Current state of steelmaking slag processing

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In the present work, the properties and composition of steelmaking slag are assessed by analysing existing processing methods, including desulfurisation and dephosphorisation. The atomic absorption and optical emission methods were used to study the chemical composition of slag samples, and metallographic analysis was used to study their microstructure. Major approaches to processing slags applied in Russia and abroad were studied. It was shown that steelmaking slags are neutralised and treated by various methods and subsequently applied in construction and road industries, while the obtained phosphorus-containing products are used in agriculture instead of superphosphate. In addition, these products reduce lime consumption and improve slag formation in steelmaking. The key factor hampering reusing electric steelmaking and converter slags for metal refining is shown to be the presence of phosphorus. The chemical composition of slag samples from the electric steelmaking production was analysed; the iron content amounted to 33.2 wt%, calcium – 19.15 wt%, phosphorus – 0.33 wt% and silicon – 5.39 wt%. Iron is present in the oxidised form (FeO, Fe2O3 and Fe3O4), silicon and calcium in the form of dicalcium silicate (2CaO ∙ SiO2 ), phosphorus in the form of calcium silicophosphate having complex composition – Ca2(SiO4)6(Ca3(PO4)2. Phosphorus is fed to the melting units with gangue minerals, agglomerate, ore and fluxes. When the slags are reused, phosphorus returns to the metal, thus contaminating the final product. Possible methods for extracting phosphorus from steelmaking slags include magnetic and electrostatic separation, gravity and flotation concentration, as well as hydrometallurgical processing.

About the authors

S. S. Belskii

Irkutsk National Research Technical University

Email: bss@istu.edu

A. A. Zaitseva

Irkutsk National Research Technical University

Email: vo1odkinaa@yandex.ru

A. A. Tyutrin

Irkutsk National Research Technical University

Email: an.tu@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-9983-2680

Z. Z. Ismoilov

Irkutsk National Research Technical University

Email: chipa10@yandex.ru

A. N. Baranov

Irkutsk National Research Technical University

Email: baranov@istu.edu

Yu. V. Sokolnikova

Irkutsk National Research Technical University; Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS

Email: jsokol1@yandex.ru

References

  1. Shamsuddin M. Steelmaking // Physical Chemistry of Metallurgical Processes, Second Edition. The Minerals, Metals & Materials Series. Сham: Springer, 2021. P. 237–292. https://doi.org/10.1007/978-3-030-58069-8_7.
  2. Dildin A. N., Trofimov E. A., Chumanov I. V. Process improvement for liquidphase metal reduction from steelmaking dump slags // Indian Journal of Science and Technology. 2016. Vol. 9. Iss. 47. Р. 132–141. https://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i47/109067.
  3. Glushakova O. V., Chernikova O. P. Influence of ferrous metallurgy enterprises on atmospheric air quality as an environmental component of sustainable development of territories. Report 1 // Steel in Translation. 2021. Vol. 51. P. 249–256. https://doi.org/10.3103/S0967091221040057.
  4. Tyushnyakov S. N., Selivanov E. N. Electromagnetic technology to utilize zinc-containing slags of coppersmelting production and dusts of blast furnace and steelmaking production // Metallurgist. 2020. Vol. 64. P. 196–207. https://doi.org/10.1007/s11015-020-00984-z.
  5. Mori K., Wada H., Pehlke R. D. Simultaneous desulfurization and dephosphorization reactions of molten iron by soda ash treatment // Metallurgical Transactions B. 1985. Vol. 16. P. 303–312. https://doi.org/10.1007/BF02679721.
  6. Yugov P. I., Sarychev A. V., Baeva L. A. Dephosphorization of metal during the conversion of low-manganese pig iron in an oxygen converter // Metallurgist. 2001. Vol. 45. P. 379–381. https://doi.org/10.1023/A:1017976123785.
  7. Шейченко М. С., Лесовик В. С., Алфимова Н. И. Композиционные вяжущие с использованием высокомагнезиальных отходов Ковдорского месторождения // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2011. № 1. С. 10−14.
  8. Лесовик В. С., Загороднюк Л. Х., Шахова Л. Д. Техногенные продукты в производстве сухих строительных смесей. Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2011. 196 с.
  9. Панфилов М. И., Школьник Я. Ш. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии. М.: Металлургия, 1987. 238 с.
  10. Рояк С. М., Пьячев А. В., Школьник Я. Ш. Структура доменных шлаков и их активность // Цемент. 1978. № 8. C. 4–5.
  11. Patent no. 9650688, United States of America. Method of recovering Fe from steel–making slag / Il. Sohn, Sung Suk Jung; no. 14/228,815. Filed 28.03.2014; publ. 16.05.2017.
  12. Сергеев Д. В., Чуманов В. И., Дильдин А. Н., Трофимов Е. А., Чуманов И. В. Пирометаллургическое восстановление компонентов шлака со шлаковых отвалов сталеплавильного производства // V Международная конференция-школа по химической технологии ХТ’16. Сателлитная конференция ХХ Менделеевского съезда по общей и прикладной химии (г. Волгоград, 16–20 мая 2016 г). Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2016. С. 345–347.
  13. Shatokhin I. M., Kuz’min A. L., Smirnov L. A., Leont’ev L. I., Bigeev V. A., Manashev I. R. New method for processing metallurgical wastes // Metallurgist. 2017. Т. 61 No. 7-8. 523–528. https://doi.org/10.1007/s11015-017-0527-4.
  14. Гимуранова Е. В., Омельчук А. А. Исследование процессов жидкофазного восстановления шлаков сталеплавильного производства в лабораторных условиях // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Серия: Машиностроение, материаловедение. 2017. Т. 19. № 3. С. 139–150. https://doi.org/10.15593/2223-9877/2017.3.08.
  15. Пат. № 2226220, Российская Федерация, С2, МПК C22B7/04. Способ переработки шлаков от производства стали / А. Эдлингер; заявитель и патентообладатель «Хольдербанк» Финансьер Гларус АГ. 2001101876/02. Заявл. 14.04.2000, опубл. 27.03.2004. Бюл. № 9.
  16. Patent no. 9469885, United States of America, B2, C22B7/04. Method and apparatus for recovering valuable metals from slag and manufacturing multifunctional aggregate / Joonseong Ki, Jinill Hwang. Filed 29.03.2012; publ. 17.09.2013.
  17. Patent no. 8211206, United States of America, B2, C22B7/04. Processing metallurgical slag / А. Mecchi. Filed 16.10.2008; publ. 03.07.2012.
  18. Dosmukhamedov N., Egizekov M., Zholdasbay E., Kaplan V. Metal recovery from converter slags using a sulfiding agent // JOM. 2018. Vol. 70. Р. 2400–2406. https://doi.org/10.1007/s11837-018-3093-8.
  19. Cui Su Ping, Wang Xue Li, Wang Jian Feng, Liu Hui. Extraction of the RO Phase from Steel Slag // Materials Science Forum. 2017. Vol. 898. Р. 2470–2475. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.898.2470.
  20. Дюдкин Д. А., Кисиленко В. В. Производство стали // Внепечная обработка жидкого чугуна. Т. 2. М.: Издво «Теплотехник», 2008. 400 c.
  21. Журавлев В. М., Югов П. И., Есипенко И. И. Новая технология десульфурации чугуна с многократным использованием вторичного металлургического сырья // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2000. № 1. С. 52–53.
  22. Поживанов М. А. Внепечная металлургия чугуна. Киев: Изд-во ФТИМС НАНУ, 2006. 78 с.
  23. Дильдин А. Н., Чуманов И. В., Чуманов В. И., Еремяшев В. Е., Трофимов Е. А., Кирсанова А. А. Жидкофазное восстановление отходов сталеплавильного производства // Металлург. 2015. № 11. С. 34–38.
  24. Шаповалов Н. А., Загороднюк Л. Х., Тикунова И. В., Шекина А. Ю. Рациональные пути использования сталеплавильных шлаков // Фундаментальные исследования. 2013. № 1-2. С. 439–443.
  25. Панковец А. И., Мироевский С. В. Утилизация электросталеплавильных шлаков // Литье и металлургия. 2013. № 1. С. 26–27.
  26. Patent no. 6334885, United States of America, B1. Method of solidifying steel-making slag and material produced by the method / Y. Fukushima, H. Matsunaga, H. Tobo, M. Nakagawa, M. Takagi, M. Kumagai. 2002. Filed 13.10.1999; publ. 01.01.2002.
  27. Хаматова А. Р., Хохряков О. В. Электросталеплавильный шлак ОАО «Ижсталь» для цементов низкой водопотребности и бетонов на их основе // Известия Казанского государственного архитектурностроительного университета. 2016. № 2. С. 221–227.
  28. Tsakiridis P. E., Papadimitriou G. D., Tsivilis S., Koroneos C. Utilization of steel slag for Portland cement clinker production // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 152. Iss. 2. P. 805–811. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.07.093.
  29. Patent no. 201610570916, China, XA. Mixed slag smelting reduction production and thermal refining method / Chzhan Wu. Filed 18.07.2016; publ. 04.05.2018.
  30. Patent no. 6391086, United States of America, B1. Method for the use of electric steel plant slag for selfreducing agglomerates / М. Albuquerque Contrucci, E. S. Marcheze. Filed 20.03.2001; publ. 30.10.2002.
  31. Patent no. 6033467, United States of America, А. Method of making cement or mine backfill from base metal smelter slag / D. Krofchak. Filed 8.05.1998; publ. 07.03.2000.
  32. Patent no. 5944870, United States of America, А. Method of manufacturing pig iron or steel and cement clinker from slags / A. Edlinger. Filed 07.02.1995; publ. 07.02.2016.
  33. Юнг В. Н. Технология вяжущих веществ. М.: Гос. изд-во лит-ры по строительным материалам, 1952. 560 с.
  34. Ласкорин Б. Н. Проблемы развития безотходных производств. М.: Изд-во «Стройиздат», 1981. 207 с.
  35. Лесовик В. С., Агеева М. С., Иванов А. В. Гранулированные шлаки в производстве композиционных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2011. № 3. С. 29−32.
  36. Patent no. 4225565, United States of America, А. Process for treating waste slags / K. Marukawa, S. Okamoto, K. Yamada, M. Iba. Filed 30.09.1980; publ. 25.01.1999.
  37. Patent no. 3275848, Japan, A4. Method for recovering calcium-containing solid component from steelmaking slag and recovered solid component / Ya. Fukui, A. Asaba, S. Matsuo, M. Yamamoto. Filed 16.03.2016; publ. 17.10.2018.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).