Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как получают и используют доменный шлак

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

Навигация:
Главная → Все категории → Дорожные одежды

Металлургические и фосфорные шлаки являются хорошим сырьем для производства строительных материалов. Распространение шлаков, хотя и неравномерное, по территории страны делает их применение еще более эффективным, так как снижается дальность возки материалов к объектам строительства. В наибольшей степени используют шлаки черной металлургии, особенно доменные. Более 50% доменных шлаков перерабатывают в гранулированный.

За рубежом используют сталеплавильные шлаки. В дорожном строительстве щебень из них целесообразнее использовать в асфальтобетонных покрытиях. Щебень сталеплавильных шлаков и асфальтобетон на нем имеют высокое сопротивление износу и обладают необходимыми фрикционными свойствами, обеспечивая покрытию требуемый коэффициент сцепления. Сталеплавильные шлаки с большим содержанием фосфора перерабатывают на удобрения. Ежегодный выход этих шлаков около 15 млн. т в год. Однако шлаки цветной металлургии являются ценным сырьем для получения целого комплекса металлов, которые в них остаются после извлечения основного продукта, что ограничивает их применение в строительстве. Они имеют некоторые отличия от шлаков черной металлургии. В шлаках цветной металлургии практически отсутствует окись марганца, значительно меньше окиси кальция и окиси магния. В то же время они содержат до 50% закиси железа, поэтому имеют высокую истинную плотность (2,8— 4,9 г/см3). По сравнению со шлаками черной металлургии шлаки цветной металлургии более тепло- и электропроводны. В дорожном строительстве из 1 млн. т используют около 0,7 млн. т в основном для устройства щебеночных оснований и приготовления асфальтобетонных смесей на основе щебня и песка из шлаков медно-никеле-вого производства. Шлаки фосфорного производства — менее распространенный материал по сравнению с металлургическими шлаками. При ежегодном выходе более 1,5 млн. м3 перерабатывают на строительные материалы около 0,6 млн. м3. Из этого количества для строительства автомобильных дорог используют не более 0,26 млн. м3.

Щебень и песок применяют в асфальто- и цементобетоне, в основаниях и дополнительных слоях дорожных одежд, в насыпях. Щебень получают дроблением и грохочением шлака, разработанного в отвалах по аналогии с переработкой естественных горных пород или путем медленного охлаждения слитого слоями жидкого шлака (лигой щебень). Средняя плотность литого щебня выше, чем щебня из отвалов. Выпускают щебень фракций 5 — 120 мм.

Гранулированный шлак находит широкое применение как сырье для производства гидравлических вяжущих, песок для бетонов и асфальтобетонов, в качестве теплоизоляционного материала. Гранулированные шлаки из активных доменных шлаков могут быть использованы как самостоятельное вяжущее при устройстве оснований и покрытий из грунтов и каменных материалов, обработанных вяжущими. Гранулированный шлак получают быстрым охлаждением жидких шлаков. Влажность его может достигать 10%, насыпная плотность зависит от химического состава и способа производства. В большинстве случаев она меньше 1200 кг/м3.

Только в бетонах применение шлакового щебня и песка несколько ограничено. Особенно это касается дорожных бетонов.

Однако опыт показывает, что на шлаках можно получать бетоны с пределом прочности при изгибе 5,2—6,4 МПа и с пределом прочности при сжатии 30—45 МПа. Для приготовления бетонов использовали шлаки медеплавильного производства с содержанием 13—39% закиси железа, 31—49% окиси кремния, 8—16% окиси кальция и 10—11% окиси алюминия. Щебень, предназначенный для применения в бетоне, имел среднюю плотность 2,90 г/см3, пористость около 3—8%, водопоглощение до 1% и износ в полочном барабане около 30%. Для приготовления цементобетона использовали шлаковый щебень с размером зерен 20—40 и 5—20 мм. Расход цемента марки 500 составлял 300— 330 кг. Водоцементное отношение 0,38—0,5.

Влияние гранулированного шлака на свойства бетона проверяли на смесях, содержание гранулированного шлака в которых менялось от 0 до 100% через каждые 20%. Для сравнения были приготовлены образцы на гранитном щебне. Результаты исследования показали, что предел прочности бетона при сжатии с повышением содержания гранулированного шлака от 0 до 20% возрастает на 21—29% и при дальнейшем его увеличении практически не изменяется. Прочность бетона на кварцевом песке и щебне из шлаков составляет 70% прочности бетона того же состава на гранитном щебне. Различие в прочности можно объяснить большим содержанием стекла в шлаке и незначительной шероховатостью поверхности щебня из него. Предел прочности при сжатии составлял 39,6—28 МПа.

