Natural Radioactivity in Steel Slag Aggregate

Present day steelmaking slags are being successfully used as a high quality mineral aggregate for the building industry. With this, it is of vital importance to be familiar with the technical significance of the secondary application of steel slag, because some steel slag might contain increased concentration of substances harmful to human health. In terms of steel slag impact on the environment, radionuclides are the least researched of all pollutants emitted from the metallurgical processes. This paper presents the results of radiochemical testing of steel slag and steel slag aggregates for the purpose of its use in the production of construction material. Obtained results of measurements show that 40K, 226Ra and 232Th in all examined steel slag samples have the activity concentration from 45.3 to 62.9Bqkg-1, 15.2 to 21.4Bqkg-1 and 12.9 to 15.4Bqkg-1, respectively. Results of measurements of radionuclide activity concentrations of 226Ra, 232Th and 40K in slag aggregates show similar values for all radionuclides ranges as follows: 40K from 14.1 to 23.3Bqkg-1; 232Th from 8.6 to 14.4Bqkg-1 and 226Ra from 14.8 to 26.8Bqkg-1. Activities index (I1, I2, I3) of 226Ra, 232Th and 40K were compared with values recommended by Croatian legislation. Radium equivalent concentrations (Raeq) of 226Ra, 232Th and 40K for examined steel slag and steel slag aggregates are harmounious with the results presented by other authors for the same by-product. The testing has been conducted on steel slag created during the production of carbon steel by electric arc furnace in Steel Mill of CMC Sisak, Croatia

Żużel stalowniczy, jako zamiennik kruszyw naturalnych stosowanych w mieszance asfaltowej

Even though electric arc furnace (EAF) steel slag has been classified as non-hazardous waste by its physical and chemical characteristics, and is possible to be disposed of at provided disposal sites without danger to the environment, this is rarely applied, because the permanent disposal of steel slag is highly expensive and requires a great area, and the valuable ingredients of steel slag are lost forever. The purpose of this paper was to improve the management of this type of non-hazardous industrial waste. Alongside with reducing the area intended for its disposal and increasing the technological benefit of re-using waste material, the final results of these tests should ensure the economic profit of producers, as well as achieve a sociological-ecological benefit due to the reduction of expenditure of natural mineral aggregates, simultaneously enhancing the sustainable development policies in metallurgy. A part of this research examines the possibilities of using EAF slag in other industries, with a special focus on using the slag as substitute for natural mineral aggregates in the production of asphalt mixtures in road construction. The paper presents the results of testing physical and mechanical properties of EAF slag coming from the regular production of unalloyed carbon steel in CMC Sisak, Croatia with the application of prior processing encompassing cooling the liquid slag by air, as well as quenching by water, grinding, magnetic separation, fragmentation and granulometric fractioning for the purpose of its application in technologies of producing asphalt mixtures. Comparison of test results between specimens of water- and air-cooled EAF slag and natural aggregates used in asphalt mixtures on highways and other top-class traffic load roads has demonstrated that the examined slag has qually good physical and mechanical properties, while it is significantly better in terms of resistance to polishing.Pomimo faktu, że żużel z elektrycznych pieców łukowych (EAF) do wytopu stali został sklasyfikowany jako odpad inny niż niebezpieczny w oparciu o charakterystykę fizyczną i chemiczną, i możliwe jest jego składowanie na odpowiednich składowiskach bez zagrożenia dla środowiska naturalnego, jest to rzadko stosowane, ponieważ stałe składowanie żużla jest bardzo kosztowne i wymaga dużych powierzchni, a cenne składniki żużla są tracone na zawsze. Celem pracy była poprawa zagospodarowania tego rodzaju odpadów przemysłowych. Wraz ze zmniejszeniem powierzchni przeznaczonej na składowanie żużla i zwiększeniem korzyści technologicznych z ponownego wykorzystania odpadów, ostateczne wyniki tych badań powinny zapewnić osiągnięcie zysku producentów, jak również osiągnięcia korzyści społeczno-ekologicznych ze względu na zmniejszenie zużycia naturalnych kruszyw mineralnych, a jednocześnie wzmocnienie polityki zrównoważonego rozwoju w hutnictwie. Część tych badań analizuje możliwości wykorzystania żużla EAF w innych gałęziach przemysłu, ze szczególnym naciskiem na wykorzystanie żużla jako substytut naturalnych kruszyw mineralnych w produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych w budownictwie drogowym. W artykule przedstawiono wyniki badań fizycznych i mechanicznych właściwości żużla EAF pochodzącego z regularnej produkcji stali węglowej niestopowej w CMC Sisak, Chorwacja z zastosowaniem uprzedniego przetworzenia obejmującego chłodzenia ciekłego żużla w powietrzu, jak również chłodzenia wodą, rozdrabniania, separacji magnetycznej, rozdrobnienia i frakcjonowania w celu jego stsowania w technologii produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych. Porównanie wyników badań próbek żużla chłodzonego wodą i chłodzonego powietrzem oraz kruszyw naturalnych stosowanych w mieszankach asfaltowych na autostradach i innych drogach o dużym obciążeniu ruchem wykazało, że badany żużel ma równie dobre właściwości fizyczne i mechaniczne, a jednocześnie jest znacznie lepszy pod względem odporności na ścieranie

