Sequestration of carbon dioxide in steel slag

Although Iron and steel industry is essential for the development of society, the industry is responsible for a large portion of CO2 emissions. The industry also produces by-products like metallurgical slag in orders of million tons. The slag is alkaline in nature and rich in Ca and Mg oxides. Upon use the oxide interact with atmospheric CO2 and form carbonates, making them unstable. Storing CO2 in the slag would make it more stable, enhances its life cycle and promotes further usage in various applications. CO2 sequestration can be done through carbonation of steel slag. Carbonation of slag can be achieved through direct and indirect carbonation. Direct carbonation is performed either in a gaseous or an aqueous state in a single step. Indirect carbonation involves multiple steps as it activates the Ca/Mg ions in the slag before they interact with CO2. For an industrial process the direct route would be more viable as it involves lesser steps, easier to scale up. Since there are no solvents to activate the Ca/ Mg the cost involved is also less. This thesis focuses on developing an industrial process to sequester CO2 in metallurgical slag. Sequestration through a combination of gaseous and aqueous has been attempted while studying the effect of carbonation time, carbonation temperature and shape of slag used. Carbonation of the slag is performed using CO2 and steam. The results show that carbonation yield increases with carbonation time and decreases with increase in temperature. The effect of the shape of slag used for carbonation was studied by performing carbonation test in a slag pellet. Diffusion plays a significant role in carbonation process. Powdered slag showed higher carbonation yield compared to the pellet. CO2 uptake as high as 53g of CO2/kg of slag at 200 oC for 6 hr has been achieved. The results indicate the possibility for an industrial carbonation process.Även om järn- och stålindustrin är avgörande för samhällets utveckling, är industrin ansvarigför en stor del av koldioxidutsläppen. Industrin producerar också biprodukter som metallurgisk slagg i order på miljoner ton. Slaggen är alkalisk till sin natur och rik på Ca- och Mg-oxider. Vid användning interagerar oxiden med atmosfärisk CO2 och bildar karbonater, vilket gör dem instabila. Att lagra koldioxid i slaggen skulle göra den mer stabil, förbättra livscykeln och främja ytterligare användning i olika applikationer. CO2-bindning kan göras genom kolsyrning av stålslagg. Kolsyrning av slagg kan uppnås genom direkt och indirekt karbonatisering. Direkt karbonatisering utförs antingen i ett gasformigt eller vattenhaltigt tillstånd i ett enda steg. Indirekt kolsyrning involverar flera steg eftersom den aktiverar Ca/Mg-jonerna i slaggen innan de interagerar med CO2. För en industriell process skulle den direkta vägen vara mer livskraftig eftersom den innebär mindre steg, lättare att skala upp. Eftersom det inte finns några lösningsmedel för att aktivera Ca/Mg är kostnaden också mindre. Denna avhandling fokuserar på att utveckla en industriell process för att binda koldioxid i metallurgisk slagg. Sekvestrering genom en kombination av gasformig och vattenhaltig har försökt under undersökning av effekten av kolsyratid, kolsyratemperatur och form av den använda slaggen. Kolsyringen av slaggen utförs med CO2 och ånga. Resultaten visar att karbonatiseringsutbytet ökar med kolsyratiden och minskar med temperaturökningen. Effekten av formen på slagg som användes för karbonatisering studerades genom att utföra karbonatiseringstest i en slaggpellet. Diffusion spelar en viktig roll i karbonatiseringsprocessen. Pulveriserad slagg visade högre karbonatiseringsutbyte jämfört med pelleten. CO2-upptag så högt som 53 g CO2/kg slagg vid 200 oC under 6 timmar har uppnåtts. Resultaten indikerar möjligheten för en industriell karbonatiseringsprocess