Что такое шлаковый металл

Обновлено: 11.05.2024

Шлак металлургический – представляет собой легкоплавкие отходы силикатного типа, образующиеся при выплавке металлов из руд. Фактически, это многокомпонентный материал, содержащий окислы пустых пород, флюсов и топливную золу. Выход шлака на тонну материала определяется типом процесса и составляет до 80 кг в доменной печи, 30 – для мартена, 18 – при конверторном виде производства и 8 – ваграночном.

Долгое время эти вторичные продукты не представляли интереса человеку, в лучшем случае, используясь выборочно. Ситуация изменилась с середины прошлого века, когда отходы металлургических шлаков стали ценным вторичным продуктом, который используется в различных сферах трудовой деятельности человека: сельское хозяйство, сооружение зданий, дорожное строительство и прочие.

Смотрите похожие статьи:

Разновидности шлакового продукта

Прежде чем классифицировать отходы металлургического производства, необходимо уточнить важную деталь. В металлургии образуется два типа побочных продуктов, это непосредственно шлаки и золошлаковые отходы. Последний вид вторичного ресурса представляет собой смесь шлака и золы, формирующуюся при сжигании угля и торфа. О ценности этой разновидности отходов поговорим позже, рассмотрев вначале различные типы самого шлака. Классификация шлаковых отходы достаточно глубоко структурировано, хотя основных групп существует только две. Это шлаки черной и цветной металлургии.

Виды шлака на фото:

Один из видов металлургического шлака

И это тоже относится к металлургическому шлаку

Еще один вид отходов металлургического производства

Шлаковые отходы при выплавке чугуна и стали

Шлаки чугунной металлургии имеют следующую структуру классификации:

Доменные. Категория связана с отходами, образующимися при выплавке чугуна, и включает несколько подгрупп. Это шлаки доменные различных видов чугуна: литейного, специального и предельного.
Сталеплавильные. Сюда попадают шлаки, формирующиеся как в процессе выплавки стали, так и при обработке металла. Первая подгруппа объединяет электроплавильные, мартеновские и ваграночные шлаки. Во вторую попадают следующие виды отходов – тигельные и сварочные. Кроме того, отдельно различают шлаки, образующиеся при бессемеровании и томасировании чугуна.

Доменные шлаки металлургического производства образуются одновременно с чугуном при плавлении шихты, компонентами которой выступают: топливо, сама руда и флюс – обычно доломит или известняк. Менее плотный шлаковый состав отделяется от металла, всплывая над ним. Это позволяет легко отделить шлаковые отходы от чугуна. Вторичный продукт выпускается через верхнее, шлаковое отверстие, металл – посредством нижней, чугунной летки. Отходы, сливаемые через летку – верхний шлак, не содержат металлов и составляют от половины до трех четвертей всего количества побочных продуктов. Одновременно с этим, часть шлаковых масс остается внизу. Их выпускают после слива чугуна и направляют на переработку, суть которой выделить металлические включения из отходов.

Металлургическое производство – выплавка стали

Доменные шлаки металлургические отличаются вариативностью состава, определяемого типом компонент шихты: руды, флюса и топлива. В результат, на 95% шлаковые массы состоят из окислов кальция, кремния и алюминия. Именно соотношение между основными и кислотными окисями формирует три вида шлаков. Продукты, с преобладанием окислов железа, марганцем, магния и кальция – относятся к основным шлакам, те, что содержат преимущественно SiO2 и Al2O3 – кислотным. Отходы, с равномерным присутствием обоих видов окислов – промежуточные шлаки.

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:

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.
Известковый. Процесс – следствие гидратации извести. Этот тип распада преимущественно характерен мартеновским шлакам, проявляясь как самопроизвольное растрескивание твердого материала на куски.
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.
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.

Утилизация шлаков

Современная ценность шлаковых пород достаточно высока, чтобы их попросту выбрасывать. Спросом пользуются даже отвальные доменные шлаки – образующиеся при сливе отходов в отвал и его последующей разработке. Такая разновидность вторичных материалов представляет собой кусковые породы с максимальными размерами до 120 мм. Утилизация отвального шлака достаточно условна. Куски необходимо выдержать определенное время на открытом воздухе, позволив природе совершить естественный отбор. Это позволит отсортировать пригодный для переработки материал от распадающихся шлаков или сернистых соединений.

Установка для переработки металургического шлака. На выходе щебень и металл. 1. Вибропитатель на опорной раме; 2. Агрегат сортировки; 3. Галтовочный барабан; 4. Агрегат крупного дробления; 5. Агрегат среднего дробления; 6. Агрегат сортировки; 7. Конвейера на базе (2 шт.); 8. Конвейер; 9. Конвейеры; 10. Конвейеры; 11. Конвейеры; 12. Конвейеры (3 шт.); 13. Железоотделитель на опоре (4 шт.); 14. Агрегат управления

Сфера реализации отвального шлакового щебня – грунтовка под нижний слой бетонных покрытий, а также применение в дорожном строительстве.

