Гранулированный шлак. Его получение. Применение граншлака в строительстве, сельском хозяйстве.

Доменный шлак частично используют как сырье для изготовления обыкновенного цементного клинкера, шлакового кирпича, шлакобетона и других материалов

Производство цемента из доменных шлаков основано на том, что по своему химическому составу эти шлаки, в особенности основные (богатые окисью кальция), близки к составу обыкновенного портландцемента. Например, химический состав доменного шлака одного из наших металлургических заводов: СаО—50%, MgO—1,5%; SiO2—32%, Аl2О3—13% и т. д.

Бетон из граншлака: состав и пропорции

Доменный шлак частично используют как сырье для изготовления обыкновенного цементного клинкера, шлакового кирпича, шлакобетона и других материалов
Производство цемента из доменных шлаков основано на том, что по своему химическому составу эти шлаки, в особенности основные (богатые окисью кальция), близки к составу обыкновенного портландцемента. Например, химический состав доменного шлака одного из наших металлургических заводов: СаО—50%, MgO—1,5%; SiO2—32%, Аl2О3—13% и т. д.

Химический состав доменного шлака

Он отличается от состава обыкновенного цемента меньшим содержанием СаО и большим содержанием SiO2, A12O3 и других окислов. Эти окислы образуют в шлаке химические соединения: двухкальциевый силикат 2СаО • SiO2 (обладает вяжущими свойствами), геленит 2СаО • SiO2 • А12О3 — инертное вещество и др. В результате резкого охлаждения (грануляции) жидкого доменного шлака получается гранулированный шлак, который, кроме указанных соединений, входящих в состав кристаллической фазы, содержит алюмосиликатное стекло, обладающее химической активностью.

Барабанная установка для полусухой грануляции шлака: 1— шлаковозный ковш; 2 — приемная ванна; 3 — желоб; 4— вращающийся барабан; 5 — гранулированный шлак

Определение и описание шлакопортландцемента

Американское общество по испытанию материалов (ASTM C125) определяет доменный шлак как «неметаллический продукт, состоящий в основном из силикатов и алюминатов кальция, полученный вместе с чугуном в доменной печи в виде расплава».

При производстве чугуна в доменную печь загружают железную руду, флюсовый камень (известняк и/или доломит) и кокс. Получаемая на выходе из печи продукция — расплавленный чугун и шлак. Шлак состоит в основном из кварца и оксидов алюминия (от железной руды) и оксидов кальция и магния (от флюсового камня). Из печи шлак выходит в расплавленном состоянии, причем температура расплава может превышать 1480?C (2700?F). Существует четыре основных способа обработки расплавленного шлака: охлаждение воздухом, быстрое охлаждение холодной водой (вспучивание шлака), дробление и помол. При каждом из данных методов обработки получается уникальный шлаковый материал, обладающий отличительными свойствами.

Химические свойства шлакопортландцемента

Основные составляющие доменного шлака — кварц, оксиды алюминия, кальция и магния, на которые приходится 95% всего состава шлака. Остальные 15% — марганец, соединения железа и серы и следовое количество других элементов. Однако, следует отметить, что основные оксиды, входящие в состав шлака не встречаются в свободной форме. В доменном шлаке, охлажденном воздухом, оксиды объединяются в различные силикаты и алюмосиликатные минералы, такие как мелилит, мервинит, волластонит и др., которые также существуют в виде природных пород. В дробленом и молотом шлаках, данные элементы присутствуют в виде стекла. Химический состав шлаков варьируется в очень узких пределах, поскольку все сырье, загружаемое в доменную печь, очень тщательно отбирается и смешивается.

* в основном в виде сульфида кальция

Физические свойства шлакопортландцемента

Физические характеристики шлака, такие как вес, размер частиц, структурные свойства и т.д. различаются в зависимости от метода обработки расплавленного шлака. Соответственно, конечное применение обработанного шлака также различается в зависимости от метода обработки.

В последнее время в России и других странах большое внимание уделяется проблеме использования вторичных ресурсов. Одним из наиболее перспективных направлений утилизации промышленных отходов является использование их в производстве строительных материалов.

Металлургия занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. На основных технологических переделах производства черных и цветных металлов образуются побочные продукты – отходы, химико-минералогический состав и физико-механические свойства которых позволяют считать их ценным сырьем для производства строительных материалов. Основная масса отходов металлургических процессов образуется в виде шлаков.

