Research on the possibility of using sludges from washing dolomite and limestone aggregates in the building ceramics technology
E. Kłosek-Wawrzyn 1  
,   A. Bugaj 1  
 
More details
Hide details
1
AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Building Materials Technology, Kraków; Poland
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2018;34(4):65–82
 
KEYWORDS
ABSTRACT
Washing is very popular technological operation removing clay particles from aggregates. The amount of mineral washing sludges increases. Besides filling the excavations, there is no common method of their utilization. The usage of sludges from washing aggregates in building ceramics might be environmentally friendly way to utilize them. This paper presents laboratory research on two type of sludges: from dolomite and limestone aggregates washing. Selected properties of sludges such as water content, particle size distribution (sieve and areometric method), chemical composition (XRF), mineral composition (XRD), thermal properties (STA/EGA, dilatometry, heating microscopy) and stability of fired materials during steam exposure were determined. It was found that dolomite sludge contains more clay minerals and less carbonates, it is more finely grained than limestone sludge. Limestone sludge has large fluctuations in water content and has high content of potentially hazardous calcite grains. During heating up to 1300°C of both dried sludges decarbonation and sintering take place. Dolomite sludge softens, melts and flows below 1300°C. After firing sludges at 1000°C material made of limestone sludge is not resistant to steam. The obtained result suggests that dolomite sludge can be used in building ceramics technology without processing as main component of ceramic mass. Limestone sludge have to be ground before its application in building ceramic materials. Results suggest that it can not be used as the main raw material in ceramic masses, but only as an additive.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Badania możliwości zastosowania szlamów z płukania kruszyw dolomitowych i wapiennych w ceramice budowlanej
płukanie kruszywa, szlam wapienny, szlam dolomitowy, analiza termiczna, ceramika budowlana
Płukanie jest operacją technologiczną pozwalającą na usunięcie z kruszyw minerałów ilastych. Z roku na rok ilość szlamów powstających podczas płukania kruszyw wzrasta. Poza rekultywacją obszarów kopalni, nie ma powszechnej metody utylizacji tych odpadów. Możliwość użycia szlamów z płukania kruszyw wapiennych w ceramice budowlanej może być przyjazną środowisku metodą ich wykorzystania. W artykule przedstawiono wybrane badania laboratoryjne dwóch szlamów z płukania kruszywa: dolomitowego i wapiennego. Odpady scharakteryzowano pod względem zawartości wody, składu granulometrycznego (analiza sitowa i areometryczna), chemicznego (XRF) i mineralnego (XRD), właściwości termicznych (STA/EGA, dylatometria, mikroskopia wysokotemperaturowa) oraz trwałości spieków w obecności pary wodnej. Stwierdzono, że odpad z płukania kruszywa dolomitowego zawiera więcej minerałów ilastych i mniej węglanów oraz jest bardziej drobnoziarnisty niż odpad z płukania wapienia. Odpad z płukania kruszywa wapiennego charakteryzują duże wahania zawartości wody i duża zawartość potencjalnie niebezpiecznych ziaren kalcytu. Podczas ogrzewania wysuszonych próbek szlamów do 1300°C zachodzi dekarbonatyzacja i spiekanie. Odpad z płukania kruszywa dolomitowego mięknie, topi się i płynie przed osiągnięciem temperatury 1300°C. Po wypaleniu szlamów w 1000°C spiek ze szlamu wapiennego nie jest odporny na działanie pary wodnej. Odpad z płukania kruszywa dolomitowego może być wykorzystany w ceramice budowlanej bez jego przetwarzania jako podstawowy składnik mas ceramicznych. Odpad z płukania kruszywa wapiennego nie nadaje się do zastosowania w ceramice budowlanej bez jego poprzedniego zmielenia. Jego właściwości sugerują możliwość zastosowania go jedynie jako dodatek do mas ceramicznych, nie jako ich główny składnik.
 
REFERENCES (32)
1.
Almeida et al. 2007 – Almeida, N., Branco, F. and Santos, J.R. 2007. Recycling of stone slurry in industrial activities: Application to concrete mixtures. Build. Environ. 42, pp. 810–819. [Online] https://doi.org/10.1016/j.buil.... 2005.09.018 [Accessed: 2018-08-2].
 
2.
Betancourt, D. and Martirena, F. 2011. Influence of grinding fineness of calcium carbonate on physic-chemical properties and durability on red ceramic bricks. Rev. Ing. Construcción 26, pp. 269–283. [Online] https://doi. org/110.4067/S0718-50732011000300002 [Accessed: 2018-08-2].
 
3.
Bilgin et al. 2012 – Bilgin, N., Yeprem, H.A., Arslan, S., Bilgin, A., Günay, E. and Maroglu, M. 2012. Use of waste marble powder in brick industry. Constr. Build. Mater. 29, pp. 449–457. [Online] https://doi.org/10.1016/j.conb... [Accessed: 2018-08-2].
 
