Характеристика і застосування металургійного шлаку

Характеристика і застосування металургійного шлаку

Металургійний шлак знаходить своє застосування як підсипання для дороги і в інших сферах діяльності. Його склад і щільність, особливості виробництва становлять певний інтерес для промисловості. Про те, що це таке в металургії, як використовується, варто поговорити більш докладно.

Що це таке?

Існує безліч побічних продуктів, що залишаються від виплавки чорного і кольорового металів. Основним відходом виробництва є шлак. Він являє собою продукт розпаду руди, може мати різнорідний склад, різні властивості і характеристики. Металургійний шлак отримують нарівні із золою, що залишається після виплавки сталі, чавуну. Він залишається на виробництві після переробки, вимагає подальшої утилізації або повторного використання як самостійного матеріалу.


Металеві шлаки - продукти високотемпáної обробки. Це відходи силікатного типу, що мають багатокомпонентну структуру. Довгий час шлаки просто утилізувалися, не представляючи особливого інтересу. Все змінилося в другій половині XX століття. Саме з цього моменту відходи металургії стали активно застосовувати в будівництві, сільськогосподарській галузі, при прокладанні дорожніх мереж.

Склад і властивості

Склад металургійного шлаку неоднорідний. Фактично він являє собою хімічний сплав окислів, що займають від 90 до 95% обсягу. Частка, що залишилася, припадає на сульфіди, сульфати, галоїдні сполуки. Залежно від вмісту окислів шлаки поділяються на основні (з показником до 1%), моносилікати (1%), бісілікати (2%), кислі (до 3%).

Перелічимо інші характеристики.

  • Питома вага куба. Він становить 0,7-1,9 т для продукту в розсипу, а для кускового - 0,7-2,9 т.
  • Клас небезпеки. Для всіх металургійних шлаків встановлюється IV ступінь. Це означає, що відхід металургії шкідливий для навколишнього середовища, вимагає правильної утилізації та переробки.
  • Щільність. Її показники варіюються від 750 до 1100 кг/м3.
  • Вихід на 1 т металу. Для чорних металів він становить від 100 до 700 кг. Сучасне виробництво передбачає використання різних процесів виплавки металу. У доменній печі середній показник дорівнює 80 кг/т, в мартенівській - близько 30 кг/т, при конвертерній технології - не перевищує 18 кг/т. Кольорова металургія видає до 200 т шлаку на 1 т металу.

Всі ці показники враховуються при подальшому використанні відходів металургійної промисловості.

Особливості виробництва

За способом виробництва шлаки в металургії підрозділюють на кілька груп. В умовах заводу переробка відходів відбувається одночасно з іншими процесами. Наприклад, відділення конвертерного шлаку при виплавці сталі здійснюється в процесі продування розплавленого чорного металу. Всі сторонні включення при цьому окисляються, а потім видаляються.

При виплавці чорних металів використовується переважно метод з використанням вагранок. Це печі шахтного типу, спочатку використовувані у виробництві чавуну. У методу високий ККД, на відміну від доменної обробки він не змінює хімічний склад сплаву. Шлак спускається через спеціальну льотку.


Для плавлення кольорових металів використовують інші типи печей. Одержуваний при цьому шлак, покритий плівкою, переробляють особливим способом.

Домогтися максимально повного вилучення цінних речовин з матеріалу допомагає їх збіднення за допомогою хлорування, центрифугування або електричного впливу.

Незважаючи на вдосконалення технологій, основним способом отримання шлаків у чорній металургії є процес плавлення металу в доменній або мартенівській печі. У цьому випадку збір відходів здійснюється завдяки більш низькій питомій щільності. Шлак спливає над поверхнею чавуну, видаляється через спеціальну літку. При мартенівському способі плавлення відходи також накопичуються над сталевою рідкою масою, їх збір не складає труднощів.

Види

Основна класифікація металургійного шлаку здійснюється виходячи зі способів його виробництва і складу. Саме вони визначають, яким буде подальше застосування матеріалу. Базовий поділ розмежовує відходи чорної та кольорової металургії. Друга група не дуже численна, містить значну кількість оксидів заліза з домішками кальцію і магнію, також у складі присутні більш цінні домішки.

