Acélműi salak

Budapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group

Organisation/Data provider's nameBudapest University of Technology and Economics, Department of Applied Biotechnology and Food Science, Environmental Microbiology and Biotechnology Group
Name of contact
Dr. Molnár Mónika, Dr. Feigl Viktória
Telephone/fax
+36-1-4632347
Denomination of the waste or by-productAcélműi salak
Denomination of the waste or by-product in English
Steel slag
Type of the waste or by-product data-sheet
General characterization
Functional characterisation
Non-hazardous waste from other type of industry
EWC code of waste
  • 10 WASTES FROM THERMAL PROCESSES
  • 10 02 wastes from the iron and steel industry
  • 10 02 02 unprocessed slag
Consistency of the waste or by-product
Solid
Description of the waste generating technology

A vaskohászatban a nagyolvasztómű után a következő technológiai egység az acélmű. Az acélműi salak az acélgyártás mellékterméke. Az acélgyártás során nyersvasból és acélhulladékból salakképző-, frissítő-, dezoxidáló- és ötvözőanyagok hozzáadásával folyékony acélt gyártanak. A technológia függvényében 3 fő acélgyártási salaktípust különböztethetünk meg: 1. konverter salak (konverteres eljárás salakja), 2. elektrosalak (elektroacélgyártás salakja), 3. üstmetallurgiai salak (üstmetallurgiai kezelés salakja).
1. A Linz-Donawitz konverteres eljárás váltakozó lángjárású regeneratív tüzelési rendszer. A módszer lehetővé teszi folyékony nyersvas és ócskavas felhasználását is. A gyártási folyamat két lépcsőből áll: egy frissítő (oxidáló) és egy kikészítő (redukáló) szakaszból (ahol az oxidálódott vas visszaredukálását végzik).
2. Elektroacélgyártás során az acélhulladékot olvasztják elektromosív-kemencében (EAF). Itt megtörténik a szén- és foszfortartalom csökkentése is. Az olvasztási folyamat végén eltávolítják a felszínen úszó salakot.
3. Üstmetallurgiai kezelés az előző két folyamatban keletkezett megolvasztott acél finomítására használt eljárás. A hevítőüstben (ladle furnace) grafitelektrodák között égő elektromos ivvel az acél hőmérsékletét kb. 1500 °C-ra növelik, kéntelenitenek, dezoxidálnak, készre őtvöznek, valamint beállítják az öntési hőmérsékletet. Nappjainkban a keletkezett salakok 90 %-át feldolgozzák, rendszeres minőség-ellenőrzés mellett. A korszerű kohászati technológia úgy van kialakítva, hogy nem csak a főtermék nyersvas és acél, hanem a salak minőségét is optimalizálják különböző kezelési eljárásokkal.

Any special characteristics of the waste or by-product

A salakok kémiai összetétele függ az eljárástól, az eljárás hatékonyságától és az eljárás során felhasznált anyagoktól. A különbözőség a mész, szilikát, foszfát és vastartalomban jelenik meg. A kezeletlen acélműi salak kőzetfizikai tulajdonságai megváltoznak hosszú tárolási idő alatt.

Is it a hazardous waste?
no
Generated annual tonnage
600 000 t
Characterisation of the waste as a chemical substance
Product
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Other inorganic chemical compounds
  • calcium
Other type of chemical substance
CaO
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
40 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Other inorganic chemical compounds
  • calcium
Other type of chemical substance
CaOszabad
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
5 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Other inorganic chemical compounds
  • silicon
Other type of chemical substance
SiO2
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
16 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • aluminium
Other type of chemical substance
Al2O3
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
9 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Other inorganic chemical compounds
  • magnesium
Other type of chemical substance
MgO
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
4 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • iron
Other type of chemical substance
Feösszes
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
12 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • manganese
Other type of chemical substance
Mnösszes
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
2 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Other inorganic chemical compounds
  • barium
Other type of chemical substance
BaO
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Contaminant
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
0.34 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • manganese
Other type of chemical substance
MnO
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
0.29 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Other inorganic chemical compounds
  • sulphur
Other type of chemical substance
S
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Component
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
0.18 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Metals, semi-metals and their compounds
  • titanium
Other type of chemical substance
TiO2
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Contaminant
Concentration of the chemical in the waste or by-product / biochar
0.35 %
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Radioactive substances
  • uranium
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Contaminant
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Radioactive substances
  • tórium
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Contaminant
Chemical substance, Main group|Chemical substance, Subgroup
  • Radioactive substances
  • other radioactive substance
Other type of chemical substance
K
Is the contained chemical substance main component, component or contaminant of the waste or by-products / biochar?
Contaminant
Name of the waste/by-product
Acélműi salak: konverter salak (basic oxygen furnace slag), elektrosalak (electro arc-furnace slag), üstmetallurgiai salak ( laddle furnace slag)
Components of the waste/by-product