Предел прочности при растяжении (изгибе) практически не зависит от состава бетона и равен 6,3—5,1 МПа. Максимальное значение относится к бетону на гранитном щебне и гранулированном песке, минимальное — к бетону на щебне из шлака и 40% гранулированного шлака. Для практического использования рекомендованы бетоны с 20—60% гранулированного шлака от общего количества песка.

После испытания на морозостойкость (100 циклов) прочность относительно возраста 28 сут снизилась только у смесей с содержанием гранулированного шлака 100 и 80%.

Таким образом, опыт применения отвальных шлаков медеплавильного производства в бетоне показывает возможность его применения.

Бетоны на литом никелевом шлаке имеют более высокие механические свойства, чем бетоны на гранито-гнейсе независимо от пластичности смеси и расхода цемента, который изменялся от 200 до 400 кг на 1 м3 бетона.

Предел прочности при сжатии в соответствии с расходом цемента изменялся для бетона в возрасте 28 сут (смесь с удобоуклады-ваемостью 60 с от 24,2 до 42,7 МПа). Никелевые гранулированные шлаки, как и гранулированные медеплавильного производства, являются полноценным компонентом бетонов. Бетоны на гранулированном шлаке обладают достаточной удобоукладываемо-стью. Иногда бетоны на гранулированных шлаках имеют более высокую прочность, чем бетоны с применением местного строительного песка. Вместе с тем отмечается, что часто бетоны на гранулированных шлаках вследствие их большой крупности и угловатости зерен обладают худшими пластическими свойствами, чем на речном песке. При этом и прочность на 15—25% ниже, что приводит к необходимости применять гранулированный шлак совместно с речным песком в соотношении 1:1.

Отходы цинкового производства для бетона непригодны, так как образцы в возрасте 28 сут легко разрушались руками. Объясняется это весьма медленным схватыванием цемента, на которое оказывает влияние присутствие цинка, точнее углекислого цинка, который значительно удлиняет сроки схватывания гидравлических вяжущих. При содержании углекислого цинка около 0,3% от массы цемента наблюдается ощутимое замедление твердения бетона. Все исследованные отходы цинкового производства обладают высокой реакционной способностью.

Пемзу получают вспучиванием шлаков при быстром последующем охлаждении. Насыпная плотность пемзы менее 1000 кг/м2. Пемза может быть в виде щебня или гравия. Гравиеподобная пемза в бетонах более экономична, чем дробленая. В дорожном строительстве пемза может быть использована в основаниях дорожных одежд при ее обработке вяжущими. Такие слои выполняют роль теплоизоляционных. Используют пемзу и для приготовления легких бетонов.

Литье — брусчатка, плиты для полов и тротуаров, бордюрные камни, трубы получают из шлакового расплава по специальной технологии. Прочность литья очень высокая: предел прочности при сжатии 200—400 МПа, предел прочности при изгибе 40—50 МПа. Для сравнения следует указать прочность при изгибе бетона для автомобильных дорог, которая не превышает 5 МПа. Из шлаков получают литые тюбинги для крепления горных выработок. Работоспособность их выше бетонных тюбингов, особенно в среде с агрессивными водами. Трубы из шлакового литья используют для транспортирования абразивных сыпучих материалов.

Литье из металлургических шлаков является разновидностью каменного материала. Изделия из каменного и шлакового литья находят широкое применение в химической, угольной, горнорудной, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в строительстве, на транспорте и в сельском хозяйстве. Литые изделия эффективно заменяют металл при работе в абразивных и агрессивных условиях, бетон и железобетон — в промышленном, гидротехническом, дорожном строительстве.

При выборе сырья для получения литых изделий с заданными свойствами необходимо учитывать не только вещественный состав сырья, но и условия кристаллизации. Сырье должно иметь невысокую температуру плавления, давать хорошо заполняющий формы расплав, пределы колебаний окислов не должны превышать 3% п0 массе. Для получения литых изделий пригодны шлаки с пониженным содержанием окиси кальция и серы. Окиси кальция должно быть менее 20%. В большинстве случаев ее количество ограничивают 10—12%.

Литые изделия из никелевых шлаков имеют предел прочности Прй изгибе 74 МПа, водопоглощение 0,13%.