Питома вага таких відходів значно вища, їм потрібне додаткове збіднення.

Групи шлаків, одержувані при виробництві чорних металів, більш різноманітні. Вони діляться на 4 види.

  • Феросплавні. Утворюються в процесі виготовлення відповідних сплавів. Крім заліза, в таких шлаках зустрічаються кремній, марганець, хром, інші типи домішок.
  • Вагранкові. Виходять при виплавці чавуну в вагранках - особливих печах. Складаються з флюсу, що утворився, коксу, пригару, золи і продуктів окислення металів. Частка оксидів у них сягає 90%. Отриманий продукт має кислотність вище 3%, виділяє мінерали, алюмінієві склоподібні частинки.
  • Сталеплавильні. Їх отримують при відкритій виплавці сталі незалежно від типу агрегату. Це оксиди з низькою щільністю, які не містять летючих сполук, часто мають значну частку забруднень. Для шлаків цього типу характерний високий вміст продуктів окислення заліза і марганцю.
  • Доменні. Найпоширеніший тип, має силікатну або алюмосилікатну структуру. Залежно від хімічного складу при остиганні шлак набуває кам'янистої структури, з якої надалі отримують щебінь або інший будівельний матеріал, але може і розсипатися в порошок. Для визначення подальшого призначення матеріалу використовують спеціальну систему контролю якості.

За своїм складом шлаки чорної металургії після остигання діляться на породи, що розпадаються і нерозпадають. Друга група набуває вигляду кам'янистих утворень. Варіанти, що розпадаються, прийнято ділити на категорії згідно з їх мінеральним складом.


Найчастіше зустрічаються такі варіанти:

  • силікатні - при утилізації вони розпадаються на дрібнодисперсні порошкоподібні частинки;
  • вапняні - які дробляться в крихту різного розміру;
  • марганцеві - розчиняються у вологому середовищі;
  • залізисті - схильні до розтріскування під впливом вологи.

Шлаки, які не розпадаються під впливом зовнішнього середовища, застосовуються як основа для виробництва щебеню та інших видів будівельного каменю. Залежно від способу обробки їх охолоджують і дроблять напівсухим методом у спеціальних барабанах або піддають «мокрому» впливу сильного струменя води.

У цьому випадку матеріал відразу подрібнюється в процесі виходу з доменної печі, а потім лише обдувається для просушування і остаточного остигання.

Сфера застосування

Гранульовані шлаки - відходи доменної виплавки чорних металів - є найдоступнішими для подальшої переробки. Їхню роль у сфері будівництва складно переоцінити. Матеріал є джерелом отримання щебеню - більш дешевого, ніж природний камінь. Готовий продукт застосовують:

  • для будівництва дороги - як підсипання;
  • у виробництві ЖБІ;
  • у сільському господарстві, як дренаж для ґрунту;
  • у виготовленні бетонів, як заповнювача.

Шлаки, одержувані при виробництві феросплавів і при сталеливарному виробництві, у вигляді порошкоподібних домішок додають в цемент. Такий склад набуває підвищеної хімічної стійкості. У поєднанні з портландцементним клінкером вдається додатково поліпшити фізичні властивості матеріалу. Змішані з рідким склом або содою гранульовані шлаки застосовують при виготовленні бетонних сумішей, здатних твердіти при знижених температурах.


При литтєвій обробці шлаку можна отримати готові вироби: тротуарну плитку і бордюрний камінь, інтер'єрні підлогові покриття. Також цей метод дозволяє створювати труби і фітинги до них, фасадне оздоблення. Витрати на виробництво істотно знижуються, а за своїми характеристиками готовий матеріал не поступається традиційним аналогам з металу або залізобетону. Лиття проводиться шляхом формування розплавленого шлаку.

З в'язкої доменної, сталеплавильної, вагранкової сировини можна отримати мінеральну вату. Для цього нагрітий до рідкого стану склад відправляється у витяжні машини для формування волокон.

Отримані таким способом плити можуть бути дуже жорсткими або досить м'якими, мають упругу, щільну структуру. За рахунок синтетичних полімерів і бітумних зв'язуючих вони зберігають свої властивості тривалий час.