Все, что нужно знать о переработке шлаков

Где применяют цемент со шлаком

Сфера использования цемента этого вида аналогична сфере использования портландцемента:

• Производство тяжелых бетонов классов прочности В15-В30.
• Производство сухих строительных смесей.
• Изготовление плит перекрытия, бетонных панелей, колонн, балок, ригелей и других несущих конструкций зданий и сооружений, в том числе предварительно напряженных.
• Монолитное жилое и коммерческое возведение объектов.
• Производство элементов благоустройства территорий: тротуарная плитка, бордюрные камни, брусчатка.
• Все виды малоэтажного частного строительства: заливка: фундаментов, стен, плит перекрытия, стен и перекрытий погребов и т.п.

Применение доменных шлаков

Выход доменных шлаков приблизительно равен по весу выходу чугуна и в 2,5 раза превосходит этот последний по объему. Использование огромного количества доменных шлаков (в 1910 г. мировое производство чугуна и стали выразилось числом 125530000 т, в России — 5390000 т) представляет задачу большого экономического значения.

Применение доменных шлаков основано на использовании различных технически ценных свойств их, а именно: способности отливаться и давать весьма твердый материал, вытягиваться в расплавленном состоянии тонкими и по застывании упругими нитями, давать с известковым раствором затвердевающие цементные массы, образовывать с битуминозными веществами упругие и прочные настилки дорожных полотен, давать растениям усвояемую фосфорную кислоту и т. д. Разнообразие состава доменных шлаков благоприятствует возможности наиболее рационального выбора их в каждом отдельном случае. В табл. 4 сопоставлены применения доменных шлаков и главные требования на соответствующий доменный шлак.

Цементная промышленность. Наиболее широкое применение доменные шлаки находят в цементной промышленности, куда идут более основные шлаки, состоящие из двойных силикатов извести и глинозема, в которых часть извести заменена магнезией и закисью железа, а часть глинозема — окисью железа. Наличие в них аморфной кремнекислоты дает им способность при смешении с известью и водой образовывать нерастворимые в воде гидраты силикатов и алюминатов, служащие в качестве цементов. Доменные шлаки, идущие на гидравлические цементы, должны иметь отношение СаО : SiО₂ не менее 1. Наиболее выгодным отношением СаO : SiO₂ : Аl₂O₃ является 1 : 0,65 : 0,35. Эти доменные шлаки получаются гл. обр. при выплавке литейных чугунов, имеют серый цвет и состав: 25—27% SiО₂, 8—20% Аl₂O₃, до 1,5% Fe₂O₃, 44—52% СаО, 1—2% CaSO₄, до 3% MgO, до 3% МnО, до 3% CaS, до 2% FeO. Гидравличность их значительно повышается гранулированием (см. Грануляция шлака). Измельченный в тонкую муку шлак просеивают и смешивают с порошком гашеной извести (10—15 %, в зависимости от основности). Такой продукт называется шлаковым цементом (пуццолановым цементом). Состав его: 54—60% СаО, 20—25% SiО₂, 0,6—5,0% MgO, 9—15% Al₂О₃ + Fe₂О₃, 0,8—2,6% SО₃. Удельный вес его около 2,8. Шлаковый цемент относится к числу медленно схватывающихся; применяется гл. обр. при постройке фундаментов и в подводных бетонных сооружениях. Сопротивление на разрыв у шлакового цемента без песка менее, чем у портландского, но растворы его с песком обладают нередко большим сопротивлением: сопротивление на разрыв по истечении 7 дней 14—19 кг/см2, по истечении 28 дней 20—27 кг/см2. Иногда из шлакового цемента формуют кирпичи, которые затем обжигаются в печах до спекания, измельчаются и после просеивания идут в упаковку. Такой продукт называется настоящим шлаковым портландским цементом; он не уступает по своим качествам настоящему портландскому цементу. Наконец, встречается также т. н. смешанный цемент или железный портландский цемент — смесь настоящего портландского цемента (70%) с гранулированным доменным шлаком (до 30%).

Химический состав — шлак

Химический состав шлака в СК зависит от типа агрегата плавки, наличия и уровня эффективности технологии отсекания шлака при сливе металла в СК из этого агрегата, технологии внепечной обработки металла, применения термошлаковой смеси ( например, на основе извести и плавикового шпата) или утепления зеркала металла в СК. Состав первичных конвертерных шлаков описывается диаграммой системы CaO-FeO — SiO2, а по завершению операций раскисления и легирования — диаграммой системы CaO — A12O3 — SiO2 На стойкость футеровки влияют также количество этого шлака в СК и длительность пребывания шлака в контакте с огнеупором.
 

Химический состав шлака и песка приведен ниже.
 

Химический состав шлака зависит от вида исходного материала, способа получения целевого продукта. Чем сложнее состав выплавляемой стали, тем больше вводится в металл легирующих добавок, тем агрессивнее шлак.
 

