EXAMENSARBETE. Stabilisering av krom i ljusbågsugnsslagg

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2004:289 CIV Stabilisering av krom i ljusbågsugnsslagg Fredrik Engström Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet Institutionen för Tillämpad kemi och geovetenskap Avdelningen för Processmetallurgi 2004:289 CIV - ISSN: ISRN: LTU-EX--04/289--SE

2 Stabilisering av krom i ljusbågsugnsslagg Fredrik Engström CIVILINGENJÖRSPROGRAMMET Institutionen för Tillämpad kemi och Geovetenskap Avdelningen för Processmetallurgi

3 FÖRORD Detta examensarbete inom processmetallurgi har genomförts vid avdelning för Processmetallurgi vid Luleå tekniska universitet inom kompetenscentrat MiMeR. Handledare vid Ltu har varit Dr Caisa Samuelsson och Dr Qixing Yang. Huvudansvarig vid Ltu är Professor Bo Björkman. Jag vill tacka mina handledare för bra handledning under examensarbetet. Jag vill även tacka samtliga företagsrepresentanter som varit involverad i arbetet. Slutligen vill jag även tacka min sambo Linda Johnsson och våran underbara dotter Moa Engström för allt stöd.

4 SAMMANFATTNING I Sverige skapas årligen stora mängder biprodukter från den inhemska stålindustrin. Enbart från ljusbågsugnarna uppgår mängden producerad slagg till drygt ton, av vilket 80 procent går direkt på deponi. För att minimera mängden deponerad slagg finns i dagsläget planer på att i stället använda slaggen som byggnadsmaterial i bland annat vägar. Problemet med slaggen är dock dess tungmetallinnehåll. Tungmetaller som krom och molybden lakar lätt ut i naturen då de inte är stabilt bundna. Målet med detta examensarbete är att utreda och verifiera om det går att stabilisera kromen i slaggen med tillsats av magnesiumoxid. Undersökningar som tidigare gjorts visar att tillsats av magnesiumoxid till slagg kan bidra till bildningen av den stabila fasen magnesiumkromit. Finns kromet bundet som magnesiumkromit är risken för kromutlakning minimal. Fyra olika slaggvarianter undersöktes. Två av dessa modifierades med tillsats av magnesiumoxid. Totalanalysen från försöken visar att samtliga modifieringshalter som eftersträvats uppnåtts. Skaktestet tyder på att mängden utlakad krom minskar vid moderata mängder tillsatt MgO men ökar vid större tillsatser. Undersökningen med XRD tyder inte på några distinkta förändringar slaggerna emellan. SEM undersökningen visar en tydlig samexistering av krom, magnesium och syre. Slutsatsen från arbetet är att tillsats av magnesiumoxid har inverkan på kromutlakningen. SEM undersökningen tyder på en bildning av magnesiumkromit, medan XRD analyserna varken talar för eller emot en eventuell bildning av magnesiumkromit. Utlakningstendensen för molybden verkar följa krom. Många frågetecken kvarstår när det gäller slaggens lakningsegenskaper med avseende på krom. Fortsatta studier bör genomföras, där optimal halt magnesiumoxid bestäms. Undersökningar bör även genomföras där hänsyn till elementen aluminium, järn och mangan tas. För att underlätta analyseringsarbetet är syntetiska slagger att rekommendera.

5 ABSTRACT Large amounts of byproducts are generated by the Swedish steel industry each year. For example, the EAF-process generates about ton of slag, from which 80% is deposited. An alternative to deposit is to use slag as road construction material, or as other building materials. However, heavy metal content in the slag can be a problem. Ions of chromium and molybdenum can leach into the surrounding environment, depending on the oxidation state and existing phases in the slag. The aim of this work is to stabilize chromium compounds in the slag, by addition of MgO. Earlier work has shown that addition of MgO can contribute to the formation of the stable magnesiochromite (MgCr 2 O 4 ) phase. When chromium is present as magnesiochromite leaching is minimized. Four different slags were used in the study; two of these were modified by adding MgO as olivine. Leaching tests showed that chromium leaching is decreasing with increasing MgO content up to a certain level. When the MgO content is over this level leaching of chromium is increasing. X-Ray diffraction analyze did not show any distinct changes after modification with MgO but results from SEM (scanning electron microscope) showed a clear coexistence of magnesium, oxygen and chromium. From this work it can be concluded that the content of magnesium oxide in slag has an influence on chromium leaching. Results from the SEM study of the material are indicating a formation of magnesiochromite. The leaching tests also indicated a similar leaching behaviour of molybdenum as of chromium. There are still a lot of open questions related to the leaching behaviour of chromium from steel slag. Further studies where the MgO content is optimized and the influence of alumina, iron and manganese are taken in consideration are needed. As an alternative to real steel slag an artificial slag can be used in the studies.

6 1 INLEDNING BAKGRUND MÅL OCH SYFTE AVGRÄNSNINGAR LJUSBÅGSUGNEN TEORI OCH FÖRSÖKSUPPSTÄLLNING LB-SLAGGER FASER/STRUKTURER FÖRSÖKSUPPSTÄLLNING Omsmältningsförsök Modifieringsreagens UTRUSTNING/ANALYS Tammanugn Röntgendiffraktion, XRD Svepelektronmikroskop, SEM Skaktest TERMODYNAMISKA BERÄKNINGAR RESULTAT TOTALANALYS SKAKTEST RÖNTGENDIFFRAKTION, XRD SVEPELEKTRONMIKROSKOP, SEM TERMODYNAMISKA BERÄKNINGAR DISKUSSION OCH SLUTSATSER TOTALANALYS SKAKTEST Ca-halten Mg-halten Al-halten Cr-halten Mo-halten RÖNTGENDIFFRAKTION, XRD SVEPELEKTRONMIKROSKOP, SEM TERMODYNAMISKA BERÄKNINGAR SLUTSATSER FORTSATT ARBETE...34 REFERENSER...35 BILAGOR...37

