Шлаки в металлургии
Силикатные материалы, получаемые при выплавке из руд металлов, называются металлическими шлаками. Они обладают разными свойствами, в зависимости от процесса их получения, химического состава руды и других факторов. Эти искусственные силикаты состоят из оксидов железа, алюминия, кремния, магния, кальция, серы, марганца и др. В зависимости от процентного соотношения этих окислов, скорости и условий остывания шлаков, они могут получать свойства вулканической пемзы или твёрдого гранита, а также рассыпаться в порошок. Их цвета бывают подобными горным породам: белые, жёлтые, чёрные, зелёные, серые, розовые, серебристые, сиреневые, перламутровые и др. Они могут быть разной плотности, пористости, тяжёлыми или лёгкими. Их удельный вес близок к природным камням. По химическому составу бывают основные, кислые, нейтральные.
Шлаки чёрной металлургии
• Доменные – получают при выплавке чугуна. Представляют собой расплавы силикатные или алюмосиликатные. Из-за низкой плотности (в 2 раза меньше, чем у чугуна) они образуются сверху над расплавленным слоем чугуна и периодически удаляются через летку. Возможность его использования зависит от химического состава и способа выхода из домны. Он может при охлаждении получить свойства плотного камня или постепенно рассыпаться в порошок. Плотный материал используется в качестве щебня, стоимость которого значительно меньше натурального, а свойства не уступают. Для проверки пригодности доменных шлаков в производство щебня проводится специальный контроль его качества.
• Сталеплавильные – побочный продукт при любом способе получения стали в открытых агрегатах. Состоит из нелетучих различных оксидов с меньшей плотностью, чем сталь, которые собираются на поверхности расплава. Их источники: продукты, полученные при окислении примесей, содержащихся в чугуне и ломе, добавочные окислители и материалы, внесённые загрязнения (миксерный шлак, песок) и др. Содержат большее количество оксидов железа (20 %) и марганца (10 %).
• Ваграночные образуются при плавке чугуна в вагранке из продуктов окисления чугуна, золы кокса, остатков в виде пригара формовочной смеси, флюса. Основные составляющие ваграночного шлака – оксиды (80 – 90 %). При таком способе производства получаются в большинстве кислые шлаки с выделением минералов (рудных, мелилитов, пироксенов, анортитов), алюмокремнезернистого стекла.
• Ферросплавные – получают в процессе производства ферросплавов. Различаются по добавленным к железу химическим элементам: хрому, марганцу, кремнию и др.
Шлаки цветной металлургии
Для них характерны: высокое содержание оксидов железа, пониженный состав оксидов магния и кальция. Свойства шлаков цветной металлургии зависят от их химического состава. Отличаются от шлаков чёрной металлургии большим удельным весом, разнообразием, дополнительным содержанием ценных редких металлов. Если при выплавке чёрных металлов выход шлаков на 1 т металла составляет 0,1 – 0,7 т, то в цветной металлургии при получении 1 т металла – 100 – 200 т шлаков.
Способы переработки и применение
Самый распространённый способ переработки – грануляция. Происходит путём охлаждения массы водой, воздухом, паром.
• Мокрый способ. Обработка вытекающего из доменной печи раскалённого шлака сильной струёй воды, подаваемой через специальные насадки. Шлак дробится под напором воды и отправляется в бункер до окончательного охлаждения. Его продувают воздухом, в результате чего он остывает и обезвоживается.
• Полусухой способ. Вытекающий из домны шлак попадает на лопасти вращающегося барабана. Небольшое количество воды, подаваемой в желоб, резко охлаждает и делает шлак твёрдым. Затем он попадает в барабан, где дробится и окончательно остывает, отлетая в сторону.
Гранулируются в основном доменные шлаки, которые в большинстве используются в цементной промышленности. Также в этой отрасли распространено применение шлаков ферросплавов, сталеплавильных, цветной металлургии. Из них производят обладающий высокой химической стойкостью цемент, который можно применять даже в агрессивных средах. Получают путём совместного помола металлургического шлака, гипса и извести. Шлаки также используют в качестве активных добавок к портландцементному клинкеру или вместо глины. В зависимости от взятых пропорций, получают обычный цемент или с повышенной стойкостью.
Шлакощелочные цементы получают при совместном помоле гранулированных шлаков, каустической или кальцинированной соды, жидкого стекла. Такие гидравлические вяжущие водостойкие, термостойкие, с высокой прочностью, биостойкие, устойчивы к коррозии. Изготовленные с их добавлением бетоны выдерживают воздействие нефтепродуктов, слабых кислот, твердеют при низких температурах.
Широко используется в строительстве шлаковый щебень, который успешно заменяет натуральный. Получают его путём дробления отвальных шлаков или литья по специальной технологии. Перед применением он проверяется на устойчивость к распаду.
Материал прочный на истирание, выдерживает высокие и низкие сезонные температуры. Используется в качестве наполнителя для различных видов бетонов.
