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Glass–crystalline materials with high iron oxide concentration: Phase composition, redox ratio and magnetic properties

2023; Elsevier BV; Volume: 63; Issue: 1 Linguagem: Espanhol

10.1016/j.bsecv.2023.04.001

2173-0431

Ruzha Harizanova, Irena Mihailova, Zara Cherkezova‐Zheleva, Daniela Paneva, M. Georgieva, D. Tzankov, Georgi Avdeev, Christian Rüssel,

Recycling and utilization of industrial and municipal waste in materials production

The synthesis of glass–crystalline materials in the system Na2O/CaO/SiO2/Fe2O3 with high concentrations of Fe2O3 (20, 25 and 30 mol%) by applying the melt-quenching technique is reported. The melts spontaneously crystallize during pouring and the formation of magnetite (Fe3O4), hematite (α-Fe2O3) and ɛ-Fe2O3, as identified by X-ray diffraction (XRD) is observed. The microstructure and the elemental composition of the prepared materials are further investigated by scanning electron microscopy (SEM) and two different morphological types of Fe-containing crystals – needle-like and dendrite-shaped are detected. Mössbauer spectroscopy showed the presence of Fe3+ and Fe2+, as well as the existence of iron ions both in tetrahedral and octahedral coordination and the precipitation of hematite, ɛ-Fe2O3 and magnetite. The magnetic measurements on the prepared samples reveal ferrimagnetic properties with well defined hysteresis curves, although due to relatively small volume fraction of the iron-rich crystalline phases, the net magnetic moment is quite low compared to the bulk values for magnetite. Se reporta la síntesis de materiales vitrocerámicos en el sistema Na2O/CaO/SiO2/Fe2O3 con altas concentraciones de Fe2O3 (20, 25 y 30 mol%) aplicando el método de quenching —el enfriamiento rápido del fundido. Los fundidos cristalizaron espontáneamente durante el vertido y se identificó la formación de magnetita (Fe3O4), hematita (α-Fe2O3) y ɛ-Fe2O3 por difracción de rayos X (XRD). La microestructura y la composición elemental de los materiales preparados se investigaron por microscopia electrónica de barrido (SEM) y se detectaron dos tipos morfológicos diferentes de cristales que contenían Fe: en forma de aguja y en forma de dendritas. La espectroscopia Mössbauer mostró la presencia de Fe3+ y Fe2+, así como la existencia de iones de hierro tanto en coordinación tetraédrica como octaédrica y la precipitación de hematita, ɛ-Fe2O3 y magnetita. Las mediciones magnéticas de las muestras preparadas revelaron propiedades ferrimagnéticas con curvas de histéresis bien definidas, aunque debido a la fracción de volumen relativamente pequeña de las fases cristalinas ricas en hierro, el momento magnético neto era bastante bajo en comparación con los valores generales de la magnetita.