Видео – переработка и сортировка сталелитейного шлака

Область использования и стандартизация

Согласно установленному стандарту под шлак металлургический – ГОСТ 3476-34, реализован свод требований к доменному материалу, отбираемому для приготовления цемента. Альтернативное использование отходов производства черных металлов – изготовление минеральной ваты. Источником сырья в этом случае выступает щебень из металлургического шлака доменного, технические условия отбора которого прописаны в 18866-93. Пемза шлаковая – щебень пористый из металлургического шлака используется в качестве заполнителя бетонных смесей. Требования к этому материалу выделены в отдельный ГОСТ 9760-86.

Основной областью реализации металлургических отходов остается дорожное строительство. Именно под эту сферу изготавливается щебень пористый из металлургического шлака. При этом уровень пористости материала существенно влияет на его физико-механические свойства. Снижение параметра приводит к повышению прочностных характеристик. Для этих целей ранее использовалась процедура дегазации, позволявшая снизить пористость до 30%. Современные методики ориентированы на вакуумирования и центрифугирования шлака, что позволяет достичь цифры в 2%, фактически предлагая потребителю прочный недорогой щебень из отходов металлургии.

Щебень из отходов металлургии

Впрочем, в дорожном строительстве необходим щебень различной прочности, а соответственно пористости. Распределения в данном случае носит следующий характер. Под верхний слой дорожного полотна используются асфальтобетонные смеси на базе щебня пористостью 5 – 12%. Прокладка нижней части – основания автомагистрали допускает применение менее прочных материалов. В этом случае используется асфальт из шлакового щебня, пористостью 12 – 17%.

Технология приготовления

Поскольку основная реализация металлургического шлака осуществляется посредством щебня, то приготовлению этого материала уделяется особое внимание. Лидером в разработке и усовершенствовании технологий производства щебня на отечественном рынке выступает Уральский НИИ Черной Металлургии.

Сам технологический процесс состоит из нескольких этапов:

Слив жидких отходов послойно в шлаковые ямы. Толщина каждого уровня составляет от 20 до 30 см. Максимальное число слоев – 5.
Полив шлаковой массы водой из расчета пол кубометра на тонну отхода.
Кристаллизация состава в течение 4 – 8 часов.
Разработка остывшей массы экскаватором.
Сортировка шлака на фракции, с последующим дроблением при необходимости.

Производимый подобным технологическим процессом, шлаковый щебень, отличается отличными адгезийными характеристиками по отношению к различным строительным составам: битуму, дегтю, цементу.

Образование и использование золошлаковых отходов

Рассмотрим подробно процесс на примере теплоэлектростанций, где сырьем выступает измельченный уголь, смешиваемый с мазутом. Выбор основан тем фактом, что основной источник, формирующий золошлаковые отходы – ТЭЦ. Процесс горения сопровождается отделением микрочастиц золы, который уносятся тягой вместе с дымом. При этом, дым и пар образуются органикой, тогда как минеральные компоненты сгорающего топлива оседают в шлак и золу. Не улетевший, тяжелый зольный остаток, оседает на подтопки, сплавляясь между собой, что приводит к формирования отдельных кусков. Далее зола перемешивается со шлаком, образуя золошлаковые отходы, которые транспортируются на хранение в специальные отвалы. При этом, золошлаки сортируются отдельно от недожога – частиц несгоревшего угля.

Отходы тэц – золошлаковые отходы

Переработка золошлаковых отходов практически аналогична использованию самих шлаков. Сфера их реализации включает изготовление:

различных видов бетона – тяжелого, ячеистого и силикатного;
строительных составов;
цементного клинкера;
керамзита;
керамического кирпича.

Также золошлаковые отходы применяются при прокладке земляного полотна автомагистралей, изоляционного материала на полигонах ТБО.

Видео – о проблемах накопления и утилизации золошлаковых отходов:

Стоимость отходов

Существует два способа определить расценки на вторичный продукт металлургического производства. Первый вариант прямое обращение к государственным сметным нормативам, в частности ТСЦ – территориальный сборник цен. К сожалению, данная нормативная база обновляется нерегулярно и под шлак металлургический, цена может не соответствовать актуальной стоимости.

Второй подход – ввод в поисковую систему фразы куплю шлак металлургический. Варианты ответа доступны по разным регионам РФ. Стоимость шлака металлургического указываются с учетом фракции (более мелкие куски обходятся дороже в среднем на 300 рублей за тонну ).Так, актуальные расценки металлургических шлаков фракции 20-40 начинаются с 1300 рублей за тону , цена для размеров 40-70 – 1000 .

Характеристика и применение металлургического шлака

Металлургический шлак находит свое применение в качестве подсыпки для дороги и в других сферах деятельности. Его состав и плотность, особенности производства представляют определенный интерес для промышленности. О том, что это такое в металлургии, как используется, стоит поговорить более подробно.

