تحقیقات آب و خاک ایران

تحقیقات آب و خاک ایران

تثبیت زیست‌محیطی باطله سنگ‌آهن با سامانه فعال‌شده قلیایی مبتنی بر سرباره کوره بلند: ارزیابی آبشویی، ریزساختار و چرخه عمر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
چکیده
انباشت باطله سنگ‌آهن و احتمال انتقال عناصر بالقوه آلاینده به محیط‌های آبی، استفاده ایمن از این پسماند را با چالش مواجه کرده است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی کارایی هیدروکسید سدیم و سرباره دانه‌ای آسیاب‌شده کوره بلند در تثبیت باطله سنگ‌آهن انجام شد. وجه تمایز این پژوهش با مطالعات پیشین، بررسی یکپارچه رفتار آبشویی عناصر، تغییرات محیط شیمیایی و تحولات ریزساختاری در فرایند تثبیت و نیز ارزیابی پیامدهای چرخه عمر است. ابتدا اثر غلظت‌های صفر تا پنج مولار هیدروکسید سدیم و سپس اثر صفر تا ۹ درصد وزنی سرباره در هیدروکسید سدیم سه مولار بررسی شد. pH، هدایت الکتریکی، ریزساختار، تخلخل ظاهری سطحی و آبشویی نیکل، مس، روی، سرب و باریم ارزیابی شدند. نتایج نشان داد افزودن سرباره نسبت به افزایش غلظت فعال‌کننده قلیایی، اثر بیشتری بر کاهش تحرک عناصر داشت. مخلوط حاوی هیدروکسید سدیم 3 مولار و ۹ درصد سرباره، کمترین غلظت آبشویی نیکل، مس، روی، سرب و باریم را به‌ترتیب برابر با ۰٫۱۰، ۰٫۱۲، ۰٫۱۲، ۰٫۰۱۸ و ۰٫۴۰ میلی‌گرم بر لیتر، نشان داد. همچنین، تخلخل ظاهری سطحی در این مخلوط به ۰٫۸۱ درصد رسید. ارزیابی چرخه عمر نشان داد سناریوی حاوی ۹ درصد سرباره و هیدروکسید سدیم پنج مولار، نسبت به تثبیت با ۹ درصد سیمان پرتلند، پتانسیل گرمایش جهانی، کاهش ذخایر منابع غیرزیستی، تشکیل ذرات معلق و استفاده از زمین را به‌ترتیب حدود ۳۲، ۳۳، ۲۲ و ۱۶ درصد کاهش داد، هرچند پتانسیل سمیت انسانی حدود ۸ درصد افزایش یافت. در مجموع، سامانه ظرفیت مناسبی برای کاهش تحرک عناصر داشت و انتخاب ترکیب نهایی نیازمند موازنه کارایی تثبیت و پیامدهای چرخه عمر است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Environmental Stabilization of Iron Ore Tailings Using a Blast-Furnace Slag-Based Alkali-Activated System: Leaching, Microstructural, and Life-Cycle Assessment

نویسندگان English

Arash Ghorbanipour
Amir Hamidi
Department, of Civil Engineering, School of Engineering, Kharazmi University, Tehran, Iran
چکیده English

This study aimed to evaluate the effectiveness of sodium hydroxide and ground granulated blast-furnace slag (GGBFS) in stabilizing iron ore tailings. The distinctive contribution of this study lies in the integrated assessment of elemental leaching, changes in the chemical environment, microstructural evolution during stabilization, and life-cycle impacts. Sodium hydroxide concentrations ranging from 0 to 5 M were first investigated, followed by the addition of 0–9 wt.% GGBFS at a fixed NaOH concentration of 3 M. The pH, electrical conductivity, microstructure, apparent surface porosity, and leaching behavior of Ni, Cu, Zn, Pb, and Ba were evaluated. The results showed that GGBFS addition was more effective than increasing the alkaline activator concentration alone in reducing elemental mobility. The mixture containing 3 M NaOH and 9 wt.% GGBFS exhibited the lowest leaching concentrations of Ni, Cu, Zn, Pb, and Ba, at 0.10, 0.12, 0.12, 0.018, and 0.40 mg/L, respectively. The apparent surface porosity of this mixture was also reduced to 0.81%. The life-cycle assessment showed that the scenario containing 9 wt.% GGBFS and 5 M NaOH reduced global warming potential, abiotic resource depletion, particulate matter formation, and land use by approximately 32%, 33%, 22%, and 16%, respectively, compared with stabilization using 9 wt.% Portland cement, although the human toxicity potential increased by approximately 8%. Overall, the proposed system showed considerable potential for reducing elemental mobility, while selection of the final mixture requires a balance between stabilization performance and life-cycle impacts.

کلیدواژه‌ها English

element leaching
ground granulated blast-furnace slag
iron ore tailings
life-cycle assessment
stabilization and solidification