Scanning electron microscopy (SEM) enables the obtaining of high-resolution images of sample surfaces by recording secondary electrons (SE) or backscattered electrons (BSE) characterized by depth of field and high resolution. Observations using scanning electron microscopy are widely used in many fields of science. The authors show that scanning electron microscopy is also one of the key technique used in the study of the metallurgical slags components. The research was performed for three types of slag following the production of Zn and Pb collected from an old dump in Ruda Śląska – Bykowina. The slag components were identified, morphology and chemical composition of the crystalline phases were characterized and the chemical composition of glaze was determined. Based on observations using secondary electrons, two areas with diverse morphology were identified in slag resulting from the production of cast iron: fragments with coarse structure and visible crystallites of phase components, and a vitrified material with a smooth, non-fractured surface and numerous regular- and round-shaped pores. It was found that in the surroundings of the dominant glaze (rich mainly in Si, Ca and Al) in all types of slags, well-developed crystals of phase components can be distinguished: in slag no. 1, these are Fe-Mg silicates; in slag no. 2, they are aluminosilicates of Ti and K; in slag no. 3, the presence of fine needle-shaped crystals containing Al and Si was found, which indicates the presence of mullite. During the storage in the dumping ground, numerous secondary minerals crystallize in the pores of the slag. Pores are the remains of the degassing of the slag melt during its cooling – hematite and barite were identified among them.
PL
Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) pozwala uzyskać wysokorozdzielcze obrazy powierzchni próbek za pomocą rejestracji elektronów wtórnych (SE) lub elektronów wstecznie rozproszonych (BSE), charakteryzujące się głębią ostrości oraz wysoką rozdzielczością. Obserwacje przy wykorzystaniu skaningowej mikroskopii elektronowej znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach nauki, autorzy pokazali, że skaningowa mikroskopia elektronowa to także jedna z kluczowych technik wykorzystywana w badaniach składników budujących żużle hutnicze. Badania przeprowadzono dla trzech rodzajów żużli po produkcji Zn i Pb pobranych ze starego zwałowiska w Rudzie Śląskiej – Bykowinie. Dokonano identyfikacji składników budujących żużle, scharakteryzowano morfologię faz krystalicznych, oznaczono ich skład chemiczny, jak również skład chemiczny szkliwa. Na podstawie przeprowadzonych obserwacji w żużlach wyróżniono dwa obszary o zróżnicowanej morfologii; obok fragmentów o chropowatej strukturze z widocznymi zarysami krystalitów składników fazowych, wyróżniono zeszklony materiał o gładniej, niespękanej powierzchni, w obrębie którego występują liczne pory o regularnych, okrągłych kształtach. Stwierdzono, że w otoczeniu dominującego szkliwa (bogatego przede wszystkim w Si, Ca i Al), we wszystkich rodzajach żużli można wyróżnić dobrze wykształcone kryształy składników fazowych: w żużlu nr 1 są to krzemiany Fe-Mg, w żużlu nr 2 – glinokrzemiany Ti i K, natomiast w żużlu nr 3 stwierdzono obecność drobnych kryształów o pokroju igiełkowym zawierających Al i Si, co wskazuje na obecność mullitu. Podczas składowania na zwałowisku, w porach żużli, stanowiących pozostałość po odgazowania stopu żużlowego w trakcie jego chłodzenia, licznie krystalizują minerały wtórne – zidentyfikowano wśród nich hematyt oraz baryt.
