Neutralization of acidic wastewaters with the use of landfilled Electric Arc Furnace (EAF) high-alloyed stainless-steel slag : An upscale trial of the NEUTRALSYRA project

• Main Author: Puthucode, Rahul
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Materialvetenskap 2019
• Subjects: Landfilled High-alloyed Electric Arc Furnace (EAF) slag; Slag neutralization potential; Slag recycling; Metallurgy and Metallic Materials; Metallurgi och metalliska material
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-258901

The landfilling of slag obtained from the high alloyed Electric Arc Furnace (EAF) steel making process, constitutes an environmental treat for society as well as an economical problem for the companies producing it, due to the costs related to waste management practices. Conventional methods of slag recycling are abundantly used among the steelmaking business, but due to their particular physical properties, high- alloyed EAF slags cannot be properly valorized. Moreover, the pickling process that high-alloyed EAF steels undergo to, generates acidic wastewaters, that need to be collected and neutralized, before they can be recirculated into the natural water streams. For such a task, steel mills currently utilize slaked lime (a Ca rich mineral) to raise the pH and to remove any metal particles dissolved into the wastewaters. Slag contains high amount of Ca; therefore, it has already been tested as a slaked lime replacement. In fact, previous studies conducted at the Material Science and Engineering department at KTH Royal Institute of Technology showed, on a laboratory scale, that slag has the potential to replace lime for the neutralization and purification of the acidic wastewaters. This Master’s thesis project aims at upscaling the volumes of wastewaters to be tested, about 70 to 90 folds of the one from previous research, bridging the gap between laboratory tests and the industrial scale. The thesis is divided into three tranches, a first part where a water-salt solution conductivity trials were carried out, to model the behavior or slag dispersion in the acidic wastewaters. After the results obtained from the conductivity trials, neutralization trials with slag and the lime product currently in use by the company, were carried out at the neutralization plant in Outokumpu Stainless, Avesta (Sweden). The neutralization trials were carried out with 70 and 90 liters of acidic wastewaters and in order to perform the trials on site, the slag sample was dried and later sieved to a particle size of less than 350μm. Moreover, data was analyzed and compared to previous studies in order to have a clearer understanding regarding the neutralization efficiency of the slag, especially whether or not the technology would had worked on upscaled volumes. Additionally, the project checked if it was possible to find a generalized relationship between the mass of slag and volume of wastewaters required for the neutralization process. Slag demonstrated to be able to buffer the pH to the target values of 9, while also showing an almost linear trend compared to previous studies. The reaction progress between slag, lime, and the acidic wastewaters was also analyzed. === Deponering av slagg som erhållits från den höglegerade ljusbågsugn (EAF) stålframställningsprocessen utgör en miljömässig behandling för samhället och ettekonomiskt problem för de företag som producerar den på grund av kostnaderna för avfallshantering. Konventionella metoder för återvinning av slagg används i storutsträckning bland stålindustrin, men på grund av deras speciella fysiska egenskaper kan höglegerade EAF-slaggen inte värderas ordentligt. Dessutom produceras sura avloppsvatten av betningsprocessen som höglegerade EAF-stål genomgår som sedan måste samlas in och neutraliseras innan de kan återcirkuleras i det naturliga vattnet. För en sådan uppgift använder stålfabriker för närvarande släckt kalk (ett Ca-rikt mineral) för att höja pH-värdet och för att avlägsna alla metallpartiklar som löses upp i avloppsvattnet. Slaggen innehåller hög mängd Ca och därför har den testats som en ersättning till släckt kalk. Tidigare studier utförda vid avdelningen materialvetenskap och teknik vid Kungliga Tekniska Högskola visade på laboratorieskala att slagg har potential att ersätta kalk för neutralisering och rening av sura avloppsvatten. Detta examensarbete syftar till att skala upp volymerna av avloppsvattnet som ska testas till cirka 70–90 gånger av den från tidigare forskning, och därav fylla ut bryggan mellan laboratorietester och industriell skala. Avhandlingen är uppdelad i tre delar, Första delen innehåller försök på ledningsförmåga i en vatten-saltlösning som genomfördes för att modellera beteende eller slaggspridning i sura avloppsvatten. Efter de resultat som erhållits från konduktivitetsmätningarna genomfördes neutraliseringsförsök med slagg och kalk som för närvarande används av företaget vid neutraliseringsanläggningen i Outokumpu Stainless, Avesta (Sverige). Neutraliseringsförsöken genomfördes med 70 och 90 liter sura avloppsvatten och för att utföra experimenten på plats torkades slagg provet och siktades senare till en partikelstorlek på mindre än 350 μm. Dessutom analyserades data och jämfördes med tidigare studier för att få en tydligare förståelse för slaggens neutraliseringseffektivitet, särskilt huruvida tekniken skulle ha fungerat på större volymer, och även om det också var möjligt att hitta ett generaliserat samband mellan mängden slagg och volym avloppsvatten som krävs för neutraliseringsprocessen. Slagget visade sig kunna buffra pH till målvärdena 9, samtidigt som den visade en nästan linjär trend jämfört med tidigare studier. Reaktionsförloppet mellan slaggkalk och de sura avloppsvattnen analyserades också.