Konverter salak {CaO: 48-54%; szabad CaO: 1-10%; SiO2: 11-18%; Al2O3: 1-4%; MgO: 1-4%; Fe(összes): 14-19%; Mn(összes): 1-4%}; Elektrosalak {CaO: 25-35%; szabad CaO: 0-4%; SiO2: 8-18%; Al2O3: 3-10%; MgO: 3-9%; Fe(összes): 20-30%; Mn(összes): 2-5%; BaO: 0,34% (2)}; Üstmetallurgiai salak {CaO: 30-52%; szabad CaO: 1-10%; SiO2: 8-23%; Al2O3: 3-20%; MgO: 6-12%; Fe(összes): 0,5-12%; Mn(összes): 0,5-3%}. Nagy mennyiségű CaO alkotja a salak fő tömegét, de nem önálló fázisként, hanem vegyületek formájában. A salak lehűlésekor kivált ásványi fázisoknak ugyanolyan nagy jelentőségük van, mint a kémiai összetételnek. A salakokra jellemző ásványtani vegyületek: dikálciumszilikát (2CaO·SiO2); trikalciumszilikát (3CaO·SiO2); dikalciumferrit (2CaO·Fe2O3); wüstit ((Ca, Fe, Mg, Mn)O; kalciumoxid (CaOszabad), periklas (MgOszabad).
Referencia: (1) http://www.kfki.hu/anyagokvilaga/tartalom/2011/1/markus.pdf Accessed 2012.05.21.; (2) Márkus Róbert (2009) Acélgyártási salakok környezetbar

Other characteristics of the waste/by-product

Szervetlen anyagokból áll. Ca, Mg, Si, Fe és más elemtartalma bekerülhet a talaj szervetlen strukturális alkotóelemeibe, beépülhet oxidokban, hidroxidokba és agyagásványokba, a víz, a levegő, a többi talajösszetevő, valamint a biológiai rendszer hatására. A tápanyagként hasznosítható elemeket a növények és más élőlények felveszik, beépítik szervezetükbe.

pH
11
Density (g/cm3)
3.4
Homogeneity
Inhomogeneous
Pozzolan activity
yes
Other

pH: 11-13, Az (1) és (2) szerint meghatározott geotechnikai tulajdonságok: sűrűség: 3,3-3,6 g/cm^3^; belső súrlódási szög: 40-50 fok; CBR: max. 300; Los Angeles-aprózódás (ASTM C131): 20 – 25 %; porozitás: max. 3%; vízabszorpció: 0,2-2%; Mohs skála szerinti keménység: 6-7; Szabad CaO és MgO tartalma miatt évek múltán a nedvesség hatására a hidrát (MgOH: brucit) fázissá alakul át miközben térfogata is növekszik, tehát duzzadásra hajlamos. Ez okozza az ilyen adalékanyaggal készült megszilárdult beton tönkremenetelét. A folyamat a repedések okozta fajlagos felületnövekedés miatt egyre gyorsul (felületi reakció). A térfogatváltozási, duzzadási hajlamot a salak az ún. pihentetési idő alatt elveszti, a „pihentetett konvertersalak” már kiváló mechanikai tulajdonságai, nagy sűrűsége és kopásállósága miatt keresett alapanyagnak minősül. Referencia: (1) Lee, A.R.(1974) Blastfurnace and steel slag: production, properties and uses.Edward Arnold Ltd,. London. (2) Noureldin, A.

Is this waste or by-product being utilised?
Yes
Utilisation

Környezetvédelemben: savas bányavíz semlegesítésére (1); mesterséges lápokban foszfát adszorbeálásra (2); szerves és szervetlen szennyezők kiszűrésére talajvízből (3); foszfor és foszfát eltávolítására talajból, talajvízből (4, 5); szén megkötésére CaCO3 gyártáshoz (6); Építőiparban: cementgyártás, beton adalék, aszfalt adalék, útalap töltés, útágyazat töltés, talaj fizikai stabilizálása; Egyéb: acélgyártás, műtrágyagyártás, szilárd hulladéklerakók lefedésére.

