Glass and metallurgical wastes in facing ceramics production

Purpose: The aim of this work is facing ceramic brick production using glass and metallurgical wastes. Methodology: Compressive strength, density, water absorption testing. Findings: The facing ceramic specimens are obtained at a 1050 °C baking temperature by using a mixture consisting of 40 % clay and 60 % broken glass. The operating modes for the laboratory specimen fabrication are selected such that they possess 2064 kg/m3 density and 42.24 MPa compressive strength. The specimens are characterized by the formation of close pores.

Increase of activation efficiency of hardening backfilling mixture components by application mining and metallurgical wastes

The main operation associated with the preparation of mining and metallurgical wastes for use as a hardening mixture and backfilling of mined-out space is their crushing and activation. Improving the activation processes is an urgent task, since their use can significantly increase the strength of the filling mass or reduce the consumption of the binder while maintaining its strength characteristics. For the efficient operation of mining enterprises, including ferrous metallurgy mines, it is necessary to provide highquality binders for the preparation of hardening mixtures for filling man-made voids formed during underground mining of solid mineral deposits. It has been established that the use of vibration, mechanical and electrical activation of the components of the hardening backfill mixture at mining enterprises leads to an increase in the activity of substandard materials by up to 10–40% for each apparatus. In particular, the enrichment of inert materials on a vibrating screen ГВ-1,2/3,2, Ukraine, increases the activity by 15– 20%. It has been substantiated that the activation of binders (blast-furnace granular slags) in a vertical vibrating mill МВВ-0,7, Ukraine, and a disintegrator ДУ-65 company “Disintegrator”, Estonia, increases the activity of the binder by 20–25%, when the active class of fractions 0.074 mm – by 55% is released versus 40% in ball mills. The recommended vibratory conveying installations increase the activity of the components of the hardening backfill mixture by 10–15%. The use of vibro-gravity transport installations ensures the supply of the filling mixture at a distance 15–20 times higher than the height of the vertical stack.

Gypsum Compositions Modified with Metallurgical Wastes

The main results of the study of the influence of man-made products of the metallurgical industry on the properties and structure of gypsum binder are presented. It has been proved that the introduction of man-made modifiers, metallurgical dust, and slag leads to an increase in the strength properties and electric conductivity of the material, but, over time, the waste efficiency decreases. The use of Portland cement as an activator leads to the formation of amorphous hydration products based on calcium hydrosilicates, which bind calcium sulfate crystals and provide an increase in the physicomechanical characteristics and electric behavior of the gypsum composite.

Valorization of mining and metallurgical wastes through alkali activation

Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η εμβάθυνση της κατανόησης της αλκαλικής ενεργοποίησης μεταλλουργικών και μεταλλευτικών αποβλήτων, όπως διάφοροι τύποι μεταλλουργικών σκωριών και υπολείμματα εκχύλισης λατεριτών, για την παραγωγή αλκαλικά ενεργοποιημένων υλικών (ΑΕΥ) με επιθυμητή χημική και ορυκτολογική σύσταση και ωφέλιμες ιδιότητες. Η αλκαλική ενεργοποίηση των συγκεκριμένων αποβλήτων διερευνήθηκε με την χρήση υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) και διαλύματος πυριτικού νατρίου (Na2SiO3) ως ενεργοποιητές. Οι παράγοντες που μελετήθηκαν είναι ο λόγος Η2Ο/Νa2Ο και άλλοι επιλεγμένοι λόγοι που υπάρχουν στο διάλυμα ενεργοποίησης και στην αντιδραστική πάστα, η κοκκομετρία των πρώτων υλών, η θερμοκρασία ωρίμανσης και η περίοδος γήρανσης. Στα παραγόμενα ΑΕΥ προσδιορίστηκε η αντοχή σε θλίψη και άλλες επιλεγμένες ιδιότητες, όπως το πορώδες, η υδατοαπορροφητικότητα και η φαινόμενη πυκνότητα. Επίσης, μελετήθηκε η δομική ακεραιότητα επιλεγμένων ΑΕΥ μετά από θέρμανση σε υψηλές θερμοκρασίες (200–1000 oC για 4 ή 6 h), εμβάπτιση σε απιονισμένο νερό και όξινα διαλύματα (1Μ ΗCl και 1M H2SO4) και κύκλους ψύξης θέρμανσης για περίοδο 7–30 ημερών. Η διερεύνηση της μορφολογίας και της μικροδομής των πρώτων υλών αλλά και των παραγόμενων ΑΕΥ πραγματοποιήθηκε με την χρήση διαφόρων τεχνικών, όπως είναι η περίθλαση ακτίνων–Χ (XRD), η φασματοσκοπία υπερύθρου (FTIR) και η μικροσκοπία ηλεκτρονικής σάρωσης (SEM).Όσον αφορά την αλκαλική ενεργοποίηση μιας Πολωνικής σκωρίας (PS), τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι τα παραγόμενα ΑΕΥ απέκτησαν αντοχή σε θλίψη που υπερβαίνει τα 65 MPa, ενώ μετά την θέρμανση στους 400 oC η αντοχή σε θλίψη αυξήθηκε στα 115 MPa. Από την άλλη πλευρά, τα παραγόμενα ΑΕΥ από φαϋαλιτικές σκωρίες, δηλαδή FS και FSP, οι οποίες προέκυψαν πριν και μετά την επεξεργασία πλάσματος, απέκτησαν χαμηλότερες τιμές αντοχής σε θλίψη, συγκεκριμένα 45 MPa και 27 MPa, αντίστοιχα. Αντίθετα, τα ΑΕΥ που παράχθηκαν από την ανάμειξη φαϋαλιτικών σκωριών με 50% κ.β. FeNi σκωρία (LS) απέκτησαν υψηλότερες τιμές αντοχής σε θλίψη, δηλαδή 64 MPa (FS50LS50 AEY) και 46 MPa (FSP50LS50 AEY). Ένα καινοτόμο στοιχείο της διδακτορικής διατριβής είναι η παραγωγή ΑΕΥ από υπολείμματα εκχύλισης λατεριτών, καθώς μέχρι την έναρξη της μελέτης δεν υπήρχαν διαθέσιμες αναφορές στην βιβλιογραφία σχετικά με αυτό το θέμα. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η ανάμειξη των υπολειμμάτων εκχύλισης με μετακαολίνη ή σκωρίες οδήγησαν σε επιτυχή αλκαλική ενεργοποίηση. Τα ΑΕΥ που παράχθηκαν υπό τις βέλτιστες συνθήκες σύνθεσης απέκτησαν τιμές αντοχής σε θλίψη οι οποίες κυμαίνονταν μεταξύ 26 MPa και 51 MPa. Τα αποτελέσματα αυτής της διδακτορικής διατριβής αποδεικνύουν ότι η αξιοποίηση ή η συν–αξιοποίηση μεταλλουργικών αποβλήτων είναι μια βιώσιμη εναλλακτική λύση για την παραγωγή ΑΕΥ με ευεργετικές ιδιότητες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συνδετικά ή δομικά υλικά σε διάφορες κατασκευαστικές εφαρμογές, βελτιώνοντας έτσι τη βιωσιμότητα αυτού του βιομηχανικού τομέα και ελαχιστοποιώντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της μεταλλουργικής βιομηχανίας σύμφωνα με τις αρχές της κυκλικής οικονομίας και της παραγωγής μηδενικών αποβλήτων.