Химический состав шлаков отличается от состава золы как вследствие указанных выше реакций и процесса сублимации, протекающих при высокой температуре факела, так и в результате сепарации крупных капель шлака на стенках топочной камеры и выноса мелких частиц золы в газоходы котла.
 

Химический состав шлаков, из которых были получены пробы минеральной ваты, подбирался с таким расчетом, чтобы при изменении содержания исследуемого окисла остальные шлакооб-разующие окислы содержались при неизменных соотношениях. За основную характеристику минеральной ваты нами принят ее объемный вес, так как именно им определяется марка продукции по стандарту.
 

Химический состав шлака должен обеспечить достаточную степень рафинирования металла от нежелательных примесей и в то же время исключить окисление легирующих элементов.
 

Химический состав шлака, %: SiOa-538; А12Оз — 24 9 — Fe2Os — 13 2; СаО — 2 1; MgO — 0 9; K2O Na2O — 2 1; б: / — ПХМ-6; 2 — корундовая на алюминофосфатной связке; 3 — карборундовая; 4 — хромомагнезитовая.
 

Дан химический состав шлака по анализу ( в вес.
 

Однако химический состав шлаков еще не предопределяет полностью их вяжущих свойств. Гидравлическая активность шлаков зависит от их структуры: соотношения кристаллической и стекловидной фаз. При медленном охлаждении шлаков образуются крупные хорошо оформленные кристаллы минералов, обладающие незначительными вяжущими свойствами или вовсе лишенные их. Полностью закристаллизованные шлаки очень медленно взаимодействуют с водой и не способствуют росту прочности. Быстроохлажденный шлак с большим количеством стекловидной фазы взаимодействует с водой значительно активнее. Стекловидная фаза неустойчива при обычных температурах и под воздействием внешних факторов ( воды) стремится перейти в стабильную кристаллическую фазу. Высокая внутренняя химическая энергия стекла обеспечивает ему повышенную растворимость, результатом чего является его кристаллизация. Образующиеся кристаллогидраты вызывают постепенное твердение гранулированного шлака.
 

Так как химический состав шлака зависит от химического состава сжигаемого угля, то его использование в хозяйстве затруднено. Малая пригодность шлака в качестве сырья для производства цемента объясняется главным образом его меняющимся химическим составом. Большое содержание окиси кальция, выгодное для производства цемента, имеет место в угольных шлаках очень редко. Большая твердость и плохая размолоспособность препятствуют использованию его для производства цемента.
 

Для расчета химического состава шлака необходимо знать химический состав компонентов и количество легирующих элементов, переходящих is металл шва.
 

На основании химического состава шлаков ( табл. 47) можно констатировать, что шлаки Новотульского завода являются основными, шлаки Чусовского-нейтральными, а шлаки Серов-ского металлургического завода и опытного завода НИУИФ относятся к кислым.
 

Приведен анализ химического состава магнезиально-железистых шлаков комбината Североникель за последние годы, определен средний валовый состав, на основе которого выполнен расчет химического состава электро-печнрго шлака после его корректирования нефелиновым концентратом.
 

Использование в более серьезных целях

Но есть еще и немного другие, более серьезные сферы применения цемента со шлаком. В основном применяется шлаковый портландцемент, который считается одним из наиболее прочных и надежных строительных материалов. Чтобы предвидеть хороший результат от смеси цемента со шлаком, применение материала должно быть правильно продумано.

Схема формирования стен из шлакобетона.

Шлаковый портландцемент все чаще применяется для изготовления плит перекрытия при строительстве многоэтажных домов

Это связано с тем, что высокий уровень надежности материала обеспечивает долговечную службу перекрытий, что так важно для безопасности жилых домов.
Смесь цемента и шлака применяется для устройства фундаментов зданий. Это очень актуально, в особенности если стены в доме планируется делать из облегченных строительных материалов

Именно фундамент здесь будет служить основательной опорной конструкцией.
Из шлакобетона, изготовляемого на основе смеси самого качественного вида цемента со шлаком, изготавливаются армированные пояса. Они также распространены в проектах многоэтажного строительства, а еще для армирования отдельных инженерных конструкций.
Смесь высококачественных шлака и цемента очень востребована в строительстве подводных и околоводных сооружений, в том числе и инженерных. Ведь такие конструкции сильно подвержены воздействию пресной воды, которая со временем имеет свойство разрушать несоответствующие такому строительству конструкции.
Также данная смесь нашла свое применение и в отдельных видах теплоизоляции помещений. Особенно качественно все получается в комплексе со стандартными утеплителями. Это придает помещению максимальную степень защищенности от проникновения холода. Это наиболее хорошо проявляется в использовании функциональной штукатурки, которая и дефекты заделывает, и вид стене придает более ухоженный.

