Характеристика и применение металлургического шлака. Что такое шлак в металлургии?

4.2 Пользователь также может удалить персональные данные, предоставленные для конкретной учетной записи, воспользовавшись функцией «Удалить учетную запись» в личном кабинете соответствующего сервиса.

Твердые отходы черной и цветной металлургии теплоэлектроэнергетики производств машиностроения: (металлургические шлаки; золошлаковые отходы; золы топлива; шламы; окалина и стружки; сварочные флюсы).

Потенциал природных ресурсов России велик, но не безграничен. Это делает вопрос использования ресурсов и связанных с этим экологических проблем, вызванных человеком, очень важным. Поэтому так важно решить вопрос о рациональном использовании твердых промышленных отходов, образующихся в процессе металлургического производства, то есть о применении малоотходных технологий в металлургии.

В России существует дефицит оборудования для металлургической промышленности. Проблема становится еще более острой, когда речь идет о переработке отходов. Только очень небольшая часть шлака, около тридцати процентов, перерабатывается. Остальное закапывается под землю или хранится на складах. Площадь, отведенная под хранение металлургических отходов, составляет около 1500 кв. км.

Когда происходит такая непродуманная утилизация отходов, это оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Страдают почва, вода и атмосфера, поскольку отходы тяжелых металлов просачиваются в почву и воду, а летучие газы выделяются в воздух.

Токсичные отходы очень токсичны и наносят ущерб любой форме жизни в радиусе 200 километров. Поэтому в этом радиусе не ведется никакой хозяйственной деятельности.

Базы

Металлургическая база — множество промышленных предприятий с общими ресурсами для удовлетворения потребностей государства. Они имеют собственные разведанные и разработанные участки для добычи сырья в карьерах и открытых разработках.

В России есть три региона, которые имеют наибольшее производство сырья и наибольшие объемы производства: Центральная Россия, Урал и Сибирь.

Читайте также: Содержание драгоценных металлов — получение радиоактивных веществ, оценка, приемка

Металлургические базы

Эти металлургические площадки экономически связаны с регионами страны, а также с другими странами и зарубежьем.

Разновидности шлакового продукта

В металлургической промышленности различают два продукта, которые остаются после переработки металла: шлак и зола. Существует два основных типа таких отходов: остатки черной и цветной металлургии.

Отходы черной металлургии

В каждой стране с развитой сталелитейной промышленностью существуют свалки, где хранятся экологически вредные производственные отходы. К ним относятся остатки металлургической промышленности, такие как

  1. Шлаки – это остатки сырья, которые остались после переработки на производстве. Среди отходов есть такие, которые представляют ценность: титан, ванадий. Эти средства используют для изготовления строительных материалов.
  2. Керамическая труба, лом – такие отбросы проходят очищение и далее используются для изготовления других предметов.
  3. Окалины – это оксидовая смесь, которая образуется путём окисления. Окалины проходят переработку в цехах металлургических заводов, поскольку в них высокий процент железа.
  4. Шлам – это вид отхода, который образуется посредством деятельности на горнодобывающем участке. Получает шлам, когда происходит процесс промывания руды. Внешне они похожи на порошок, ил, стружку металла. Шламы перерабатывают в удобрения, которые применяются в сельском и лесном хозяйствах.

Что это такое?

При выплавке черных и цветных металлов образуется множество побочных продуктов. Основным побочным продуктом является шлак. Он является продуктом разложения руд и может иметь неоднородный состав, различные свойства и характеристики. Металлургический шлак образуется вместе с золой при выплавке стали и чугуна. Он остается в производстве после переработки и впоследствии должен быть переработан или повторно использован как самостоятельный материал.

Металлические шлаки — это продукты высокотемпературной обработки. Они представляют собой силикатоподобные отходы с многокомпонентной структурой. Долгое время шлаки просто утилизировались без особого интереса. Ситуация изменилась во второй половине 20-го века. С тех пор шлаковые отходы активно используются в строительстве, сельском хозяйстве и дорожном строительстве.

Состав и свойства

Состав металлургического шлака не является однородным. Он представляет собой химический сплав оксидов, составляющих от 90 до 95% объема. Остальная часть состоит из сульфидов, сульфатов и галогенидов. В зависимости от содержания оксидов шлак можно разделить на основной (до 1 %), моносиликатный (1 %), дисиликатный (2 %) и кислый (до 3 %).

  Как убрать старую затирку из швов плитки: способы очистки, реставрация. Как убрать затирку из швов?