References on utilisation

(1) Ziemkiewicz (1998) Steel Slag: Applications for AMD Control, Proceedings of the 1998 Conference on Hazardous Waste Research, Snowbird, Utah, May 18-21, pp.44-62. (2) Sakadevan and Bavor (1998). Phosphate adsorption characteristics of soils, slag and zeolite to be used as subtrates in constructed wetland systems. Water Research, Vol. 32, No.2, pp.393-399; (3) Cha, Kim and Choi (2006). Evaluation of steel slag for organic andinorganic removals in soil aquifer treatment. Water Research, Vol. 40, No.5, pp.1034-1042; (4) Drizo, Forget et al (2006). Phosphorus removal by electric arc furnace slag and serpentinite, Water Research, Vol. 40, No.8, pp. 1547-1554; (5) Xue, Hou, and Zhu (2009). Characteristics and mechanisms of phosphate adsorption onto basic oxygen furnace slag. J of Hazar Mater, Vol.162, No.2-3, pp. 973-980; (6) Huijgen et al Mineral CO2 sequestration by slag carbonation. Env Sci Tech, Vol. 34, No.24, pp. 9676-9672.

Hazard characteristics
Not classified
Measured harmful effects
Yes
If harmful effect was measured, please, specify what was measured, which method was used, who did the measurement, and what was the result

A US EPA TCLP (1) módszere alapján végzett kioldási kísérletek szerint a salakból kioldott fémek koncentrációja nem lépte túl az US EPA határértéket. Tehát a salakban található fémek erősen kötődnek a salak alapszövetéhez, olyannyira, hogy a savas környezet sem mobilizálja őket. Tehát a salak csurgaléka nem veszélyezteti a talajvizet. A salakok fémtartalmának Kd értéke nagyobb, mint az US EPA talajban levő fémek Kd értéke. Tehát a fémek kioldhatósága a salakból kisebb, mint a talajból. A pH növekedésével a fémek Kd értéke is növekszik, kivéve a Cr+6 és a Se, amely esetén a pH általában csökken, vagyis a kioldhatósága nő. Egyes vizsgálatokban (2) azonban a salak Cr^+6 és a Se Kd értéke nagyobb, mint az US EPA talajra megadott Kd értéke, ami jelzi az elemek erős kötődését a salak mátrixhoz.
Referenciák:
(1) Method 1311 Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP);40 CFR CH 1, 1991; (2) Proctor, D.M., Fehling, K.A., Shay, E.C., Wittenborn, J.L., Avent, C., Bigham R.D.,Connolly, M., Lee, B., Shepker, T.O., and Zak, M.A. (2000). Physical and chemical properties of blast furnace, basic oxygen furnace, and electric arc furnace steel industry slag, Env Sci and Techn. Vol. 34, No. 8, pp. 1576-1582.

Suspected harmful effects

Veszélyesség: összes fém- és nyomelemtartalom; a salak csurgalék bázikussága (pH 11-13), mállás miatti finom frakció kiporzása, bázikussága és nagy vezetőképessége miatt erősen korrodál, ezért támfalak, gátak, útalapok szerkezetében korrodálja a fémcsöveket, fémstruktúrákat (1); útalapba építve karbonizálhat (1), megköti a CO2-ot a levegőből, CaCO3 és MgCO3 képződik, ami eltömíti az út lefolyóit. A villamos ívkemence salakjának báriumtartalma vízoldható formában lehet jelen (2). Radioaktív elemeket tartalmazhat (3). Ref. (1) Yildirim et al(2009) Use of Steel Slag in Subgrade Applications. Publ. FHWA/IN/JTRP-2009/32. Joint Transp Rrch Progr, Indiana Dept of Transp and Purdue Univ doi: 10.5703/1288284314275; (2) Márkus R. (2009) Acélgyártási salakok környezetbarát hasznosítási lehetőségeinek.. Doktori ért. (PhD), Miskolci Egy, Műszaki Anyagt Kar,(3) M.N. Salagean, A.I. Pantelica,et al (1999) Neutron activ. analysis of some building mater, Czech. J. Phys. 49 (S1) 355–358

Would it be suitable for soil reclamation in general?
Yes
Justification, references

