Wpływ mineralnej sekwestracji CO2 na wymywalność zanieczyszczeń z żużli z hutnictwa stali

• Autorzy: Uliasz-Bocheńczyk A. , Mokrzycki E.

Warianty tytułu

EN

The Impact of the CO2 Mineral Sequestration Process on the Leachability of Pollutants from Slags from Steel Industry

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Polska, jako kraj ratyfikujący Protokół z Kioto i należąca do Unii Europejskiej zobowiązana jest do obniżania emisji ditlenku węgla. Przemysłem, który jest znaczącym emitentem CO₂ jest hutnictwo żelaza i stali. W przemyśle tym powstają również odpady − Żużle z procesów wytapiania (wielkopiecowe, stalownicze) o kodzie 10 02 01. Żużle stalownicze stosowane są przede wszystkim w drogownictwie, a żużle wielkopiecowe do produkcji cementów. Pomimo, że są one wykorzystywane gospodarczo, żużle z hutnictwa żelaza i stali, ze względu na swój skład chemiczny, są odpadami, które potencjalnie mogą być surowcem stosowanym do mineralnej sekwestracji ditlenku węgla. Proces mineralnej sekwestracji przy zastosowaniu żużli hutniczych może być prowadzony metodą bezpośrednią – jednoetapową, w której poddawane są bezpośrednio działaniu ditlenku węgla lub pośrednią − dwuetapową, w której składniki reaktywne są wstępnie ekstrahowane z matrycy mineralnej, a następnie poddawane reakcji z CO₂. Ważnym zagadnieniem związanym z mineralną sekwestracją ditlenku węgla jest wpływ prowadzenia procesu na wymywalność zanieczyszczeń ze stosowanych odpadów. Przedstawione w artykule badania prowadzono przy zastosowaniu żużli wielkopiecowych oraz żużli stalowniczych charakteryzujących się wysoką zawartością CaO, odpowiednio: 44% i 20%. Ponieważ, czynnikiem ograniczającym powstawanie kalcytu, jest maksymalna ilość dostępnych jonów wapnia w środowisku wodnym, zbadano ich wymywalność z analizowanych żużli, która dla żużli stalowniczych wyniosła 28,9 mg/d³ i 3,11 mg/d³ dla żużli wielkopiecowych. Proces prowadzono przy zastosowaniu 100% CO₂2 jako karbonatyzację bezpośrednią gaz-ciało stałe w szczelnych komorach, w których były sezonowane przez 28 dni. Żużle poddano działaniu ditlenku węgla bez wcześniejszego mielenia, dzięki temu nie jest wydatkowana dodatkowa energia i przez to unikana jest emisja pośrednia. Badania wykazały obniżenie pH z wartości 12 do 10 wskazujące na zachodzenie procesu karbonatyzacji. Analiza otrzymanych wyników badań wymywalności żużli stalowniczych i wielkopiecowych wykazały, że proces sekwestracji ditlenku węgla wpłynął na obniżenie stężenia jonów Ba, Sr, Mn, Ni, Co, Hg, Sb, V, Cu, Mo, SO₄. Wymywalność pozostałych zanieczyszczeń: Zn, Pb, Cd, Cr, As nie uległa zmianie. Stwierdzono również wysoką wymywalność jonów wapnia i magnezu z żużli stalowniczych. Uzyskane wyniki badań porównano z rezultatami analiz z wymywalnością zawiesin wodnych żużla stalowniczego. Z niezmielonych żużli stalowniczych, wymywalność jonów Zn, Cu, Pb, Cr, As, SO4, Cl była niższa w porównaniu z zawiesinami wodnymi. Wartości wymywalności Ni była taka sama, a Hg i Cd wyższe od tych stwierdzonych dla zawiesin żużlowo-wodnych.