Шлаки – продукты высокотемпературного взаимодействия компонентов исходных материалов – топлива, руды, плавней и газовой среды. Трудно, пожалуй, найти другое сырье, которое обладало бы таким множеством ценных качеств и при этом так долго пробивало бы путь к широкому применению в строительной промышленности, как шлак. Во многих районах страны из шлака построены многоэтажные дома, промышленные здания, возведены мосты и плотины, проложены ленты автострад. Из обременительного отхода он становится признанным сырьем строительной промышленности.

Самая ранняя попытка использования доменного шлака относится к 1589 г., когда в Германии из него отливали пушечные ядра. В строительстве шлак стали применять только в 18 веке. В Нижнем Тагиле из шлаковых расплавов начали отливать плиты для ступеней, брусчатку для дорог. В Швеции литые шлаковые камни применялись вместо кирпича для кладки верхней части шахт доменных печей. В России и других странах отвальный шлак использовали в качестве щебня при постройке дорог. В последующие годы ценные свойства шлаков еще больше привлекают внимание ученых и практиков во всем мире к проблеме применения шлаков в строительстве.

Получение доменных шлаков

Доменные шлаки получаются при выплавке чугуна в резултате сплавления глинистых и других примесей, входящих в состав руды и топлива, с известью, получаемой при обжиге известняка, вводимого в доменную печь. В зависимости от состава шихты, применяемой при производстве чугуна, получают основной или кислый шлак. Основным считается шлак, состав которого в процентах характеризуется модулем основности Мо, превышающим 1: Мо= CaO+MgO разделить на SiO + Al2O3 > 1

У кислого шлака Мо<1. Основные шлаки получаются, например, при выплавке чугуна на донецком коксе, содержащем значительное количество серы. При плавке на малосернистом, но более зольном кузнецком коксе получают кислые шлаки.

Разновидности шлака

Металлургические

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.

Фосфорные

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.

Зольные

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.

Применение шлака

Шлак является вторичным сырьём. Широко применяется в строительстве: гранулированный шлак используют для получения шлако-портландцемента, в качестве заполнителя для бетонов, в дорожном строительстве, из шлаковых расплавов вырабатывают минеральную вату, шлаковую пемзу, шлаковое литьё и шлакоситаллы. Полное и комплексное применение шлака обеспечивает безотходную технологию и уменьшает загрязнение окружающей среды.

Разновидности шлака

Металлургические

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.

Фосфорные

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.

Зольные

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.

Производство

Доменный щебень, который также называют шлаковым щебнем, получают путем дробления отвального балластного материала, образующегося в ходе технологического процесса на предприятиях горной промышленности. Существует также литой щебень из балластного шлака, который получают путем переработки огненного жидкого расплава. Благодаря изготовлению щебня расширяется сфера применения побочной продукции горнодобывающих производств.

Для изготовления доменного щебня применяется отвальный шлак. Производят щебень из доменного шлака так:

1. В процессе выплавки металла в доменных печах образуется балластный продукт, который в горячем состоянии заливается в специальные емкости и транспортируется в место для отвалов.
2. Шлак затвердевает на открытом воздухе. Для ускорения процесса охлаждения шлака, его поливают технической водой. При резком охлаждении балластный материал трескается и распадается на глыбы различной фракции.
3. Глыбы застившего отвального шлака дробят в специальных дробильных агрегатах, в результате чего получается измельчённый продукт со специфическими свойствами.
4. Далее материал транспортируют на последующее дробление. Сортировка щебня по фракциям осуществляется на виброситах с различным диаметром отверстий.

Портландцемент со шлаком

В строительной индустрии наряду с обычным цементом применяют гидравлическое вяжущее вещество на основе шлака. Технологический процесс его изготовления заключается в тщательном просушивании вторичного сырья (влажность допускается не более 1%), которое проводится в специальном сушильном оборудовании. Затем в мельницу загружаются цементный клинкер, гипс и шлак (лучшим вариантом считается гранулированный), все компоненты измельчаются. Степень помола – тонкодисперсный порошок. Нормы содержания шлака в шлакопортландцементе варьируются в диапазоне 20% – 60 %.

Область применения цемента со шлаком – строительство железобетонных подземных, наземных и гидротехнических сооружений, изготовление стеновых блочных конструкций, производство сухих строительных смесей и растворов.

Негативные качества шлака

Потребитель выделяет некоторые недостатки вторсырья:

• гигроскопичность, материал не подойдет для проведения работ в местах с повышенной влажностью, паводками, обильными осадками, в несколько раз превышающими норму;
• сверхпрочность, из-за которой осуществление прокладки инженерных коммуникаций становится более трудоемким;
• высокая теплопроводность;
• содержание кислоты и серы выше нормы при том, что полное выветривание токсинов происходит через двенадцать месяцев.