7 Kapitel 1 Inledning 1 INLEDNING Nedan kommer en inledning och bakgrund till examensarbetet att ges. En kort beskrivning av hur ljusbågsugnen fungerar kommer att presenteras. 1.1 Bakgrund I Sverige skapas årligen stora mängder biprodukter från den svenska inhemska stålindustrin. År 2000 beräknas att enbart slaggerna från de svenska verken uppgick till 1.45 miljoner ton. Drygt 2/3 av dessa slagger, återanvändes dock inom verken eller till externa ändamål såsom byggmaterial och vägmaterial. Värt att nämna är dock att det fortfarande inte finns avsättning för 1/3 av den slaggmängd som årligen bildas, utan denna måste läggas på deponier [1]. Skillnaden mellan de olika slaggerna från de olika stålverken är ofta ganska stor. Som exempel kan Masugnsslagg/ Ljusbågsugnsslagg (LBslagg) användas. I dagsläget är avsättningen nästan 100 procent för masugnsslaggen, då den uppfyller de krav som ställs på den. Typiska krav som ställs på slaggerna är låg lakbarhet, bra volymsstabilitet och god hållfasthet [2]. Endast 6 procent av LB-slaggen används i dagsläget, för externa ändamål. Den stora skillnaden mellan just LB-slagg och masugnsslagg är främst avsaknandet av tungmetaller som krom och molybden i masugnsslaggen. Användningsområde LB-slagger år 2000 Återanvändning 6% Mellanlagring 14% 80% Deponering Figur 1 Användningsområde år 2000 [1] Anledningen att LB-slaggen i dagsläget inte har större avsättning beror på ett antal faktorer. Två stora faktorer som har betydelse är instabilitet och tungmetallinnehåll. Instabilitet i form av en volyminstabilitet (sönderfallande slagg), tungmetallinnehåll i form av möjlig utlakning till den omgivande miljön

8 Kapitel 1 Inledning Ett sätt att öka möjligheten till användning av LB-slagg är att på något sätt behandla slaggen för att motverkar de negativa faktorerna, t ex genom att bilda stabila föreningar. Inom ramen för detta examensarbete kommer utlakning av tungmetaller att undersökas för att se om krom kan stabiliseras med tillsats av MgO. 1.2 Mål och syfte Målet med detta examensarbete är att verifiera bildningen av kromspinell i LB-slagger vid tillsats av olivinsand, samt att utreda förutsättningarna för kromspinellens bildande och existens. 1.3 Avgränsningar Arbetet kommer endast att koncentreras på en utvald slagg, från ett stålverk i Sverige för att på så sätt i stället ha tid att undersöka den mer noggrant. Resultaten kommer dock även vara överförbara på andra slagger. 1.4 Ljusbågsugnen Nedan följer en kort beskrivning av nersmältningsprocessen i ljusbågsugnen. Ugnen fylls med skrot och slaggbildare enligt figur 2. Elektroderna måste till en början arbeta i den övre delen av ugnen. Ljusbågarna tänds och det är nu viktigt att dessa stabiliseras. Detta uppnås genom en sänkning av elektrodspetsarna ner i skrotet. Relativt snart borras elektroderna ner i skrotet till en bit från ugnsbotten. Här arbetar ugnen nu under medelhög effekt. Då elektroderna närmar sig ugnsbotten börjar en smälta bildas. Under huvuddelen av nedsmältningsfasen arbetar elektroderna med högsta möjliga effekt då ugnssidorna skyddas av skrotet (lite slitage på infodringen). Om flera skrotkorgar chargeras repeteras ovanstående steg. Då huvuddelen av skrotet är smält, och temperaturen skall höjas, måste effekten reduceras och ljusbågen kortas, för att på så sätt minimera slitaget på infodringen, då inget skyddande skrot längre finns. Ofta används en skummande slagg i slutet av nersmältningen, för att på så sätt slippa sänka effekten på ljusbågen

9 Kapitel 1 Inledning Figur 2 visar en schematisk bild över en ljusbågsugn i drift Då jämvikt ej kan antagas ske på grund av dålig omrörningen i ugnen, tappas ofta slaggen och stålet tillsammans till en mellanskänk och på så sätt säkerställs en ordentlig omrörning och jämvikten slagg/stål uppnås. Slaggen separeras från stålet i mellanskänken och transporteras till slaggtippen [3]

10 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning 2 TEORI OCH FÖRSÖKSUPPSTÄLLNING Nedan kommer teori tillsammans med försöksuppställning att redovisas 2.1 LB-slagger I tabell 1 nedan återges en ungefärlig sammansättning för de svenska stålverkens LB-slagger. Analysvärdena avser endast de verk som framstället en rostfri produkt, de vill säga rostfritt stål. Tabell 1 (En ungefärlig analys av en svensk LB-slagg) Ämne Vikt % Ämne Vikt % Ämne Vikt % CaO Fe.met 0-2 K 2 O SiO Fe 2 O CuO MgO 5-13 S ZnO < Cr 2 O Na2O CdO <0.002 Al 2 O V 2 O SnO 2 <0.002 MnO 2-3 NiO P 2 O 5 <0.01 TiO C PbO <0.01 FeO MoO I Sverige produceras årligen runt ton LB-slagg av vilket 80 procent går på direkt deponi (figur 1). De återstående 20 procenten består av mellanlagring 14 procent och återanvändning sex procent. I takt med att deponierna fylls, ökar behovet av nya deponier och därmed nya omfattande investeringar för företagen. En annan sak som även börjar göra sig hörd är den eventuella skatt som kan komma att läggas på restprodukter från stålindustrin. I dagsläget är metallurgiska restprodukter skattebefriade men frågan är just nu inför nya förhandlingar. Om skatt skulle komma att erläggas på slaggen kan den komma att hamna på ungefär 250 sek/ton, detta enligt lag 1999:673 [4]. Kostnaden för deponering kan därför komma att bli hög. Dessutom har slaggen även ett stort ekonomiskt värde i sig själv, som exempelvis vägbyggnadsmaterial eller cementtillsats. Utredningar gjorda i Tyskland visar att LB-slaggen besitter mycket goda egenskaper på det tekniska området. Tester som utförts gör gällande att LB-slaggen t ex skulle kunna byta ut naturliga jungfruliga material såsom granit. [2]

11 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning 2.2 Faser/strukturer Syftet med detta arbete är att binda krom i stabila strukturer, det vill säga strukturer som av allt att döma inte reagerar och omvandlas till andra faser då de utsätts för den dagliga miljön. En strukturtyp, som sen tidigare visat sig vara mycket stabil vid dessa förhållanden är spinellstrukturerna. Genomförda arbeten visar att då kromföreningar föreligger som spinell av typ AB 2 O 4, har utlakningen till närliggande miljö minskat [5]. Den spinella enhetscellen är uppbyggd av 8 tetraederhål, 16 octaederhål samt 32 syreplatser i hörnen. Formelenheten AB 2 O 4, där A är en tvåvärd katjon och B en trevärd katjon, innehåller således ett tetraederhål och två octaederhål. I den normala spinell strukturen, ockuperar A jonen tetraederhålen och B jonen oktaederhålen. I slaggen kommer krom att föreligga som trevärd krom, då sexvärd krom inte är stabil i närvaro av FeO, enligt formeln 3Fe 2+ + Cr 6+ 3Fe 3+ + Cr 3+. Figur 3 visar en enhetscell av spinell typ AB 2 O 4 [6] På den andra platsen A, i spinellstrukturen finns ett antal möjligheter. Som tidigare nämnts måste platsen upptas av en tvåvärd katjon. I litteraturen nämns tre tvåvärda atomer som mest tänkbara, Ca 2+, Mg 2+ och Fe