Читать еще:  Строительная смесь. Виды и состав. Применение и особенности

Из медеплавильных шлаков были получены изделия с пределом прочности при сжатии более 100 МПа, пределом прочности при растяжении 5—10 МПа.

В ПНР из медеплавильных шлаков налажено производство брусчатки, щебня и других изделий. Брусчатка имеет предел прочности при сжатии около 150 МПа и используется для строительства дорог, улиц, промышленных площадок. Покрытия дорог из такой же брусчатки в ГДР, ФРГ и Голландии после многолетней эксплуатации находятся в хорошем состоянии.

Шлаки свинцово-цинкового производства являются также хорошим сырьем для производства литых изделий. При добавлении к шлакам, содержащим 45% кремнезема, 10% окиси алюминия, 9% окиси магния, 16% окиси кальция, 20% кварцевого песка получен шлакоситалл с прочностью при сжатии 490— 510 МПа и прочностью на изгиб 150 МПа. Сочетание высокой прочности, износостойкости и химической стойкости во всех агрессивных средах позволяет использовать эти материалы в различных отраслях народного хозяйства. Литые изделия из шлаков свинцового производства обладают следующими механическими свойствами: предел прочности при сжатии 170—230 МПа, микротвердость 6000—7000 МПа.

Минеральный порошок для приготовления асфальтобетонных смесей готовят по технологии, разработанной применительно к производству порошка из естественных горных пород. При этом следует обращать внимание на необходимость отделения металла.

Основным видом продукции является гранулированный шлак и щебень. Шлаковое вяжущее для производства бетонов, обработки каменных материалов и грунтов готовят из гранулированных и отвальных шлаков. Практически все шлаки пригодны для производства вяжущих веществ. Однако для получения максимального эффекта необходимо подбирать оптимальный состав вяжущего и оптимальные условия его твердения. Это можно сделать с помощью классификации шлаков как сырья для получения вяжущих. В классификации шлаки расположены по убыванию их активности: от шлаков, требующих малых добавок активизаторов твердения и невысоких температур (20—100 °С), к малоактивным, требующим повышенных дозировок активизаторов твердения и обработки при высоких давлении и температуре (150—200 °С).

Очень часто в качестве активизаторов выступает цемент, известь. Для ускорения схватывания добавляют гипс. Наиболее широко используют для приготовления гидравлических вяжущих шлаки черной металлургии. Шлаки цветной металлургии можно использовать для приготовления вяжущего автоклавкого твердения. Молотый шлак 70—80%, известь или цементный клинкер 15—25%, гипс 5% дают вяжущее, на основе которого получают бетон марок 100—400. Из шлаков можно получить известково-шлаковый цемент активностью до 15,0 МПа.

Навигация:
Главная → Все категории → Дорожные одежды

Экологичный ресурс, или о популярности шлаковой продукции

Слово “шлаки” у обывателя вызывает ряд негативных ассоциаций по понятным причинам. Многие привыкли ставить знак равенства между шлаками и отходами. А ведь благодаря своему широкому применению к понятию “шлаки” больше применительно определение “сырье”, чем “отходы металлургического производства”. Запасы металлов в них значительны, поскольку шлак — это затвердевший металлургический расплав, который покрывал поверхность жидкого металла. Он является ценным вторичным сырьем. Гранулированные шлаки используют для получения шлакопортландцемента, в качестве заполнителя для бетонов, в дорожном строительстве; из шлаковых расплавов вырабатывают минеральную вату, шлаковую пемзу, шлаковое литье.

Практически вся шлаковая продукция, используемая в городе, — производства комбината “Азовсталь”.

За последние годы спектр выпускаемой комбинатом продукции существенно расширился. В разряд основных вошла и продукция из шлаков.

Сегодня в экономической составляющей, которую получает комбинат “Азовсталь” при реализации шлаковой продукции, разительно выделяется экологический аспект. Решая сразу две задачи, предприятие четко следует по выбранному пути современного социально ответственного развития.

Обращению с промышленными отходами отводится особое место в принятом на “Азовстали” комплексном плане природоохранных мероприятий на 2008 год. Речь идет о проектах, направленных на увеличение темпов отгрузки и переработки шлаковой продукции. Выполнение ключевых мероприятий этого направления — в активной фазе.

