησης έχει ολοκληρωθεί. Από τα αποτελέσματα της δραστικότητας προκύπτει πως οι υψηλότερες τιμές παρουσιάζονται στην θερμοκρασία έψησης των 1050 0C, που σημαίνει ότι σε αυτή τη θερμοκρασία παράγεται ο ποιοτικότερος ασβέστης.The degree of calcination of a dolomitic and a calcitic marble from Thassos Island, was investigated, by combining both Raman spectroscopy (RS) and X-Ray diffraction (XRD) techniques. The samples were prepared in isometric 2 cm cubes and calcined at three different temperatures, 900, 1050 and 1200 0C for 2 hours in order to produce quick lime. RS was applied at the lime sample’s surface and inner (near core) part after gently crushing. XRD was applied on the bulk rock specimens in order to verify the transformation process during heating of the raw material. Quality control of the applied calcination procedure is provided through the hydration of quick lime. The rise in solution temperature suggests the chemical “reactivity” of the produced slaked lime. Raman and XRD results revealed the presence of unburned quantities of calcite and dolomite on samples that were calcined at 900 0C. Furthermore, temperatures of 1050 and 1200 0C have shown comparable mineralogical features signifying evenly the conversion of carbonate minerals to their oxide equivalents, proving the completion of the calcination process. Finally, reactivity tests showed that the highest reactivity value of the produced quicklime, for both marbles is observed at the temperature of 1050 0C