Glassification of eaf dust: The limits for Fe2O3 and ZnO content and an assessment of leach performance

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Abstract
Electric arc furnace (EAF) baghouse dust is an environmental problem, both in terms of temporary storage and, ultimately, safe disposal. Vitrification of the dust, so that hazardous components (such as zinc, lead, chromium, cobalt, barium, and arsenic) are incorporated into an amorphous glassy structure, is one option for environmentally benign disposal (and possibly recycling), which is currently being explored commercially, in silica-based glasses at iron levels of up to 15 wt%. However, the ability of vitreous materials to resist leaching of hazardous components may be substantially reduced by components which promote crystallinity, in particular Fe, Zn, Cd, and other transition elements. In the present work the impact of Fe2O3 and ZnO, both individually and in combination, on the vitrification process has been studied experimentally, one objective being to determine the maximum level at which the final product remains essentially amorphous. Several compositions were prepared in the system Fe2O3-ZnO-CaO + MgO + Na2O at 50 wt% SiO2 and 1500 °C. Amorphous products were obtained at Fe2O3 levels up to 35 wt%, ZnO levels up to 30 wt% and total Fe2O, + ZnO levels ranging from 25 to > 40wt% depending on the Fe2O3 : ZnO ratio. The addition of minor elements such as Zn, Cd and Pb at levels typical of EAF dust was found to have negligible impact on the ability to form amorphous product structures. Leaching tests carried out on samples showed very low Zn levels confirming the ability of the product from EAF glassification to pass leaching standards which might significantly reduce disposal costs. © 1997 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved. La poussière de la chambre à filtration du four à arc électrique (FAÉ) est un problème environnemental, tant sur le point de vue de son emmagasinage temporaire que de sa mise au rebut finale sûre. La vitrification de la poussière, par incorporation des composants dangeraux (tels que zinc, plomb, chrome, colbalt, baryum et arsenic) en une structure vitreuse amorphe, constitue l'une des options de mise au rebut environnementalement favorable (tout comme le recyclage, peut-être) qui est présentement explorée commercialement pour les verres à base de silice ayant jusqu'à 15 % en poids de fer. Cependent, la capacité des matériaux vitreux à résister au lessivage des composants dangeraux peut être substantiellement réduite par les composants qui favorisent la cristallinité, en particulier Fe, Zn, Cd et autres éléments de transition. Dans le présent travail, on a étudié expérimentalement l'impact du Fe2O3 et du ZnO, tant individuellement qu'en combinaison, sur le procédé de vitrification, l'un des objectifs étant de déterminer le niveau maximum auquel le produit final reste essentiallement amorphe. On a préparé plusiers compositions du système Fe2O3-ZnO-CaO + MgO + Na2O, à 50% en poids de SiO2 et à 1500 °C. On a obtenu des produits amorphes jusqu'à des niveaux de 35% en poids de Fe2O3, jusqu'à des niveaux de 30% en poids de ZnO et entre 25 et >40% en poids total de Fe2O3 + ZnO, dépendant du rapport de Fe2O3:ZnO. On a trouvé que l'addition d'éléments mineurs tels que Zn, Cd et Pb, à des niveaux typiques des poussières de FAÉ, avait un impact négligeable sur la capacité à former des structures de produit amorphe. Les essais de lessivage des échantillons ont montré de très bas niveaux de Zn, confirmant la capacité du produit de vitrification de FAÉ à passer les normes de lessivage, ce qui pourrait réduire significativement les coûts de la mise au rebut.

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