Так, на комбинате с 4 августа организована погрузка шлаковой продукции с пути № 38а. Фронт погрузки — 10 вагонов. Если говорить об эффекте: за счет такой оптимизации процесса возможно отгружать на 1200 т в сутки шлаковой продукции больше. Таким образом, дополнительные мощности “Азовстали” по отгрузке шлака увеличились на 300 тыс. т в год.

Близится к завершению еще один проект: идет полным ходом восстановление третьей гидрожелобной установки. Завершающие работы по отстройке накопительного резервуара для обеспечения водоснабжения должны быть окончены в сентябре. К концу года планируется увеличить производство граншлака, как и его переработку: дополнительно на 400 тыс. т в год.

Ежемесячно гранулированный шлак отгружается на “Азовстали” в объемах порядка 60 тыс. т, а щебеночная смесь — 30-40 тыс. т.

В последнее время отгрузка шлаковой продукции увеличивается и за счет расширения спроса на различные ее виды. Например, доменный шлак пользуется большим спросом на цементных заводах, и в данный момент при наличии подвижного состава и выполнении технических мероприятий комбинат сможет полностью отгружать все его образования в ходе текущего производства. В июле также началась отгрузка конвертерного шлака в доменный цех комбината и на родственные предприятия Группы Метинвест, в частности, на Енакиевский металлургический завод. Конвертерный шлак активно используется в повторном производстве среди предприятий Группы, потому у комбината планы по его реализации серьезные: использовать весь поступающий конвертерный шлак в производстве и разработать имеющиеся отвалы конвертерного шлака. Увеличение потребления азовстальским доменным цехом конвертерного шлака просматривается и в августе, а его отгрузка должна вырасти как минимум в два раза.

Немалый спрос сегодня наблюдается на колошниковую пыль. Первая партия такой продукции в размере 500 т уже была отгружена потребителю в июле. Сейчас получено множество заказов на ее отгрузку. Параллельно рассматривается возможность отгружать колошниковую пыль и в больших объемах -до 20 тыс. т в месяц. Это немалый плюс в разрезе снижения влияния на экологию. В целях утилизации такого вида промотходов у “Азовстали” появляется возможность реализовывать их на сторону целиком.

Переработка промышленных отходов как неотъемлемая составляющая вошла в деятельность комбината. Из продукции цеха шлакопереработки строятся промплощадки, проводятся ремонты и засыпка дорог по всей территории “Азовстали”.

Интенсивно прорабатывается вопрос по отгрузке щебня, причем есть возможность, что в будущем объемы его реализации увеличатся.

Все виды азовстальских шлаков (доменные, конвертерные, мартеновские) и продукция из них прошли испытания в лабораториях “Азовстали” и научно-исследовательских институтах Украины и РФ, сертифицированы радиационными сертификатами качества и имеют токсично-гигиенические паспорта. Их реализация — важная составляющая как в экономическом развитии предприятия, так и в реализации природоохранной политики.

По сути, шлаковые горы -это новый источник минерального сырья, образованный не природным путем, а в результате промышленного производства. Подобные месторождения часто обладают необычным минеральным составом и могут служить крупным потенциальным источником разнообразных полезных компонентов. По этой причине переработка шлаков — это не только действия, направленные на достижение экологической безопасности производства, но еще и сохранение природных ресурсов за счет использования этой продукции в повторном производстве.

Статьи

Использование шлака в строительстве.Компоненты строительных смесей. Шлакопортландцемент. 15.07.2013 06:05

