USE OF ELECTRIC ARC FURNACE STEELMAKING SLAG IN ACCELERATED CARBONATION

Abstract

The valorization of industrial waste in the steel industry is of great interest within the circular economy model and in the development of strategies for carbon sequestration. Currently, due to sustainable policies, the number of industrial process plants in steel factories is increasing, where the steel production system using basic oxygen furnaces (BOF) is being replaced by electric arc furnaces (EAF). Compared to BOF, the EAF has the advantage of using a renewable energy source and recycling scrap for steel production, thus resulting in lower emissions of polluting gases. The EAF process generates byproducts, such as slag, with a chemical composition different from the residues of the BOF process, which limits its use in conventional applications in civil construction, such as infrastructure works or as an additive to cement. The accelerated carbonation process allows reactions between CO₂ and oxides present in EAF steel slag to occur in a shorter time within the reactor, with a significant increase in compressive strength and chemical stability of the samples when compared to the carbonation of the material under atmospheric conditions. This work aims to present a review of recent studies on the use of EAF slag and its application in the accelerated carbonation process as a means of valorizing this waste.

A valorização de rejeitos industriais na indústria siderúrgica possui grande interesse no modelo de economia circular e também na idealização de estratégias para sequestro de carbono. Atualmente, em razão de políticas sustentáveis, cresce o número de plantas de processos industriais em fábricas de aço, onde há a troca do sistema de fabricação do aço via fornos de oxigênio básico (FOB) por fornos elétricos a arco (FEA). Em relação ao FOB, o FEA tem vantagem ao utilizar uma fonte de energia renovável e reaproveitar a sucata para a produção do aço, tendo, portanto, uma menor emissão de gases poluentes. O processo com FEA gera subprodutos, como a escória, com composição química diferente dos resíduos do processo FOB, que limitam seu emprego em usos convencionais na construção civil, como em obras de infraestrutura ou como adição ao cimento. O processo de carbonatação acelerada permite que as reações entre o CO2 e os óxidos presentes na escória de aciaria FEA ocorram em menor tempo no reator, com ganho expressivo na resistência à compressão e estabilidade química das amostras, quando comparado a carbonatação do material em condições atmosféricas. Este trabalho busca apresentar uma revisão de trabalhos recentes para com o uso da escória FEA e seu aproveitamento no processo de carbonatação acelerada como valorização deste resíduo.

La valorización de residuos industriales en la industria siderúrgica despierta gran interés en el modelo de economía circular, así como en el desarrollo de estrategias para el secuestro de carbono. Actualmente, debido a políticas de sostenibilidad, ha aumentado el número de plantas de procesos industriales en fábricas de acero que sustituyen el sistema de fabricación basado en hornos de oxígeno básico (BOF, por sus siglas en inglés) por hornos eléctricos de arco (EAF). En comparación con el BOF, el EAF presenta la ventaja de utilizar una fuente de energía renovable y de reutilizar chatarra para la producción de acero, lo que conlleva una menor emisión de gases contaminantes. El proceso con EAF genera subproductos como la escoria, cuya composición química difiere de los residuos generados por el proceso BOF, lo cual limita su uso en aplicaciones convencionales de la construcción civil, como obras de infraestructura o adiciones al cemento. El proceso de carbonatación acelerada permite que las reacciones entre el CO₂ y los óxidos presentes en la escoria del EAF ocurran en menor tiempo dentro del reactor, proporcionando un aumento significativo en la resistencia a la compresión y en la estabilidad química de las muestras, en comparación con la carbonatación en condiciones atmosféricas. Este trabajo tiene como objetivo presentar una revisión de estudios recientes sobre el uso de la escoria del EAF y su aprovechamiento en el proceso de carbonatación acelerada como forma de valorización de este residuo.