Токсические свойства и гидравлическая активность отвального доменного шлака

Металлургические шлаки накапливаются в больших количествах. Для дальнейшей утилизации они должны обладать н мыми техническими свойствами. Как один из основных факторов выступает химический и минеральный составы шлаков, оказывающие влияние на их конечные свойства. Элементный состав отвального доменного шлака ПАО «Запорожсталь», определенный методом электронно-зондового микроанализа, позволяет охарактеризовать фракции шлака с точки зрения токсичности. Элементы калий, натрий, сера, хлор, медь и титан, которые не входят в состав минералов, зарегистрированы сканирующим электронным микроскопом. Это позволяет предположить, что они сорбируются поверхностью минеральных частиц. Максимальное содержание калия, натрия и титана характерно для фракции 2,5 – 5,0 мм. Шлак содержит незначительное (менее 1 %) количество железа, титана и меди, которые относятся к третьему классу опасности вещества; это не препятствует дальнейшему использованию шлака. Определен третий класс опасности отвального доменного шлака. Гамма-спектрометрическим методом определены удельные активности и эффективные удельные активности гранулометрических фракций шлака. Обнаружены природные радионуклиды ⁴⁰K, ²²⁶Ra и ²³²Th. Доказано, что шлак и его отдельные фракции относятся к первому классу радиационной опасности и могут быть использованы в строительстве без ограничений. Отвальный доменный шлак ПАО «Запорожсталь» характеризуется высокой гидравлической активностью с увеличением поглощения оксида кальция СаО во времени. Отвальный доменный шлак может быть рекомендован для производства вяжущих (портландцемента и шлакопортландцемента) по совокупности химических параметров: по отношению к умеренно опасным отходам производства, первому классу радиационной опасности и проявлению высокой гидравлической активности.

отвальный доменный шлак, элементный состав, токсичность, класс опасности вещества, радиоактивность, природные радионуклиды, гидравлическая активность

1. Motz H., Geiseler J. Products of steel slags an opportunity to save natural resources // Waste Management. 2001. Vol. 21. No. 3. P. 285 ‒ 293.

2. Хоботова Э.Б., Грайворонская И.В. Вторичное использование металлургических шлаков в качестве сорбентов при очистке сточных вод // Черные металлы. 2019. № 7. С. 55 – 61.

3. Tossavainen M., Engstrom F., Yang Q. etc. Characteristics of steel slag under different cooling conditions // Waste Management. 2007. Vol. 27. No. 10. P. 1335 ‒ 1344.

4. Baricová D., Pribulová A., Futáš P. etc. Change of the chemical and mineralogical composition of the slag during oxygen blowing in the oxygen converter process // Metals. 2018. Vol. 8. No. 10. P. 844 ‒ 857.

5. Ulubeyli G.C., Artir R. Sustainability for blast furnace slag: use of some construction wastes // World Conference on Technology, Innovation and Entrepreneurship, Procedia ‒ Social and Behavioral Sciences. 2015. Vol. 195. P. 2191 – 2198.

6. Ochoa Díaz R. Blast furnace dust and phosphorous slag, new materials for use in road engineering // IOP Conference Series: Journal of Physics. 2017. Vol. 935. Article 012003.

7. Pribulova A., Futas P., Petrík J., Pokusová M. Comparison of cupola furnace and blast furnace slags with respect to possibilities of their utilization // Archives of Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 63. No. 4. P. 1865 ‒ 1873.

8. Khobotova E.B., Kalmykova Yu.S. Environmental and chemical grounds for the utilization of blast furnace slag in the production of binders // Russian Journal of General Chemistry. 2012. Vol. 82. No. 13. P. 2180 – 2188.

9. Боброва З.М., Ильина О.Ю., Хохряков А.В., Цейтлин Е.М. Применение отходов горно-металлургических и металлургических производств в целях рационального природопользования // Изв. Уральского государственного горного университета. 2015. Т. 40. № 4. С. 16 ‒ 26.

10. Кравченко В.П. Оценка гидравлической активности доменных шлаков // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2010. Вып. 20. С. 44 ‒ 47.