В доменных печах при производстве чугуна из известняка или доломита, железной руды и кокса, кроме чугуна получают продукт, который называют шлаком. Шлак представляет собой неметаллический материал, в состав которого, в основном, входит алюминаты кальция и силикаты, которые получаются при выплавке чугуна в расплавленном виде.
Вначале шлак, как отходы производства просто выкидывали. Но впоследствии, после подробного его изучения пришли к решению, что его вполне можно и нужно использовать при приготовлении смесей для производства бетона. Впервые шлак для этих целей стала применять компания Карнеги, начиная с 1911 года.
Успех такого решения привёл к тому, что в США образовалась Национальная Шлаковая Ассоциация, в которую вошли многие компании, которые занимались производством шлака. К 1918 году в Соединённых Штатах быль 32 шлаковых завода, которыми руководили 14 компаний.
Французская Техническая Ассоциация также занималась возможностью использования шлака для строительных работ, проводя свои исследования на крупных металлургических комбинатах.
Подобные работы проводились в Великобритании и Канаде.
В России серьёзно стали заниматься переработкой шлака примерно в 1933 году, когда появилась компания, сотрудники которой разрабатывали новые направления по использованию шлака в строительстве.
Сейчас никто не станет отрицать, что шлак является очень важным материалом для строительства, который применяют достаточно широко в различных областях. При производстве бетона шлак применяют при изготовлении конструкционного, монолитного бетона, бетона для асфальтового покрытия, при производстве минеральной ваты, стекла, гранулированного заполнителя, закладок гидравлических, кровельных работ, а также и для других строительных целей.
При получении расплавленного шлака, его температура может достигать 1480 градусов Цельсия. Поэтому его охлаждают, используя воздух, холодную воду, дробят и молят. В зависимости от способа получения шлак может иметь различные свойства. При охлаждении воздухом шлак содержит большое количество алюмосиликатных минералов. При помоле и дроблении шлак насыщен стеклом. А, в общем, состав шлака не очень отличается. Всего лишь пять процентов состава шлака составляют сера, марганец и железо. Оставшаяся часть состоит из оксидов алюминия, кальция, кварца и магния. Вес, структура и размер шлака тоже зависит от выбранного метода обработки. И поэтому шлак разной обработки применяют для различных строительных целей.
Самое распространённое и выгодное направление сейчас – это использование шлака, как компонента для различных строительных материалов. Оно также имеет большие перспективы, а ещё приводит к сбережению ресурсов, так как шлак является отходом производства. А используя отходы в дело, приносит большую выгоду.
Сегодня металлургическая отрасль является основной в промышленности, а это значит, что количество шлака у нас велико. Кроме того шлак сам по себе ценный материал и возможности применения неограниченны. Его используют при строительстве дорог, жилых зданий, различных промышленных и хозяйственных построек, мостов.
Одним из самых востребованных материалов на основе шлаков является шлакопортландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, которое твердеет в воде и в воздухе. Получается он путём измельчения гранулированного шлака и портландцементного клинкера. Нормы содержания компонентов шлака в шлакопортландцементе, согласно стандартам, принятым в разных странах, различны. У нас количество шлака в шлакопортландцементе должно быть от двадцати одного до шестидесяти процентов. В США и Великобритании максимум равен шестидесяти пяти процентов, а в Германии может доходить до восьмидесяти пяти процентов на доменный цемент и тридцать пять процентов на шлакопортландцемент железный. Там всего три марки прочности шлакопортландцемента, а во Франции четыре. В Великобритании есть только одна марка прочности.
Шлакопортландцемент, как универсальный материал, идёт на постройку гидротехнических сооружений, а также на изготовления сухих строительных смесей. Его прочность приравнивается к прочности портландцемента, но следует обращать внимание, когда используют его в условиях резких перепадов температур.
В последнее время наблюдается небольшое снижение использования шлакопортландцемента. Лучшим решением этой проблемы является использование шлакопортландцемента для производства заполнителей, например, для шлаковой пемзы, что давно делается в Японии. Это хороший заменитель керамзита. А для производства тяжёлого бетона шлакопортландцемент можно применять как литой шлаковый щебень. Применение этого вида гранулированного шлака позволяет получить очень прочный связующий слой заполнителя и цемента, удаляющий каналы во время дальнейшей усадки цемента. Поэтому такой бетон имеет высокую устойчивость к коррозии и лучше приспосабливается к агрессивной среде и к химическим воздействиям.
Это открывает перед нашей металлургической и обрабатывающей промышленностью огромные перспективы.Потребление шлакопортландцемента в мировой практике намного опережает все остальные марки. Бетон на его основе обладает лучшей прочностью и стойкостью, что позволяет его использовать при постройке ГЭС, метро и дамб. Кроме того преимуществом шлакопортландцемента является и его более низкая цена, чем цементы других марок. Он имеет более тонкий помол. Продолжительный срок схватывания, низкий набор прочности вначале, низкое тепловыделение позволяют достичь равномерного объема создания цементного камня.
Шлакопортландцемент также выпускают быстротвердеющим. Он имеет большую прочность, чем обычный. Количество активных добавок шлакопортландцемента определяются по ГОСТ 10178-62.
Таким образом, перспективы использования шлакопортландцемента огромны и возможности его применения постоянно расширяются.

Читать еще:  Применение шлакоблоков и шлакобетона в современном строительстве

Комментарии

Комментариев пока нет

Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.

Какие характеристики смесей важны для Вас ?