12 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning I rapporten [5] beskrivs hur aktiviteten för Cr 2 O 3 i spinellfaserna, FeCr 2 O 4 och MgCr 2 O 4 är kraftigt reducerad gentemot ren Cr 2 O 3. Låg aktivitet tyder på en mindre benägenhet till reaktion och därmed en stabilare förening. Figur 4 visar aktiviteten av krom i olika faser Under antagande att lakbarheten av krom är proportionell mot aktiviteten krom i slaggen, bedöms att tillsats av MgO för att bilda spinell kan vara en möjlighet att minska utlakningen av krom. Andra studier som genomförts gör även de gällande att MgO har en positiv inverkan på kromutlakningen. [7] Problemet löses dock inte enbart genom en tillsatts av MgO. En annan viktig faktor för bildningen av spinell med MgO, är basiciteten B2, de vill säga förhållandet (CaO/SiO 2 ). I artikeln [8] framhävs två faktorer som kritiskt viktiga för kromutlakningen, MgO-halten och basiciteten. De experimentella resultaten från försöket visar att då basiciteten överstiger 2.0 kommer krom att föreligga som CaCr 2 O 4, och inte som MgCr 2 O 4. Under sura förhållanden och luft tillgängligt är sannolikheten stor att CaCr 2 O 4 omvandlas till CaCrO 4. CaCrO 4 bör undvikas då den är lättlakad och bildar därigenom sexvärt krom. Optimala lakresultat erhölls på slagg med hög MgO halt samt B2 värden på 1,2-1,3. Flera studier har visat att sexvärt krom är extremt cancerogent för oss människor. The Agency for Toxic Substances and Diseases Registry

13 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning (ATSDR) klassar sexvärt krom som en av de 16 farligaste substanserna [9]. Figur 5 visar Systemet CaO-Cr2O3-SiO2 vid 1350 C [Glasser och Osborn] Figur visar 6 Systemet CaO-MgO-Cr2O3-SiO2 C=CaO, M=MgO, S=SiO2 [Berezhoni och Gulko] Fasdiagrammen över systemen, CaO-Cr 2 O 3 -SiO 2, CaO-MgO-Cr 2 O 3 -SiO 2 visar tydligt att man bör undvika just höga B1 värden för att minimera bildningen av CaCr 2 O 4. Då kromhalten antas vara konstant i slaggen, kommer den aktuella kromfasen i slaggen bestämmas utifrån förhållandet CaO/SiO 2, figur 5. Hög CaO leder till bildandet av CaCr 2 O 4 vilket vill undvikas. Låg CaOhalt däremot, ger fri kromoxid som sedan kan reagera med MgO och bilda MgCr 2 O 4. I dessa sammanhang är det viktigt att tidigt binda upp CaO med SiO 2, då kromoxiden lättare bildar spinell med CaO än med MgO

14 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning 2.3 Försöksuppställning Modifieringsförsöken utfördes på ljusbågsugnsslagg från AvestaPolarit (Avesta). Anledningen till att Avestas LB-slagg kommer att användas vid försöken är följande. I början av examensarbetet begärdes analyser in från tre olika stålverk i Sverige. AvestaPolarit i Avesta, Sandvik Materials Technology i Sandviken samt Ovako Steel Hofors. För analyser av slaggerna se bilaga 5. Tillsammans med handledaren och utifrån de analyser som fåtts bestämdes att AvestaPolarit (Avesta) LB-slagg var mest lämpad för försöken. Låga halter av aluminiumoxid, järnoxid och magnesiumoxid tillsammans med höga halter av kromoxid var det som fällde avgörandet. De fyra typer av Avesta LB-slagg som kommer att undersökas är således följande: Original Orginalslagg Omsmält Omsmält orginalslagg 8 % MgO Omsmält olivinmodifierad 12 % MgO Omsmält olivinmodifierad För att på ett bra sätt se magnesiumoxidens inverkan på slaggen valdes modifieringsgraden till 8 resp. 12 procents magnesiumoxidhalt i de två modifierade slaggerna. Olivinsand som modifierande reagens användes på grund av sin kemiska sammansättning tabell 2, samt ringa pris Omsmältningsförsök Försöken utfördes vid avdelningen för processmetallurgi, Luleå tekniska universitet under tiden Omsmältning genomfördes på tre olika slaggvarianter. De tre varianterna var som ovan nämnts original slagg, modifierad till 8 respektive 12 procent magnesiumoxid med olivinsand. Förhållandet slagg/olivinsand för de olika modifieringarna, beräknades utifrån slaggens (tabell 4) och olivinsandens (tabell 2) analys. Slaggerna som omsmältes genomgick provberedning se kap Efter provberedningen placerades den malda slaggen i en tätsintrad MgO degel. Drygt 700 gram slagg rymdes i varje degel. Degeln med slaggen placerades i ugnen, och uppvärmningen påbörjades. Till en början höjdes temperaturen med 200 C/timme, allt för att undvika sprickbildning till följd av termochock. Vid 600 C höjdes temperaturökningen till 240 C/timme

15 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning Detta resulterar i en uppvärmningsfas på drygt 8 ½ timme. När slaggtemperaturen nåt 1600 C, hölls temperaturen konstant i 1 ½ timme för att jämvikt skulle inställa sig. Efter 1 ½ timme stängdes effekten till ugnen av. Kylvattnet och kylgasen behölls däremot på. Under de tre omsmältningsförsöken loggades temperaturen i ugnen, 30 gånger/timme. För temperaturprofiler se bilaga Modifieringsreagens Figur 7 visar tammanugnen i genomskärning, samt en bild från utsidan Som modifierande reagens vid omsmältningsförsöken användes olivinsand. Den olivinsand som används kommer från Askania och en kemisk analys ges i tabell 2. Tabell 2 analys av olivinsand Ämne Procent MgO SiO FeO + Fe 2 O Al 2 O 3 0,4-0,5 CaO 0,2 Glödningsförlust 0,5-1,2 Fri kvarts <0,1 Fördelarna med att använda olivin som modifieringsreagens är många. SiO 2 sänker basiciteten vilket dels leder till sänkt smältpunkt, mer lättflytande (lägre viskositet), men även stabilisering av eventuellt förekommande fri kalk. Ytterliggare en fördel med att använda olivinsand är dess rika innehåll på MgO, som kan bidra till bildandet av den stabila MgO-spinellen [5]