Перечислим другие характеристики.

  1. Удельный вес куба. Он составляет 0,7-1,9 т для продукта в россыпи, а для кускового – 0,7-2,9 т.
  2. Класс опасности. Для всех металлургических шлаков устанавливается IV степень. Это означает, что отход металлургии вреден для окружающей среды, требует правильной утилизации и переработки.
  3. Плотность. Ее показатели варьируются от 750 до 1100 кг/м3.
  4. Выход на 1 т металла. Для черных металлов он составляет от 100 до 700 кг. Современное производство предусматривает использование разных процессов выплавки металла. В доменной печи средний показатель равен 80 кг/т, в мартеновской – около 30 кг/т, при конвертерной технологии – не превышает 18 кг/т. Цветная металлургия выдает до 200 т шлака на 1 т металла.

Все эти характеристики учитываются при дальнейшем использовании металлургических отходов.

Особенности производства

Существует несколько групп металлургических шлаков, которые различаются в зависимости от производственного процесса. В условиях завода переработка шлака осуществляется одновременно с другими процессами. Например, конвертерный стальной шлак отделяется от расплавленных черных металлов во время выгрузки. Все посторонние вещества окисляются и затем удаляются.

В производстве черных металлов в основном используется процесс купольной печи. Это шахтные печи, которые первоначально использовались для производства чугуна. Процесс высокоэффективен и, в отличие от доменной технологии, не изменяет химический состав сплава. Шлак выгружается через специальный канал.

Другие типы печей используются для плавки цветных металлов. Полученный шлак, покрытый пленкой, обрабатывается особым образом.

Чтобы извлечь ценные вещества из материала, их можно удалить с помощью хлорирования, центрифугирования или электрического воздействия.

Несмотря на технический прогресс, шлак в черной металлургии по-прежнему производится в основном путем плавки металла в доменной печи или печи-ковше. В этом случае отходы собираются благодаря их меньшему удельному весу. Шлак всплывает над поверхностью чугуна и выгружается через специальный канал. В процессе мартеновской плавки отходы также скапливаются над стальной массой и могут быть легко собраны.

Устойчивые и разлагающиеся материалы

Шлак также классифицируется в зависимости от способа охлаждения отходов. Различные методы охлаждения приводят к разнообразию форм шлака:

  • камней;
  • гранул;
  • стеклоподобных материалов.

Стабильность — это следующий критерий, характеризующий шлаки. Между тем, существует 4 типа разложения шлака:

  1. Силикатный распад характерен тем, при трансформации кальциевого силиката из бета в гамма-форму совершается рост объема. В ходе распада шлаковая порода покрывается трещинками, и постепенно распадается в порошок мучного типа.
  2. Известковый. Это процесс является следствием гидратации извести. Чаще всего этот тип встречается среди мартеновских шлаков.
  3. Железистый. Этот тип напрямую связан с наличием неокисленного железа. Предельная величина составляет 1,5%. Рост процента предельной величины и наличие влаги провоцирует реакцию перехода сульфида железа в его гидроксид. Этот процесс сопровождает выделение сероводорода. В итоге объем шлака вырастает до 38%, и это приводит к появлению на его поверхности трещин.
  4. Марганцевый — активизация произойдет, если шлак будет находиться во влажной среде.

Сначала перерабатывается шлак, устойчивый к разложению. Шлаки, которые нельзя дробить, используются для производства щебня и некоторых других строительных материалов.

Область использования и стандарты

В нашей стране действует ГОСТ 3476-34, определяющий технические условия на шлак для производства цемента. Другим способом переработки шлака является производство минеральной ваты. Сырьем является щебень из доменного шлака, а требования указаны в ГОСТ 18866-93. Шлаковая пемза используется в качестве заполнителя для производства бетона. Требования к пемзе указаны в ГОСТ 9760-86.

переработка шлаков

Большая часть металлургического шлака используется в дорожном строительстве. Для этой отрасли производится пористый щебень. Следует отметить, что степень пористости оказывает значительное влияние на физико-механические параметры. Уменьшение пористости увеличивает параметры прочности. Для уменьшения пористости используется процесс, называемый дегазацией. Этот процесс уменьшает пористость на 30%. Кроме этого процесса, также используется вакуумная и центробежная обработка. После такой обработки потребитель получает качественный и недорогой щебень из отходов металлургического производства.

  Состав и типы керамзита. Из чего делают керамзит.