Żużel stalowniczy, jako zamiennik kruszyw naturalnych stosowanych w mieszance asfaltowej

Even though electric arc furnace (EAF) steel slag has been classified as non-hazardous waste by its physical and chemical characteristics, and is possible to be disposed of at provided disposal sites without danger to the environment, this is rarely applied, because the permanent disposal of steel slag is highly expensive and requires a great area, and the valuable ingredients of steel slag are lost forever. The purpose of this paper was to improve the management of this type of non-hazardous industrial waste. Alongside with reducing the area intended for its disposal and increasing the technological benefit of re-using waste material, the final results of these tests should ensure the economic profit of producers, as well as achieve a sociological-ecological benefit due to the reduction of expenditure of natural mineral aggregates, simultaneously enhancing the sustainable development policies in metallurgy. A part of this research examines the possibilities of using EAF slag in other industries, with a special focus on using the slag as substitute for natural mineral aggregates in the production of asphalt mixtures in road construction. The paper presents the results of testing physical and mechanical properties of EAF slag coming from the regular production of unalloyed carbon steel in CMC Sisak, Croatia with the application of prior processing encompassing cooling the liquid slag by air, as well as quenching by water, grinding, magnetic separation, fragmentation and granulometric fractioning for the purpose of its application in technologies of producing asphalt mixtures. Comparison of test results between specimens of water- and air-cooled EAF slag and natural aggregates used in asphalt mixtures on highways and other top-class traffic load roads has demonstrated that the examined slag has qually good physical and mechanical properties, while it is significantly better in terms of resistance to polishing.Pomimo faktu, że żużel z elektrycznych pieców łukowych (EAF) do wytopu stali został sklasyfikowany jako odpad inny niż niebezpieczny w oparciu o charakterystykę fizyczną i chemiczną, i możliwe jest jego składowanie na odpowiednich składowiskach bez zagrożenia dla środowiska naturalnego, jest to rzadko stosowane, ponieważ stałe składowanie żużla jest bardzo kosztowne i wymaga dużych powierzchni, a cenne składniki żużla są tracone na zawsze. Celem pracy była poprawa zagospodarowania tego rodzaju odpadów przemysłowych. Wraz ze zmniejszeniem powierzchni przeznaczonej na składowanie żużla i zwiększeniem korzyści technologicznych z ponownego wykorzystania odpadów, ostateczne wyniki tych badań powinny zapewnić osiągnięcie zysku producentów, jak również osiągnięcia korzyści społeczno-ekologicznych ze względu na zmniejszenie zużycia naturalnych kruszyw mineralnych, a jednocześnie wzmocnienie polityki zrównoważonego rozwoju w hutnictwie. Część tych badań analizuje możliwości wykorzystania żużla EAF w innych gałęziach przemysłu, ze szczególnym naciskiem na wykorzystanie żużla jako substytut naturalnych kruszyw mineralnych w produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych w budownictwie drogowym. W artykule przedstawiono wyniki badań fizycznych i mechanicznych właściwości żużla EAF pochodzącego z regularnej produkcji stali węglowej niestopowej w CMC Sisak, Chorwacja z zastosowaniem uprzedniego przetworzenia obejmującego chłodzenia ciekłego żużla w powietrzu, jak również chłodzenia wodą, rozdrabniania, separacji magnetycznej, rozdrobnienia i frakcjonowania w celu jego stsowania w technologii produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych. Porównanie wyników badań próbek żużla chłodzonego wodą i chłodzonego powietrzem oraz kruszyw naturalnych stosowanych w mieszankach asfaltowych na autostradach i innych drogach o dużym obciążeniu ruchem wykazało, że badany żużel ma równie dobre właściwości fizyczne i mechaniczne, a jednocześnie jest znacznie lepszy pod względem odporności na ścieranie