Ca, Mg, Si, Fe és más elemtartalom (1). Lúgossága miatt savas talajok (2) csurgalékok, bányavíz semlegesítésére. Referencia: (1) Wang X, Cai QS (2006) Steel slag as an iron fertilizer for corn growth and soil improvement in a pot experiment. Pedosphere 16:519–524; (2) L. Zhuo; H. Li; et al (2012) Co-remediation of cadmium-polluted soil using stainless steel slag and ammonium humate, Environ Sci Pollut Res, DOI 10.1007/s11356-012-0790-7

Would it supply nitrogen, phosphorous and/or potassium to the soil?
Yes
Justification, references

Foszfor
T. Yamamoto (2003) Release of phosphorus and silicon from steelmaking slag and their effects on growth of natural phytoplankton assemblages, Tetsu To Hagane Journal of the Iron and Steel Institute of Japan

Would it supply mesoelements (Ca, Cl, Fe, Mg, Na, S, Si) to the soil?
Yes
Justification, references

Fe, Si
Wang X, Cai QS (2006) Steel slag as an iron fertilizer for corn growth and soil improvement in a pot experiment. Pedosphere 16:519–524
T. Yamamoto (2003) Release of phosphorus and silicon from steelmaking slag and their effects on growth of natural phytoplankton assemblages, Tetsu To Hagane Journal of the Iron and Steel Institute of Japan

Would it supply microelements (B, Co, Cu, Mn, Mo, Zn, V) to the soil?
No information
Would it provide sufficient amounts of special nutrients to the soil?
Yes
Justification, references

Ca, Mg, Si, Fe és más elemtartalom miatt tápanyagpótlásra, például vashiányos mezőgazdasági talaj esetén (1). Az acélsalakból kioldódott szervetlen foszfor, vas és szilicium serkenti a tengeri fitoplankton (diatomák) növekedését (2).
Referencia:
(1) Wang X, Cai QS (2006) Steel slag as an iron fertilizer for corn growth and soil improvement in a pot experiment. Pedosphere 16:519–524
(2) T. Yamamoto (2003) Release of phosphorus and silicon from steelmaking slag and their effects on growth of natural phytoplankton assemblages, Tetsu To Hagane Journal of the Iron and Steel Institute of Japan

Would it increase the humus/organic matter content of the soil?
No
Would it suffice as a main component of growing media?
Yes
Justification, references

Ásványösszetétele miatt igen, azonban szerves anyag kiegészítést mindenképpen igényel.

Would it suffice as an additive to growing media?
Yes
Justification, references

Ca, Mg, Si, Fe, P elemtartalom

Would it improve the structure of compacted soil and/or contribute to soil crumb formation of poorly structured soils?
No
Justification, references

Ásványösszetétele miatt (2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2, szabad CaO, MgO) vízzel érintkezve megszilárdul.

Would it be suitable for physical stabilisation and/or texture improvement of loose, quagmire soils?
Yes
Justification, references

Ásványösszetétele miatt (2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2, szabad CaO, MgO) vízzel érintkezve megszilárdul. Bizonyos koncentráció fölött, víz hatására a szabad CaO, MgO hidratál, ezért az anyag megduzzad (1), (3). A konverter salak 'pihentetési' időszaka után adalékanyagokkal (cement, erőműi pernye) használható fizikai stabilizálásra (2). Referenciák: (1) Huiting Shen, E. Forssberg (2003) An overview of recovery of metals from slags, Waste Management 23, 933–949;
(2) Altun I.A.; Yilmaz I.(2002) Study on steel furnace slags with MgO additive in Portland cement, Cement and Concrete Research, Vol. 32, No.8, pp. 1247-1249.
(3) Proctor, D.M., Fehling, K.A., Shay, E.C., Wittenborn, J.L., Avent, C., Bigham R.D.,Connolly, M., Lee, B., Shepker, T.O., and Zak, M.A. (2000). Physical and chemical properties of blast furnace, basic oxygen furnace, and electric arc furnace steel industry slag, Env Sci and Techn. Vol. 34, No. 8, pp. 1576-1582.

Would it be suitable for amending sandy soils?
Yes
Justification, references

Ásványösszetétele miatt (2CaO.SiO2, 3CaO.SiO2, szabad CaO, MgO) vízzel érintkezve megszilárdul, ezért alkalmas lehet homoktalajok erősítésére, szilárdítására (1), (2).
Referencia: (1) Proctor, D.M., Fehling, K.A., Shay, E.C., Wittenborn, J.L., Avent, C., Bigham R.D.,Connolly, M., Lee, B., Shepker, T.O., and Zak, M.A. (2000). Physical and chemical properties of blast furnace, basic oxygen furnace, and electric arc furnace steel industry slag, Env Sci and Techn. Vol. 34, No. 8, pp. 1576-1582.
(2) Altun I.A.; Yilmaz I.(2002) Study on steel furnace slags with MgO additive in Portland cement, Cement and Concrete Research, Vol. 32, No.8, pp. 1247-1249. furnace, and electric arc furnace steel industry slag, Env Sci and Techn. Vol. 34, No. 8, pp. 1576-1582.

