Stabilization and solidification of heavy metals containing steel foundry wastes

Çelik endüstrisinin en büyük çevresel problemlerinden biri de yüksek miktarlarda ürettiği baca tozlarının bertarafıdır. Baca gazı arıtma sistemlerinde toplanan bu tozlar, içerdikleri ağır metallerin sızma potansiyeli nedeniyle Türk, Avrupa Birliği ve ABD yönetmeliklerince tehlikeli atık olarak sınıflandırılmaktadır. Bu çalışmanın amacı çelik sanayi atık baca tozlarını (ABT) tehlikesiz hale getirmektir. Çalışmada ABT'ye tehlikelilik özelliği kazandıran çinko ve kurşun oksitlerin stabilizasyonu ve solidifikasyonu (S/S) araştırılmıştır. Deneyler Bursa'daki bir çelik fabrikasından alınan baca tozu üzerinde gerçekleştirilmiştir. Deneysel süreçte X ışını floresansı (XRF), X Işını difraksiyonu (XRD), tarama elektronu mikroskobu (SEM) teknikleri kullanılmış, priz süresi, basınç dayanımı (UCS), granülometre ve asit nötralizasyon kapasitesi (ANC) deneyleri yapılmış, Toksisite Özelliklerini Sızdırma Prosedürü (TCLP) ve Sentetik Yağışla Sızdırma Prosedürü (SPLP) ekstraksiyon testleri uygulanmış ve ağır metal okumaları yapılmıştır. ABT %5-90 arasında değişen oranlarda Portland Çimentosu ve/veya çeşitli katkılarla karıştırılarak harç veya pasta örnekleri hazırlanmış, örnekler 0-360 gün arasında değişen periyotlar boyunca su ve/veya hava kürüne tabi tutulmuşlardır. Kür sürelerinden sonra örneklerin (S/S ürünlerinin) tehlike özellikleri belirlenmiştir. ABT'nin stabilizasyonunda uçucu kül, çimento fırını tozu ve tufalin Portland çimentosu kadar etkili olmadığı, Portland çimentosunun ana bağlayıcı olarak tek başına uygulanmasının daha olumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Örneklerdeki kum uygulaması stabilizasyonu olumsuz etkilemiş, yüksek miktarlardaki ABT'nin beton yapı malzemesi olarak kullanımı mümkün olmamıştır. Portland çimentosuyla yapılan denemelerde atık yüzey alanının artırılmasının dahi depolanabilirlik sınır değerlerinin sağlanması için yeterli olmadığı görülmüştür. Kireç ABT içindeki ağır metal stabilizasyonunu sağlamak için gerekli pH şartlarını sağlamaya yardımcı olmuştur. Nihai pH'ın stabilizasyonda önemli ve belirleyici bir faktör olduğu ve depolanabilirlik sınır değerlerinin sağlanması için S/S sisteminin pH'ının, ağır metallerin çözünürlük aralığına göre ayarlanması gerektiği bulgulanmıştır. ABT stabilizasyonu için kireç ve Portland çimentosu kombinasyonunun uygun bir seçenek olduğu belirlenmiş, arıtma metodu formüle edilmiştir.One of the most serious environmental problems of steel industry is the disposal of the flue dust generated. The dust collected at baghouse filters at foundries are categorized as hazardous waste according to Turkish, European and United States regulations because of the leaching potential of the heavy metals it contains. The purpose of this study was to detoxify the waste flue dusts of the steel industry. Stabilization and solidification (S/S) of zinc and lead oxides in the dust was investigated in this study. The experiments were carried out on the dust of a steel foundry in Bursa. X-Ray fluorescence (XRF), X-Ray Diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) techniques were used, setting time, unconfined compressive strength (UCS), granulometre, and acid neutralization capacity tests were carried out, Toxicity Characteristics Leaching Procedure (TCLP), Synthetic Precipitation Leaching Procedure (SPLP) extractions were conducted, and heavy metal leachings were measured during the experimental process. The dust was mixed with Portland cement and/or other binders with different ratios, and mortar and paste samples were prepared. The samples were air and water cured during different periods varying between 0-360 days. The toxicity characteristics were determined after the curing periods. Fly ash, cement kiln dust and rust scale were not found as efficient as Portland cement in dust stabilization. Use of sand in the samples adversely effected the stabilization, and recycling of high amounts of dust as construction material was not found to be possible. The experiments conducted by using Portland cement showed that even the increase in the waste surface area was not sufficient to achieve the landfilling criteria. Lime used in the samples assisted to obtain the necessary pH conditions to stabilize the heavy metals in the dust. The final pH was found to be one of the most determinative factors in the dust stabilization. It was seen that the pH of the S/S system should be adjusted according to the solubility range of the heavy metals. The binder containing lime and Portland cement was found to be the optimum combination for dust stabilization, and a formulation was provided as a treatment option.Bursa ÇimentoSİNTATürkiye Çimento Müstahsilleri Birliğ