Что это такое?

Существует множество побочных продуктов, остающихся от выплавки черного и цветного металлов. Основным отходом производства является шлак. Он представляет собой продукт распада руды, может иметь разнородный состав, различные свойства и характеристики. Металлургический шлак получают наравне с золой, остающейся после выплавки стали, чугуна. Он остается на производстве после переработки, требует последующей утилизации или повторного использования в качестве самостоятельного материала.

Металлические шлаки — продукты высокотемпературной обработки. Это отходы силикатного типа, имеющие многокомпонентную структуру. Долгое время шлаки просто утилизировались, не представляя особого интереса. Все изменилось во второй половине XX века. Именно с этого момента отходы металлургии стали активно применять в строительстве, сельскохозяйственной отрасли, при прокладке дорожных сетей.

Состав и свойства

Состав металлургического шлака неоднороден. Фактически он представляет собой химический сплав окислов, занимающих от 90 до 95% объема. Оставшаяся доля приходится на сульфиды, сульфаты, галоидные соединения. В зависимости от содержания окислов шлаки делятся на основные (с показателем до 1%), моносиликаты (1%), бисиликаты (2%), кислые (до 3%).

Перечислим остальные характеристики.

Удельный вес куба. Он составляет 0,7-1,9 т для продукта в россыпи, а для кускового – 0,7-2,9 т.
Класс опасности. Для всех металлургических шлаков устанавливается IV степень. Это означает, что отход металлургии вреден для окружающей среды, требует правильной утилизации и переработки.
Плотность. Ее показатели варьируются от 750 до 1100 кг/м3.
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 показатели учитываются при дальнейшем использовании отходов металлургической промышленности.

Особенности производства

По способу производства шлаки в металлургии подразделяют на несколько групп. В условиях завода переработка отходов происходит одновременно с другими процессами. Например, отделение конвертерного шлака при выплавке стали осуществляется в процессе продувки расплавленного черного металла. Все посторонние включения при этом окисляются, а затем удаляются.

При выплавке черных металлов используется преимущественно метод с использованием вагранок. Это печи шахтного типа, первоначально используемые в производстве чугуна. У метода высокий КПД, в отличие от доменной обработки он не меняет химический состав сплава. Шлак спускается через специальную летку.

Для плавления цветных металлов используют другие типы печей. Получаемый при этом шлак, покрытый пленкой, перерабатывают особым способом.

Добиться максимально полного извлечения ценных веществ из материала помогает их обеднение с помощью хлорирования, центрифугирования или электрического воздействия.

Несмотря на совершенствование технологий, основным способом получения шлаков в черной металлургии является процесс плавления металла в доменной или мартеновской печи. В этом случае сбор отходов осуществляется благодаря более низкой удельной плотности. Шлак всплывает над поверхностью чугуна, удаляется через специальную летку. При мартеновском способе плавления отходы также скапливаются над стальной жидкой массой, их сбор не составляет труда.

Основная классификация металлургического шлака осуществляется исходя из способов его производства и состава. Именно они определяют, каким будет дальнейшее применение материала. Базовое деление разграничивает отходы черной и цветной металлургии. Вторая группа не слишком многочисленна, содержит значительное количество оксидов железа с примесями кальция и магния, также в составе присутствуют более ценные примеси.

Удельный вес таких отходов значительно выше, им требуется дополнительное обеднение.

Группы шлаков, получаемые при производстве черных металлов, более разнообразны. Они делятся на 4 вида.

Ферросплавные. Образуются в процессе изготовления соответствующих сплавов. Помимо железа, в таких шлаках встречаются кремний, марганец, хром, другие типы примесей.
Ваграночные. Получаются при выплавке чугуна в вагранках — особых печах. Состоят из образовавшегося флюса, кокса, пригара, золы и продуктов окисления металлов. Доля оксидов в них достигает 90%. Полученный продукт имеет кислотность выше 3%, выделяет минералы, алюмокремниевые стекловидные частицы.
Сталеплавильные. Их получают при открытой выплавке стали вне зависимости от типа агрегата. Это оксиды с низкой плотностью, не содержащие летучих соединений, часто имеющие значительную долю загрязнений. Для шлаков этого типа характерно высокое содержание продуктов окисления железа и марганца.
Доменные. Самый распространенный тип, имеет силикатную или алюмосиликатную структуру. В зависимости от химического состава при остывании шлак приобретает каменистую структуру, из которой в дальнейшем получают щебень или другой строительный материал, но может и рассыпаться в порошок. Для определения последующего назначения материала используют специальную систему контроля качества.

По своему составу шлаки черной металлургии после остывания делятся на распадающиеся и нераспадающиеся породы. Вторая группа приобретает вид каменистых образований. Распадающиеся варианты принято делить на категории согласно их минеральному составу.

