The content of heavy metals in foundry dusts as one of the criteria for assessing their economic reuse

• Autorzy: Bożym Marta , Klojzy-Karczmarczyk Beata

Identyfikatory

DOI

10.24425/gsm.2020.133937

Warianty tytułu

PL

Zawartość metali ciężkich w pyłach odlewniczych jako jedno z kryteriów oceny ich gospodarczego wykorzystania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The heavy metal content is one of the criteria for foundry dust commercial use. To assess the possibility of foundry dust use, it is necessary to analyze its composition, including the content of basic heavy metals, and its mechanical properties. The paper presents the results of research on foundry dust from one of the Polish foundries. The aim of the study was to assess the waste management based on its composition and content of heavy metals. Dust samples were taken from one of the Polish foundries, producing iron and steel castings. Samples were taken from several places in the foundry, i.e. from electric furnace dust collectors, shock grating unit, transport of moulding sands unit, pneumatic blast cabinet units and the regeneration of spent foundry sand units. Samples were taken twice from each place at the turn of 2017–2018. The total content of heavy metals such as Cd, Pb, Cu, Zn, Cr, Ni, Mn, and Fe for recovery and additionally Hg as environmental pollution was analyzed. Based on the results of the research, it was found that the dust from foundry furnaces and pneumatic cleaners can be used in metallurgy due to a high percentage of iron. It was found that the dust from casting cleaning, transport and regeneration department can be used in the cement or construction industry. In addition, an assessment of the mercury content showed that the re-use of this dust would not cause an environmental hazard. It was found that the profitability of foundry dust use depends on the stability of its composition and requires testing for each batch of dusts.

PL

Jednym z kryteriów wykorzystywania komercyjnego pyłów odlewniczych jest zawartość metali ciężkich. Aby ocenić możliwość ich wykorzystania, należy przeanalizować ich skład, w tym zawartość podstawowych metali ciężkich i ich właściwości mechaniczne. W pracy przedstawiono wyniki badań pyłów odlewniczych z jednej z polskich odlewni. Celem badań była ocena zagospodarowania odpadów na podstawie składu i zawartości metali ciężkich. Próbki pyłu zostały pobrane z jednej z polskich odlewni produkującej odlewy z żeliwa i staliwa. Próbki zostały pobrane z kilku miejsc w odlewni, tj. z kolektorów pyłu z pieca elektrycznego, urządzenia z rusztem udarowym, działu transportu piasków formierskich, działu pneumatycznych komór śrutowniczych i urządzenia do regeneracji zużytych piasków odlewniczych. Próbki pobrano dwukrotnie z każdego miejsca na przełomie lat 2017–2018. Analizowano całkowitą zawartość metali ciężkich, takich jak Cd, Pb, Cu, Zn, Cr, Ni, Mn i Fe do odzysku oraz dodatkowo Hg jako zanieczyszczenie środowiska. Na podstawie wyników badań stwierdzono, że pyły z pieców odlewniczych i pneumatycznych środków czyszczących mogą być stosowane w metalurgii ze względu na wysoki procent żelaza. Stwierdzono, że pył z działu czyszczenia, transportu i regeneracji odlewów może być użyty w przemyśle cementowym lub budowlanym. Ponadto ocena zawartości rtęci wykazała, że ponowne użycie tego pyłu nie spowoduje zagrożenia dla środowiska. Stwierdzono, że opłacalność wykorzystania pyłu odlewniczego zależy od stabilności jego składu i wymaga badań dla każdej partii pyłu.

Słowa kluczowe

EN

foundry dust; heavy metals; dust management

PL

odpad odlewniczy; pył odlewniczy; metale ciężkie; zagospodarowanie pyłów

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 36, z. 3
• Strony: 111--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bożym Marta

• Opole University of Technology, Opole, Poland; ORCID iD: 0000-0003-3756-4929

autor

Klojzy-Karczmarczyk Beata

• Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland; ORCID iD: 0000-0002-2003-2291

