Mineral and chemical characteristics of metallic precipitates in selected types of steel slags, blast furnace slags and waste arising from the production of cast iron

• Autorzy: Wieczorek Andrzej Norbert , Jonczy Iwona

Identyfikatory

DOI

10.24425/gsm.2019.128536

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna wytrąceń metalicznych w wybranych rodzajach żużli stalowniczych, żużlach wielkopiecowych oraz w odpadach po produkcji żeliwa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Among the elements that compose steel slags and blast furnace slags, metallic precipitates occur alongside the dominant glass and crystalline phases. Their main component is metallic iron, the content of which varies from about 90% to 99% in steel slags, while in blast furnace slags the presence of precipitates was identified with the proportion of metallic iron amounting to 100%. During observations using scanning electron microscopy and X-ray spectral microanalysis it has been found that the form of occurrence of metallic precipitates is varied. There were fine drops of metal among them, surrounded by glass, larger, single precipitates in a regular, spherical shape, and metallic aggregates filling the open spaces between the crystalline phases. Tests carried out for: slags resulting from the open-hearth process, slags that are a by-product of smelting in electric arc furnaces, blast furnace slags and waste resulting from the production of ductile cast iron showed that depending on the type of slag, the proportion and form of metallic precipitates is variable and the amount of Fe in the precipitates is also varied. Research shows that in terms of quality, steel and blast furnace slag can be a potential source of iron recovery. However, further quantitative analyses are required regarding the percentage of precipitates in the composition of slags in order to determine the viability of iron recovery. This paper is the first part of a series of publications aimed at understanding the functional properties of steel and blast furnace slags in the aspect of their destructive impact on the components of devices involved in the process of their processing, which is a significant operational problem.

PL

Wśród składników budujących żużle stalownicze i wielkopiecowe, obok dominującego szkliwa oraz faz krystalicznych, występują wytrącenia metaliczne. Ich głównym składnikiem jest żelazo metaliczne, którego zawartość w wytrąceniach w żużlach stalowniczych waha się w granicach od około 90 do 99%, natomiast w żużlach wielkopiecowych stwierdzono obecność wytrąceń, w których udział żelaza metalicznego wynosił 100%. Podczas obserwacji mikroskopowych przy wykorzystaniu mikroskopii elektronowej skaningowej oraz rentgenowskiej analizy spektralnej w mikroobszarach stwierdzono, że forma występowania wytrąceń metalicznych jest zróżnicowana. Wyróżniono wśród nich drobne krople metalu występujące w otoczeniu szkliwa, większe, pojedyncze wytrącenia o regularnym, kulistym kształcie oraz agregaty metaliczne wypełniające wolne przestrzenie pomiędzy fazami krystalicznymi. Badania przeprowadzone dla: żużli z procesu martenowskiego, żużli stanowiących produkt uboczny przy wytopie z łukowego pieca elektrycznego, żużli wielkopiecowych oraz odpadów po produkcji żeliwa sferoidalnego wykazały, że zależnie od rodzaju żużla udział i forma wytrąceń metalicznych jest zmienna, zróżnicowana jest również zawartość pierwiastka Fe w samych wtrąceniach. Badania dowodzą, że pod względem jakościowym żużle stalownicze i wielkopiecowe mogą stanowić potencjalne źródło odzysku żelaza. Niezbędne są jednak analizy ilościowe odnośnie do procentowego udziału wytrąceń w składzie żużli w celu określenia opłacalności odzysku żelaza.Artykuł stanowi pierwszą część cyklu publikacji ukierunkowanych na poznanie właściwości użytkowych żużli stalowniczych i wielkopiecowych w aspekcie ich niszczącego oddziaływania na elementy urządzeń biorących udział w procesie ich przetwarzania, co stanowi istotny problem eksploatacyjny.

Słowa kluczowe

EN

steelmaking slag; blast furnace slag; metallic precipitates; metallic iron

PL

żużel stalowniczy; żużel wielkopiecowy; wytrącenia metaliczne; żelazo metaliczne

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 35, z. 4
• Strony: 69--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys.