Ремонт железобетонного ствола дымовой трубы №1 Тольяттинской ТЭЦ ОАО Волжская ТГК

Ремонт четырех кирпичных дымовых труб ООО «ОМЗ-ЛП» г.Санкт-Петербург

Ремонт зданий ОАО «Фацер»

Ремонт бетонных лестниц надземных пешеходных переходов через Приморский пр. г.Санкт-Петербург

Ремонт железобетонного перекрытия котельной ОАО «МЗ Арсенал»

Как получают и используют доменный шлак

В Республике Казахстан одним из приоритетных направлений является строительство автомобильных дорог. В последние годы резко увеличились объемы строительства автомобильных дорог не только между регионами страны, но и со странами СНГ. Наряду с развитием строительства автомобильных дорог в стране быстрыми темпами ведется строительство гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений. В этой связи растет число новых предприятий по производству бетонов, асфальтобетонов, железобетонных конструкций и изделий. Как следствие, резко возрос спрос на крупные заполнители в виде щебня. Однако природный щебень, используемый в качестве крупных заполнителей во всех видах бетонов и асфальтобетонов, а также применяемых в нижних слоях дорожной одежды, имеется не во всех регионах страны. Поэтому возникают проблемы касательно своевременной доставки и удорожания привозного крупного заполнителя из-за высоких тарифов транспортных услуг.

В этой связи разработка научно обоснованных инновационных технологических решений по созданию искусственных заполнителей с вовлечением природных и крупнотоннажных техногенных ресурсов Казахстана является актуальной задачей.

Исследованиям, направленным на разработку технологии производства искусственных заполнителей на основе различных сырьевых материалов, посвящены труды многих ученых.

Имеются работы, посвященные получению керамдора с использованием суглинков и мелкозернистого песка [1], на основе суглинков с использованием волластонитосодержащих шлаков [2].

Результаты исследований авторов показали, что керамический дорожный материал имеет улучшенные теплотехнические свойства и высокие прочностные характеристики.

Так, ученые, исследовав запас сырьевой базы для получения высококачественного щебня, установили, что для его производства возможно использовать апатитонефелиновые руды, оленегорское железорудное сырье, ковдорские комплексные руды, сопчеозерские хромы [3]. Их использование позволяет решить экологические проблемы и организацию производства дешевого щебня из крупнотоннажных сырьевых ресурсов.

Зарубежные ученые [4] исследовали вторичное дробленое стекло, которое является основным побочным продуктом отрасли переработки стекла. Недостаточные знания характеристик вторичного стекла и его экологических рисков являются основным препятствием в его применении в дорожных работах. Для изучения возможности использования стекла в дорожном строительстве в качестве альтернативы природным заполнителям был проведен комплекс геотехнических и экологических испытаний по двум распространенным типам переработанного дробленого стекла (тонкого переработанного стекла и вторичного переработанного стекла). Было обнаружено, что переработанное стекло обладает либо эквивалентной, либо превосходной обрабатываемостью, гидравлической проводимостью и прочностью на сдвиг к природным заполнителям и показывает возможность замены натуральных песчаных и гравийных смесей в некоторых случаях дорожного строительства. Для решения экологических проблем использования рециклированного стекла в дорожных работах был проведен ряд химических и экологических испытаний. По результатам испытаний было установлено соответствие требованиями комитета по охране окружающей среды, а также в течение срока эксплуатации переработанного стекла в дорожном полотне не будет наблюдаться никакой опасности выщелачивания.

В работе [5] представлены результаты лабораторного исследования по использованию заполнителей в битумных смесях для дорожных покрытий. Заполнители были получены путем дробления и просеивания (0,00–0,063 мм) зол из мусоросжигательных заводов и стальных шлаков. Результаты показывают, что используемый заполнитель пригоден для использования в битумных смесях, повышаются эксплуатационные характеристики качества дорожного полотна.

Зарубежные ученые исследуют возможность использования угольной [6–8] летучей золы в производстве керамических материалов. Использование таких отходов позволяет улучшить экологическую обстановку, получить высокий экономический эффект.

Анализ проводимых научных исследований в этом направлении доказывает высокую перспективность и особую актуальность с точки зрения расширения сырьевой базы с вовлечением крупнотоннажных техногенных и легкодоступных природных сырьевых ресурсов.

Цель исследования: установление возможности получения керамического дорожного материала на основе композиции глина – гранулированный доменный шлак.