16 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning 2.4 Utrustning/Analys I detta avsnitt beskrivs utrustning och apparatur som används under arbetet samt provbehandling Tammanugn Provberedning Slaggen krossades till en storlek på 5-10mm. Slaggen maldes sedan i en finmalningskvarn vilket resulterade i ett pulverliknande material, med partikelstorlekar under 1 mm. I de slagger som skulle modifieras, tillsattes olivinsand till den redan malda slaggen, och maldes ytterliggare 30 sekunder allt för att säkerställa en ordentlig omblandning. Den malda slaggen placerades sedan i en MgO degel som i sin tur placerades i ugnen. Anledningen till att just MgO deglar användes i försöken, beror på att under en längre tid har det pågått en utvärdering av degelmaterial vid avdelningen för processmetallurgi, Luleå tekniska universitet. Resultaten från utvärderingen visar att den i särklass bästa degeln för försök med slagger av denna typ är just tätsintrade MgO deglar. Låg benägenhet för inlösning samt hög resistans mot basiska slagger är några av fördelarna med att använda tätsintrade deglar av typen MgO Utförande/Beskrivning Omsmältningsförsöken gjordes i en typ av grafitugn (Tammanugn). Ugnen är uppbyggd av ett antal grafitrör med mellanliggande isoleringslager. För att klara av den värmeutvecklingen som blir under drift, cirkulerar kylvatten kontinuerligt i manteln på ugnen. Kontinuerligt tillförs kylgas från botten på ugnen för att skapa en inert atmosfär. Effekten som krävs vid uppvärmningen tas från en effektstation, placerat bredvid ugnen Felkällor Vid omsmältningen kan ett antal olika faktorer ha påverkat resultatet. Några av dessa faktorer listas nedan. Homogenisering Avkylningförloppet Inlösning

17 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning Största av dom alla är homogeniseringsproblemet. Höga temperaturer, tillsammans med slaggens egenskaper gör det praktiskt svårt att ha omrörning under själva smältförsöket. Försök som gjorts visar att så fort deglar utsatts för fysiskt kontakt vid dessa temperaturer (1600 C), riskeras en kollaps av degeln. En eventuell omrörning skulle även inverka på inlösningen av degelmaterial till slaggen, någonting som bör undvikas. Avkylningshastigheten är även den en viktig faktor. Hur skall slaggen kylas för att få ett representativ prov? Avkylningshastigheten påverkar nämligen fasbildningen, vilket i sin tur påverka utlakningstendensen av metaller. Det som gjorts för att minimerar detta problem är att samtliga avkylningsförlopp skett på liknande sätt Röntgendiffraktion, XRD Provberedning För att analysera ett material med XRD är det viktigt att tänka på följande saker: [10] Partikelstorleken på de material som skall analyseras bör ligga mellan µm. Arbeta aldrig mer än nödvändigt med provet då en slumpmässig orientering i provet är att föredra. När provet packas i provkoppen var då noga med att ytan blir plan Se till att ha tillräckligt mycket prov, då röntgenstrålarna penetrerar ett par µm Utförande/Beskrivning För att på ett effektivt sätt få en uppfattning om vilka, kristallina faser som finns närvarande i ett material kan röntgendiffraktion (XRD) användas. Materialet som skall undersökas provbereds först, innan det bestrålas med röntgenljus vars våglängd är av samma storleksordning som atomernas inbördes avstånd i materialet. Då atomerna i materialet träffas av röntgenstrålarna blir de själva utgångspunkter för nya vågor med samma våglängd som den ingående strålen. Den reflektion som uppkommer förstärks i vissa riktningar och försvagas i övriga. Med hjälp av en detektor, detekteras dess förändringar och på så sätt erhålls ett interferensmönster (diffraktogram). För att få ett tydligt resultat i diffraktogrammet bör koncentrationen av fasen överstiga 5 vikts procent. Svårigheten vid analysering av spinella kristallina faser är att samtliga spinellfaser har liknande diffraktionsmönster. Detta får till följd

18 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning att det är svårt att särskilja olika spineller från varandra. Det går således enbart konstatera att det finns spinell, men inte vilken typ av spinell det är fråga om. Analyserna utfördes vid avdelning för kemisk teknologi vid Luleå tekniska universitet, med en Siemens D5000 diffraktometer Felkällor För att underlätta utvärderingen av resultaten från analysen, är det viktigt att provberedningen innan analys genomförs mycket noggrant. Det största problemet vid själva utvärderingen av resultaten, är att slaggerna som analyserats, ofta är väldigt komplexa, de vill säga de innehåller många olika faser med varierande halter. Det kan därigenom vara svårt att entydigt identifiera faser Svepelektronmikroskop, SEM Provberedning En representativ bit från varje slagg valdes ut med hjälp av en neddelare. Bitarna göts in i epoxi plast som sedan fick stå och torka i 24 timmar. Detta efterföljdes av en ordentlig slipning för att uppnå en så fin yta som möjligt. För att underlätta elektronledningen på proven belades samtliga prov med guld innan de placerades i mikroskopet Utförande/Beskrivning Den i dag vanligaste typen av elektronmikroskop är svepelektronmikroskopet (SEM), vars främsta egenskap är förmågan till ytavbildning i stark förstoring med utomordentligt stort skärpedjup. I svepelektronmikroskopet fokuseras elektronerna till en ytterst fin konisk stråle, vars spetsdiameter kan vara ned mot 1 Nm. Strålen sveper sedan i ett rektangulärt linjemönster över den del av provytan som skall avbildas. Samtidigt mäter en elektrondetektor antalet elektroner som sprids från varje punkt på provytan. Detektorns utsignal, som är proportionell mot antalet detekterade elektroner, styr intensiteten hos elektronstrålen i ett bildrör. Svepelektronmikroskopet erbjuder även en möjlighet att analysera provets kemiska sammansättning. Vid elektronbestrålning sänder provet ut röntgenstrålning med bestämda våglängder, som kan mätas och direkt relateras till de grundämnen som finns i provytan [11]. Analyseringen med SEM genomfördes vid avdelningen för kemisk teknologi, Luleå tekniska universitet. Mikroskopet som användes var en Philips XL30, med en EDS Oxford GE-Xray detektor. Vid samtliga

19 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning försök användes en koboltstandard som referens för den semikvantitativa analysen Felkällor Få felkällor kan påverka resultatet vid analysering med SEM. Det finns dock en sak som kan vara värda att nämna, och de är då främst vid den så kallade punktanalysen. Analyseringsstrålen (röntgenstrålen) vid punktanalysering har en ungefärlig diameter på 2 µm, vilket innebär att punkten snarare är ett litet område än en punkt. Analysen som fås är därför en medelanalys på hela området och inte en exakt punktanalys Skaktest Provberedning Från var och en av de fyra slaggerna delades 300 g ner. Slaggen krossades till en storlek på 95 % < 4 mm. Allt enligt de föreskrifter som finns i den standard som använts. All utrustning som används tvättas noga innan lakningen börjar, med först vanligt vatten, sedan syra och slutligen med destillerat vatten. För att undvika kontamination av provet är det viktigt att lakningen sker i mycket ren miljö Utförande/Beskrivning För att undersöka tänkbara läckage av tungmetaller ur slaggen har en form av laktest genomförts på samtliga slagger. Skakmetoden som används är pren , som är föreslagen som europeisk standard. Skaktestet som laktestet kallas, är en förenklad typ av laktest som både är billig och snabbare än andra lakmetoder. Testet ger snabbt information om vad som skulle kunna laka ut vid en given situation där vatten och fastfas kommer i kontakt med varandra [12]. Provet som skall lakas blandas med destillerat vatten enligt L/S 10 l/kg och skakas sedan under 24 h. Provet separeras från lösningen genom filtrering efterföljt av ph och konduktivitets mätning. Samtliga lakvätskor har analyserats vid ett kommersiellt analyslaboratorium, Analytica med analyspaket V3A

