Effect of particle size on the leaching behaviour of EAF slag from high-alloyed steel production

Electric Arc Furnace (EAF) slag could be exploited in several application fields, such as road construction and concrete production, due to its physical and mechanical properties similar, or even better, than natural materials like gravel. However, its use is limited by the presence of hazardous elements that could be released into the environment. The assessment of the leaching behaviour is typically carried out through the leaching test, performed according to EN 12457:2002 and currently adopted as a reference tool in the Member States. The leaching test is a methodology used to qualify products and wastes and to identify their different destinations (landfill or possible reuse). The leaching behaviour of steel slag is influenced by several parameters (pH, temperature, liquid-solid ratio, particle size). In this work, the effect of particle size on the leaching behaviour of EAF slag from high-alloyed steel production was deeply investigated. Six different granularity fractions were leached and analysed by ICP-OES to quantify the concentration of dangerous elements. In particular, the analysis focused on Ba, Cr, Mo, V and W. Mineralogical and chemical characterisations were performed by means of XRD and SEM analysis to identify the main phases constituting the slag. This survey allowed to define how the particle size influences both the nature and the distribution of the main mineralogical phases which, in turn, directly influence the leaching of pollutants. The results showed that fine granularity fractions negatively influence the leaching behaviour. In general, the leaching of elements under investigation increases when the particle size decreases, except for two granularity fractions where vanadium showed the opposite trend.

Le scorie da forno elettrico ad arco possono essere impiegate in diversi campi di applicazioni, come la costruzione di strade e la produzione di calcestruzzo, grazie alle loro proprietà fisiche e meccaniche simili, o addirittura migliori, ai tradizionali materiali naturali come la ghiaia. Purtroppo, il loro utilizzo è limitato dalla presenza di elementi nocivi che possono essere rilasciati nell’ambiente. La valutazione del comportamento a rilascio viene tipicamente effettuata tramite il test di lisciviazione, eseguito secondo la norma europea EN 12457:2002 ed attualmente adottato come strumento di riferimento negli Stati Membri. Il test di lisciviazione è una metodologia utilizzata per qualificare prodotti e rifiuti e per identificarne le diverse destinazioni (discarica o possibile riutilizzo). Il comportamento a cessione delle scorie d’acciaio è influenzato da diversi parametri (pH, temperatura, rapporto liquido-solido, dimensione delle particelle). In questo lavoro, l’effetto della dimensione delle particelle sul comportamento a cessione di una scoria proveniente dalla produzione di acciai alto legati è stato studiato in dettaglio. Sei differenti frazioni granulometriche sono state testate ed analizzate tramite ICP-OES per quantificare la concentrazione di elementi pericolosi. In particolare, l’analisi si è focalizzata sul Ba, Cr, Mo, V e W. La caratterizzazione mineralogica e chimica è stata condotta mediante analisi ai raggi X (XRD) ed analisi al microscopio a scansione elettronica (SEM) con l'obbiettivo di individuare i principali costituenti della scoria. Lo studio ha permesso di definire come la dimensione delle particelle influenzi sia la natura che la distribuzione delle principali fasi mineralogiche che, a loro volta, influenzano direttamente il rilascio di inquinanti. I risultati hanno mostrato che le frazioni fini influenzano negativamente il comportamento a rilascio. In generale, il rilascio degli elementi aumenta al diminuire della dimensione delle particelle, ad eccezione di due frazioni granulometriche in cui il vanadio ha mostrato una tendenza opposta.