EN

Poland has ratified the Kyoto Protocol and belongs to the European Union, due this facts iscommitted to reducing carbon dioxide emissions. Iron and steel production industry is one of major emitters of CO₂. It’s also industry creating wastes such as slags from smelting (blast furnace, steelmaking) code 10 02 01. Steelmaking slags are mainly used in road construction. Blast furnace slags are used to produce cement. Although slags from iron and steel productionare used economically, due to their chemical composition, they are classified as waste. The slags potentially could be the raw material used to mineral sequestrationof carbon dioxide. mpact of the mineral sequestration process on the leachability of pollutants from used waste. Studies presented in the paper were conducted using a blast furnace slags and steel slags with a high content of CaO, respectively – 44% and 20%. The limiting factor of calcite formation is the maximum amount of available calcium ions in an aqueous environment. Due to this fact, leachability of the analyzed slags has been examined. Leachability of the steelmaking slags was 28.9 mg / dm3, and for the blast furnace slag 3.11 mg / dm³. The process direct carbonation gas-solid was conducted using 100% CO₂ in a sealed chambers where they were seasoning for 28 days. Slags were treated carbon dioxide without prior milling, so that no additional energy is used and the indirect emissions are avoided. Studies have shown the pH lowering from 12 to 10, this indicating the carbonation process. Analysis of the results of steelmaking slags leachability tests and blast furnace slags have shown that the process of carbon dioxide sequestration contributed to the decrease in the concentration of Ba, Sr, Mn, Ni, Co, Hg, Sb, V, Cu, Mo, SO₄. Leachability of other pollutants: Zn, Pb, Cd, Cr, As, has not changed. The results were compared with the results of aqueous suspensions leachability analysis of steel slags. The leachability of pollutants: Zn, Cu, Pb, Cr, As, SO₄, Cl from unground steelmaking slags was lower compared to aqueous suspensions. Values of Ni leachability were the same, Hg and Cd higher than those found for the slag-water suspensions.

Słowa kluczowe

PL

żużle stalownicze; granulowane żużle wielkopiecowe; wymywalność; mineralna sekwestracja; CO2

EN

steelmaking slag; granulated blast furnace slag; leachability; mineral sequestration; CO2

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Tom 18, cz. 1
• Strony: 682--694
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab.

Twórcy

autor

Uliasz-Bocheńczyk A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza;