Bibliografia

• [1] Andres et al. 1995 – Andres, A., Ortiz, I., Viguri, J.R. and Irabien, A. 1995. Long-term behaviour of toxic metals in stabilized steel foundry dusts. Journal of Hazardous Materials 40, pp. 31–42.
• [2] Bednárová, V. and Mikšovský, F. 2005. Use of dust from dedusting as an additive to masses with bentonite (Wykorzystanie pyłów z odpylania jako dodatku do mas z bentonitem). Przegląd Odlewnictwa 2, pp. 116–117 (in Polish).
• [3] Bożym, M. 2013. Sewage sludge quality standards required by Polish cement plants. Chemik 67(10), pp. 1019–1024.
• [4] Bożym, M. 2018. Alternative directions for the use of foundry waste, especially for energy management (Alternatywne kierunki wykorzystania odpadów odlewniczych ze szczególnym uwzględnieniem energetycznego zagospodarowania). Zeszyty Naukowe IGSMiE PAN 105, pp. 197–212 (in Polish).
• [5] Bożym, M. 2020. Assessment of phytotoxicity of leachates from landfilled waste and dust from foundry. Ecotoxicology 29, pp. 429–443.
• [6] Bożym, M. and Dąbrowska, I. 2012. Directions of foundry waste management (Kierunki zagospodarowania odpadów odlewniczych) [In:] Oszańca K. ed. Problems in Environmental protection in the Opolskie Voivodeship – waste and sewage (Problemy w ochronie środowiska w województwie opolskim – odpady i ścieki), pp. 24–41, Opole: Opolskie Ekoforum, Atmoterm SA (in Polish).
• [7] Bożym, M. and Zalejska, K. 2014. The study of heavy metals leaching from foundry dusts in terms of their impact on the environment (Badanie wymywalności metali ciężkich z pyłów odlewniczych pod kątem ich wpływu na środowisko). Archives of Waste Management and Environmental Protection 16(3), pp. 1–6 (in Polish).
• [8] Chigwedu et al. 1995 – Chigwedu, C., Kempken, J., Ploch, A. and Pluschkell, W. 1995. Numerical simulation model for exhaust gas transportation of dust in the BOF. Steel Research 66(8), pp. 341–348.
• [9] Chirila, E. and Luca, C.I. 2011. Characterization of the electric arc furnace dust. Annals of the Oradea University, Fascicle of Management and Technological Engineering 10(2), pp. 4.1–4.6.
• [10] Dańko et al. 2015 – Dańko, R., Holtzer, M. and Dańko, J. 2015. Investigations of physicochemical properties and thermal utilisation of dusts generated in the mechanical reclamation process of spent moulding sands (Badania właściwości fizyko-chemicznych oraz utylizacja termiczna pyłów generowanych w procesie regeneracji mechanicznej zużytych mas formierskich). Archives of Metallurgy and Materials 60(1), pp. 313–318 (in Polish).
• [11] Dańko et al. 2016 – Dańko, R., Jazierski, J. and Holtzer, M. 2016. Physical and chemical characteristics of after-reclamation dust from used sand moulds. Arabian Journal of Geosciences 9, pp. 153.
• [12] Fernandez et al. 2003 – Fernandez, A.I., Imenos, J.M., Raventos, N., Miralles, L. and Espiell, F. 2003. Stabilization of electrical arc furnace dust with low-grade MgO prior to landfill. Journal of Environmental Engineering 129, pp. 275–279.
• [13] Gengel et al. 2010 – Gengel, P., Pribulová, A. and Futáš, P. 2010. Possibilities of foundry dust utilization in foundry process. Acta Metallurgica Slovaca 16(1), pp. 20–25.
• [14] Hamilton, I.W. and Sammes, N.M. 1999. Encapsulation of steel foundry bag house dusts in cement mortar. Cement and Concrete Research 29, pp. 55–61.
• [15] Holtzer et al. 2006a – Holtzer, M., Asłanowicz, M and Jurczyk, A. 2006. Ways of reusing the dusts generated in the mechanical reclamation of the sands with furan resins (Sposoby zagospodarowania pyłów powstających w procesie regeneracji mechanicznej mas formierskich z żywicą furanową). Przegląd Odlewnictwa 9, pp. 472–477.
• [16] Holtzer et al. 2006b – Holtzer, M., Niesler, M., Podrzucki, C. and Rupniewski, M. 2006. Using cupola for recycling foundry dusts (Wykorzystanie żeliwiaka do recyklingu pyłów odlewniczych). Archives of Foundry 6(20), pp. 111–122 (in Polish).
• [17] Holtzer et al. 2007 – Holtzer, M., Bobrowski, A., Drożyński, D., Bigaj, A., Kirchner, D. and Żuchliński, R. 2007. Management of dusts from dust extraction at the bentonite mass processing station (Zagospodarowanie pyłów z odpylania stacji przerobu mas z bentonitem). Materiały X Konferencji Odlewniczej ‘Technical’, pp. 29–35 (in Polish).
• [18] Journal of Laws 2018, item. 680. The Ordinance of Minister of the Environment of 1 March 2018 on emission standards for certain types of installations, fuel combustion sources and waste incineration or co-incineration plants.
• [19] Kicińska, A. 2019. Environmental risk related to presence and mobility of As, Cd and Tl in soils in the vicinity of a metallurgical plant – Long-term observations. Chemosphere 236, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.07.039.