20 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning Felkällor Vid skaktest kan ett antal felkällor smyga sig in. Dåligt diskad utrustning tillsammans med ett icke representativt material bör dock räknas som de viktigaste faktorerna till eventuella fel. 2.5 Termodynamiska beräkningar De termodynamiska beräkningarna har utförts med hjälp av det datorbaserade programmet Chemsage [13]. De systemkomponenterna som används vid beräkningarna är Ca, O, Mg, Cr, Mn, Fe, Al, C, S, Si och N. Termodynamisk data för beräkningarna är hämtad från Barin [14]. Slaggmodellen som används, Irsidmodellen, är baserad på en statistisk termodynamisk modell för flerkomponents silikatsystem. Modellen är utvecklad av Gaye[15] och har visat bra resultat jämfört med experimentella resultat. Beräkningarna som gjorts har specialiserats på föreningar innehållande krom och hur krom föreligger i slaggen, men även vissa andra starkt förekommande faser har tagits med. Beräkningar på följande tre slagger har utförts: Omsmält-original slagg Olivinmodifierad slagg 8 % Olivinmodifierad slagg 12 % Beräkningarna utfördes på följande 3 analyser (tabell 3) och skall på ett representativt sätt beskriva de slagger som används i de experimentella försöken. Tabellvärdena i tabell 3 är framräknade utifrån analysen på LBslaggen, och den ungefärliga olivinsandsanalysen, vägda mot varandra

21 Kapitel 2 Teori och Försöksuppställning Tabell 3 visar de värden som används vid Chemsage körningarna Faser/Slaggtyp Original / Omsmält 8 % MgO mod 12% MgO mod Fe 2 O 3 +FeO 0,65% 1,08% 1,57% Fe met. 0,16% 0,15% 0,14% Al 2 O 3 3,82% 3,62% 3,39% CaO 45,72% 43,01% 39,86% MgO 5,76% 8,39% 11,45% MnO 2,27% 2,14% 1,98% Cr 2 O 3 4,07% 3,83% 3,55% SiO 2 35,81% 36,15% 36,55% TiO 2 1,43% 1,35% 1,25% C 0,03% 0,03% 0,03% S 0,08% 0,08% 0,07% Felkällor Vid termodynamiska beräkningar med datorbaserade program såsom Chemsage, finns en stor möjlig felkälla. De termodynamiska data som används är helt avgörande för utfallet. Är värdena i datafilen fel, kommer hela resultatet att påverkas, då jämvikter och faser kommer att förskjutas. Termodynamiska beräkningar tar inte hänsyn till kinetiken

22 Kapitel 3 Resultat 3 RESULTAT I följande kapitel presenteras resultat från de olika försöken. 3.1 Totalanalys Tabellen 4 nedan visar en totalanalys över de slagger som används under försöken. Analyserna är gjorda på Ovako Steels analyslaboratorium i Hofors. Tabell 4 visar totalanalyserna av de olika slaggerna. Analys % / Typ Original Omsmält org 8 % MgO mod 12% MgO mod Fe 2 O 3 0, FeO 0,56 0,43 0,58 0,86 Fe met. 0, ,20 Al 2 O 3 3,82 3,51 3,35 3,25 CaO 45,8 44,8 43,0 38,9 MgO 5,72 9,97 10,9 13,7 MnO 2,24 2,32 2,22 2,14 P 2 O 5 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Cr 2 O 3 4,05 2,66* 1,90* 3.84 ZnO <0,002 <0,002 <0,002 <0,002 PbO <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 NiO 0,019 0,0063 0,02 0,037 CuO 0,004 0,0017 0,0015 0,0014 K 2 O 0,028 0,056 0,056 0,053 Na 2 O 0,070 0,078 0,079 0,075 CdO <0,002 <0,002 <0,002 <0,002 SiO 2 35,7 33,6 34,8 34,3 MoO 2 0,0028 0,0014 0,0016 0,0018 TiO 2 1,42 1,19 1,21 1,08 SnO 2 0,051 <0,002 <0,002 <0,002 V 2 O 5 0,051 0,044 0,059 0,053 C 0,030 0,025 0,022 0,027 S 0,080 0,075 0,069 0,057 I totalanalysen över de olika slaggerna finns några analysvärden som kan vara värda att notera. MgO halten varierar ungefär med två procent mot vad som var tänkt (tabell 3) vid modifieringen av de två modifierade slaggerna. På den omsmälta slaggen ser vi att MgO halten skiljer sig med nästan fyra procent gentemot originalslaggen. Även kromhalten i de olika slaggerna skiljer sig en hel del. För att verifiera den till synes stora skillnad i krominnehåll skickades prov av den omsmälta respektive 8 procent modifierade slaggen på ytterliggare en analys, denna gång till

23 Kapitel 3 Resultat AvestaPolarit i Avesta, bilaga 7. I övrigt ser analysvärdena ut att stämma ganska bra överens, med de värden som tidigare räknats fram (tabell 3). 3.2 Skaktest I tabell 5 redovisas resultatet från skaktestet. Två prov av varje slaggtyp lakades separat och analyserades. Skillnaden mellan analysresultaten för dubbelproven var små. I tabellen 5 redovisas endast ett av de två analysresultaten. För fullständig analys se bilaga 6. Tabell 5. Analysvärdena anges i mg/kg utlakat, vid L/S 10 Analys / Typ Original Omsmält org 8 % MgO mod 12% MgO mod Ca Fe <0,04 <0,04 <0,04 <0,04 K <5,00 <5,00 <5,00 <5,00 Mg 1,23 3,74 4,57 7,51 Na <1,00 3,32 3,06 2,74 S 7,37 14,3 10,1 5,98 Al 112 1,66 0,55 2,55 As <0,01 0,145 0,021 0,015 Ba 0,037 0,793 0,202 0,137 Cd <0,0005 <0,0005 0,00057 <0,0010 Co <0,0005 <0,0005 <0,0005 <0,0005 Cr 0,299 0,387 0,161 4,50 Cu <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Hg <0,0002 <0,0002 <0,0002 <0,0002 Mn 0,0168 0,0031 0,0021 0,0032 Mo 0,0823 0, ,0857 0,295 Ni <0,005 <0,005 <0,005 <0,005 Pb <0,002 <0,002 <0,002 <0,002 Zn <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 Ett par analysvärden som även här kan vara värda att nämna är värdena på krom och aluminium. Utlakad mängd krom ser till en början ut att minska, för att i sista försöket åter öka. Stor skillnad syns även i mängd utlakad aluminium

