Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 16-18.

The growing challenge of electronic waste, particularly cathode ray tube (CRT) glass
containing up to 25 wt% lead oxide (PbO), demands sustainable recycling solutions to mitigate
environmental and health risks. This study investigates the valorization of CRT glass through lead
recovery and functional material synthesis, combining chemical, structural, and application-oriented
analyses. A total of 250 kg of CRT devices were processed, with glass constituting 57.1% of the total
mass. Pyrometallurgical treatment (1100°C with Na₂ CO₃/C) achieved 80% lead recovery, while
hydrothermal curing of CRT-cement blends (70% CRT substitution) enhanced mechanical strength
and fire resistance through the formation of zeolitic and calcium silicate hydrate (C-S-H) phases. The
high-PbO neck glass demonstrated exceptional radiation shielding performance, with mass
attenuation coefficients surpassing conventional materials, enabling applications in mobile shielding
units and specialty mortars. Life-cycle and economic assessments revealed dual benefits: a reduction
in CO₂ emissions (1.2–1.8 metric tons per ton of CRT glass utilized) and cost savings in construction
material production. To address challenges like compositional variability and component separation,
the study proposes automated spectroscopic sorting and adaptive mix designs. These findings validate
the feasibility of CRT glass recycling for high-value applications, advocating for policy frameworks
to standardize practices and further research into hybrid material systems.

تتناول هذه الدراسة الشاملة استخدام نفايات زجاج أنابيب أشعة الكاثود (CRT) كمصدر بديل للمواد الخام من خلال إعادة تدويرها وتوظيفها في تطبيقات متعددة، مع التركيز على تقليل الأثر البيئي وتحقيق مبادئ الاقتصاد الدائري. يشكل زجاج CRT خطراً بيئياً بسبب احتوائه على عناصر ثقيلة مثل الرصاص، ما يجعله مصدراً للنفايات الخطرة. ولهذا، سعت الدراسة إلى تطوير طرق لاستخلاص الرصاص والمعادن الأخرى، وإعادة استخدام الزجاج في تصنيع مواد بناء مقاومة للحرارة والإشعاع. تم تقسيم الدراسة إلى ثلاث محاور رئيسية. في المحور الأول، تمت معالجة زجاج CRT الغني بالرصاص (خاصة زجاج القمع والعنق) عن طريق تفكيكه وطحنه وصهره مع كربونات الصوديوم والكربون المنشط، مما أدى إلى استخلاص 80% من الرصاص الموجود فيه. كما أمكن استرجاع معادن اقتصادية كالنحاس والنيكل، وتحويل البلاستيك المصاحب إلى مواد خام ثانوية قابلة لإعادة الاستخدام. في المحور الثاني، تم استخدام مسحوق زجاج CRT كبديل جزئي للأسمنت البورتلاندي بنسبة تصل إلى 70% في تصنيع خلطات أسمنتية، وعولجت هذه الخلطات بالبخار عند درجات حرارة وضغط مرتفعين. أدت هذه المعالجة إلى تحسين المقاومة الميكانيكية للخرسانة بنسبة 24.46%، وظهور أطوار زيوليتية حسّنت من ثباتها الحراري حتى 500°م، كما تم خفض معامل التمدد الحراري بنسبة ملحوظة، مما يجعل هذا النوع من الخرسانة ملائماً للاستخدام في ظروف بيئية قاسية. أما في المحور الثالث، فقد تم تقييم خصائص زجاج CRT، وخاصة زجاج العنق الذي يحتوي على نسبة رصاص عالية (25% PbO)، كمادة فعالة في الحماية من الإشعاع. أظهرت النتائج أن هذا الزجاج يمتلك قدرة عالية على امتصاص أشعة غاما والأشعة السينية بفضل كثافته العالية وبنيته المتراصة، متفوقاً بذلك على المواد التقليدية كالخرسانة. وقد تم تأكيد هذه الخصائص من خلال تحاليل XRF وXRD وDSC بالإضافة إلى حسابات برنامج Phy -X/PSD، مما يدعم إمكانية استخدام هذا الزجاج في التطبيقات الطبية والنووية. تظهر الدراسة العلمية مدى ترابط الخصائص الفيزيائية والكيميائية لزجاج CRT مع الأداء الوظيفي في التطبيقات المختلفة، سواء من حيث استخراج المعادن، أو تحسين المواد الإنشائية، أو تعزيز الحماية الإشعاعية. وتوصي الدراسة بإجراء مزيد من الأبحاث لتقييم تأثير حجم الجسيمات على الكفاءة، وتوسيع نطاق التطبيقات الصناعية، وتصميم أنظمة متكاملة لمعالجة النفايات الإلكترونية، بما يسهم في دعم الاستدامة البيئية وتقليل الاعتماد على الموارد الأولية.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.