This article presents the results of studies into the phase and chemical composition of blast furnace slag in the context of its reuse. In practice, blast furnace slags are widely used in the construction industry and road building as a basis for the production of, for example, cements, road binders and slag bricks. They are also used in the production of concrete floors, mortars, and plasters. Blast furnace slag is mainly used as a valuable material in the production of hydraulic binders, especially cement that improves the mechanical properties of concretes. The favorable physical and mechanical properties of slags, apart from economic aspects, are undoubtedly an asset when deciding to use them instead of natural raw materials. In addition to the above, there is also the ecological aspect, since by using waste materials, the environmental interference that occurs during the opencast mining of natural aggregates is reduced. Specifically, this means waste utilization through secondary management. However, it should be kept in mind that it is a material which quite easily and quickly responds to environmental changes triggered by external factors; therefore, along with the determination of its physical and mechanical properties, its phase and chemical composition must be also checked. The studies showed that the predominant component of the blast furnace slag is glass which can amount up to 80%. In its vicinity, metallic precipitate as well as crystallites of periclase, dicalcium silicates and quartz can be found. With regard to the chemical composition of the slag, it was concluded that it meets the environmental and technical requirements regarding unbound and hydraulically bound mixtures. In case of the latter, in terms of its chemical composition, the slag meets the hydraulic activity category CA3. It also meets the chemical requirements for using it as a valuable addition to mortars and concretes, and it is useful in the production of CEM II Portland-composite cement, CEM III blast-furnace cement and CEM V composite cements. The blast furnace slag is a valuable raw material for cement production. Cement CEM III/C contains 81–95% of blast furnace slag in accordance with EN 197-1:2012. In 2019, the Polish cement industry used 1,939,387.7 tons of slag.
PL
W artykule przedstawiono wyniki badań składu fazowego i chemicznego żużla wielkopiecowego w aspekcie możliwości jego wtórnego wykorzystania. W praktyce żużle wielkopiecowe znajdują dość szerokie zastosowanie w przemyśle budowlanym oraz w drogownictwie, m.in. na ich bazie produkowane są cementy, spoiwa drogowe oraz cegły żużlowe; stosowane są również przy wykonywaniu posadzek betonowych, do produkcji zapraw murarskich i tynkarskich. Wiodącą rolą żużla wielkopiecowego staje się jego wykorzystanie jako cennego surowca w produkcji spoiw hydraulicznych, zwłaszcza cementu poprawiającego właściwości mechaniczne betonów. Korzystne właściwości fizykomechaniczne żużli, obok aspektów ekonomicznych, stanowią niewątpliwie atut przy podejmowaniu decyzji o ich wykorzystaniu zamiast surowców naturalnych. Do tego dochodzi jeszcze aspekt ekologiczny, gdyż wykorzystując materiały odpadowe, ogranicza się ingerencję w środowisko, jaka ma miejsce podczas odkrywkowej eksploatacji kruszyw naturalnych, ponadto prowadzona jest utylizacja odpadów poprzez ich wtórne zagospodarowanie. Należy jednak zwrócić uwagę, że jest to materiał, który dość łatwo i szybko reaguje na zachodzące w środowisku zmiany wywołane czynnikami zewnętrznymi, dlatego obok oznaczeń właściwości fizykomechanicznych żużla niezbędna jest kontrola jego składu fazowego i chemicznego. Przeprowadzone badania wykazały, że w badanym żużlu wielkopiecowym dominującym składnikiem jest szkliwo, którego udział można szacować na około 80%, w jego otoczeniu występują wytrącenia metaliczne żelaza, a także krystality peryklazu, krzemianów dwuwapniowych oraz kwarcu. Biorąc pod uwagę skład chemiczny żużla, stwierdzono, że spełnia on wymagania środowiskowe oraz wymagania techniczne dotyczące drogowych niezwiązanych i związanych hydraulicznie mieszanek. W przypadku tych ostatnich pod względem składu chemicznego żużel spełnia kategorię aktywności hydraulicznej CA3. Spełnia także wymagania chemiczne dotyczące stosowania go jako wartościowego dodatku do zapraw i betonów oraz jest przydatny do produkcji cementów portlandzkich żużlowych CEM II, cementów hutniczych CEM III oraz cementów wieloskładnikowych CEM V. Żużel wielkopiecowy jest cennym surowcem do produkcji cementu. Cement CEM III/C zawiera 81–95% żużla wielkopiecowego zgodnie z normą EN 197-1:2012. W 2019 roku polski przemysł cementowy zużył 1 939 387,7 ton żużla.