24 Kapitel 3 Resultat 3.3 Röntgendiffraktion, XRD Som tidigare nämnts i rapporten är det väldigt svårt att se några tydliga resultat med hjälp av XRD, då slaggerna oftast är mycket komplexa. Topparna överskuggar ofta varandra, och höga halter av respektive fas krävs för att kunna fastställa fasens existens. En sammanställning över de faser som med säkerhet kunde påvisas i respektive slaggtyp finns i tabell 6 nedan. För en fullständig bild över diffraktogrammen se bilaga 2. Samtliga diffraktogram i bilagorna är strippade på k-alpha topparna, samt det bakgrundsbrus som uppkommer vid analysen. Tabell 6 XRD resultat Utvärderingstabell för XRD resultat på LB-slaggen Slaggtyp Original LB Omsmält LB Mod 8 % MgO Mod 12 % MgO Fe X X Ca 3 Mg(SiO 4 ) 2 X X X X CaMgSiO 4 X X I samtliga slagger kunde spår av Merwinit (Ca 3 Mg(SiO 4 ) 2 ) hittas. Inga spinell strukturer kunde med säkerhet verifieras i proven. Det finns dock toppar i diffraktogrammet där spinellfaserna ligger, men med säkerhet går dessa inte att verifiera. 3.4 Svepelektronmikroskop, SEM Analysering av slaggerna med SEM utfördes endast på tre av de fyra slaggerna. Originalslaggen analyserades aldrig beroende på avsaknandet av representativt prov. Från samtliga tre analyser som utfördes togs ett antal bilder av kromrika platser, som skall förklara hur kromet föreligger i respektive slaggtyp. Nedan kommer endast punktanalyserna att redovisas, för så kallande mappingbilder hänvisas till bilaga

25 Kapitel 3 Resultat 3.4.1Omsmält Figur 8 punktanalys av omsmält originalslagg I tabell 7 nedan redovisas den kemiska sammansättningen för respektive område. Observera att analysvärdena är i atom procent. Tabell 7 visar en sammanställning av punkanalysen till figur 8 Atom % Punkt O Mg Al Ca Ti Cr Mn Fe Si För den omsmälta originalslaggen syns en tydlig samexistens mellan krom, magnesium, aluminium och mangan. Tydligt är också att krom verkar samlad till vissa områden i slaggen och är alltså inte utspritt. Varken järn eller kalcium tycks samexistera med krom

26 Kapitel 3 Resultat Olivinmodifierad 8 % MgO Figur 9 punktanalys av mod 8 % MgO I tabell 8 nedan redovisas den kemiska sammansättningen för respektive område. Observera att analysvärdena är i atom procent. Tabell 8 visar en sammanställning av punkanalysen till figur 9 Atom % Punkt O Mg Al Ca Ti Cr Mn Fe Si Samma kromrika områden som i den omsmälta originalslaggen återfinns i den olivinmodifierade slaggen. Den skillnad som är mest tydlig är att krompartiklarna verkar hårda, då det tydligt syns att dom sticker ut från provet. Kromhalten i de kromrika områdena är något högre än för originalslaggen medan aluminiumhalten är något lägre

27 Kapitel 3 Resultat Olivinmodifierad 12 % MgO Figur 10 punktanalys av mod 12 % MgO I tabell 9 nedan redovisas den kemiska sammansättningen för respektive område. Observera att analysvärdena är i atom procent. Tabell 9 visar en sammanställning av punkanalysen till figur 10 Atom % Punkt O Mg Al Ca Ti Cr Mn Fe Si Utseendet på kromkristallerna i den olivinmodifierade 12 procentiga MgO slaggen, påminner mycket om den 8 procentigt olivinmodifierade MgO slaggen. Kromhalten och manganhalten i partikeln är dock något lägre, medan aluminiumhalten något högre, gentemot den 8 procentigt olivinmodifierade MgO slaggen

28 Kapitel 3 Resultat 3.5 Termodynamiska beräkningar Ur jämviktsprogrammet Chemsage, erhölls resultaten i form av två typer av diagram, aktivitets respektive haltdiagram. I aktivitetsdiagrammet visas vilka faser, som är jämviktsmässigt stabila utifrån modellen. Haltdiagrammet beskriver hur mycket av respektive ämne som föreligger i de olika faserna. I tabell 10 nedan redovisas en sammanfattning av de fasta kromfaser som jämviktsmässigt är stabila/ostabila under avsvalningsfasen. För fullständiga resultat se bilaga 4. Tabell 10 visar resultatet från chemsageberäkningarna. Faser / Slaggtyp Original / Omsmält 8 % MgO mod 12% MgO mod Cr Ej stabil Ej stabil Ej stabil Cr 2 O 3 Ej stabil Ej stabil Ej stabil Cr 3 Si Ej stabil Ej stabil Ej stabil Cr 5 Si 3 Ej stabil Ej stabil Ej stabil CaCr 2 O 4 Stabil Stabil Stabil MgCr 2 O 4 Stabil Stabil Stabil FeCr 2 O 4 Stabil Stabil Stabil Jämviktsmässigt skiljer sig inte slaggerna speciellt mycket åt. Det tydligaste resultatet från modifieringen är en smältpunktssänkning. Till följd av smältpunktsänkningen kommer spinellfasomvandlingen CaCr 2 O 4 MgCr 2 O 4 ske, då fortfarande slaggen är flytande de vill säga smält