• [20] Kicińska et al. 2018 – Kicińska, A., Kosa-Burda, B. and Kozub, P. 2018. Utilization of a sewage sludge for rehabilitating the soils degraded by the metallurgical industry and a possible environmental risk involved. Human and Ecological Risk Assessment 42(7), pp. 1990–2010.
• [21] Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2013a. Studies of mercury content in selected coal seamsof the Upper Silesian Coal Basin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29(4), pp. 95–106.
• [22] Klojzy-Karczmarczyk, B. and Mazurek, J. 2013b. The leaching of mercury from hard coal and extractive waste (Wymywalność rtęci z węgli kamiennych i odpadów wydobywczych). Zeszyty Naukowe IGSMiE PAN 108, pp. 141–154 (in Polish).
• [23] Klojzy-Karczmarczyk et al. 2019 – Klojzy-Karczmarczyk, B., Mazurek, J., Wiencek, M. and Feliks, J. 2019. Blends of hard coal sludge with pulverized lignite as alternative energy raw materials. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 22(3), pp. 83–98.
• [24] Laforest, G. and Duchesne, J. 2006. Characterization and leachability of electric arc furnace dust made from remelting of stainless steel. Journal of Hazardous Materials 135, pp. 156–164.
• [25] Latała-Holtzer et al. 2002 – Latała-Holtzer, M., Moniowski, W., Wicher, K. and Żmudzińska, M. 2002. Current impact of Polish foundry industry on the environment and legal regulations concerning waste binding in UE and Poland (Aktualny poziom oddziaływania krajowego przemysłu odlewniczego na środowisko oraz uregulowania prawne w zakresie odpadów obowiązujące w Unii Europejskiej i w Polsce). Archiwum Odlewnictwa 2(3), pp. 82–84 (in Polish).
• [26] Li et al. 2010 – Li, H., Wang, Y. and Cang, D. 2010. Zinc leaching from electric arc furnace dust in alkaline medium. Journal of Central South University of Technology 17, pp. 967–971.
• [27] Miyoshi et al. 2008 – Miyoshi, Y., Mogi, Y.H., Saima, H. and Takagi, K. 2008. Method for reforming exhaust gas generated from metallurgical furnace, method for cooling exhaust gas and apparatus therefore. US patent CA 2765201 A1 [Iin:] Mymrin, V., Nagalli, A., Catai, R.E., Izzo, R.L.S., Rose, J. and Romano, C.A. 2016. Structure formation processes of composites on the base of hazardous electric arc furnace dust for production of environmentally clean ceramics. Journal of Cleaner Production 137, pp. 888–894.
• [28] Mymrin et al. 2016 – Mymrin, V., Nagalli, A., Catai, R.E., Izzo, R.L.S., Rose, J. and Romano, C.A. 2016. Structure formation processes of composites on the base of hazardous electric arc furnace dust for production of environmentally clean ceramics. Journal of Cleaner Production 137, pp. 888–894.
• [29] Ostrowska et al. 1991 – Ostrowska, A., Gawliński, S., and Szczubiałka, Z. 1991. Methods of analysis and assessment of soil and plant properties (Metody analizy i oceny właściwości gleb i roślin). Warszawa, pp. 334 (in Polish).
• [30] Salihoglu, G. and Pinarli, V. 2008. Steel foundry electric arc furnace dust management: Stabilization by using lime and Portland cement. Journal of Hazardous Materials 153, pp. 1110–1116.
• [31] Salihoglu et al. 2007 – Salihoglu, G., Pinarli, V., Salihoglu, N.K. and Karaca, G. 2007. Properties of steel foundry electric arc furnace dust solidified/stabilized with Portland cement. Journal of Environmental Management 85, pp. 190–197.
• [32] Skvara et al. 2002 – Skvara, F., Kastanek, F., Pavelkova, I., Solcova, O., Maleterova, Y. and Schneider, P. 2002. Solidification of waste steel foundry dust with Portland cement. Journal of Hazardous Materials B89, pp. 67–81.
• [33] Smoluchowska, E. 2002. Experience from the use of bentonite mass regeneration at De Globe plants in 1993–2001 (Doświadczenia ze stosowania regeneracji mas bentonitowych w zakładach De Globe w latach 1993–2001). Biuletyn Instytutu Odlewnictwa 4, pp. 34–35 (in Polish).
• [34] Smyksy, K. and Holzetr, M. 2002. Possibilities of briquetting process using for cupola dust utilisation (Możliwości wykorzystania procesu brykietowania do utylizacji pyłów żeliwiakowych). Archives of Foundry 2(3), pp. 121–128 (in Polish).
• [35] Sofilic et. al. 2004 – Sofilic, T., Rastovcan-Mioc, A., Cerjan-Stefanovic, S., Novosel-Radovic, V. and Jenko, M. 2004. Characterization of steel mill electric-arc furnace dust. Journal of Hazardous Materials B109, pp. 59–70.
• [36] Strobos, J.G. and Friend, J.F.C. 2004. Zinc recovery from baghouse dust generated at ferrochrome foundries. Hydrometallurgy 74, pp. 165–171.
• [37] Woollett, A. and Minet, P. 2007. EA FD recycling – a new source of pig iron. [In:] Mymrin et al. 2016. Structure formation processes of composites on the base of hazardous electric arc furnace dust for production of environmentally clean ceramics. Journal of Cleaner Production 137, pp. 888–894.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).