Чаще всего встречаются следующие варианты:

силикатные – при утилизации они распадаются на мелкодисперсные порошкообразные частицы;
известковые – дробящиеся в крошку разного размера;
марганцевые – растворяющиеся во влажной среде;
железистые – подверженные растрескиванию под воздействием влаги.

Шлаки, не распадающиеся под влиянием внешней среды, применяются в качестве основы для производства щебня и других видов строительного камня. В зависимости от способа обработки их охлаждают и дробят полусухим методом в специальных барабанах либо подвергают «мокрому» воздействию сильной струи воды.

В этом случае материал сразу измельчается в процессе выхода из доменной печи, а затем лишь обдувается для просушивания и окончательного остывания.

Сфера применения

Гранулированные шлаки — отходы доменной выплавки черных металлов — являются самыми доступными для последующей переработки. Их роль в сфере строительства сложно переоценить. Материал является источником получения щебня — более дешевого, чем природный камень. Готовый продукт применяют:

для строительства дороги — в качестве подсыпки;
в производстве ЖБИ;
в сельском хозяйстве, в качестве дренажа для почвы;
в изготовлении бетонов, в качестве заполнителя.

Шлаки, получаемые при производстве ферросплавов и при сталелитейном производстве, в виде порошкообразных примесей добавляют в цемент. Такой состав приобретает повышенную химическую стойкость. В сочетании с портландцементным клинкером удается дополнительно улучшить физические свойства материала. Смешанные с жидким стеклом или содой гранулированные шлаки применяют при изготовлении бетонных смесей, способных твердеть при пониженных температурах.

При литьевой обработке шлака можно получить готовые изделия: тротуарную плитку и бордюрный камень, интерьерные напольные покрытия. Также этот метод позволяет создавать трубы и фитинги к ним, фасадную отделку. Затраты на производство существенно снижаются, а по своим характеристикам готовый материал не уступает традиционным аналогам из металла или железобетона. Литье производится путем формовки расплавленного шлака.

Из вязкого доменного, сталеплавильного, ваграночного сырья можно получить минеральную вату. Для этого нагретый до жидкого состояния состав отправляется в вытяжные машины для формирования волокон.

Полученные таким способом плиты могут быть очень жесткими или довольно мягкими, имеют упругую, плотную структуру. За счет синтетических полимеров и битумных связующих они сохраняют свои свойства длительное время.

Что такое шлак и где он используется?

Шлак представляет собой вторичное сырье, получаемое из отходов металлургической промышленности. Он формируется из золы, образованной при сжигании угля и побочного продукта выплавки металла. Этот материал получил широкое распространение в строительстве. Остановимся подробнее на особенностях шлака и его технико-эксплуатационных характеристиках.

Базовое преимущество применения вторсырья — безотходная технология изготовления стройматериалов. Она позволяет многократно снизить уровень загрязнения экологии. За счет повышенной плотности и параметров сопротивляемости материала при работе со шлакоблоками объём строительных отходов, накапливающихся в ходе строительства здания, многократно снижается. При этом шлаки всех видов сохраняют свою лёгкость и способность к транспортировке.

Шлак представляет собой группу синтетических силикатов, сформированных на металлических поверхностях в процессе:

литья металлического сырья;
переработки жидких сплавов;
получения сырья из флюсов;
восстановление руды.

В зависимости от особенностей химического состава выделяют следующие группы шлаков.

Базовые (на основе CaO, MgO и FeO):

окислы – до 55%;
глинозем – в пределах 15%.

Кислотные (SiO2, TiO2):

окислы – до 45%;
глинозем – в пределах 20%.

Нейтральные (Ai2O3, ZnO):

В составе любых шлаков имеются алюминиевые, магниевые, а также марганцевые, кремниевые, серные и некоторые другие элементы. В зависимости от структуры рабочих компонентов и концентрации активных веществ шлаки получают разнообразные пользовательские характеристики. Это сырье может иметь различные оттенки — от светло-серого до глубокого черного, на рынке также можно найти фиолетовые и даже перламутровые колеры. Все эти разновидности востребованы при производстве блоков, приготовлении бетонного раствора и выполнении заливки фундамента.

Различается и текстура шлаков. Она может быть камневидной, фарфоровидной, а также стекловидной — это зависит от химической структуры вторсырья. Температура плавления шлаков варьируются в диапазоне от 360 до 450°C. Удельная масса составляет примерно 2,7 единиц.

Шлаки всех видов характеризуются высокими теплоизоляционными свойствами и стойкостью к износу.

Плюсы и минусы

Как и любой другой стройматериал, шлаки имеют свои плюсы и минусы. Говоря о преимуществах, можно выделить следующее:

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 выделяют и недостатки такого 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.