Но и это еще не все. Классов шлакового портландцемента на сегодняшний день так много, что специалисты успели выделить из них самые распространенные и хорошие, которые наиболее целесообразно применять для тех или иных задач в строительно-ремонтных работах.

Класс типа 50 используется для армирования, а еще для изготовления разных несущих стен. А 35 класс применяется для строительства ненесущих элементов здания. Класс под номером 25 также используется для неосновных мелких конструкций. А вот 10-й класс нашел активное свое применение в теплоизоляционных работах.

Стойкие и распадающиеся материалы

Еще один классифицирующий критерий – условия остывания пустой породы. Различие в процессе охлаждения приводит к формированию следующих разновидностей шлаков:

• камневидные;
• гранулированные;
• стекловидные.

Следующий отличительный фактор, характеризующий шлаки металлургических комбинатов, – устойчивость. В этом отношении, альтернативу нераспадающемуся шлаку составляют такие виды распада:

1. Силикатный. Характеризуется существенным приростом объема вещества, вследствие перехода кальциевого силиката из бета в гамма форму. Структура шлака покрывается трещинами и далее камень распадается в мучнистый порошок.
2. Известковый. Процесс – следствие гидратации извести. Этот тип распада преимущественно характерен мартеновским шлакам, проявляясь как самопроизвольное растрескивание твердого материала на куски.
3. Железистый. Связан с избыточным содержанием неокисленного железа относительно окислов этого металла. Пороговая величина составляет 1.5% от FeO. Превышение указанного значения и воздействие влаги, инициируют реакцию перехода сульфида железа в его гидроксид, сопровождающуюся выделением сероводорода. В результате объем шлака возрастает до 38%, что и приводит к растрескиванию.
4. Марганцевый. Активируется при нахождении шлака во влажной среде.

Переработка металлургических шлаков связано преимущественно с устойчивыми к распаду материалами. Их этого вторичного продукта изготавливается щебень, например.

Преимущества и недостатки шлаков

Если говорить о плюсах и минусах вторсырья, то проще всего рассмотреть их на примере шлакоблоков. Они обладают следующими преимуществами:

• повышенной огнестойкостью;
• долгим сроком эксплуатации (порядка 50 лет);
• разнообразием характеристик и свойств в зависимости от состава материала;
• низкой стоимостью (если сравнивать с деревом или кирпичом);
• простотой обработки и укладки.

Продолжая рассматривать плюсы и минусы вторсырья, справедливо будет упомянуть и его недостатки:

• гигроскопичность (материал не стоит применять в областях, где постоянно происходят паводки);
• большую прочность, из-за которой очень сложно осуществлять прокладку инженерных коммуникаций;
• высокую теплопроводность;
• повышенное содержание кислоты и серы (на полное выветривание токсинов уходит порядка 1 года).

Поэтому перед тем, как сделать выбор в пользу этого материала стоит учесть все плюсы и минусы этого сырья. Если же вас интересует наиболее дешевый наполнитель для строительства промышленного или нежилого помещения, то можно значительно сэкономить и приобрести вторсырье.

Характеристики доменного шлака

Могут отличаться у разных производителей, что связано с особенностями технологических циклов выплавки чёрных металлов.

Разными будут составы как кальцитов, так и силикатов, железа и алюминия в конечном продукте. Условные обозначения шлака, который отправляется как продукт для переработки в строительную индустрию, в зависимости от места производства, выглядят так:

• Н – Новокузнецкий
• Ч – Чусовской,
• Чл – Челябинский,
• Ж – Ждановский,
• Нт – Новотульский,
• Л – Липецкий,
• Кр – Криворожский,
• Д – Днепродзержинский металлургические комбинаты.

Приведённый химический состав может зависеть от поступившей на плавку руды, кокса и марки выплавляемого чугуна. От этих же показателей будет зависеть удельный вес шлака на выходе. Вес также зависит от способа его охлаждения – стекловидный, получаемый охлаждением водой, будет тяжелее и прочнее.

Плотность шлака, в зависимости от состава:

Технология утилизации

Технология переработки металлургических шлаков включает операции:

1. Первичное дробление крупной фракции (< 350 мм).
2. Первичная магнитная сепарация.
3. Вторичное дробление немагнитной фракции (< 80 мм).
4. Грохочение магнитной фракции.
5. Доочистка магнитной фракции.
6. Вторичная магнитная сепарация исходной продукции по группам.

В черной металлургии остро стоит проблема использования кокса. Поэтому активно ведется разработка бескоксовых технологий производства железа. Доступным источником энергии для черной металлургии остаются некоксующиеся угли, а сырьем — бедные железные руды (из отвалов). Старое оборудование, например, доменная печь, с этой функцией не справятся. Альтернативой выступают агрегаты и процессы бескоксовой металлургии. Перспективными с экономической точки зрения считаются процессы с использованием дешевых энергоносителей — некоксующегося угля, дутья с небольшим добавлением кислорода. Среди способов извлечения железа из отработанных шлаковых отходов широкой распространение получили дробление, размол и металлическая сепарация.

