Utilization of Blast Furnace Slag for Immobilization of Copper Ions from Solution

• Autorzy: Mucha Martin , Blahova Lenka , Navratilova Zuzana , Pesova Karolina , Jurica Tomas , Kolnicenko Dimitrij

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2019-01-04

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie żużla wielkopiecowego do immobilizacji jonów miedzi z roztworów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Disposal of wastes containing metal ions such as Cu(II) ions is serious problem nowadays. Various materials are utilized for the purpose of immobilization of Cu(II) ions. Attractive type of material is represented by slags – waste from the metallurgical industry. Raw and alkali-activated blast furnace slag were studied for the purpose of immobilization of Cu(II) ions from the aqueous solution and for disposal of Cu(II) containing wastes. Slags were saturated by Cu(II) ions. Amount of Cu(II) deposited on the raw slag was 6.35 ± 0.12 mg/g and amount deposited on the alkali-activated slag was 151.37 ± 0.95 mg/g. The saturated materials were thermally treated at 100, 500, and 1000°C. The thermal treatment leads to the slight structural changes in the case of raw slag and to the significant structural changes in the case of alkali-activated slag. Cu(II) ions probably incorporate to the matrix of materials. The materials based on alkali-activated slag exhibit higher stability to the leaching of Cu(II) ions compared to raw slag based materials when only 0.13% of the total immobilized amount of Cu(II) ions was released to the solutions during the leaching experiment in the case of alkali activated slag compared to 12% in the case of raw slag. The higher temperature of treatment leads to more stable material in the case of both initial slags. The studied materials are less stable under the acidic conditions in comparison with the neutral and alkaline conditions. Alkali-activated blast furnace slag could be promising material for the Cu(II) ions immobilization and for the safe disposal of Cu(II) containing wastes.

PL

Utylizacja odpadów zawierających jony metali, takich jak jony Cu (II), stanowi obecnie poważny problem. W celu immobilizacji jonów Cu (II) stosuje się różne materiały. Atrakcyjny rodzaj materiału reprezentują żużle – odpady z przemysłu metalurgicznego. Surowe i aktywowane alkalicznie żużle wielkopiecowe badano pod katem immobilizacji jonów Cu (II) z roztworu wodnego i możliwości składowania odpadów zawierających Cu (II). Żużle były nasycone jonami Cu (II). Ilość Cu (II) osadzonego na surowym żużlu wynosiła 6,35 ± 0,12 mg/g, a ilość osadzona na żużlu aktywowanym alkaliami wynosiła 151,37 ± 0,95 mg/g. Nasycone materiały poddano obróbce termicznej w 100, 500 i 1000°C. Obróbka termiczna prowadzi do niewielkich zmian strukturalnych w przypadku surowego żużla i znacznych zmian strukturalnych w przypadku żużla aktywowanego alkaliami. Jony Cu (II) prawdopodobnie wypełniają matrycę materiałów. Materiały na bazie żużla aktywowanego alkaliami wykazują wyższą stabilność wymywania jonów Cu (II) w porównaniu z żużlami surowymi. Uzyskano immobilizację wynoszącą 0,13% całkowitej unieruchomionej ilości jonów Cu (II)dla żużla aktywowanego i 12% w przypadku żużla surowego. Obróbka w wyższej temperaturze prowadzi do uzyskania bardziej stabilnego materiału w przypadku obu rodzajów żużla. Badane materiały są mniej stabilne w warunkach kwasowych niż w warunkach obojętnych i alkalicznych. Żużel wielkopiecowy aktywowany alkaliami może być obiecującym materiałem do immobilizacji Cu (II) i do bezpiecznego usuwania odpadów zawierających Cu (II).

Słowa kluczowe

EN

slag; solidification; desorption; copper ions; thermal treatment

PL

żużle; stabilizacja; zestalanie; desorpcja; jony miedzi; obróbka termiczna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 21, nr 1
• Strony: 25--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., wykr.