4.
Careddu, N. and Dino, G.A. 2016. Reuse of residual sludge from stone processing: differences and similarities between sludge coming from carbonate and silicate stones–Italian experiences. Environ. Earth Sci. [Online] https://doi.org/10.1007/s12665... [Accessed: 2018-08-2].
 
5.
Chang et al. 2010 – Chang, F.C., Lee, M.Y., Lo, S.L. and Lin, J.D. 2010. Artificial aggregate made from waste stone sludge and waste silt. J. Environ. Manage. 91, pp. 2289–2294. https://doi.org/10.1016/j.jenv... [Accessed: 2018-08-2].
 
6.
Cultrone et al. 2005 – Cultrone, G., Sebastián, E. and De La Torre, M.J. 2005. Mineralogical and physical behaviour of solid bricks with additives. Constr. Build. Mater. 19, pp. 39–48. [Online] https://doi.org/10.1016/j.conb....
 
7.
Eliche-Quesada et al. 2012 – Eliche-Quesada, D., Corpas-Iglesias, F.A., Pérez-Villarejo, L. and Iglesias-Godino, F.J. 2012. Recycling of sawdust, spent earth from oil filtration, compost and marble residues for brick manufacturing. Constr. Build. Mater. 34, pp. 275–284. [Online] https://doi.org/10.1016/j.conb... [Accessed: 2018-08-2].
 
8.
Fernando et al. 2006 – Fernando, J., Hernandez, M., Betancourt, D. and Diaz Cardenas, Y. 2006. Improvement of Engineering Properties of Fired Clay Bricks Through the Addition of Calcite, in: Proceedings of The 7th International Masonry Conference UK (Inglaterra). [Online] https://doi.org/10.13140/RG.2....: 2018-08-2].
 
9.
González-Corrochano et al. 2012 – González-Corrochano, B., Alonso-Azcárate, J. and Rodas, M. 2012. Chemical partitioning in lightweight aggregates manufactured from washing aggregate sludge, fly ash and used motor oil. J. Environ. Manage. 109, pp. 43–53. [Online] https://doi.org/10.1016/j.jenv... [Accessed: 2018-08-2].
 
10.
González-Corrochano et al. 2016 – González-Corrochano, B., Alonso-Azcárate, J., Rodríguez, L., Lorenzo, A.P., Torío, M.F., Ramos, J.J.T., Corvinos, M.D. and Muro, C. 2016. Valorization of washing aggregate sludge and sewage sludge for lightweight aggregates production. Constr. Build. Mater. 116, pp. 252–262. [Online] https://doi.org/10.1016/j.conb... [Accessed: 2018-08-2].
 
11.
Kłosek-Wawrzyn, E. 2016. PhD Thesis The influence of calcium carbonate on the sintering process of ceramic masses and the properties of ceramic building materials (Praca doktorska Wpływ węglanu wapnia na proces spiekania mas ceramicznych i właściwości wyrobów ceramiki budowlanej). Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków (in Polish).
 
12.
Kłosek-Wawrzyn, E. and Bugaj, A. 2016. Influence of dolomite addition to masses made from Triassic clay on application properties, phase composition and microstructure of ceramic materials produced (Wpływ dodatku dolomitu do masy z iłu triasowego na właściwości użytkowe, skład fazowy i mikrostrukturę otrzymywanych tworzyw ceramicznych). Mater. Ceram. 68, pp. 236–241 (in Polish).
 
13.
Kłosek-Wawrzyn et al. 2014 – Kłosek-Wawrzyn, E., Małolepszy, J. and Murzyn, P. 2014. The influence of calcium carbonate addition for sintering different types of kaolines (Wpływ dodatku węglanu wapnia na proces spiekania różnych kaolinów). Mater. Ceram. 66, pp. 68–76 (in Polish).
 
14.
Kłosek-Wawrzyn et al. 2017 – Kłosek-Wawrzyn, E., Murzyn, P. and Wons, W. 2017. Analysis of the possibility of limestone sludge usage in the production of clay masonry units [In:] Sixteenth International Waste Management and Landfill Symposium. CISA Publisher, Cagliari, Italy, pp. 1–13 (in Polish).
 
15.
Kozioł, W. and Ciepliński, A. 2012. Dimension stone – current trends in application, extraction and processing, part 2 (Kamień bloczny – aktualne tendencje w zastosowaniu, wydobyciu i obróbce, cz. 2). Nowocz. Bud. Inżynieryjne 4, pp. 82–85 (in Polish).
 
16.
Małolepszy et al. 2013 – Małolepszy, J., Gawlicki, M., Pichór, W., Brylska, W., Brylicki, W., Łagosz, A., Nocuń-Wczelik, W., Petri, M., Pytel, Z. and Roszczynialski, W., others 2013. Basics of building materials technology and testing methods (Podstawy technologii materiałów budowlanych i metody badań). Kraków: Wydawnictwo AGH (in Polish).
 