Помимо того, в шлаках концентрация серы и кислот превышает норму. При этом полное выветривание всех токсичных элементов происходит только через год

Шлак — объемный материал, его удельная масса соответствует 2,6-3,7 грамм на 1 м3. Примерно такие же параметры характерны для природных разновидностей камней. Удельный вес сырья варьируется в зависимости от разновидности 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.

Металлургические

Металлургический шлак становится побочным продуктом любого металлургического производства. Выделяют три основных разновидности такого сырья.

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.

Металлургические шлаки бывают доменными, сталеплавильными, а также мартеновскими.

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.

Реже в строительной сфере используются отходы цветной металлургии. Изготовление таких металлов само по себе является дорогим и очень трудозатратным процессом. Чтобы получить всего 1 т меди или никеля, приходится перерабатывать 200 т природной руды, поэтому объем шлаков при производстве 1 т такого металла зачастую доходит до 20-25 т. Это обусловлено тем, что в естественной среде цветные металлы встречаются исключительно в форме соединений, которые рассредоточены в горных породах.

Как правило, присутствие в них окислов металлов не превышает 4-5%, всё остальное — просто породные элементы (карбонаты, силикаты, кварцы). Такое сырье имеет чёрный цвет и не распадается, его плотность варьируется от 3300 до 3800 кг на 1 куб. Параметр водопоглощения составляет 0,1-0,6%.

Шлаки этого типа идут на изготовление минеральной ваты или литых изделий; для производства стройматериалов используются крайне редко.

Фосфорные

В ходе изготовления фосфора электротермическим способом образуются гранулированные шлаки. Они содержат до 98% стекла, основу такого материала составляют SiO2 и CaO. Кроме того, в нем присутствуют частицы ткани, резиновой крошки, бумаги и полимерных материалов. В состав также могут входить попутные продукты нефтепереработки и другие добавки — это существенно ограничивает сферу применения подобных шлаков в строительной сфере, хотя его можно использовать, если нужно утеплить строение.

Зольные

Обычно топливо сжигается в камерах, нагрев в которых может доходить до 1300-1700 градусов. В подобных условиях конгломератные соединения, сформированные из минеральной части сырья, выделяется в виде пылевидный массы. Мелкие частички величиной не больше 100 мкм, содержание которых в золе достигает 80%, вместе с дымовыми газами уносятся из печей и формируют золу-унос. Более массивные частицы оседают и оплавляются, приобретая в стекловидную либо кусковую форму — это и есть золошлак.

Процентное соотношение между таким сырьем и золо-уносом напрямую зависит от технологии изготовления. Например, в печах с твердым способом шлакоудаления в шлак уходит до 20% всей золы. В печах, где предусмотрены системы жидкого шлаковыведения, в шлак трансформируется до 45%. В циклонных установках образование шлака составляет 80-90% от общего количества золы. Зольные шлаки ещё называют угольными и каменноугольными. В наши дни они повсеместно востребованы в промышленной сфере. От доменного такое сырьё отличается сниженной долей оксида кальция и повышенной концентрацией оксида железа.

Помимо того, угольные шлаки обладает высокой степенью щелочности.

Золошлак представляет собой гранулированное вторсырьё чёрного цвета. Такой колер объясняется присутствием двухвалентного железа в составе сырья. Реже встречается белого, оливкового, зелёного и коричневого цвета. Оттенок зависит от концентрации окислов, при измельчении такого шлака получается песок серого цвета. Золошлаки становятся результатом сжигания топлива разных типов:

в каменном угле содержится от 5 до 40% шлаков;
в буром угле концентрация шлаков составляет порядка 15%;
в антраците — до 35%;
в дровах — до 1,5%;
в мазуте — не больше 0,3%;
в горючих сланцах — от 50 до 80%.

Важно: в угольном шлаке присутствуют радиоактивные компоненты, поэтому он имеет ограниченную сферу применения. Его применение в качестве наполнителя для стеновых блоков и обустройства стяжки объектов жилищного строительства недопустимо.

Все о доменном шлаке

Потребителям очень важно выяснить, что же это такое — доменный шлак. Правильная глубокая характеристика не может ограничиться знакомством с плотностью гранулированного шлака, с его отличиями от сталеплавильного, с весом 1 м3 и химическим составом. Обязательно надо выяснять еще, каково использование отсевов дробления и какие частные виды такой продукции бывают.

Название «доменный шлак» относится к специфическому виду искусственных каменных масс. Они появляются как побочный результат производства доменных плавок металла — отсюда и общее название. Пустая порода сплавляется с флюсами, содержащимися в шихте, вот так и появляется шлаковая продукция.

Если доменный процесс проводится строго по технологии, то шлак выглядит как светлый продукт (светло-серый, с желтыми, зеленоватыми и некоторыми другими нотками). Если же производитель нарушает установленную технологию, то появляется другая расцветка — черная, это свидетельствует о высокой концентрации железа в производимых изделиях.

Текстура шлакомассы тоже отличается в широких пределах. Известны варианты:

камнеподобные;
стеклоподобные;
похожие на фарфор.