29 Kapitel 4 Diskussion och Slutsatser 4 DISKUSSION OCH SLUTSATSER De resultat som framkommit under arbetet analyseras och diskuteras. Kapitlet avslutas med att slutsatserna från arbetet dras. 4.1 Totalanalys Totalanalysen från försöken visar att omsmältningen inte haft en allt för stor negativ inverkan på slaggen. Det går dock inte att bortse från att en högre halt MgO erhållits i proverna efter omsmältning till följd av användningen av MgO deglar. I samtliga slagger har MgO halten stigit med minst två procent mot förväntat. Då just MgO halten i dessa försök, är en viktig parameter är det lite olyckligt att så pass mycket MgO ändå läcker in i slaggen. Den parameter som till största delen troligen påverkar mängden inlöst MgO till slaggen är uppehållstiden vid de höga temperaturerna. En kortare uppehållstid skulle med all säkerhet minska mängden inlöst MgO. En sänkning i uppehållstiden skulle däremot påverka möjligheten till jämvikt i slaggen negativt. Antaganden gör ändå gällande att slaggen når sin eventuella jämvikt bäst, då den fortfaranden är i smält fas. En annan parameter som skiljer sig mer än väntat, vid jämförelse mellan de fyra slaggerna är kromhalten. Då samtliga testslagger är uttagna från samma grundslagg, samtidigt som en strikt hantering av slaggerna hela tiden följts, beror denna avvikelse troligen på, att ett icke representativt prov analyserats, med avseende på krom. Detta antagande förstärks även i och med resultatet i bilaga 7. I totalanalysen finns det för övrigt ingenting att anmärka på. 4.2 Skaktest Resultaten som framkom vid skaktesten belyser ytterliggare hur komplext problemet med krom i slagg är. Som tidigare nämnts gjordes två skaktest på respektive slagg. Samliga dubbelprov visade på små avvikelser, vilket gör gällande att skatestet antas vara representativa för respektive slagg. Resultaten från skaktestet visar att vissa grundämnen påverkas mer än andra då slaggen modifieras med olivinsand. Endast de grundämnen som tydligt varierar vid modifieringen kommer att belysas och diskuteras

30 Kapitel 4 Diskussion och Slutsatser Ca-halten Ca halten i lakvätskan minskar dramatiskt med tillsatsen av olivinsand. Halten Ca går från drygt 517 mg/kg utlakat till 300 mg/kg utlakat. Anledningen till att halten Ca i lakvätskan minskar så pass mycket skulle kunna förklaras med hjälp av den tillsatta olivinsanden. Olivinsand håller närmare 40 procent SiO 2, vilket vid tillsats leder till en sänkning av basiciteten. Då CaO gärna bildar faser med SiO 2 framför andra grundämnen, skulle bildningen av till exempel CaO.SiO 2 kunna vara en förklaring till varför halten Ca minskar i lakvätskan. Detta är också en av styrkorna med olivinsand. Tack vare den höga halten SiO 2, skulle eventuellt förekommande fri kalk i slaggen kunna oskadliggöras, och problem med volymsinstabila slagger kunna undvikas. Ca halten i slaggen är annars inget problem, så länge den inte finns i ett överskott, de vill säga som fri kalk Mg-halten Till följd av en stigande MgO halt i slaggen ökar även halten MgO i lakvätskan. Från drygt 1.2 mg/kg utlakat till 7,5 mg/kg utlakat är resultatet från lakanalyserna. MgO inlöst från deglarna tillsammans med MgO från olivinsanden, står för denna ökning. En anledning till att MgO ökar så pass mycket som den gör i lakvätskan kan förklaras genom lokala övermättningar i slaggen av just MgO. Basiciteter runt ett borde egentligen inte innebära några övermättningsproblem men då omrörningsmöjligheterna i slaggen varit obefintliga under försöket skulle ansamlingar av MgO på vissa platser kunna leda till lokal övermättnad Al-halten Aluminiumhalten i lakvätskan varierar mycket då jämförelse görs mellan originalslaggen och de omsmälta slaggerna. En minskning från drygt 112 mg/kg utlakat till halter runt 3 mg/kg utlakat talar sitt tydliga språk. Anledningen till denna minskning tros nästan till 100 procent gå att förklara med själva omsmältningen. Samtliga slagger som omsmälts lakar nästan inget aluminium. Svaret till detta kan ligga i avsvalningsförloppet. Då slaggen snabbkyls hinner inte aluminium homogeniseras i slaggen, utan bildar då istället små ansamlingar (aluminiumrika områden), som i sin tur lättare lakar ut

31 Kapitel 4 Diskussion och Slutsatser Cr-halten Mängden utlakat krom varierar mycket mellan de olika slaggtyperna. I figur 11 nedan redovisas de utlakade krommängderna tillsammans med de restriktioner som i dagsläget finns i Sverige. Här syns tydligt vad som har hänt med slaggen. Figur 11 visar totalmängd utlakat krom tillsammans med restriktionerna för krom Samtliga fyra slaggtyper klarar kraven för icke farligt avfall, medan alla utom den 12 procentigt modifierade slaggen klarar restriktionerna för inert avfall. Anledningen till att resultatet blivit som det blivit kan till en början vara svårt att förstå. Allt tyder på att en ökad mängd MgO i slaggen borde leda till en minskning i kromutlakningen. Det som ytterliggare försvårar det hela är att som tidigare nämnts innehåller olivinsanden även en stor mängd SiO 2. En förklaring till att varför kromutlakningen för den 12 procentliga MgO slaggen blir så pass hög skulle kunna ligga i just basicitets förändringen. Enligt figur 5 och 6, är fasmöjligheterna i basicitetsintervallet väldigt många. En liten sänkning eller ökning skulle kunna leda till bildandet av nya faser som i sin tur skulle påverka utlakningen. En teori är att kromspinellen kanske rentav bildas mer optimalt vid högre basiciteter. En annan förklaring skulle kunna ligga i MgO halten. Under antagande att en eventuell lokal MgO övermättnad finns i slaggen, skulle detta kunna leda till en söndersprängning av slaggen då även fri MgO är volymsinstabil och reagerar med vatten

32 Kapitel 4 Diskussion och Slutsatser Mo-halten Ett annat grundämne som på senare år har kommit att belysas allt mer är molybden, en tungmetall som väldigt lätt lakar ut. I de laktester som genomförts är det egentligen svårt att dra några direkta slutsatser. I figur 12 redovisas de utlakade molybdenmängderna tillsammans med de restriktioner som i dagsläget gäller i Sverige. Figur 12 visar totalmängd utlakat molybden tillsammans med restriktionerna för molybden. Samtliga slagger som lakats klarar de hårdaste kraven som i dagsläget ställs på molybden. Det är endast slaggen som är modifierad till 12 procent MgO som är i närheten av de inerta deponidirektivet. Vad som däremot går att säga är att molybden verkar följa krom när det gäller utlakning. När kromutlakningen ökar, ökar även molybdenutlakningen. 4.3 Röntgendiffraktion, XRD Resultaten som erhölls vid analyseringen med XRD av de fyra slaggerna visar ytterliggare en gång vilka komplexa material slagger egentligen är. Höga halter tillsammans med rena koncentrat är en fördel då ett sådant instrument skall komma till nytta. Därför kom instrumentet att användas mer för jämföring mellan slaggerna i stället för fasanalysering. Inga direkta skillnader kunde urskiljas i slaggen då det gäller olika faser. Detta tyder också på att själva