autor

Mokrzycki E.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

Bibliografia

• 1. Baciocchi, R., Costa, G., Di Bartolomeo, E., Di Kamillo, V., Polettini, A., Pomi, R., (2008). Accelerated carbonation of different size fractions of stainless steel slag. Proceedings of 2nd International Conference on Accelerated Carbonation for Environmental and Materials Engineering, Roma, 257-266.
• 2. Baciocchi, R., Costa, G., Di Bartolomeo, E., Polettini, A., Pomi, R. (2010)a. Comparison of different process routes for stainless steel slag carbonation. Proceedings of Third International Conference on Accelerated Carbonation for Environmental Engineering ACEME10, Åbo Akademi University, Åbo/Turku, 193-202.
• 3. Baciocchi, R., Costa, G., Polettini, A., Pomi, R. (2010)b. The influence of carbonation on major and trace elements leaching from various types of stainless steel slag. Third International Conference on Accelerated Carbonation for Environmental Engineering ACEME10, Åbo Akademi University, Åbo/Turku, 215-226.
• 4. Chang, E.-E., Pan, S.-Y., Chen, Y.-H., Chu, H.-W., Wang, Ch.-F., Chiang P.- Ch. (2011) CO2 sequestration by carbonation of steelmaking slags in an autoclave reactor. Journal of Hazardous Materials, 195, 107-114.
• 5. Cornelis, G., Johnson, A., Van Gerven, T., Vandecasteele, C.(2008). Leaching mechanisms of oxyanionic metalloid and metal species in alkaline solid wastes: A review. Applied Geochemistry, 23, 955-976.
• 6. Eloneva, S., Puheloinen, M.E., Kanerva, J., Ekroos, A., Zevenhoven, R., Fogelholm, C.J. (2010). Co-utilisation of CO2 and steelmaking slags for production of pure CaCO3. legislative issues. Journal of Cleaner Production, 18, 833-1839.
• 7. Eloneva, S., Teir, S., Salminen, J., Fogelholm, C.J., Zevenhoven, R. (2008): Fixation of CO2 by carbonating calcium derived from blast furnance slag. Energy, 33, 1561-1467.
• 8. Galos, K., Gawlicki, M., Hycnar, E., Lewicka, E., Nieć, M., Ratajczak, T., Szlugaj, J., Wyszomirski, P. (2009). Mineralne surowce odpadowe. Kraków: Wydawnictwo Instytutu GSMiE PAN, 261.
• 9. Huijgen W.J.J., Witkamp G.J., Comans R.N.J., (2005). Mineral CO2 sequestration by steel slag carbonation. Environmental Science and Technology, 39, 9676-9682.
• 10. Huijgen, W.J.J. & Comans, R.N.J. (2006). Carbonation of steel slag for CO2 sequestration: Leaching of products and reaction mechanisms. Environmental Science and Technology, 40, 2790-2796.
• 11. Huijgen, W.J.J. (2007). Carbon dioxide sequestration by mineral carbonation. feasibility of enhanced natural weathering as a CO2 emission reduction technology. Energy Research Centre of The Netherlands, 232.
• 12. Raport…2014 − Krajowy raport inwentaryzacyjny 2014. Inwentaryzacja gazów cieplarnianych w Polsce dla lat 1988-2012. Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami, Warszawa, maj 2014.
• 13. Kodama, S., Nishimoto, T., Yogo, K., Yamada, K. (2006). Design and evaluation of a new CO2 fixation process using alkaline-earth metal wastes. 8th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, 19-22 June, Trondheim, Norway.
• 14. Kurdowski, W. (2010). Chemia cementu i betonu. Kraków, Warszawa: Wyd. Polski Cement; Wyd. Naukowe PWN, 728.
• 15. Nienczewski, J.R., Alves, S.M.S., Costa, G.S., Amaral, L.C., Dullis, J.E.L., Ligabue, R.A., Ketzer, J.M., Einloft, S. (2008). Improving the extraction of calcium and magnesium oxides of steel slag aiming carbonates for mitigation of steelmaking slag. Proceedings of 2nd International Conference on Accelerated Carbonation for Environmental and Materials Engineering, 1-3 October, Roma, Italy, 249-256.
• 16. Pogorzałek, J. & Różański, P. (2010). Utylizacja żużli stalowniczych. Prace IMŻ, 1, 281-285.
• 17. Polettini A., Pomi R. (2004). Leaching behaviour of incineration bottom ash by accelerated ageing. Journal of Hazardous Materials B 113, 209-215.
• 18. Rendek, E., Ducom, G., Germain, P., (2006). Carbon dioxide sequestration in municipal solid waste incinerator (MSWI) bottom ash. Journal of Hazardous Materials B128, 73-79.
• 19. Reeder R.J. (1996). Interaction of divalent cobalt, zinc, cadmium and barium with calcite surface during layer growth. Geochimica et Cosmochimica Acta, 60, 1543-1552.
• 20. Sanchez, M., Martinez, M.M. (2010). Dry accelerated carbonation reaction studies for lime, hydrated lime and steel slag. Proceedings of Third International Conference on Accelerated Carbonation for Environmental Engineering ACEME10, Åbo Akademi University, Åbo/Turku, 179-188.
• 21. Santos, R., Van Bouwela, J., Vandeveldea, E., Mertensb,G., Elsenb, J., Van Gerven, T. (2013). Accelerated mineral carbonation of stainless steel slags or CO2 storage and waste valorization: Effect of process parameters on geochemical properties. International Journal of Greenhouse Gas Control, 17, 32-45.
• 22. Todorovic, J., Ecke, H. (2006). Demobilisation of critical contaminants in four typical waste-to-energy ashes by carbonation. Waste Management, 26, 430-441.
• 23. Uliasz-Bocheńczyk, A. (2009). Mineralna sekwestracja CO2 w wybranych odpadach. Kraków: Wydawnictwo IGSMiE PAN, 139.
• 24. Zhang, H., He, P.J., Shao, Li.M, Lee, D.J. (2008). Temporary stabilization of air pollution control residues using carbonation. Waste Management, 28, 509-517.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.