Состав и характеристики

Поскольку даже на одном предприятии, получающем сырье от стабильного круга поставщиков, технологические нюансы могут меняться, закономерно, что в разных случаях свойства и состав шлака тоже довольно существенно отличаются. Часто можно прочитать, что этот продукт близок химически к цементу. И подобное утверждение не лишено оснований. Однако оксида кальция в шлаковой массе несколько меньше, а вот диоксида кремния, оксида алюминия и других подобных соединений — явно больше.

Стоит отметить, что оксиды присутствуют обычно не в чистом виде, а как часть других соединений. Также, поскольку технологический процесс подразумевает резкое остужение обрабатываемой массы, химический состав шлака включает алюмосиликатное стекло. Оно отличается впечатляющей способностью к реакции с другими веществами. Отдельная важная тема — удельный вес 1 м3 доменного шлака, он же – насыпная плотность, по сути (иногда эти понятия разводят, но они все равно остаются тесно взаимосвязаны по понятным причинам). Этот показатель может варьироваться от 800 до 3200 кг, в зависимости от исходного сырья, методов обработки и иных технологических тонкостей.

На практике же большинство шлаков весит, однако, не менее 2,5 и не более 3,6 г на 1 см3. Иногда он даже легче расплавленного металла. Ничего удивительного — иначе невозможно было бы четко и грамотно отделять шлаковую массу от основного продукта металлургических комбинатов. На доменный шлак действует даже специальный ГОСТ 3476, принятый в 1974 году.

К сведению: этот стандарт не охватывает продукцию, получаемую из ферросплавов и магнетитовых руд любого происхождения.

В стандарте нормированы:

содержание окиси алюминия и некоторых других веществ;
доля не подвергшихся полноценной грануляции фрагментов;
номинальный размер стандартной партии (500 тонн);
требования к тестированию образцов, отбираемых от каждой привезенной партии отдельно;
процедура повторного тестирования при сомнительных или неоднозначных показателях;
требования к хранению и перемещению готовой продукции.

Стандартизированный уровень теплопроводности доменных шлаков принимается равным 0,21 Вт/ (мС). Это вполне приличный показатель, и все же худший, чем у минеральной ваты. Потому такой утеплитель придется класть более толстым слоем. В характеристике поставляемой партии товара обязательно должен быть указан такой параметр, как лещадность. Чем больше доля гладких зерен, тем меньше «сцепка» между ними, а также труднее приготовить раствор и скрепить им массу.

Стоит отметить, к сожалению, что экологичность доменного шлака вызывает большие сомнения. Применение его в прямом контакте с окружающей средой, например, при дорожном строительстве, обуславливает серьезные риски, прежде всего, способствует распространению тяжелых металлов. Но если исключить размывание массы почвенными, талыми водами и осадками, то проблема в значительной мере решается. Потому отказываться от использования шлаковой продукции точно не стоит — это в любом случае лучше прямого выбрасывания ее. Однако надо обращать внимание на условия применения.

Отличия от сталеплавильного шлака

Главная специфика состоит в том, что такой продукт получают совсем по другой технологии. И потому его химический состав, а оттого, разумеется, и свойства, сильно отличаются. Сталеплавильный отход плотнее и заведомо не пригоден как простой минеральный заполнитель или утеплитель. Однако его иногда применяют как балласт при дорожном строительстве или как заполнитель асфальтобетонных смесей.

Опыты дают обнадеживающие результаты, но все же пока классический доменный шлак остается более удобным и привлекательным продуктом.

Технология производства

Изготовление шлака связано с выплавкой в специальной печи, к примеру, чугуна. Нужное нам вещество покидает доменный агрегат, будучи прогретым как минимум до 1500 градусов. Потому, чтобы можно было с ним работать, необходимо шлак остудить. Ждать, пока это произойдет естественным образом, было бы слишком долго. Потому практикуют:

вспучивание (или иначе, подачу холодной воды);
обдув струями воздуха;
дробление или помол на специальном оборудовании.

Стоит обратить внимание, что метод обработки прямо влияет на состав и характеристики готового продукта. Об этом знают все грануляторщики, и потому они учитывают такой момент, когда ставится определенная задача. Скажем, при воздушном охлаждении в шлаке будут преобладать силикаты и алюмосиликаты. В отдельных случаях шлак еще и дробят механически — эту процедуру применяют либо пока он еще жидкий, либо после частичного застывания. Крупные куски перерабатывают в мелкие зерна таким образом, что улучшает дальнейшее выполнение работ и повышает качество готового продукта.

Конечно, специально никто доменный шлак не производит. Подчеркнем вновь, что это всегда только побочный продукт металлургического производства.

Выработка гранул может производиться различными методами, с применением специфических устройств. Известны системы для влажной и полусухой грануляции. В мокрой методике шлак загружают в бассейны из железобетона, наполненные водой.