33 Kapitel 4 Diskussion och Slutsatser omsmältningsförloppet inte haft en allt för stor inverkan på resultatet. Merwinite (Ca 3 Mg(SiO 4 ) 2 ) var således den enda fas som med säkerhet kunde verifieras i samtliga slagger. Topparna för spinellstrukturen finns med i diffraktogrammet, men på grund av för mycket brus, går det inte att med säkerhet fastställa dess existens. 4.4 Svepelektronmikroskop, SEM Undersökning med svepelektronmikroskop av de kromrika områdena visar att krom samexisterar tillsammans med syre, magnesium, mangan och aluminium. Alla förutsättning finns således för att kromspinell skall kunna existera. På samtliga tre slagger (omsmält, 8 respektive 12 procent MgO) som undersökts med SEM föreligger krom tillsammans i små krompartiklar och inte utspritt i provet. Kromhalten är betydligt högre i de kromrika områdena för den 8 procent MgO modifierade slaggen än för två de andra. De modifierade slaggerna är till synes något grovkornigare än vad den omsmälta originalslaggen är. Runt de kromrika områdena finns en smal anrikning av aluminium. De skillnader som går att urskönja då jämförelse görs mellan de tre slaggerna är att de modifierade slaggerna är betydligt hårdare än den omsmälta. Trots hård polering av ytorna med diamant, förblir kromkornen intakta. Detta skulle kunna tyda på en bildning av spinell då kromspinell är ett extremt hårt material. 4.5 Termodynamiska beräkningar Resultaten från de termodynamiska beräkningarna är entydiga. Simuleringen av de tre slaggvarianterna gör gällande att kromet endast föreligger i tre olika kromvarianter i samtliga slagger. Magnesiumkromit, järnkromit och kalciumkromit, samtliga olika typer av spineller. En av de drivande krafterna vid fasbildning med krom är att binda kromoxiden i en fas som har så låg aktivitet som möjligt, då det visat sig att aktiviteten kan ha inverkan på kromutlakningen (figur 4). Som ett direkt resultat av tillsats av olivinsand till slaggen sjunker smältpunkten, vilket får till följd att bildandet av magnesiumkromiten kommer att ske då smältfasen fortfarande är närvarande

34 Kapitel 4 Diskussion och Slutsatser 4.6 Slutsatser Vid tillsats av modifierande reagens till slaggen i form av olivinsand förändras utan tvivel slaggens lakningsegenskaper. Inte enbart krom och molybden utan även en rad andra ämnen såsom kalcium, aluminium och magnesium ändrar sina lakegenskaper. Magnesium, krom och syre samexisterar väl. Hårdheten på krompartiklarna stiger då olivinsand tillsätts, samtidigt som kromhalten i partiklarna stiger något. Allt tyder på att en bildning av kromspinellfas skett, men med hänsyn till avsaknandet av tydliga reflektionstoppar vid XRD analyseringen, går det inte med 100 procents säkerhet fastställa att krommagnesitspinell verkligen bildats. Basiciteten påverkar även den med störst sannolikhet utlakningen. Molybden följer mycket tydligt krom när det gäller utlakningsmängderna. Kromutlakningen påverkas av olivintillsats Krom, magnesium och syre samexisterar väl Kristallerna blir hårdare vid tillsats av olivinsand Molybden följer krom

35 Kapitel 5 Fortsatt Arbete 5 FORTSATT ARBETE Idéer som uppkommit under arbetets gång kommer att presenteras i detta avsnitt. Resultaten från arbetet visar än en gång hur komplexa material slagger egentligen är. För att på ett enklare sätt få en mer övergripande och djupare bild av problemet föreslås ett antal förslag på hur fortsatta arbete, skulle kunna gå till. Som ett först steg rekommenderas användandet av syntetiska slagger framför riktiga slagger. Fördelarna med att använda syntesiska slagger ligger främst i analyseringsarbetet. Genom att enbart kunna inrikta sig på vissa parametrar (ämnen) i slaggen, filtreras många av de så kallade brusparametrarna bort. Som ett resultat av försök med syntetiska slagger skulle Al-, Mn-, Caoch Fe-oxidernas inverkan på kromspinellbildningen undersökas. Kan till exempel aluminium substituera krom i oktaederhålen? Vad händer i sånt fall med krom. Basiciteten är en annan faktor som måste utredas mer noggrant. Påverkar den kromutlakningen, och hur, i sånt fall. Sker utlakningen i större grad vid höga eller låga basiciteter? Laktesterna som gjorts bör i framtiden, förutom med destillerat vatten, även utföras under sura förhållanden. Det har nämligen visat sig att kromspinellfaser lakar betydligt mer vid låga ph. Skapa syntetiska slagger Hur påverkar Al-, Mn-, Ca- och Fe-oxiderna bildandet av MgCr 2 O 4. Gitterstrukturundersökningar Utreda basicitetens inverkan bättre Laktester under sura förhållanden

36 Referenser Referenser 1. Jernkontoret, Anna Utsi 2. H. Motz, J. Geiseler (2001) Products of steel an opportunity to save natural resources. Waste Management 21, Kurslitteratur KMP 017 (2001), Stålframställning och efterbehandling av stål. 4. Naturvårdsverket, Lag 1999: Ye,G., Burström, E., Fällman, A-M.,(1995) Utilisation and Stabilisation of Steel Slags An international survey, projektrapport från Mefos 6. Harrison,R. The magnetite-ulvöspinel solid solution (2002), 7. Nilsson, N. (2002) Inverkan av MgO på Ljusbågsugnens lakningsegenskaper, Examensarbete utfört vid Ovako steel, Luleå tekniska universitet 8. Kilau, H. W. and Shah, I. D., Chromium-Bearing Waste Slag: Evaluation of Leachability When Exposed to Simulated Acid Precipitation, Hazardous and Industrial Waste Management and Testing: Third Symposium, ASTM STP 851, Larry P. Jackson, Alan R. Rohlik, and Richard A. Conway, Eds., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1984, pp J.L. Gardea-Torresdey *, K.J. Tiemann, V. Armendariz, L.Bess-Oberto, R.R. Chianelli, J. Rios, J.G. Parsons, G. Gamez (2000) Characterization of Cr(VI) binding and reduction to Cr(III) by the agricultural byproducts of Avena monida (Oat) biomass. Journal of Hazardous Materials B80, Suryanarayana, C., Grant Norton, M.(1998) X-Ray Diffraction A Practical Approach. New York: Plenum Press 11. Nationalencyklopedin 001&i_word=&i_history=3 12. Naturvårdsverket, Rapport 5207, maj G. Eriksson and K. Hack, ChemSage - a computer program for the calculation of complex chemical equilibria, Met. Trans. B, 21B, 1990,

37 Referenser 14. Barin I. and Knacke O., Thermochemical Properties of Inorganic Substances. Springer-Verlag, Gaye H. and Welfringer J., Modelling of the thermodynamic properties of complex metallurgical slags, Metall. Slags Fluxes, Int. Symp., Proc., 2nd, 1984, pp