Twórcy

autor

Mucha Martin

• University of Ostrava, Faculty of Science, 30. dubna 22, 701 03 Ostrava, Czech Republic

autor

Blahova Lenka

• University of Ostrava, Faculty of Science, 30. dubna 22, 701 03 Ostrava, Czech Republic

autor

Navratilova Zuzana

• University of Ostrava, Faculty of Science, 30. dubna 22, 701 03 Ostrava, Czech Republic

autor

Pesova Karolina

• University of Ostrava, Faculty of Science, 30. dubna 22, 701 03 Ostrava, Czech Republic

autor

Jurica Tomas

• University of Ostrava, Faculty of Science, 30. dubna 22, 701 03 Ostrava, Czech Republic

autor

Kolnicenko Dimitrij

• University of Ostrava, Faculty of Science, 30. dubna 22, 701 03 Ostrava, Czech Republic

Bibliografia

• 1. BLÁHOVÁ, Lenka et al. Influence of the slags treatment on the heavy metals binding. International Journal of Environmental Science and Technology, r. 15, 2018, p. 697-706, ISSN 1735-2630.
• 2. DIMITROVA, S. and D.R. MEHANJIEV. Interaction of blast-furnace slag with heavy metal ions in water solutions. Water Research, r. 34, 2000, p. 1957-1961, ISSN 0043-1354.
• 3. JIN, Fei and Abir AL-TABBAA. Evaluation Journal of Nuclear Materials of novel reactive MgO activated slag binder for the immobilisation of lead and zinc. Chemosphere, r. 117, 2014, p. 285-294, ISSN 0045-6535.
• 4. KIM, G.M. et al. Alkali activated slag pastes with surface-modified blast furnace slag. Cement and Concrete Composites, r. 76, 2017, p. 39-47, ISSN: 0958-9465.
• 5. LIEW, Yun-Ming et al. Structure and properties of clay-based geopolymer cements: A review. Progress in Materials Science, r. 83, 2016, p. 595-629, ISSN: 0079-6425.
• 6. PACHECO-TORGAL, F. et al. Handbook of alkali-activated cements, mortars and concretes. Cambridge, UK: Elsevier, 2015, ISBN 978-178-2422-761.
• 7. REPO, Eveliina et al. Steel slag as a low-cost sorbent for metal removal in the presence of chelating agents. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, r. 27, 2015, p. 115-125, ISSN 1226-086X.
• 8. ROVNANÍKOVÁ, Pavla and Naděžda KRMÍČKOVÁ. Fixace olovnatých iontů v alkalicky aktivovaných alumosilikátových matricích. Waste forum, 2010, p. 519-526, ISSN 1804-0195.
• 9. RUNTTI, Hanna et al. Sulphate removal over barium-modified blast-furnace-slag geopolymer. Journal of Hazardous Materials, r. 317, 2016, p. 373-384, ISSN 0304-3894.
• 10. SHI, Caijun et al. Alkali-activated cements and concretes. New York: Taylor, 2006, ISBN 04-157-0004-3.
• 11. SOCRATES, George. Infrared and raman characteristic group frequencies: tables and charts. 3rd ed. West Sussex: John Wiley, 2007. ISBN 978-047-0093-078.
• 12. SONG, Guanling et al. Adsorption performance of heavy metal ions between EAF steel slag and common mineral adsorbents. Desalination and Water Treatment, r. 52, 2013, p. 7125-7132, ISSN 1944-3986.
• 13. VAN ZOMEREN, André et al. Changes in mineralogical and leaching properties of converter steel slag resulting from accelerated carbonation at low CO2 pressure. Waste Management, r. 31, 2011, p. 2236-2244, ISSN 0956-053X.
• 14. WANG, Jin et al. Properties of alkali-activated slag-fly ash-metakaolin hydroceramics for immobilizing of simulated sodium-bearing waste. Progress in Nuclear Energy, r. 93, 2016, p. 12-17, ISSN 0149-1970.
• 15. XUE, Yongjie et al. Competitive adsorption of copper(II), cadmium(II), lead(II) and zinc(II) onto basic oxygen furnace slag. Journal of Hazardous Materials, r. 162, 2009, p. 391-401, ISSN 0304-3894.
• 16. ZHANG, Mingtao et al. Immobilization potential of Cr(VI) in sodium hydroxide activated slag pastes. Journal of Hazardous Materials, r. 321, 2017, p. 281-289, ISSN 0304-3894.

Uwagi

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