Twórcy

autor

Wieczorek Andrzej Norbert

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation, Department of Mining Mechanization and Robotisation; Gliwice, Poland; ORCID iD: 0000-0002-8634-7763

autor

Jonczy Iwona

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation, Department of Mining Mechanization and Robotisation; Gliwice, Poland; ORCID iD: 0000-0003-2635-8484

Bibliografia

• [1] Bielankin et al. 1957 – Bielankin, D.S., Iwanow, B.W. and Łapin W.W. 1957. Petrografia kamieni sztucznych. Warszawa: Geological Publishing House (in Polish).
• [2] Cioroi et al. 2010 – Cioroi, M., Nistor Cristea, L. and Cretescu, I. 2010. The treatment and minimization of metallurgical slag as waste. Environmental Engineering and Management Journal 1, pp. 101–106.
• [3] Fidancevska et al. 2009 – Fidancevska, E., Vassilev, V., Hristova-Vasileva, T. and Milosevski, M. 2009. On a possibility for application of industrial wastes of metallurgical slag and tv-glass. Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy 44(2), pp. 189–196.
• [4] Garcia-Guinea et al. 2010 – Garcia-Guinea, J., Correcher, V., Recio-Vazquez, L., Crespo-Feo, E., Gonzalez-Martin, R. and Tormo, L. 2010. Influence of accumulation of heaps of steel slag on the environment: determination of heavy metals content in the soils. Anais da Academia Brasileira de Ciências (Annals of the Brazilian Academy of Sciences) 82(2), pp. 267–277.
• [5] GUS. Rocznik Statystyczny Przemysłu 2018. [Online] https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/roczniki-statystyczne/roczniki-statystyczne/rocznik-statystyczny-przemyslu-2018,5,12.html [Accessed: 2019-05-25] (in Polish).
• [6] Gustavsson et al. 2006 – Gustavsson, J., Shoyeb, M., Sarma, D.S. and Jönsson, P.G. 2006. Characteristics of metal droplets in slag tapped from the blast furnace. Steel Research International 77(1), pp. 5–13.
• [7] Huta Zabrze SA Zakład Odlewniczy. [Online] http://www.hutazabrze.com.pl/o-firmie/technologia-produkcji/zaklad-odlewniczy/ [Accessed: 2019-05-25] (in Polish).
• [8] Iacobescu et al. 2011 – Iacobescu, R. I., Koumpouri, D., Pontikes, Y., Şaban, R. and Angelopoulos, G. 2011. Utilization of EAF metallurgical slag in “GREEN” belite cement. U.P.B. The Scientific Bulletin, Series B 73(1), pp. 1454–2331.
• [9] Iluţiu-Varvara et al. 2014 – Iluţiu-Varvara, D-A, Mârza, C.M., Brânduşan, L., Aciu, C., Balog A. and Cobȋrzan, N. 2014. Assessment of the metallic iron content from steelmaking slags in order to conserve natural resources. The 7th International Conference Interdisciplinarity in Engineering (INTER-ENG 2013), Procedia Technology 12, pp. 615–620.
• [10] Iwamasa, P.K. and Fruehan, R.J. 1996. Separation of metal droplets from slag. ISIJ International 36(11), pp. 1319–1327.
• [11] Jonczy et al. 2012 – Jonczy, I., Nowak, J., Porszke, A. and Strzałkowska, E. 2012. Phase Components of Selected Mineral Waste Materials in Microscope Images (Składniki fazowe wybranych mineralnych surowców odpadowych w obrazach mikroskopowych). Gliwice: Silesian University Publishing House (in Polish).
• [12] Jonczy, I. 2011. Mineral and chemical characteristic of glazes from metallurgical slag (Charakterystyka mineralogiczno-chemiczna szkliw z żużli hutniczych). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 27(1), pp. 155–163 (in Polish).
