Influence of accumulation of heaps of steel slag on the environment: determination of heavy metals content in the soils

ABSTRACT

The presence of high level of heavy metals involves a human healthy risk that could induce chronic diseases. This work reports on the metal contamination due to heaps of steel-slag accumulated during more than 40 years in allotments and industrial areas in the southern part of Madrid (Spain). Several slag and soil samples were collected in an area of 10 km² and characterized by different conventional (XRD and XRF) and no so common methods (ESEM, thermoluminescence and EDS-WDS). The analysis reveal the presence of (i) important amounts of Fe (43 percent), Mg (26 percent), Cr (1.1 percent), Mn (4.6 percent), S (6.5 percent) in the form of Fe-rich slag phases (wustite, magnetite...), Si and Ca-rich phases (larnite, ghelenite...), Cr (chromite), Mn (bustamite) and graphite, (ii) traces of some other contaminants such as Cr (7700 ppm), Zn (3500 ppm), Ba (3000 ppm), Pb (700 ppm) or Cu (500 ppm) on pathway soil samples that come from the steel slag, and (iii) Co (13 ppm), Pb (78 ppm) and V (54 ppm) in farmland soil samples. Although the existing heavy metals content is not appropriate for the current use, the extremely high metal contamination of the surrounding areas is more worrying. The properties of the soil farmlands (pH circa 7, 13 percent of clay, mainly illite, and 1-4 percent of organic matter content) show suitable conditions for the retention of cationic metals, but further studies on the movilization of these elements have to be performed to determine the possibility of severe human health risks. This sort of study can provide useful information for the politicians regarding the appropriate use of the territory to prevent possible health hazard for the population.

RESUMO

A presença de altos niveis de metais pesados envolve riscos à saúde humana e pode induzir doenças crônicas. Este trabalho relata a contaminação metálica causada por pilhas de escória siderúrgica acumulada durante mais de 40 anos em áreas industriais na parte sul de Madrid (Espanha). Amostras de escória e solo foram coletadas em uma área de 10 km² e caracteri-zada por diferentes métodos, convencionais (XRD, XRF) ou não (ESEM, termoluminescência e EDS-WDS). A análise revela a presença de i) quantidades importantes de Fe (43 por cento), Mg (26 por cento), Cr (1,1 por cento), Mn (4,6 por cento), S (6,5 por cento) formando várias fases ricas em Fe (wüstita, magnetita), Si e Ca (larnita, guelenita), Cr (cromita), Mn (bustamita) e grafite; (ii) tiajos de outros contaminantes, como Cr (7700 ppm), Zn (3500 ppm), Ba (3000 ppm), Pb (700 ppm) e Cu (500 ppm), no solo dos caminhos para as pilhas de resíduos e (iii) Co (13 ppm), Pb (78 ppm) e V (54 ppm) em amostras de solo agrícola. Embora os teores de metais pesados não sejam apropriados para uso corrente, a elevada contaminação de areas adjacentes é mais preocupante. Os solos adjacentes (pH ca. 7, 13 por cento de argila - principalmente ilita) e 1-4 por cento de matéria orgânica mostram condições adequadas para a retenção de cátions, mas outros estudos deverão ser realizados para determinar a possibilidade de riscos à saúde humana. Este tipo de trabalho pode fornecer informaçãoo útil para gestores públicos, com relação ao uso do território e prevenção de riscos à saúde da população.