Материалы и методы исследования

Основное сырье, используемое в работе – глина месторождения «Аккыстау» Атырауской области. В качестве второго компонента использовался гранулированный доменный шлак металлургического завода (г. Темиртау).

Глина месторождения «Аккыстау» представляет собой породу темно-коричневого цвета. По содержанию оксида алюминия относится к группе кислого сырья, а по огнеупорности к легкоплавким. По содержанию оксида железа к сырью с высоким содержанием красящих оксидов.

Читать еще:  Технология производства бетона — материалы для изготовления раствора

Пластичность использованных глинистых материалов представлена в табл. 1.

Граншлак

Перейти к прайс листу на граншлак

Производство шлаков и виды шлаков

Шлаком называют неметаллический многокомпонентный расплав, который покрывает поверхность жидких металлов при металлургических процессах, таких как: плавка исходного сырья, обработка расплавленного промежуточного продукта и рафинирование жидкого расплава. При окончании металлургических процессов шлак имеет затвердевшее камневидное или стекловидное состояние, называемое еще «сплавом оксидов переменного состава». При металлургическом производстве шлаки появляются в сопровождении процесса восстановления руды и извлечения из неё так называемой пустой породы, флюсов и коксовой золы при их химическом взаимодействии с карбонатными породами. Основными компонентами шлака являются: кислотные оксиды SiO2 и TiO2, основные оксиды CaO, FeO, MgO, нейтральные оксиды Al2O3, ZnO. Тем самым в зависимости от количественного преобладания основных или нейтральных оксидов шлаки разделяются на основные и кислые.

Подразделение шлаков в зависимости от вида производства

Шлаки черной металлургии:

— Доменные которые могут быть не гранулированные, гранулированные, пемзы.

Шлаки цветной металлургии

— Медеплавильные, никелевые, алюминиевые (вторичные), прочие.

Шлаки химической промышленности

Шлаки черной металлургии: доменные и сталелитейные

В строительстве преобладает использование доменных шлаков получаемых при производстве чугуна.

Шлак доменный негранулированный получают путем воздушного охлаждения шлака с последующим его дроблением и грохочением. Использование такого шлака преимущественно наблюдается в дорожном строительстве в качестве замены щебня, как дополнительный наполнитель в асфальтобетон и бетон, в сельском хозяйстве для раскисления почв, а также в качестве железосодержащего материала для вторичной переплавки в доменных печах. Шлак доменный негранулированный гидравлическими свойствами не обладает.

Шлак доменный гранулированный получается при выплавке чугуна путем резкого охлаждения водой на гранустановке. Используется гранулированный доменный шлак преимущественно в качестве активной минеральной добавки в цемент.

Шлаковой пемзой называют литой кислый шлак. Для его создания необходим специфический режим охлаждения. Вяжущими свойства отсутствуют. Используют как утеплитель (подсыпка под перекрытия пола первого этажа домов), звукоизоляционный материал, необходим при производстве легких бетонов и изделий из них (шлакоблоки).

Рис1. Шлак черной металлургии

Основной полезной характеристикой доменного шлака является его основность, тоемть сопротивление измельчению, реакционная способность, химический состав и его стабильность. Плотность шлаков составляет 2,7-3 г/см3 (2700кг/м3-3000кг/м3), насыпная плотность – 1,3-1,5 г/см3 (1300кг/м3-1500кг/м3). Гидравлические свойства доменного граншлака определяются по величине коэффициента качества (К).

В зависимости от коэффициента качества и химического состава гранулированные доменные шлаки разделяются на три сорта:

Как получают и используют доменный шлак

Введение

На предприятиях черной металлургии образуется большое количество твердых отходов, пригодных для использования в качестве исходных компонентов при производстве строительных материалов. К ним можно отнести доменные, мартеновские, сталеплавильные и ваграночные шлаки, осадки сточных вод, пылевидные отходы систем газоочистки. Складирование, хранение и захоронение данных отходов является крупной экономической и экологической проблемой [2, 4, 5]. Отходы черной металлургии могут замещать щебень, минеральный порошок, песок, выступать в качестве вяжущего материала. Щебень используется при строительстве дорожных оснований, в укреплении грунтов и приготовлении асфальтобетонных и цементобетонных смесей. Шлак в строительстве применяют довольно продолжительное время, при этом на первое место ставятся физико-механические свойства получаемых продуктов, экологическому вопросу использования данных продуктов уделяется недостаточное внимание.

