Evaluating properties of Arabian desert sands for geological and energy applications

Evaluating properties of Arabian desert sands for geological and energy applications. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (PhD dissertation)
OAR-PhD_Thesis-eprint.pdf - Published Version
Restricted to Repository staff only until 17 April 2023.

Download (4MB)

Arabic Abstract

تغطي الرمال ثلث شبه الجزيرة العربية وتمثل أكبر كتلة متواصلة من رمال على الأرض. تهدف هذه الدراسة إلى التحقق من تبلور الكوارتز المكونة للرمال والأحجار الرملية لشبه الجزيرة العربية للمساعدة في الكشف عن جوانب منشأ جديدة. كما تبحث في الخصائص المعدنية والخواص الفيزيائية الحرارية والخواص الحرارية الضوئية للرمال العربية للمساعدة في العثور على أفضل مرشح للرمال العربية لاستخدامه كوسيط لتخزين الطاقة الحرارية ومادة ماصة لضوء الشمس لتقنيات الحرارة الشمسية ذات درجات الحرارة العالية. أخذت عينات الرمال من صحراء النفود وممر الدهناء والجزء الغربي من صحراء الربع الخالي، وعينات الحجر الرملي من مكاشف صخور حقب الحياة القديمة والمتوسطة. تشير النتائج إلى أن قيم مؤشر تبلور الكوارتز تتغاير زمنيا مع احتمال أن يكون التغير متأثرا بعاملين: وفرة الإسفنج السليكي وبيئات الترسيب الهوائي. كما تختلف تلك القيم مكانيا وتكون أكثر تجانسا بعد النقل أحادي الاتجاه و/أو لمسافات طويلة. وتمتلك أنقى الرمال (≥99٪ كوارتز) أفضل الخصائص الحرارية الفيزيائية والحرارية الضوئية. تتمتع رمال الكوارتز النقية هذه بأعلى سعة حرارية، ولا تتكتل حتى 1200 درجة مئوية، ولديها أعلى امتصاص طيفي بعد التسخين إلى 1200 درجة مئوية. تحتل أنقى رمال الكوارتز الجزء الجنوبي الغربي من صحراء النفود. يُقترح أن تكون الرمال في هذه المنطقة هي الأفضل من بين جميع الرمال العربية لاستخدامها كوسيط تخزين للطاقة الحرارية المعقولة ومادة ماصة للشمس.

English Abstract

Sands cover one third of Arabian Peninsula and represent the largest continuous body of eolian sand on Earth. This study aims to investigate quartz crystallinity of Arabian sands and sandstones to help reveal new provenance aspects. It also investigates mineralogy, thermo-physical, and thermo-optical properties of Arabian sands to help find the best candidate of Arabian sands to be employed as a thermal energy storage medium and solar absorber material for high-temperature solar thermal technologies. Systematic sampling covered Quaternary surface sediments from Nafud, Dahna corridor, and the western part of AlRub’AlKhali deserts, and Paleozoic and Mesozoic sandstones. Quartz crystallinity index (QCI) values of sandstones were found to vary temporally and seem to be associated with geologic abundances of siliceous sponges and eolian depositional environments. QCI values of sands vary spatially and are narrower (homogenized) after unidirectional and/or long-distance transportation in AlRub’AlKhali sands. The presence of chert is suggested to be responsible for the extreme values of QCI in Arabian sands and sandstones. The purest quartzose sands (≥99% quartz) possess the best thermo-physical and thermo-optical properties. These pure quartzose sands have the highest specific heat capacity, do not agglomerate up to 1200°C, and have the highest spectral absorbance after heating to 1200°C. The purest quartzose sands occupy the southwestern part of the Nafud desert. Sand of this area is proposed to be the best candidate of all Arabian sands to be used as a sensible thermal energy storage medium and solar absorber material.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Environmental
Earth Sciences
Department: College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor: HUMPHREY, JOHN
Committee Members: Makkawi, Mohammad Houssain and Al-Ramadan, Khalid Abdulsamad and DVORKIN, JACK
Depositing User: OMAR ATEF RADWAN (g201306050)
Date Deposited: 09 May 2022 06:47
Last Modified: 09 May 2022 06:47
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142086