• [13] Jonczy, I. 2012. Research on morphology of phase components of iron slags by means of scanning microscopy (Badania morfologii składników fazowych żużli stalowniczych przy wykorzystaniu mikroskopii skaningowej). Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 452, pp. 87–100 (in Polish).
• [14] Jonczy, I. 2014a. Mineralogical and chemical study of steel slag from the dumping site and current production in Gliwice-Łabędy and the impact of the dumping site on soils (Studium mineralogiczno-chemiczne żużli stalowniczych ze zwałowiska i bieżącej produkcji w Gliwicach-Łabędach oraz oddziaływanie zwałowiska na gleby). Gliwice: Silesian University Publishing House (in Polish).
• [15] Jonczy, I. 2014b. Diversification of phase composition of metallurgical wastes after the production of cast iron and cast steel. Archives of Metallurgy and Materials 59(2), pp. 481–485.
• [16] Jonczy, I. 2015. Characteristic of forms of iron occurrence in selected metallurgical wastes (Charakterystyka form występowania żelaza w wybranych odpadach hutniczych). Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska 17(3), pp. 123–132 (in Polish).
• [17] Jonczy, I. 2019. Forms of occurrence of selected alloying elements in slag from an electric arc furnace. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 261. [Online] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/261/1/012017/pdf [Accessed: 2019-05-25].
• [18] Konstanciak, A. and Sabela, W. 1999. Wastes in the iron and steel industry and their use (Odpady w hutnictwie żelaza i ich wykorzystanie). Hutnik – Wiadomości Hutnicze 12, pp. 572–579 (in Polish).
• [19] Loncnar et al. 2017 – Loncnar, M., Mladenovič, A., Zupančič, M. and Bukovec, P. 2017. Comparison of the mineralogy and microstructure of EAF stainless steel slags with reference to the cooling treatment. Journal of Mining and Metallurgy, Section B: Metallurgy 53(1) B, pp. 19–29.
• [20] Nowak et al. 2013 – Nowak, D., Jasiewicz, C. and Szczerbińska-Byrska, M. 2013. Environmental aspects of use, development and disposal of mineral wool in the context of environmental resources pollution by waste retardation (Środowiskowe aspekty użytkowania, zagospodarowania i unieszkodliwiania wełny mineralnej w kontekście retardacji zanieczyszczania zasobów środowiska przez odpady). Inżynieria Ekologiczna 34, pp. 198–205.
• [21] Perzyk et al. 2017 – Perzyk, A., Waszkiewicz, S., Kaczorowski, M. and Jopkiewicz, M. 2017. Foundry (Odlewnictwo). Warszawa: PWN (in Polish).
• [22] Quaranta et al. 2014 – Quaranta, N., Caligaris, M., Unsen, M., López, H., Pelozo, G., Pasquini, J. and Vieira, C. 2014. Ceramic tiles obtained from clay mixtures with the addition of diverse metallurgical wastes. Journal of Materials Science and Chemical Engineering 2, pp. 1–5.
• [23] Rzeszowski et al. 2004 – Rzeszowski, M., Zieliński, K., Chachlowski, A. and Mostowik, W. 2004. Methods iron recovery from metallurgical slags and possibilities of its utilization (Metody odzysku żelaza z żużli hutniczych i możliwości jego wykorzystania). Hutnik – Wiadomości Hutnicze 1, pp. 15–20 (in Polish).
• [24] Shen et al. 2004 – Shen, H., Forssberg, E. and Nordström, U. 2004. Physicochemical and mineralogical properties of stainless steel slags oriented to metal recovery. Resources, Conservation and Recycling 40(3), pp. 245–271.
• [25] Sitko, J. 2008. Problems of materials management in the casting industry. Archives of Foundry Engineering 8(3), pp. 217–220.
• [26] Sitko, J. 2014. Technologies of Recycling the Metallurgical Slag – Study by Reference (Technologie utylizacji żużli metalurgicznych – studium literaturowe). Inżynieria Systemów Technicznych 2(8), pp. 200–210 (in Polish).