Characterization of Sludge from the Process of Steel Tubes Chemical Treatment for Hot Galvanizing

U ovom su radu prikazani rezultati ispitivanja karakteristika neutralizacijskog mulja Željezare Sisak, koji je nastao kao otpadni materijal u postupku neutralizacije otpadne sulfatnokisele kupke upotrijebljene za dekapiranje čeličnih cijevi prije vrućeg pocinčavanja. Ovako nastao neutralizacijski mulj odložen je na tlo. Na temelju provedenih istraživanja uzoraka mulja iz procesa kemijske pripreme čeličnih cijevi za vruće pocinčavanje utvrđen je oblik i krupnoća njegovih čestica, prisutnost najzastupljenijih kemijskih elemenata Ca, Fe, S, O, C i Al, kao i najzastupljenijih mineralnih faza: CaSO4 · H2O- gips; CaSO4 ·0,5 H2O basanit i Fe3O4 - magnetit. Cilj ovog rada je unapređenje gospodarenja tom vrstom industrijskog otpada određivanjem njegovih fizikalno-kemijskih karakteristika i pronalaženjem mogućnosti njegove primjene, čime bi se iskoristili njegovi vrijedni sastojci i istodobno zaustavilo njegovo nekontrolirano nagomilavanje u prirodi.Inadequate industrial waste management in Croatia is reflected in the non-sanitary waste disposal, low recycling levels, negligible share of waste processing technologies, insufficient control of its flows, etc. Generated industrial wastes are most frequently disposed of at producers’ own, mostly illegal landfills. There are many such landfills on the Croatian territory, and the disposed types of waste often include those that can be hazardous and represent a considerable source of environmental pollution. Past waste management in all industrial branches can be characterized in this way, which at the same time may result in the harmful impact on human health and the environment. It also represents economic loss due to low utilisation of material and energy potential of some industrial wastes. The metallurgical industry collects its production waste separately. Only a part of the generated waste is returned to the production process and some waste is occasionally used by other industries as secondary raw materials, but the largest part of it ends at producers\u27 own landfills on site. Hazardous wastes (dust containing heavy metals, waste oils etc.) are mostly disposed of in a controlled and lawful manner. Past handling of metallurgical waste was unacceptable both from the environmental and economic point of view. Therefore a systematic resolving of this important issue was initiated at the beginning of this decade. Sisak Steelworks galvanized steel pipes in the hot-dip galvanizing procedure by immersing in molten zinc. Between 1970 and 2000 Sisak Steelworks produced approximately 900 000 tonnes of galvanized pipes this way and generated around 70 000 m3 of neutralisation sludge, which was subsequently disposed of in the landfill on site. The paper presents the results of examination of physical-chemical properties of neutralisation sludge generated as waste material in the process of neutralisation of waste sulphate acid bath used in Sisak Steelworks for pickling of steel pipes before hot galvanizing. The results obtained by search electronic microanalysis of sludge samples led to identification of particles of average diameter ranging from d ~1 to 200 µm of predominantly angular in shape. Qualitative search electron microanalysis of sludge samples identified the presence of Ca, Fe, S, O and C. Furthermore, the analysis of the distribution of these elements in sludge samples and the analysis of cluster shapes of individual elements have shown that they correspond completely, which indicates that they occur together in the observed sample particle. This indicates that the sludge sample contained compounds of the Ca–S–O and Fe–O type and their exact bonding form is defined by the x-ray diffraction technique. The identified phases appearing in all samples and their fractions are: CaSO4 · H2O – gypsum;CaSO4 · 0,5 H2O – basanite and Fe3O4 – magnetite. Results of quantitative chemical analysis of sludge samples and their fractions obtained by colour separation indicate that the samples mostly contain calcium (w = 15.55–17.33 %), sulfur (w = 13.38–15.63 %), iron (w = 9.48–11.04 %), followed by Al (w = 5.00–5.26 %), K, Ti, Mn, Zn, Cr, Sr, Ni, Co, Pb and Zn – all in concentrations below 0.1 %. Examination of physical-chemical properties of eluates thereof has proven that there is no risk of admixtures present in this waste and the sludge can be disposed of on the ground in compliance with legal regulations. The obtained results provide grounds for the conclusion that the basic component of the analysed neutralisation sludge is gypsum (w ~ 85%). Referring to the good agro-technical practice of agriculturally developed countries, it is justified to consider its possible application for calcification of agricultural soil. The purpose of this paper was to identify the physical-chemical properties of this type of waste and use its valuable components to find new options for its use in other branches of economy and to stop its uncontrolled accumulation in the environment, improving thus the management of this and similar types of non-hazardous industrial waste