17.
Moreno-Maroto et al. 2017 – Moreno-Maroto, J.M., González-Corrochano, B., Alonso-Azcárate, J., Rodríguez, L. and Acosta, A. 2017. Development of lightweight aggregates from stone cutting sludge, plastic wastes and sepiolite rejections for agricultural and environmental purposes. J. Environ. Manage. 200, pp. 229–242. [Online] https://doi.org/10.1016/j.jenv... [Accessed: 2018-08-2].
 
18.
Morse, G.T. 1948. Use of Dolomite As an Auxiliary Flux in Floor Tile. J. Am. Ceram. Soc. 31, pp. 67–70. [Online] https://doi.org/10.1111/j.1151... [Accessed: 2018-08-2].
 
19.
Naziemiec, Z. 2015. Development of clay-polluted limestone fractions from crushed stones (Zagospodarowanie zanieczyszczonych gliną frakcji wapieni z zakładów produkcji kruszyw łamanych). Pr. Inst. Ceram. i Mater. Bud. Build. Mater. 21, pp. 31–42 (in Polish).
 
20.
Naziemiec, Z. 2010. Effectiveness of rinsing aggregates in various rinsing devices (Efektywność płukania kruszyw w różnych urządzeniach płuczących). Pr. Inst. Szkła, Ceram. Mater. Ogniotrwałych i Bud. 3, pp. 163–176 (in Polish).
 
21.
Nur Fitriah et al. 2016 – Nur Fitriah, I., Khairunnisa, M., Norhaizura, Y., Muhammad Munsif, A., Mohd Badrul Hisyam, A.M., Abdul Rahim, M., Khair Ishak, M., Nurul Huda, H., Ahmad Faizal, M. and Siti Najwa, A.N. 2016. Dolomite Quarry Waste as Sand Replacement in Sand Brick. Mater. Sci. Forum 857, pp. 319–322. [Online] https://doi.org/10.4028/www.sc... [Accessed: 2018-08-2].
 
22.
PIG-PIB 2017 – Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy 2017. The balance of mineral resources deposits in Poland as of 31.12.2017 (Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce według stanu na 31 XII 2016 r.) Warszawa (in Polish).
 
23.
Radwanek-Bak, B. and Nieć, M. 2015. Valorization of undeveloped industrial rock deposits in Poland. Resour. Policy 45, pp. 290–298. [Online] https://doi.org/10.1016/j.reso... [Accessed: 2018-08-2].
 
24.
Ramachandran et al. 2002 – Ramachandran, V.S., Paroli, R.M., Beaudoin, J.J. and Delgado, A.H. 2002. Handbook of Thermal Analysis of Construction Materials. William Andrew, Ottawa.
 
25.
Saboya et al. 2007 – Saboya, F., Xavier, G.C. and Alexandre, J. 2007. The use of the powder marble by-product to enhance the properties of brick ceramic. Constr. Build. Mater. 21, pp. 1950–1960. [Online] https://doi.org/10.1016/j.conb... [Accessed: 2018-08-2].
 
26.
Schmidt-Reincholz, C. and Schmidt, H. 1997. The effect of lime and dolomite in brick bodies and finished products. Tile&Brick Int. 14–16.
 
27.
Sedmale et al. 2006 – Sedmale, G., Sperberga, I., Sedmalis, U. and Valancius, Z. 2006. Formation of high-temperature crystalline phases in ceramic from illite clay and dolomite. J. Eur. Ceram. Soc. 26, pp. 3351–3355. [Online] https://doi.org/10.1016/j.jeur... [Accessed: 2018-08-2].
 
28.
Sivrikaya et al. 2014 – Sivrikaya, O., Kiyildi, K.R. and Karaca, Z. 2014. Recycling waste from natural stone processing plants to stabilise clayey soil. Environ. Earth Sci. 71, pp. 4397–4407. [Online] https://doi.org/10.1007/s12665... [Accessed: 2018-08-2].
 
29.
Sokolář et al. 2014 – Sokolář, R., Vodová, L. and Šveda, M. 2014. Limestone sludge in the brick body. Adv. Mater. Res. 1000, pp. 158–161. [Online] https://doi.org/10.4028/www.sc... [Accessed: 2018-08-2].
 
30.
Sveda, M. 2000. Influence of calcium carbonate on the physical properties of a clay body. Part 1. Ziegelindustrie Int. 1–2, pp. 40–46.
 
31.
Vodova et al. 2014 – Vodova, L., Sokolar, R. and Hroudova, J. 2014. The Effect of CaO Addition on Mechanical Properties of Ceramic Tiles. Int. J. Civil, Environ. Struct. Constr. Archit. Eng. 8, pp. 717–720.
 
32.
Zhang et al. 2010 – Zhang, W.J., Huo, C.F., Feng, G., Li, Y.W., Wang, J. and Jiao, H. 2010. Dehydration of goethite to hematite from molecular dynamics simulation. J. Mol. Struct. THEOCHEM 950, pp. 20–26. [Online] https://doi.org/10.1016/j.theo... [Accessed: 2018-08-2].
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953