11. Wang H., Cui S.P., Wang Y.L. Influence of cooling ways on the structure and hydraulic activity of blast furnace slag // Key Engineering Materials. 2015. Vol. 633. P. 234 ‒ 239.

12. Wang H., Cui S.P., Wang Y.L. Influence of process conditions on the structure and hydraulic activity of air-cooling blast furnace slag // Materials Science Forum. 2015. Vol. 814. P. 476 ‒ 482.

13. Chang P.-K., Lim Y. Effect of chemical composition on the latent hydraulic activity of blast furnace slag // Journal of the Korean Ceramic Society. 2000. Vol. 37. No. 5. P. 453 ‒ 458.

14. Bougara A., Lynsdale C., Milestone N.B. Reactivity and performance of blastfurnace slags of differing origin // Cement & Concrete composites. 2010. Vol. 32. No. 4. P. 319 ‒ 324.

15. Bellmann F., Stark J. Activation of blast furnace slag by a new method // Cement and Concrete Research. 2009. Vol. 39. No. 8. P. 644 – 650.

16. Калмыкова Ю.С., Хоботова Э.Б., Ларин В.И. Рациональные пути использования отвальных доменных шлаков // Енергетика: економіка, технології, екологія. 2016. № 1. С. 44 ‒ 50.

17. Molin F.D. Characterisation of radioactivity arising from the integrated steelworks in the UK and assessment of occupational exposure situations. A thesis submitted in fulfillment of the requirements of the University of Surrey for the degree of doctor of philosophy, 2018. – 281 p.

18. Ene A., Pantelică A. Characterization of metallurgical slags using low-level gamma-ray spectrometry and neutron activation analysis // Romanian Journal of Physics. 2011. Vol. 56. No. 7-8. P. 1011 – 1018.

19. Johnson W.J. The effect of chemical composition of blast-furnace slag on compressive strength and durability properties of mortar specimens. Graduate Theses and Dissertation, 2017. – 83 p.

20. Kasina M., Michalik M. Iron metallurgy slags as a potential source of critical elements ‒ Nb, Ta and REE // Mineralogia. 2016. Vol. 47. No. 1-4. P. 15 ‒ 28.

21. Piatak N.M., Parsons M.B., Seal II R.R. Characteristics and environmental aspects of slag: A review // Applied Geochemistry. 2015. Vol. 57. P. 236 ‒ 266.

22. Sasmita C., Biswajit P., Manish K. Short-term leaching study of heavy metals from LD slag of important steel industries in Eastern India // Journal of Material Cycles and Waste Management. 2017. Vol. 19. No. 2. P. 851 – 862.

23. Proctor D.M., Fehling K.A., Shay E.C. etc. Physical and chemical characteristics of blast furnace, basic oxygen furnace, and electric arc furnace steel industry slags // Environmental Science and Technology. 2000. Vol. 34. No. 8. P. 1576 ‒ 1582.

24. Żak A., Isajenko K., Piotrowska B. etc. Natural radioactivity of wastes // Nukleonika. 2008. Vol. 55. No. 3. P. 387 – 391.

25. ГОСТ 22688 – 77. Известь строительная. Методы испытаний. – М., 1977. – 19 с.

26. Хоботова Э.Б., Игнатенко М.И., Сторчак О.Г., Калюжная Ю.С., Грайворонская И.В. Минеральный состав отвальных доменных шлаков // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 10. С. 774 ‒ 781.

27. ДСанПіН 2.2.7.029 – 99. Гігієнічні вимоги щодо поводження з промисловими відходами та визначення їх класу небезпеки для здоров’я населення. – Киев, 1999. – 21 с.

28. Хоботова Э.Б., Калмыкова Ю.С., Игнатенко М.И., Ларин В.И. Естественные радионуклиды доменных шлаков // Черные металлы. 2017. № 1. С. 23 – 28.

29. Нормы радиационной безопасности Украины (НРБУ – 97) и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизированных излучений. – Киев, 1998. – 159 с.