This paper presents results of mineralogical and chemical research connected with the polymorphic transformations of dicalcium silicates in aggregate based on open-hearth slag and also slags from the current production of EAF (electric arc furnaces), and LF (ladle furnaces). Particular attention was paid to the transformation of the polymorph β-Caub>2[SiO4] into the variant γ-Ca2[SiO4], which is undesirable from the perspective of using steel slags in road construction. A full mineralogical characterization of the tested metallurgical slags enabled the verification of the effectiveness of detecting the decomposition of dicalcium silicate in observations in UV light in line with the PN-EN 1744-1+A1:2013-05 standard. On the basis of the conducted research, it was found that in the aggregate based on open-hearth slags and in the EAF furnace slag, dicalcium silicates are mainly represented by the β-Ca2[SiO4] polymorph, accompanied by α’-Ca2[SiO4]. The slag from the LF furnace was characterized by a different composition, with a strong advantage (57%) of the α’-Ca2[SiO4] variety, with a 1% share of the β-Ca2[SiO4] and 15% of the γ-Ca2[SiO4]. It was found that the transformation of β-Ca2[SiO4] into γ-Ca2[SiO4] can take place only under certain conditions in the metallurgical process, but the process is not influenced by hyperergenic factors, as evidenced by the fact that after more than 100 years of storage of open-hearth slag, on the basis of which the aggregate was produced, it was primarily marked with all the variants of β-Ca2[SiO4], without the polymorph γ-Ca2[SiO4]. The comprehensive characterization of the slag phase composition requires use of an appropriately selected research methodology; this is of key importance prior to the secondary use of this material, especially in the presence of the γ-Ca2[SiO4] polymorph. It has been determined that the most accurate test results are obtained using the XRD technique. The method of determining the decomposition of dicalcium silicate according to the PN-EN 1744-1+A1:2013-05 standard proved to be unreliable. It seems that in the situation of using LF slag as an artificial aggregate, taking the test results according to the method described in the PN-EN 1744-1+A1:2013-05 standard as being decisive is very risky, especially on a large scale (e.g. in communication construction).
PL
W artykule przedstawiono wyniki badań mineralogiczno-chemicznych dotyczące przemian polimorficznych krzemianów dwuwapniowych w kruszywie na bazie żużli martenowskich, a także w żużlach z bieżącej produkcji pieca elektrycznego EA F (Electric Arc Furnace) oraz pieca kadziowego LF (Ladle Furnace). Szczególną uwagę zwrócono na przeobrażenia polimorfu β-Ca2[SiO4] w odmianę γ-Ca2[SiO4], co jest niepożądanym zjawiskiem z punktu widzenia wykorzystania żużli stalowniczych w budownictwie drogowym. Pełna charakterystyka mineralogiczna badanych żużli posłużyła do weryfikacji skuteczności wykrywania rozkładu krzemianu dwuwapniowego w obserwacjach w świetle UV zgodnie z normą PN-EN 1744-1+A1:2013-05. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że w kruszywie na bazie żużli martenowskich oraz w żużlu z pieca EAF krzemiany dwuwapniowe są reprezentowane przede wszystkim przez odmianę β-Ca2[SiO4], której towarzyszy α’-Ca2[SiO4]. Żużel z pieca LF charakteryzował się natomiast odmiennym składem, z silną przewagą (57%) odmiany α’-Ca2[SiO4], przy 1% udziale odmiany β-Ca2[SiO4] oraz przy 15% zawartości odmiany γ-Ca2[SiO4]. Stwierdzono, że przemiana β-Ca2[SiO4] w γ-Ca2[SiO4] może zachodzić tylko w określonych warunkach w procesie metalurgicznym, na proces ten nie mają natomiast wpływu czynniki hipergeniczne, o czym może świadczyć fakt, że po około 100-letnim okresie składowania żużla martenowskiego, na bazie którego wyprodukowano kruszywo, oznaczono w nim przede wszystkim odmianę β-Ca2[SiO4], nie stwierdzając polimorfu γ-Ca2[SiO4]. Kompleksowa charakterystyka składu fazowego żużla wymaga zastosowania odpowiednio dobranej metodyki badawczej, zwłaszcza pod kątem obecności polimorfu γ-Ca2[SiO4], co ma kluczowe znaczenie przed wtórnym wykorzystaniem tego materiału. Stwierdzono, że najdokładniejsze wyniki badań uzyskuje się przy użyciu techniki XRD. Metoda oznaczania rozkładu krzemianu dwuwapniowego wg normy PN-EN 1744-1+A1:2013-05 okazała się zawodna. Wydaje się, że w sytuacji wykorzystania żużla po produkcji pieca LF jako kruszywa sztucznego, zwłaszcza na dużą skalę, np. w budownictwie komunikacyjnym, przyjęcie wyników badań zgodnie z metodą opisaną w normie PN-EN 1744-1+A1:2013-05 jako decydujące jest bardzo ryzykowne.