Принято делить бассейны на ряд секторов. Такой подход обеспечивает беспрерывность производства процедуры. Как только в одну часть сливают разогретое сырье, другая уже готова выгружать остуженный шлак. На современных предприятиях выгрузка производится грейферными кранами. От пористости зависит количество остаточной воды, а сама пористость определяется особенностями охладительного процесса.

Чтобы сделать полусухой шлак, обычно прибегают к механическому дроблению. Похожий эффект достигается за счет отбрасывания в воздух остуженного, но еще не до конца застывшего шлака. В итоге материал получается плотнее и тяжелее, по сравнению с подвергшимся мокрой грануляции. Влажность готового продукта будет составлять 5-10%. Чем больше температура плавки, тем легче будет готовый продукт.

Металлургический доменный шлак получают при выплавке чугуна. В зависимости от фракции и от насыпной плотности такой продукт считают пористым либо плотным изделием. Пористым признают щебень удельной насыпной плотности ниже 1000 кг на 1 м3 и песок удельной насыпной плотности ниже 1200 кг на 1 м2.

Важную роль играет и так называемый модуль основности, определяющий щелочной или кислотный характер вещества.

В процессе охлаждения вещество может:

сохранять аморфность;
кристаллизоваться;
подвергаться частичной кристаллизации.

Молотый шлак вырабатывают из гранулированных сортов путем дополнительного измельчения. В зависимости от целевой задачи туда могут вводить гидрофобную добавку. Обычно продукт соответствует техническим условиям, принятым в 2013 году. Отвальный шлак вырабатывается как отход. Ценность его непосредственно для металлургического производства невелика, однако появляются уже технологии переработки отвальной массы.

Используют доменный шлак достаточно широко. Его основная область применения — получение строительных материалов. Пока что такая сфера развита неравномерно в разных регионах страны. Однако сокращение расстояний перевозки стройматериалов до строительных объектов можно только приветствовать. За границей в дорожном строительстве применяют не только доменный, но и сталеплавильный шлак, но это уже тема для отдельного разговора.

Простой отвальный продукт способен быстро схватываться, что делает его аналогом цемента. Постепенно расширяется применение такой массы в отсыпке дорожных полотен. Также во многих местах стремятся упрочнять опорные площадки фундаментов. Появляются разработки по использованию отсевов дробления в качестве основного компонента бетона. Есть уже и ряд публикаций, в которых такой опыт поощряется.

Шлаковый щебень вырабатывают, дробя отвальный шлак и пропуская его через грохоты. На конкретное применение влияет, прежде всего, фракция материала. Отработано использование такого продукта в качестве:

наполнителя прочных бетонных смесей;
подушки балласта на рельсовых путях;
средства укрепления откосов;
материала для пирса и причала;
средства обустройства площадок.

Гранулированным шлаком пользуются при получении шлакоблоков. Нужен он и для теплоизоляции. Иногда доменный шлак используют для дренажа: в этом качестве он быстро деградирует, превращается в песок, но все же исправно работает. Гранулированная масса может использоваться и для пескоструйных работ.

Такое ее применение происходит весьма часто, и необходимый продукт предлагают многие ведущие изготовители.

Что такое шлак: виды, характеристики, применение в строительстве

Шлак – это вторичное сырье, отходы металлургической промышленности или зола от сжигания ископаемых горючих: углей всех видов, горючего сланца, жидкого топлива. В металлургии – то, что остаётся после выплавки металла из руды. Из шлаков чёрной металлургии получают заполнители для шлакобетонов, шлаковую пемзу, минеральные ваты. Отходы цветной металлургии делятся на передельные и отвальные шлаки.

Гранулированный, или граншлак, получается путём быстрого охлаждения водой горячего шлака в доменном или конвертерном процессе. Имея отличные вяжущие свойства, используется для производства цемента как активная минеральная добавка к нему.

Шлак нельзя рассматривать как простой наполнитель для приготовления бетонных растворов. Он, кроме этой своей функции, несёт ещё одну, которая с течением времени становится всё более важной – экологическую. Если учесть, сколько вредных примесей, от кислот и щелочей до канцерогенных соединений, есть в его составе, связывание его цементными смесями решает задачу его безопасной утилизации.

А при выплавке металла защищающая его шлаковая составляющая предохраняет расплав от воздействия продуктов горения.

Применение шлака в строительстве

В строительстве в основном применяется в качестве наполнителей бетонных смесей. Шлак – отходы металлургического производства, как более безопасные по сравнению отходов сгорания угля. Ведь в ископаемом угле (буром, каменном чёрном и антраците) обязательно присутствуют радионуклиды. Их доля в исходном материале невысока, но при сгорании их концентрация резко увеличивается, и в буром и каменном угле доходит до неприемлемых в санитарном отношении величин. Так что ни в бетон стен, ни при возведении бетонированных подвалов, ни для заливки стяжек такой шлак не годится, радиоактивный фон в таких помещениях может оказаться превышающим ПДН.

