Study on inertization and safe environmental production of EAF slag

Nowadays, the EAF slag are considered more than a compelling alternative to natural stone materials. Steel slag could be exploited in several applications, such as land filling, road constructions and concrete production, since their physical properties are similar or even better than natural materials like gravel. However their use is limited by the presence of polluting chemical elements, including Cr, Ba, V, Mo, etc, that can be dangerous for human and environment. Thus, chemical and structural stability is a fundamental requirement to be fulfilled, especially if the slag may come in contact with water. The presence of hydraulic phases like larnite (2CaO.SiO2) or brownmillerite (4CaO.Al2O3.Fe2O3) could imply the releasing of such dangerous elements within the environment. In this work, in depth investigation on the main factor ruling chemical leaching on several slag coming from different steel grades productions was performed. Elution test on bulk and powder slag were performed at different liquid-on-solid ratio and water was analyzed by ICP-OES to quantify the dangerous elements concentration. Morphological and microstructural characterizations were performed by means of SEM and XRD analysis in order to identify the main phases constituting the slag. The survey allowed to identify which phases are mainly involved in the leaching process and which phases must be promoted to improve the slag retaining behavior. These results permitted to set-up a stabilization chemical treatment that assures the formation of stable microstructure, also for high liquid-on-solid ratio.

Oggigiorno le scorie da forno elettrico ad arco sono considerate molto più di una semplice alternativa ai materiali lapidei naturali. Le scorie d'acciaieria sono potenzialmente impiegabili in una molteplicità di applicazioni: per il riempimento di cave esauste, per la costruzione di strade e per la produzione di calcestruzzo, grazie alle loro proprietà fisiche equivalenti o talvolta superiori ai tradizionali materiali lapidei naturali, quali, ad esempio, la ghiaia. Purtroppo il loro impiego è limitato dalla presenza di elementi inquinanti, tra cui Cr, Ba, V e Mo, potenzialmente pericolosi per l'uomo e per l'ambiente. Pertanto, stabilità chimica e strutturale sono due requisiti fondamentali che le scorie devono soddisfare, specialmente per applicazioni in cui possono entrare in contatto con l'acqua. Infatti, la presenza di fasi con proprietà idrauliche quali larnite (2CaO.SiO2) o brownmillerite (4CaO.Al2O3.Fe2O3) può implicare il rilascio dei metalli inquinanti nell'ambiente. In questo lavoro, è stata condotta una approfondita analisi dei principali fattori che regolano il rilascio delle specie chimiche analizzando diverse tipologie di scorie da forno elettrico ad arco. Sono stati effettuati diversi test di cessione con differente rapporto liquido/solido e la concentrazione degli elementi pericolosi dissolti nell'acqua è stata rilevata mediante ICP-OES. La caratterizzazione morfologica e microstrutturale delle diverse scorie è stata condotta mediante analisi al microscopio a scansione elettronica (SEM) e analisi in diffrattometria ai raggi X (XRD) con l'obbiettivo di individuare i principali costituenti strutturali delle scorie investigate. Lo studio ha permesso di identificare le fasi principalmente coinvolte nel processo di rilascio e di individuare quali fasi debbano invece essere favorite per aumentare la capacità della scoria di trattenere le specie inquinanti. I risultati ottenuti hanno permesso di approntare un processo di stabilizzazione chimica della scoria che assicura la formazione di una microstruttura stabile anche ai più elevati rapporti liquido/solido.