Would it be suitable for erosion prevention?
Yes
Justification, references

Működő szilárd hulladéklerakók napi hulladékfelületének letakarása ( eróziógátlás).
Huiting Shen, E. Forssberg (2003) An overview of recovery of metals from slags, Waste Management 23, 933–949

Would it be suitable for amending acidic soils?
Yes
Justification, references

Lúgossága miatt. Ammonium humáttal keverve lecsökkenti a Cd-al szennyezett talaj összes és vízoldható Cd tartalmát, növeli a talaj pH-ját (1).
Referencia (1) L. Zhuo; H. Li; et al (2012) Co-remediation of cadmium-polluted soil using stainless steel slag and ammonium humate, Environ Sci Pollut Res, DOI 10.1007/s11356-012-0790-7

Would it be suitable for amending saline and sodic soils?
No information
Would it reduce the mobility and availability of the contaminants?
Yes
Justification, references

Porozitás, nagy fajlagos felszín, jó adszorpciós képesség. Adszorbeálja és kicsapja a fémoxidokat a salak felületén (1, 2). Ammonium humáttal keverve lecsökkenti a Cd-al szennyezett talaj összes és vízoldható Cd tartalmát, növeli a talaj pH-ját, szerves-anyagtartalmát és kationcsere képességét (3). P-oldattal itatva stabilizálja a Cu-t (4). Referencia: (1) Kim DH, Shin MC, Choia HD, et al(2008) Removal mechanisms of copper using steel-making slag: adsorption and precipitation. Desalination 223:283–289; (2) Liu SY, Gao J, Yang YJ et al (2010) Adsorption intrinsic kinetics and isotherms of lead ions on steel slag. J Hazard Mater 173:558–562; (3) Lin Zhuo; H. Li; et al (2012) Co-remediation of cadmium-polluted soil using stainless steel slag and ammonium humate, Environ Sci Pollut Res, DOI 10.1007/s11356-012-0790-7 (4) Negim O, Mench M et al (2012) In Situ Stabilization of Trace Metals in a Copper-Contaminated Soil using P-Spiked Linz-Donawitz Slag, Environmental Science and

Would it intensify the mobility, availability of the contaminants?
No
Would it intensify physical, chemical, and/or biological degradation and decomposition of contaminants?
No
Would it be suitable for production of geotechnical elements?
Yes
Justification, references

Porozitás, nagy fajlagos felszín, jó adszorpciós képesség miatt használható reaktív résfal elemként.

James S. Smith (2003) Method for purifying contaminated groundwater using steel slag, Patent US6602421, http://www.google.com/patents/US6602421

Risks associated with potential utilisation in soil

Bár a salakok átlagos főkomponens összetétele nem különbözik salak fajtánként, a nyomelem tartalom nagymértékben változik, ezért a környezeti és humán egészségkockázatot salak típusonként kell felmérni (1). Az US EPA TCLP (2) módszere alapján végzett kioldási kísérletek szerint a kioldott fémek koncentrációja nem lépte túl az US EPA ivóvíz határértéket. Tehát a salakban található fémek erősen kötődnek a salak alapszövetéhez, olyannyira, hogy a savas környezet sem mobilizálja őket. A salak csurgaléka nem veszélyezteti a talajvizet. A salakban levő fémek biológiai hozzáférhetőségét kell megvizsgálni különösen a szájon és bőrön keresztüli expoziciós útvonalat. A kezeletlen salak nem térfogatálló, szabad CaO és MgO és a SiO2 miatt könnyen hidrát fázissá alakul, nő a térfogata. Hasonló problémát okoz a vasbomlás, ha a Fe > 3%. Ennek elkerülésére csak 'pihentetési idő' után alkalmazható. Radioaktív elemtartalma lehet, a salakképző anyagok miatt (mészkő, dolomit).

Datasheet id (original)
1193
Creator
Vaszita Emese
Status
Verified
Adatlap típusaWaste / by-product survey
Létrehozás
Módosítás