On July 12th, 1950, in accordance with the Regulation of the Minister of Higher Education, the Faculty of Mining was established at the Silesian University of Technology in Gliwice. Defining its tasks and curricula, recruiting staff, attracting students, and work related to the preparation of new rooms and expansion of infrastructure were the first challenges for the newly created Faculty. Over time, the name of the Faculty has also evolved, and the Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation has been in use since 2019.
PL
12 lipca 1950 roku, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Szkół Wyższych, na Politechnice Śląskiej w Gliwicach utworzono Wydział Górniczy. Określenie zadań i programów nauczania, skompletowanie kadry naukowej, pozyskanie studentów oraz prace związane z przygotowaniem nowych pomieszczeń i rozbudową infrastruktury, stanowiły pierwsze wyzwania dla nowo utworzonego wydziału. W miarę upływu czasu ewoluowała również nazwa wydziału – od 2019 roku funkcjonuje Wydział Górnictwa, Inżynierii Bezpieczeństwa i Automatyki Przemysłowej.
12 lipca 1950 roku, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Szkół Wyższych, na Politechnice Śląskiej w Gliwicach utworzono Wydział Górniczy. Określenie zadań i programów nauczania, skompletowanie kadry naukowej, pozyskanie studentów oraz prace związane z przygotowaniem nowych pomieszczeń i rozbudową infrastruktury, stanowiły pierwsze wyzwania dla nowo utworzonego wydziału. W miarę upływu czasu ewoluowała również nazwa wydziału – od 2019 roku funkcjonuje Wydział Górnictwa, Inżynierii Bezpieczeństwa i Automatyki Przemysłowej.
EN
On July 12th, 1950, in accordance with the Regulation of the Minister of Higher Education, the Faculty of Mining was established at the Silesian University of Technology in Gliwice. Defining its tasks and curricula, recruiting staff, attracting students, and work related to the preparation of new rooms and expansion of infrastructure were the first challenges for the newly created Faculty. Over time, the name of the Faculty has also evolved, and the Faculty of Mining, Safety Engineering and Industrial Automation has been in use since 2019.
Zapotrzebowanie na kruszywa jako materiał znajdujący szerokie zastosowanie w różnych gałęziach budownictwa stale wzrasta. Jest to uwarunkowane ciągłym postępem i rozwojem urbanizacji, jednak z drugiej strony powoduje, że zasoby kruszyw naturalnych zaczynają się kurczyć. W związku z tym coraz częściej przedsiębiorcy zwracają swoją uwagę w kierunku kruszyw sztucznych produkowanych na bazie materiałów odpadowych. W artykule przedstawiono charakterystykę właściwości kruszywa wyprodukowanego na bazie żużli stalowniczych w kontekście odpowiedzi na pytanie, czy analizowane kruszywo sztuczne może być zamiennie wykorzystywane z kruszywem naturalnym.
EN
The demand for aggregates as a material widely used in various construction sectors is constantly growing. This is due to continuous growth and increasing urbanisation, however, on the other hand, it makes the resources of natural aggregates shrink. Therefore, more and more often contractors turn to artificial aggregates produced on the basis of waste materials. The paper presents the properties of aggregate produced on the basis of steel slags in view of the question if the analysed artificial aggregate can be an alternative to natural aggregates.