Mineralogical and Chemical Specificity of Dusts Originating from Iron and Non-Ferrous Metallurgy in the Light of Their Magnetic Susceptibility

This study aims at detailed characteristics and comparison between dusts from various iron and non-ferrous metal production processes in order to identify individual mineral phases, chemical composition, and their influence on the values of magnetic susceptibility. Various analytical methods used include inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and Mössbauer spectroscopy integrated with magnetic susceptibility measurements and thermomagnetic analysis. Metallurgical wastes that have arisen at different production stages of iron and non-ferrous steel are subjected to investigation. The analyzed dust samples from the iron and non-ferrous metallurgy differ in terms of magnetic susceptibility as well as their mineral and chemical composition. The research confirmed the presence of many very different mineral phases. In particular, interesting phases have been observed in non-ferrous dust, for example challacolloite, which was found for the first time in the dusts of non-ferrous metallurgy. Other characteristic minerals found in non-ferrous metallurgy dusts are zincite, anglesite, and lanarkite, while dusts of iron metallurgy contain mostly metallic iron and iron-bearing minerals (magnetite, hematite, franklinite, jacobsite, and wüstite), but also significant amounts of zincite and calcite.

Sequential Bioleaching of Pyritic Tailings and Ferric Leaching of Nonferrous Slags as a Method for Metal Recovery from Mining and Metallurgical Wastes

In this work, we proposed a method for biohydrometallurgical processing of mining (old pyritic flotation tailings) and metallurgical (slag) wastes to recover gold and other nonferrous metals. Since this processing allows the removal of toxic metals or at least decreases their content in the solids, this approach may reduce the negative environmental impacts of such waste. The proposed process was based on pyritic tailings’ bioleaching to recover metals and produce leach liquor containing a strong oxidizing agent (ferric sulfate) to dissolve nonferrous metal from slag. This approach also allows us to increase concentrations of nonferrous metals in the pregnant leach solution after pyritic waste bioleaching to allow efficient extraction. The old pyritic tailings were previously leached with 0.25% sulfuric acid for 10 min to remove soluble metal sulfates. As a result, 36% of copper and 35% of zinc were extracted. After 12 days of bioleaching with a microbial consortium containing Leptospirillum spp., Sulfobacillus spp., Ferroplasma spp., and Acidithiobacillus spp. at 35 °C, the total recovery of metals from pyritic tailings reached 68% for copper and 77% for zinc; and subsequent cyanidation allowed 92% recovery of gold. Ferric leaching of two types of slag at 70 °C with the leachate obtained during bioleaching of the tailings and containing 15 g/L of Fe3+ allowed 88.9 and 43.4% recovery of copper and zinc, respectively, from copper slag within 150 min. Meanwhile, 91.5% of copper, 84.1% of nickel, and 70.2% of cobalt were extracted from copper–nickel slag within 120 min under the same conditions.