слив шлака

Щебень из отходов металлургии

Для строительства дорог используется щебень с различной прочностью и соответствующей пористостью. Щебень используется в дорожном строительстве следующим образом: Щебень с пористостью 5-12 % укладывается под верхний слой дорожного покрытия. Для нижней части дорожного покрытия используется щебень с пористостью 12-17%.

Технология изготовления

Ученые интенсивно работают над производством щебня из отходов металлургического производства. Так, в Уральском институте черной металлургии разработаны и постоянно совершенствуются технологии переработки металлургических шлаков в щебень для строительных целей.

Основная технология переработки шлака в щебень заключается в следующем:

  1. Расплавленный шлак, слой за слоем заливают в шлаковые ямы. Толщина одного слоя составляет 200 – 300 мм. Таким образом заливают пять слоев.
  2. Охлаждение залитой массы водой из расчета 0,5 кубометра воды на тонну шлака.
  3. После остужения слоя шлака его выдерживают до 8 часов. За это время происходит кристаллизация.
  4. По истечении обозначенного времени слои шлака разрабатывают с применением экскаватора.
  5. С применением сит выполняют сортировку шлака по фракциям. Если возникает необходимость, то полученный материал отправляют на дополнительное дробление. Описанная технология позволяет получать щебень, который отличается от природного тем у него хорошая адгезия к битуму, цементу и дегтю.

Плюсы и минусы

Как и любой другой строительный материал, шлак имеет свои преимущества и недостатки. Говоря о преимуществах, можно отметить следующие:

  • высокая огнестойкость — шлак не возгорается и не поддерживает горение;
  • продолжительный эксплуатационный период — срок использования такого материала составляет 50 лет;
  • многообразие физико-технических свойств в зависимости от состава основных компонентов сырья;
  • демократичная стоимость по сравнению с камнем, кирпичом и древесиной;
  • легкость монтажа.

Однако потребители указывают и на недостатки этого сырья:

  • гигроскопичность — шлак не подходит для проведения работ в зонах с частыми осадками, паводками и в условиях высокой влажности;
  • сверхпрочность — это препятствует проведению инженерных коммуникаций, делая процесс трудоемким и, соответственно, затратным;
  • повышенная теплопроводность .

Кроме того, концентрация серы и кислот в шлаке превышает норму. В то же время, полное выведение всех токсичных элементов происходит только через год.

Вес

Шлак — это сыпучий материал с удельным весом 2,6-3,7 грамма на 1 м3. Примерно такие же параметры характерны для разновидностей натурального камня. Удельный вес сырья варьируется в зависимости от типа шлака:

  • для шлакоблока – 2-2,5 т/м3;
  • для кускового шлака – 2,1-2,9 т/м3;
  • для вторсырья в виде щебенки – 1,1-1,2 т/м3.

Виды

Металлургические

Металлургический шлак является побочным продуктом всех металлургических производств. Шлак является побочным продуктом всех плавильных операций.

  • Гранулированный — этот шлак образуется в ходе охлаждения чугуна. Он нашёл своё применение как бюджетный аналог минеральных строительных добавок.
  • Негранулированный — шлак производится при воздушном охлаждении отходов металлургического производства, их дальнейшего дробления и грохочения. Этот материал пользуется спросом как наполнитель для асфальтобетона при строительстве дорог. Помимо этого, негранулированное сырьё востребовано в сельском хозяйстве в случаях, когда требуется провести раскисление почвы.
  • Шлаковая пемза — это сырье не имеет вяжущих характеристик, поэтому применяется преимущественно как звукоизоляционный или утепляющий материал. Его нередко используют при создании блоков из облегченных пористых бетонов.

Металлургический шлак может быть доменным, стальным и карьерным.

  • Максимальное распространение получило доменное сырье, оно получаются в ходе производства чугуна. Из 1,6-2 т руды в ходе переработки образуется 1 т чугуна и около 0,5-0,8 т шлаков.
  • В сталеплавильных печах из 2-2,4 т руды, 2 т топлива и 80 т воды выходит 1 т стали и 0,2-0,3 т шлака.
  • В ваграночных, а также электропечах выход шлакового продукта составляет 0,2-0,3 т на 1 т металла.