This paper deals with issues related to tribological processes occurring as a result of excessive wear of the surface of scraper conveyor components caused by the impact of the mined material created during drilling of development or exploitation galleries. One of the most common types of tribological wear is abrasive wear. Wear tests were carried out for hard coal – based abrasive using dry carbon abrasive and a hydrated mixture with 76 and 58% hard coal. Based on the conducted research, it was established that the effects of wear processes are associated with damage typical of wear mechanisms: micro-scratching and micro-fatigue. For the wear variant in the presence of dry coal abrasive, individual scratches caused by the abrasive grains were observed on the surface of the samples. The main reason for this type of damage was the aggregation of quartz, which is one of the basic components of the mineral substance present in the tested hard coal. When hydrated carbon mixtures were used as an abrasive, the surface of the samples also displayed scratches characteristic of the aggregate quartz. A small part of the carbon abrasive was pressed into the scratches. Under the influence of the wear caused by friction, small depressions were also formed, where coal penetrated. The effect of coal pressing into micro-scratches is related to its plastic properties. Tests of the abrasive conducted after the conclusion of wear tests have shown that under the influence of the local increase in temperature and pressure, the hard coal contained in the abrasive can undergo transformations. In the abrasive transformed under friction, small, but measurable changes in the content of the C element in relation to the initial hard coal sample were exhibited.
PL
W artykule poruszono problematykę związaną z procesami tribologicznymi zachodzącymi w wyniku nadmiernego zużycia powierzchni elementów przenośników zgrzebłowych wywołanych oddziaływaniem urobku powstającego w trakcie drążenia korytarzowych wyrobisk udostępniających lub eksploatacji węgla. Jednym z najczęściej spotykanych rodzajów zużycia tribologicznego jest zużycie ścierne. Testy zużyciowe przeprowadzono dla ścierniwa bazującego na węglu kamiennym, stosując suche ścierniwo węglowe oraz uwodnioną mieszaninę z udziałem 76 oraz 58% węgla. Stwierdzono, że efekty procesów zużyciowych związane są z uszkodzeniami typowymi dla mechanizmów zużycia: mikrorysowania i mikrozmęczenia. Dla wariantu zużycia w obecności suchego ścierniwa węglowego na powierzchni próbek zaobserwowano pojedyncze rysy wywołane działaniem ziaren ścierniwa. Główną przyczyną tego typu uszkodzeń była agregacja kwarcu, stanowiącego jeden z podstawowych składników substancji mineralnej występującej w badanym węglu kamiennym. W przypadku zastosowania jako ścierniwa uwodnionych mieszanin węgla, na powierzchni próbek również wytworzyły się charakterystyczne dla oddziaływania zagregowanego kwarcu rysy, w które wprasowywała się niewielka część ścierniwa węglowego. Pod wpływem zużycia wywołanego tarciem powstały również niewielkie wgłębienia, w które przedostał się węgiel. Efekt wprasowywania się węgla w mikrorysy związany jest z jego własnościami plastycznymi. Badania ścierniwa po zakończeniu testów zużyciowych wykazały, że pod wpływem lokalnego wzrostu temperatury i ciśnienia zawarty w ścierniwie węgiel kamienny może ulec przeobrażeniom. W ścierniwie przeobrażonym pod wpływem tarcia wykazano niewielkie, ale mierzalne zmiany zawartości pierwiastka C w stosunku do próbki wyjściowej węgla.
The history of mining and metallurgy in Upper Silesia dates back to the early Middle Ages. Initially, appearing on the surface, calamine, i.e. oxidized zinc-lead ores, and limonite – iron ore were used. The development of mining technology allowed for exploitation of ore deposits at greater depths. It contributed to the intensive development of industry at the turn of the 19th and 20th centuries. At that time, one of the most important industrial settlements was today's Ruda Śląska. In its area, apart from hard coal mines, there were several forges processing locally exploited zinc, lead and iron ore. The testimony of the former mining and metallurgy, among others, is the dump, which is a remnant of the Hugo zinc smelter (1812-1932). Mineralogical and chemical analyzes of waste material collected on the dumping ground provide a lot of interesting information about the processed raw material.
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.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.