Для тяжёлых изделий из бетона крупным наполнителем служит отвальный или литой щебень, а для мелкого – гранулированный шлак. Для лёгких изделий предназначен щебень из шлаковой пемзы, которую получают путём вспучивания с применением минеральных газообразователей при быстром охлаждении шлаковой массы. Затем она дробится на фракционный щебень.
Этот материал нашёл широкое применение и в дорожном строительстве как надёжный и при этом дешёвый материал. Используется для подготовки оснований, а также в производстве шлаковых вяжущих для дорожных покрытий, приготовления асфальтобетона.
Способом шлакового литья получают плитки и камни для мощения тротуаров, изготовления бордюров, напольные покрытия для внутренних помещений, трубы, фасадные плиты и другие изделия. Они по многим качествам не уступают железобетонным и стальным аналогам. Их получают при разливе в формы расплавленных металлургических шлаков, поступаемых прямо из доменных печей. Такой производственный процесс очень экономичен – не требуются дополнительные ресурсы на расплавку сырья, его транспортировку и хранение. Технология изготовления проста, литьё таких изделий экономически выгоднее, чем изготовление искусственного камня, а механические свойства мало чем отличаются.
Из металлургических шлаков получаются превосходные материалы – шлакоситаллы. Они состоят из стекловидной аморфной массы и мельчайших стеклянных кристаллов. Бывают разных видов и цвета. Свойства зависят от исходного сырья и технологии изготовления. Процесс происходит в стекловаренной печи. Сырьём служат металлургические шлаки, песок и другие добавки. Шлакоситаллы отличаются высокой прочностью, близкой к чугуну и стали, но при этом они в 3 раза легче. Эти материалы легко обрабатываются и очень востребованы в строительстве. Они хорошо сверлятся, шлифуются, режутся. Широко используются для изготовления прочных изделий и в качестве отделочных материалов: труб, подшипников, оптических приборов, электроизоляторов, мелющих деталей механизмов, химического оборудования, облицовочных плит для фасадов и внутренних стен, напольных покрытий, подоконников, кровли, ограждений балконов и др.
Из металлургических шлаков изготавливают шлаковую вату, которая идёт на производство теплоизоляционных изделий. Из доменных шлаков получают около 80% минеральной ваты. Используются для этого также шлаки цветной металлургии, мартеновские, ваграночные. Выбирается сырьё с оптимальной вязкостью для получения минерального волокна методом вытягивания. В ванных печах или вагранках получают шлаковый расплав, который затем перерабатывается в волокно. Вату изготавливают 3-х типов: для плит повышенной жёсткости, для полусухого прессования изделий, для горячего прессования. На основе минваты получают различные изделия (плиты, цилиндры), где в качестве связующих применяют битумы, эмульсии, синтетические полимеры.
Источник
Переработка и утилизация шлаков металлургического производства
В современных печах металлургических комбинатов образуется намного меньше шлаков, чем в их предшественницах полувековой давности. Но полигоны отходов выплавки металлов разрастаются вширь. Утилизация золы и шлака улучшает экологическую обстановку, дает финансовую выгоду и экономит сырье дополнительных производств.
Утилизация шлаков
Значительная часть шлаков содержит металлические включения. Такие отходы сложно обрабатывать. Основной способ переработки – грохочение с последующей магнитной сепарацией металлических элементов. У этого метода есть недостатки: низкое качество разделения металла и шлака, повышенный износ оборудования, низкая рентабельность. Появляются новые технологии, которые осуществляют более точное разделение, а также извлечение немагнитных металлов. Удается извлечь 15% металлического железа.
Освобожденный от металлических примесей шлак пригоден для дальнейшего промышленного применения. Шлаки пористой структуры используют как добавку к бетону. Существуют технологии удаления воздуха (дегазации) из металлургических отходов, что позволяет получить плотный строительный щебень.
Определенную сложность представляет переработка рафинированных шлаков от плавки сурьмянистых концентратов. Из отходов необходимо выделить сурьму и мышьяк, чтобы они не попадали в окружающую среду. В последнее время эти примеси отделяют методом водного выщелачивания.
Большую часть отходов металлургического производства перерабатывают в твердом виде, но переработка расплавов более эффективна.
Шлаковые отходы при выплавке чугуна и стали
К шлакам черной металлургии относятся доменные и сталеплавильные. Доменные шлаковые отходы появляются при выплавке чугуна. Для каждого из видов чугуна – литейного, предельного или специального – характерен свой тип шлака.
Сталеплавильные образуются при выплавке стали. Они делятся на мартеновские, вагральные и электроплавильные – по типу печей. К этой же группе относят шлаки, которые образуются в процессе обработки металла: тигельные и сварочные.
Доменные шлаки образуются одновременно с выплавкой чугуна. Шлаковые массы имеют меньшую плотность, поэтому всплывают на поверхность. Легкую фракцию сливают через верхнее отверстие доменной печи. В ней нет металлических включений. Затем через нижнее технологическое отверстие сливают чугун. В печи остается средняя фракция – шлак, содержащий металл. Его направляют на дальнейшую переработку с целью выделения остатков металла.
Состав доменных шлаков зависит от типа руды, флюса и топлива. Около 95% их массы – это окислы кальция, кремния и алюминия. Металлургические отходы относят к одной из категорий в зависимости от преобладающего минерала:
- кислотные – шлаки с преобладанием кремния и алюминия;
- основные – с высоким содержанием магния, кальция марганца;
- промежуточные – с равнозначным содержанием кислотных и основных соединений.
При переработке шлаков металлургического производства учитывают вид распада шлакового монолита. Так, при силикатном распаде кальциевый силикат трансформируется из бета в гамма форму с увеличением объема. Кусок шлака покрывается трещинами, затем рассыпается в порошок. Известковый распад – результат гидратации извести. Характерен для мартеновских шлаков. Шлаковый камень растрескивается и разваливается на части.
Утилизация доменных шлаков
Основной потребитель доменных отходов – цементные заводы. Добавление измельченного шлака в цемент улучшает характеристики строительной смеси. Шлаковую пемзу, переработанную в щебень, используют как наполнитель легких марок бетона. Расплавленный шлак применяют для производства минеральной ваты.
Сталеплавильные шлаки
Отходы сталеплавильной отрасли в 2 раза меньше доменных по объему, но значительная часть сталеплавильных шлаков все еще попадает в отвалы. Этот вид применяют:
- в производстве щебня;
- в домнах и вагранках в качестве флюса;
- в сельском хозяйстве для известкования почв.
Образование и использование золошлаковых отходов
Золошлаковые отходы образуются преимущественно на ТЭЦ. При горении измельченного угля, смешанного с мазутом, микрочастицы золы улетают с дымовыми газами. Органическая составляющая топлива превращается в дым и пар, минеральные компоненты превращаются в золу и шлак. Зольный остаток спекается в крупные куски. При перемешивании со шлаком формируются золошлаковые отходы.
Отходы ТЭЦ при хранении в отвалах занимают огромные площади. ТЭС мощностью 1 ГВт в сутки образует 1000 тонн шлака и золы. Такая масса отходов при захоронении слоем 8 м требует отчуждения более гектара земель в год. При таких объемах переработка золошлаковых отходом имеет важное экономическое и экологическое значение.
Область применения топливных шлаков
Топливные шлаки, как и металлургические, применяют в производстве бетона, керамзита и шлакоблоков. Гранулированную золу используют для оснований парковок, велосипедных дорожек, набережных. Ее применяют и для покрытия полигонов твердых коммунальных отходов.
Зола и непрогоревшие частицы угля обладают адсорбирующими свойствами. Благодаря этой характеристике зольные остатки применяют для очистки сточных вод.
Жидкую фракцию топливных отходов используют в производстве керамической плитки.
Летучая зола, которую вылавливают из потока дымовых газов, тоже находит применение:
- для укрепления грунтов при строительстве дорог;
- при производстве железобетона для гидротехнических сооружений.
Разработана технология изготовления удобрений из гранулированных топливных шлаков. Их преимущество в том, что они отдают почве питательные вещества на протяжении 10-15 лет.
При широких возможностях вторичной переработки топливных отходов, пока доля утилизации золы в России невелика. Во Франции, Германии и США перерабатывается 60-70% золошлаковых отходов, в России этот показатель не превышает 5%. Остальные 95% выбрасывают на полигоны.
Применение вторичного сырья
Продукты переработки шлаков и золошлаковых отходов используют в строительстве. Основным потребителем вторсырья остается дорожное строительство. Из золы и шлака делают песок, щебень, связующие добавки к асфальту. Железобетон из побочного сырья металлургического производства применяют в строительстве плотин и мостовых опор. Тяжелый, ячеистый и силикатный бетон, керамический кирпич, цемент – строительные материалы широкой области применения.
Отвалы шлаков хранятся вблизи металлургических комбинатов. Они занимают территории у промышленных центров, важные для развития дорожной сети. Разработка отвалов улучшает экологическую и социальную обстановку металлургических городов.
Переработка и утилизация бетонных отходов
Способы и оборудование для переработки, утилизации металла
Отходы от ремонтных и строительных работ
Утилизация и переработка строительного мусора
Состав и виды шламов, влияние на окружающую среду, способы утилизации
Техногенные отходы производства: переработка и утилизация
Методы утилизации и дальнейшей переработки древесных отходов
Сколько стоит чугунная ванна при сдаче на металлолом?
Сколько стоит черный металл и способы его переработки
Переработка навоза в биогаз, топливо, удобрения, картон, гранулирование
Вывоз строительного мусора для переработки и утилизации
Крематоры – печи для утилизации биологических отходов
Источник