Для переработки шлаков используется техника:

1. Дробилки роторные относятся — основное оборудование для переработки, позволяют получать разные фракции продукта (щебень, мука, крошка). Станок с максимальной площадью может перерабатывать до 70 тонн в час.
2. Инерционные и вибрационные грохоты используются для фракционирования. Современные агрегаты позволяют получать нужный размер, безопасны, надежны и удобны.
3. Магнитные сепараторы разделяют продукт при движении на конвейерной ленте.
4. Конвейеры.

Технологическая инструкция запрещает работнику:

1. Загораживать, захламлять подходы к агрегатам.
2. Вставать на станок, класть на него какие-либо предметы.
3. Разрешать эксплуатацию аппарата посторонним, оставлять оборудование без присмотра.

В ходе производственного процесса запрещено:

1. Изменять положение деталей на аппарате (пружины, болты)..
2. Изменять размер разгрузочной щели.
3. Перемещать ограждения.
4. Смазывать оборудование вручную.
5. С помощью случайных предметов проталкивать застрявшие камни.

Химические шлаки (электротермофосфорные)

Граншлаки – отходы производства фосфора, который изготавливается электротермическим методом. В таком вторсырье содержится до 98% стекла. Основу материала составляют CaO и Si02. Помимо этого в химических отходах содержатся частицы макулатуры, резиновой крошки, тряпья, полимерных материалов, попутных нефтепродуктов и многого другого. В связи с этим подобные шлаки довольно редко используются в строительстве.

Если говорить о самом распространенном типе шлаков, то это доменное вторсырье. Однако, несмотря на многочисленные преимущества, этот материал обладает и плюсами и минусами.

https://youtube.com/watch?v=cGdbAnMEXPk

Шлаки черной металлургии (доменные)

Сырье этого типа бывает 3 типов:

• Шлак доменный гранулированный, который получают при охлаждении чугуна во время его выплавки. Как правило, полученный граншлак используют в качестве заменителя более дорогостоящих минеральных добавок.
• Доменный шлак не гранулированного типа. Его добывают в процессе воздушного охлаждения отходов металлургии, их дробления и последующего грохочения. Полученный материал чаще всего применяется в качестве наполнителя для асфальтобетона при строительстве дорожных полотен. Кроме этого, не гранулированное сырье нашло применение в сельскохозяйственной области, где отходы используют для раскисления земли.
• Шлаковая пемза отличается тем, что она не обладает вяжущими свойствами. Поэтому это сырье чаще используют в качестве утеплителя, звукоизоляционного материала и при производстве шлакоблоков и прочих изделий из пористых и легких бетонов.

Если говорить о свойствах шлака доменного, то он отличается высоким сопротивлением к измельчению, реакционной способностью и стабильностью. По гидравлическим свойствам гранулированный шлак бывает трех сортов:

• 1 сорт. В таком материале допускается содержание оксида алюминия не менее 8%, магния не больше 15%, титана не более 4% и марганца не больше 2%.
• 2 сорт. Оксид алюминия – 7,5%, магния – 15%, титана – 4%, марганца – 3%.
• 3 сорт. Оксид алюминия – не более 7,2%, магния – 15%, титана – 4%, марганца – 4%.

Способы получения и состав шлака

Шлак – это не что иное, как отходы и побочные продукты металлургического и сталеплавильного производства. В процессе плавления металлов пустые породы поднимаются на поверхность, их отделяют и охлаждают – искусственным или естественным путем. В зависимости от способа охлаждения выделяют шлаки:

1. гранулированный (граншлак) – образуется при быстром охлаждении водой или холодным воздухом, обычные размеры гранул – от 6 до 10 мм,
2. отвальный (комовой) – получается при постепенном остывании шлака на воздухе, размеры частиц в этом случае могут быть различными.

Остывший шлак при необходимости измельчают и сортируют, либо оставляют без изменений. При разделении материала, исходя из размеров частиц, получают такие виды шлаков:

• шлаковую мучку (отсев) – с размерами до 5 мм,
• мелкофракционный – от 5 до 20 мм,
• среднефракционный – от 20 до 40 мм,
• крупнофракционный – от 40 до 70 мм и от 70 до 120 мм.

В составе шлака могут быть золы, кокс, руды, силикаты, оксиды металлов. Такой материал экологически не безопасен, и проверять на радиоактивность следует каждую партию продукции. Применять шлак в строительстве жилых помещений следует очень аккуратно и избирательно. А вообще оптимальным вариантом его использования можно считать строительство гаражей и зданий промышленного назначения, а также применение в качестве утеплителя.