Перед тем как окончательно определиться с выбором материала для индивидуального, жилого или промышленного строительства определите достоинства и недостатки этого сырья, ознакомьтесь детальнее со свойствами и применением шлака. Если этот факт для вас не имеет значения, а в приоритете только дешевый материал, то можно сэкономить и приобрести вторсырье.

Способы грануляции

Необходимо знать, что для грануляции отходов производства, то есть шлака, имеются несколько способов, а также устройств, осуществляющих эту операцию. В зависимости от того, какая влажность шлака получается в конечном итоге, и разделяют установки на типы. Бывают установки для мокрой, а также для полусухой грануляции.

Если осуществляется метод мокрой грануляции, то шлак, загружаемый в шлаковозные ковши в раскаленном виде, подается к железобетонным бассейнам, наполненным водой. После этого из ковшей он сливается в эти бассейны по специальным желобам. Небольшое преимущество метода заключается в том, что бассейны разделены на несколько секций. Это позволяет вести процесс охлаждения практически непрерывно. Когда в одну секцию сливается раскаленное вещество, из другой в это же время можно выгружать уже охлажденный доменный шлак. Для отгрузки сырья на заводах имеются грейферные краны, которые подают его сразу в железнодорожные вагоны открытого типа. После этого осуществляется доставка шлака либо на склад, либо сразу к потребителю.

Гранулированные доменные шлаки

Доменные шлаки гранулируются т. е. превращаются в мелкие частицы при быстром охлаждении расплавленного шлака водой или водой и воздухом. Это придает им большую активность и облегчает помол.

Быстрое охлаждение шлакового расплава предотвращает или приостанавливает его кристаллизацию, сохраняя в шлаке ту внутреннюю энергию, которая выделилась бы в виде теплоты образования и кристаллизации химических соединений. Это повышает способность тонко размолотого гранулированного шлака затвердевать при затворении водой в присутствии возбудителей твердения. Для производства шлаковых цементов можно применять основные, а также кислые шлаки (при Мо >0,65), богатые глиноземом. Так называемый модуль активности шлака, выражающийся отношением % Al2O3 : % SiO2 должен быть у основных шлаков больше 0,17, а у кислых — больше 0,33.

Кроме того, в зависимости от сорта шлака содержание МпО должно быть не более 2—5%, а серы S<3—6%. Требования к химическому составу гранулированного шлака установлены ГОСТ.

Способы грануляции шлака

Применяются два способа грануляции — мокрый и полусухой. При мокром способе шлак из доменной пёчи или шлаковозного ковша тонкой струей выливается в бассейн или желоб, наполненные водой. Здесь он быстро охлаждается и превращается в мелкие зерна. Полученный гранулированный шлак выходит из желоба, или его извлекают из бассейна грейферным краном, элеватором и отправляют на заводы шлаковых цементов.Этот способ грануляции шлака прост, но имеет крупный недостаток: шлак получается с большой влажностью (15—40% влаги), на его сушку перед помолом тратится много топлива, по железной дороге перевозится содержащаяся в шлаке ненужная вода, зимой такой шлак смерзается, что сильно затрудняет его выгрузку из вагонов.

Гораздо лучше полусухой способ грануляции, при котором расплавленный шлак из желоба сливается на вращающийся барабан с лопастями. В желоб под напором 4—5 ати подается ограниченное количество воды; испаряясь, она резко охлаждает шлак и превращает его в полутвердую, но еще раскаленную массу, которую лопасти барабана дробят и отбрасывают на расстояние от 20 до 25 м; частицы шлака при этом охлаждаются в воздухе. Этот способ создан В. Ф. Крыловым, С. Н. Крашенинниковым и др. Шлак получается почти сухим (влажность 2—10%), что коренным образом улучшает условия его транспортировки и сушки и дает значительную экономию.

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:

Основные производители утеплителя

Один из производителей шлаковой продукции является «Торговый дом УСК». Эта компания также и реализует утеплитель, выполняет доставку.
Алексинский керамзитовый завод занимается производством и продажей шлака, специализируется большей частью по продаже керамзита. Зачастую реализацией шлака занимаются угольные и металлургические компании, т. к. шлак является отходом производственных процессов и участием этих продуктов.

Таким образом, утепление шлаком имеет много преимуществ. Это недорогой вид утепления, доступный для осуществления своими руками. Материал представлен на рынке, покупка и доставка шлакового утеплителя налажена во многих регионах страны.

Обладая высокими показателями теплопроводности, утепление шлаковыми наполнителями сокращает расходы на строительство за счёт уменьшения основного материала при возведении стен. Этот доступный способ утепления помещений зарекомендовал себя на протяжении многих лет.