Отходы от выплавки цветных металлов реже используются в строительном секторе. Производство таких металлов само по себе является дорогостоящим и очень энергоемким процессом. Чтобы добыть всего 1 тонну меди или никеля, необходимо переработать 200 тонн природной руды, поэтому количество шлака при производстве 1 тонны такого металла часто составляет 20-25 тонн. Это связано с тем, что цветные металлы встречаются в природе только в виде соединений, рассеянных в горных породах.

  Как правильно прикрутить профлист к забору: способы, порядок крепления. Как ровно прикрутить профнастил на забор?

Как правило, доля оксидов металлов не превышает 4-5 %, остальное — простые компоненты породы (карбонаты, силикаты и кварц). Это сырье имеет черный цвет и не разлагается; его плотность составляет от 3300 до 3800 кг на 1 куб. Параметр водопоглощения составляет 0,1-0,6%.

Этот вид шлака используется в производстве минеральной ваты или лепнины; в производстве строительных материалов он используется очень редко.

Фосфорные

При извлечении фосфора электротермическим способом образуются гранулированные шлаки. Они содержат до 98 % стекла и основаны на SiO2 и CaO. Кроме того, присутствуют частицы ткани, резины, бумаги и полимерных материалов. Они также могут содержать побочные продукты нефтепереработки и другие добавки, что ограничивает применение таких шлаков в строительной промышленности, хотя они могут использоваться для теплоизоляции зданий.

Зольные

Доля этих видов сырья по отношению к золе и шлаку напрямую зависит от технологии производства. Например, в печах с твердым золоудалением шлак составляет до 20 % от общего количества золы. В печах, где предусмотрены системы жидкого шлакоудаления, до 45 % превращается в шлак. В циклонных печах 80-90 % золы составляет шлак. Шлак также называют углем и шлаком от сжигания угля. Сегодня они широко используются в промышленности. Они отличаются от угольной золы более низким содержанием оксида кальция и более высокой концентрацией оксида железа.

Область применения топливных шлаков

Подобно металлургическим шлакам, топливные шлаки также используются в производстве бетона, керамзитобетона и цементных блоков. Гранулированная зола используется для основания парковок, велосипедных дорожек и насыпей. Он также используется для покрытия полигонов твердых бытовых отходов.

Частицы золы и несгоревшего угля обладают адсорбционными свойствами. Благодаря этому свойству зольные остатки используются для очистки сточных вод.

Жидкая фракция топливных отходов используется для производства керамической плитки.

Также используется зола-унос, извлеченная из потока дымовых газов:

  • для укрепления грунтов при строительстве дорог;
  • при производстве железобетона для гидротехнических сооружений.

Разработана технология производства удобрений из гранулированного топливного шлака. Их преимущество в том, что они обеспечивают почву питательными веществами на 10-15 лет.

Несмотря на большой потенциал переработки топливных отходов, доля переработки золы в России пока незначительна. Во Франции, Германии и США перерабатывается 60-70 % золошлаковых отходов, в то время как в России эта доля не превышает 5 %. Остальные 95% выбрасываются на свалки.

Цена отходов металлургического производства

На практике для определения стоимости металлургических отходов используются два метода. Первый метод основан на использовании так называемых коллекций почвенных ценностей TCC. К сожалению, эти сборники очень редко обновляются, поэтому приведенные там значения не всегда соответствуют действительности. Поэтому те, кто интересуется этой темой, обычно прибегают к возможностям, предлагаемым Интернетом.

Стоимость металлургического шлака напрямую зависит от размера зерна. Следующие элементы являются общими для предприятий, перерабатывающих шлак:

  • шлак фракции 20-40 стоит порядка 1300 рублей за тонну.
  • шлак фракции 40-70 стоит порядка 1000 рублей за тонну.

Оцените эту статью: Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

Образование и использование золошлаковых отходов

Золошлаковые отходы в основном образуются на тепловых электростанциях. При сжигании пылевидного угля, смешанного с мазутом, мелкие частицы золы удаляются с дымовыми газами. Органические компоненты топлива преобразуются в дым и пар, а неорганические компоненты — в золу и шлак. Зольный остаток накапливается в больших кусках. При смешивании со шлаком образуются зола и шлаковые отходы.

Отходы от мусоросжигательных заводов, попадая на свалку, занимают огромную площадь. Тепловая электростанция мощностью 1 ГВт в день производит 1000 тонн шлака и золы. Для такого количества отходов, захороненных слоем в 8 метров, в год необходимо утилизировать более одного гектара земли. При таких объемах переработка золошлаковых отходов имеет большое экономическое и экологическое значение.

Оцените статью
Ремонт до и после