Naturalna radioaktywność w kruszywie z żużla stalowniczego

Present day steelmaking slags are being successfully used as a high quality mineral aggregate for the building industry. With this, it is of vital importance to be familiar with the technical significance of the secondary application of steel slag, because some steel slag might contain increased concentration of substances harmful to human health. In terms of steel slag impact on the environment, radionuclides are the least researched of all pollutants emitted from the metallurgical processes. This paper presents the results of radiochemical testing of steel slag and steel slag aggregates for the purpose of its use in the production of construction material. Obtained results of measurements show that 40K, 226Ra and 232Th in all examined steel slag samples have the activity concentration from 45.3 to 62.9Bqkg-1, 15.2 to 21.4Bqkg-1 and 12.9 to 15.4Bqkg-1, respectively. Results of measurements of radionuclide activity concentrations of 226Ra, 232Th and 40K in slag aggregates show similar values for all radionuclides ranges as follows: 40K from 14.1 to 23.3Bqkg-1; 232Th from 8.6 to 14.4Bqkg-1 and 226Ra from 14.8 to 26.8Bqkg-1. Activities index (I1, I2, I3) of 226Ra, 232Th and 40K were compared with values recommended by Croatian legislation. Radium equivalent concentrations (Raeq) of 226Ra, 232Th and 40K for examined steel slag and steel slag aggregates are harmounious with the results presented by other authors for the same by-product. The testing has been conducted on steel slag created during the production of carbon steel by electric arc furnace in Steel Mill of CMC Sisak, Croatia.Obecnie żużle stalownicze są z powodzeniem używane do wytwarzania wysokiej jakości kruszywa mineralnego dla budownictwa. Z tego powodu, istotnego znaczenia nabiera znajomość wtórnego zastosowania żużli, ponieważ niektóre żużle mogą zawierać zwiększone stężenie substancji szkodliwych dla zdrowia ludzkiego. Pod względem wpływu żużli na środowisko, radionuklidy są najmniej zbadane ze wszystkich zanieczyszczeń emitowanych z procesów metalurgicznych. W pracy przedstawiono wyniki badań radiologicznych żużla stalowniczego i kruszyw przeznaczonych do produkcji materiałów budowlanych. Otrzymane wyniki badań próbek żużla wskazują, że aktywność promieniotwórcza: 40K, 226Ra, 232Th wynosi odpowiednio: 45.3 do 62.9Bqkg-1; 15.2 do 21.4Bqkg-1; i 12.9 do 15.4Bqkg-1. W przypadku kruszywa otrzymano podobne wyniki dla wszystkich radionuklidów tj.: 40K od 14.1 do 23.3Bqkg-1; 232Th od 8.6 do 14.4Bqkg-1; i 226Ra od 14.8 do 26.8Bqkg-1. Indeks aktywności (I1, I2, I3) dla 226Ra, 232Th i 40K został porównany z wartościami rekomendowanymi przez chorwackie prawo. Równoważne stężenia radu (Raeq) dla 226Ra, 232Th i 40K dla badanych kruszyw są zgodne z wynikami przedstawionymi przez innych autorów dla tego samego materiału. Badania przeprowadzone zostały na żużlu stalowniczym otrzymanym w trakcie produkcji stali w łukowym piecu elektrycznym w hucie stali CMC Sisak w Chorwacji

Radioactivity of some building and raw materials used in Croatia

In the present study, the activity concentrations of 226Ra, 232Th, 40K in some building and raw materials used in Croatia were measured by using a gamma-ray spectrometer with the HPGe detector. The average activity concentrations of the studied different building and raw materials ranged from 11.6 š 1.7 (concrete) to 251.2 š 25.7 Bqkg-1 (GBFS), 14.0 š 2.7 (concrete) to 54.4 š 8.3 (coal fly ash) and 147.2 š 19.0 (concrete) to 773.7 š 82.0 Bqkg-1 (tuff) for 226Ra, 232Th and 40K, respectively. Radium equivalent activity, activity concentration index, absorbed gamma dose rate indoor due to the external exposure and corresponding annual effective dose were determined to estimate the exposure risk arising due to the use of these building and raw materials