Гранулированный шлак, идущий в производство цементов с исключительными вяжущими свойствами, позволяет получать очень прочные на разрыв и раскол плиты перекрытий в многоэтажном строительстве. А граншлак с более крупными фракциями идёт в бетон в качестве заполнителя для получения прочных и лёгких строительных блоков, отличающихся от обычного кирпича износоустойчивостью, небольшим удельным весом, хорошими влаго- и теплоизоляционными свойствами.

Мелкофракционный граншлак (в т. ч. и пылевой) используется как сырьё для получения шлаковаты, а также для изготовления тротуарной плитки, бордюров и брусчатки. Его крошка добавляется в бетонные смеси для их упрочнения, а также для заполнения пустот при строительстве зданий с насыпными стенами.

Присутствие в таких шлаках кальциевых силикатов позволяет применять тонкий помол для смеси с цементом, что даёт такой же эффект при создании конструкций, как и у портландцемента. Применение таких присадок позволяет:

• создавать тяжёлые и особо прочные бетоны классов прочности В15-В30.

• Производить сухие строительные смеси

• Изготавливать плиты перекрытий, ригелей, колонн, бетонных панелей, балок и других предварительно напряжённых строительных конструкций.

• Строить погреба, фундаменты любой степени сложности, которые делаются методом бетонной заливки, осуществлять отливку плит перекрытия и заливку в скользящую опалубку при возведении стен.

Доменный шлак, щебень из него

Являясь отходом доменного производства, такой щебень часто на порядок дешевле крошки из камня, которую нужно добыть, раздробить с помощью сложных и дорогих механизмов, доставить до места приготовления бетонных смесей.

Щебень из доменного шлака в своей кристаллической структуре представлен более чем 20 минералами, среди которых воластонит (однокальциевый силикат), двух кальциевый силикат, мелилит. Наличие кальциевых силикатов и делает продукты переработки этого шлака желанной присадкой для тяжёлых сверхпрочных бетонов.

Преимущества и недостатки

При этом плотность щебня, получаемого из доменного шлака по ГОСТ 3344, выше гранитного, но выше и поглощение воды. Правда, ниже и морозостойкость. Что ограничивает его применение как основного заполнителя в климатических зонах с суровыми погодными условиями.

Предел прочности на сжатие может варьироваться от 62 МПа у пористого до 140 МПа у медеплавильного. Для сравнения, у гранита этот предел составляет 120 МПа. Но! Самый дешёвый («дешевле только даром») пористый материал очень ограничен в применении, а вот его медеплавильный аналог при прочности больше гранитного, по стоимости почти догоняет его.

Благодаря своей способности поглощать воду доменный шлак находит широкое применение в дорожном строительстве, в котором такая его особенность, как способность быстро высыхать и уплотняться под воздействием содержащихся в нём связывающих веществ, а также способность легко поддаваться трамбовке делает его применение более предпочтительным, чем щебня из гранита.

При транспортировке гранитный щебень перетирается в мелкую пылевую фракцию, негодную к применению, её приходится вымывать или как-то отсеивать. Шлаковая же пыль служит дополнительным связывающим при использовании, повышая сцепляемость и вязкость конечного продукта.

Разновидности шлака

Подразделяются на шлаки цветной и чёрной металлургии. К шлакам чёрной металлургии относятся:

Доменный шлак, получаемый путём выплавки чугуна из железных руд. Его свойства зависят от режимов плавки, применяемого для получения расплавов топлива и флюсов-присадок.
Сталеплавильные. Их получают в мартеновском, конвертерном или электросталеплавильном производстве.
Ферросплавные, Виды ферросплавных шлаков подразделяются на подвиды с преобладанием того элемента, который добавлялся в расплав стали для получения ферросплава, а это может быть кобальт, хром, марганец молибден, кремний и т. д.

Шлаки цветной металлургии: к ним относятся отходы медеплавильного, никелевого, свинцового и цинкового производства.

Получаются как отходы производства фосфорных удобрений. Используются в производстве пемзы или минеральной ваты. В качестве присадки к цементам добавляют, только если бетонные изделия из такого цемента проходят стадию высокотемпературного пропаривания.

Представляют собой остаток от сжигания твёрдого угля и горючих сланцев. В жилищном строительстве практического применения не находят из-за высокого содержания в них радионуклидов, но могут применяться при производстве тротуарной плитки или если применяются как наполнители для асфальтовых смесей, где возможное образования пыли будет связываться смолистыми фракциями. Имеет значение ещё и метод охлаждения этих шлаков сразу после их образования: если охлаждение происходило водой, то есть быстро, образуется стекловидная структура, которая более стойкая, чем микрозернистая, получаемая при медленном, естественном остывании.

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:

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.

Читайте также: