к. т. н., Спільник Н. В.

ДВНЗ Придніпровська Державна Академія Будівництва та Архітектури

Методи переробки металургійних шлаків

Шлаки – це відходи промисловості, що утворюються при високих температурах внаслідок фізико-хімічної взаємодії компонентів твердих матеріалів та газового середовища.

Відомо, що думка про використання шлаків з’явилася ще у ХVІ ст., коли були зроблені перші спроби використання шлаків, що утворюються при виробництві заліза. Так, наприклад, вже у 1570 р. із шлаку відливали гарматні ядра. У 1726 р. в Росії була спроба із доменних шлаків виробляти посуд, але цей метод використання доменних шлаків виявився економічно не вигідним.

Однак вже через два роки, у 1728 р., в Англії був виданий патент на відливку з доменних шлаків будівельних блоків, що використовувалися для будівництва димових труб та погребів. В цей самий час в Росії шлакові блоки використовували для кладки стін складських приміщень, фундаментів жилих будівель та ін.

Використання шлаків для дорожнього будівництва почалося вже у XVIII ст. у вигляді щебеню та каміння. Вже в середині ХІХ ст. інженери почали відмічати однакові властивості шлаків та природних гірських порід; вони розглядали шлаки як альтернативу камінню та вказували на можливість використання шлаків у якості в’яжучого матеріалу.

На початку ХХ ст. за кордоном шлак вже почали використовувати масово. Саме тому, наприклад, якщо спочатку металургійні підприємства відпускали шлак безкоштовно або зовсім його не використовували, то тепер почали організовуватись фірми при заводах, які переробляють, вивозять та продають шлак.

Сьогодні металургійні шлаки широко використовуються для виробництва будівельних матеріалів. Найбільш поширеними видами будівельних матеріалів зі шлаків є: щебінь, пісок, щебнево-піщана суміш, гранульований шлак, шлакова пемза, шлаколиті будівельні матеріали та ін.

Виробництво щебеню зі шлаку. Щебінь зі шлаків отримують шляхом поступового охолодження шлаку. Його виготовляють шляхом подрібнення відвального шлаку, ковшових залишків та з рідких шлаків.

Литий щебінь отримують зливом розплаву із шлаковозу у траншею шарами по 80–100 мм. Після затвердіння протягом 20–30 хвилин поверхню зрошують водою, а після випарювання вологи з поверхні сюди зливають наступну партію шлаку. Через дві доби шлак розробляють екскаватором та подрібнюють.

Для отримання щебеню з відвальних шлаків використовують різноманітні дробильно-сортувальні установки, які відрізняються лише використанням пересувних агрегатів. При отримані щебеню з відвальних шлаків утворюється до 15–20 % піску, який також повністю використовується у будівельній промисловості.

Виробництво граншлаку. Грануляція – процес переробки шлакового розплаву у засклені гранули, за допомогою води, пари, повітря чи іншого газу.

Найбільш поширена мокра грануляція. Найпростіше вона виглядає наступним чином: рідкий шлак зливають з ковша до басейна, який наповнений водою; швидко охолоджуючись, шлак перетворюється на зерна (або гранули). Але при мокрій грануляції шлаку, він має високу вологість, яка досягає 30–40 %, насипна щільність при такій вологості становить 500–800 кг/м³, а кількість води, що витрачається при такому способі, становить 0,5–9 м³/т, однак частина її повертається для повторного використання.

Виробництво гранульованого шлаку потребує великої кількості води та супроводжується викидами в атмосферу забруднюючих речовин при охолоджені.

Виробництво шлакової пемзи. Шлакова пемза (термозит) – один з найефективніших видів штучних ніздрюватих заповнювачів. Використовують шлакову пемзу в якості заповнювачів легких бетонів з широким діапазоном по середній щільності та показниками міцності. Також її використовують як пористий заповнювач для конструкційно-теплоізоляційних легких бетонів з щільністю 1 300–1 600 кг/м³ й міцністю 5–7,5 МПа та конструкційних бетонів з щільністю 1 500–1 800 кг/м³ й міцністю 10–20 МПа.

Виробництво шлакової пемзи з металургійного шлаку супроводжується викидами газів в атмосферне повітря, особливо при контакті їх з водою.

Переробка шлаків на сільськогосподарські добрива. Відомо, що в доменних шлаках присутні такі компоненти, як вапняк, оксид магнію, марганцю, фосфати, кремнезем, глинозем, залізо, сірка та відбитки деяких елементів, що корисні для рослин. Тому сьогодні вже доведена ефективність використання доменних шлаків у сільському господарстві у вигляді гранул.

В області сільського господарства використання металургійного шлаку можливе шляхом виробництва добрив або меліорантів для хімічного добрива та меліорації ґрунтів. В якості добавок використовують сипучі органічні та неорганічні матеріали – навіз, торф, пташиний послід, суперфосфат та інші. Технічний результат складається в знижені собівартості виробництва.

Виробництво шлаколитих матеріалів. Виробництво виробів зі шлакових розплавів економічно вигідно, оскільки не потребує додаткових енергозатрат, відпадає необхідність у спеціальних плавильних печах та значно знижують капітальні вкладення та собівартість одиниці продукції.

Ефективність застосування шлакового лиття та виробів з нього визначається збільшенням строку служби агрегатів в 6–12 раз. При цьому покращуються показники роботи, значно знижуються витрати на утримання обладнання. На кожній встановленій тоні шлакового лиття економиться 5–8 тон металу та значно скорочується об’єм ремонтних робіт.

Області використання шлакового лиття дуже різноманітні: від захисту обладнання, агрегатів, пристроїв від корозії та стирання у гірничорудній, металургійній, хімічній, вугільній промисловості, на ТЕЦ, у будівництві, сільському господарстві, у дорожньому будівництві, при поховані ядерних відходів АЕС.