• [27] Sitko, J. 2016. Modernization of metallurgical waste management technology (Modernizacja technologii zagospodarowania odpadów hutniczych). Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji. Inżynieria Systemów Technicznych 2(14), pp. 287–294 (in Polish).
• [28] Sobierajski, S. 2002. Utilization of the metallurgical waste slag (Gospodarcze wykorzystanie odpadowych żużli hutniczych). Rudy i Metale Nieżelazne 7, pp. 334–338 (in Polish).
• [29] Sofilić et al. 2010 – Sofilić, T., Merle, V., Rastovčan-Mioč, A., Ćosić, M. and Sofilić, U. 2010. Steel slag instead natural aggregate in asphalt mixture. Archives of Metallurgy and Materials 55(3), pp. 657–668.
• [30] Tajchman et al. 2001 – Tajchman, Z., Tora, B. and Nowakowski, K. 2001. Possibility of using waste from the steel industry to produce pigments for building materials (Możliwość wykorzystania odpadów przemysłu hutniczego do produkcji pigmentów dla materiałów budowlanych). Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 17 (special issue), pp. 295–303 (in Polish).
• [31] Tajchman, Z. i Tora, B. 2004. Technologia przerobu odpadów z huty T. Sendzimira i możliwości ich wykorzystania. VI Międzynarodowa Konferencja Naukowa – Teoretyczne i praktyczne problemy zagospodarowania odpadów hutniczych, Kraków, pp. 70 (in Polish).
• [32] Tarabrina et al. 2000 – Tarabrina, L.A., Kurgan, T.A. and Ignat’eva, N.S. 2000. Processing steelmaking slags at the Magnitogorsk Metallurgical Combine. Metallurgist 44(9–19), pp. 458–460.
• [33] Wang et al. 2008 – Wang M., Lou T.-P., Zhang L. and Sui Z.-T. 2008. Separation of iron droplets from titania bearing slag. Journal of Iron And Steel Research, International 15(1), pp. 45–48.
• [34] Wei et al. 2018 – Wei, L.J., Haan, O.T., Choong Shean Yaw, T., Chuah Abdullah, L., Razak, M.A., Cionita, T. and Toudehdehghan, A. 2018. Heavy metal recovery from electric arc furnace steel slag by using hydrochloric acid leaching. E3S Web of Conferences 34. [Online] https://doi.org/10.1051/e3sconf/20183402007 [Accessed: 2019-09-24].
• [35] Wieczorek, A.N. 2014a. The role of operational factors in shaping of wear properties of alloyed Austempered Ductile Iron. Part I. Experimental studies abrasive wear of Austempered Ductile Iron (ADI) in the presence of loose quartz abrasive. Archives of Metallurgy and Materials 59(4), pp. 1665–1674.
• [36] Wieczorek, A.N. 2014b. The role of operational factors in shaping of wear properties of alloyed Austempered Ductile Iron. Part II. An assessment of the cumulative effect of abrasives processes and the dynamic activity on the wear property of Ausferritic Ductile Iron. Archives of Metallurgy and Materials 59(4), pp. 1675–1683.
• [37] Wyderko-Delekta, M. i Bolewski, A. 1995. Mineralogy of sinters and ores (Mineralogia spieków i grudek rudnych). Kraków: AGH Publishing House (in Polish).
• [38] Xu et al. 2003 – Xu, Z., Hwang, J., Greenlund, R., Huang, X., Luo, J. and Anschuetz, S. 2003. Quantitative Determination of Metallic Iron Content in Steel-Making Slag. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering 2(1), pp. 65–70.
• [39] Yang et al. 2015 – Yang, A.F., Karasev, A. and Jönsson, P.G. 2015. Characterization of metal droplets in slag after desulfurization of hot metal. The Iron and Steel Institute of Japan International 55(3), pp. 570–577.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).