В дорожном строительстве наиболее часто отходы металлургии используют в виде щебня. Для понимания экологической опасности применения шлакового щебня необходимо выявить основное негативное экологическое воздействие на окружающую среду. Для его установления необходимо сравнение физико-механических и химических свойств щебня разного происхождения и определить миграцию тяжелых металлов в модельные среды.

Материал и методы исследования

В качестве объекта исследования выступают отходы черной металлургии — шлаки. Основное направление использования шлаков — это использование их в качестве балластного заполнителя в дорожном строительстве взамен природному щебню.

Природный щебень делится на гранитный, гравийный и известняковый. Основные физико-механические показатели щебня различного происхождения приведены в табл. 1[1].

Таблица 1. Основные физико-механические показатели щебня различного происхождения

Марка прочности (М)

Насыпная плотность т/м 3

Доменные и сталеплавильные шлаки по физико-механическим характеристикам полностью удовлетворяют требованиям ВСН 38-90 и могут быть использованы для дорожного строительства в качестве материала для строительства основания дорожной одежды или входить в состав цементобетонной смеси при устройстве цементобетонных оснований или покрытий.

Сравнение химического состава шлаков черной металлургии различного происхождения приведены в табл. 2[3].

Таблица 2. Химический состав щебня из металлургического шлака

Химический состав шлаков во многом зависит от того, какой чугун или сталь получают при плавке. Дополнительно шлаки могут содержать медь, ванадий, свинец, цинк и их оксиды.

По содержанию основных компонентов (SiO2, Al2O3, MgO) и физико-механическим свойствам шлаковый щебень подобен гравийному, который широко используют для получения бетонов различной прочности. В отношении магния, титана и ванадия, если исключить разновидности шлаков, специально обогащенные этими элементами, не обнаруживается большой разницы в их содержании, по сравнению с изверженными породами. В отдельных случаях наблюдается большое сходство в химизме шлаков и основных магматических пород, в особенности некоторых богатых глиноземом базальтов, а также габбро.

При кажущемся химическим сходством природного и шлакового щебня шлаковый содержит больше водорастворимых и подвижных форм окислов металлов, которые при некоторых условиях эксплуатации изделий могут мигрировать в окружающую среду и приводить к загрязнению тяжелыми металлами литосферу и гидросферу.

Тяжелые металлы (ТМ) — биологически активные металлы, оказывающие отрицательное воздействие на физиологические функции человека, биоты и состояние жизнеобеспечивающих природных сред. В соответствии с классификацией Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3 : Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Результаты исследования и их обсуждение

Для определения оценки экологической опасности шлакового щебня в Пермском национальном исследовательском политехническом университете были проведены исследования эмиссий тяжелых металлов, содержащихся в шлаке (ванадий, титан, марганец и железо), в модельные среды. В качестве модельных растворов с учетом возможных областей использования шлакового щебня (строительство дорог, бетоны) были выбраны дистиллированная вода и ацетатно-аммонийный буферный раствор (рН=4,8), имитирующий агрессивные среды. Опыты проводили в статическом режиме в течение 30 суток при соотношении — шлак : раствор — 1:2. Результаты исследования эмиссий ТМ в дистиллированную воду представлены на рис.1.

Рис. 1. Миграция ионов ТМ из шлакового щебня в дистиллированной воде

Установлено, что кривые выщелачивания ТМ имеют ярко выраженный экстремальный характер, что можно объяснить следующим образом. В первые 1-5 суток наряду с ионами ТМ происходит выделение из образцов ионов Са 2+ и Mg 2+ , сульфидов, приводящее к повышению рН среды и образованию труднорастворимых гидроксидов и сульфидов ТМ, которые осаждаются на поверхности частиц щебня и предотвращают дальнейшую эмиссию металлов в модельные среды.

Рис. 2. Миграция ионов ТМ из шлакового щебня в ацетатно-аммонийном буферном растворе

Выщелачивание ТМ из образцов шлакового щебня в аммонийно-ацетатный буферный раствор, имитирующий агрессивные среды (рис. 2), происходит по экспоненциальной зависимости.

Расчетами установлено, что в дистиллированной воде через 30 суток доля экстрагированных металлов из шлакового щебня составила для железа — 9,6 %, для марганца — 4,9 %, для титана — 2,5 % , для ванадия — 0,27 %.

Выводы

Проведенные экспериментальные исследования по выявлению и оценке закономерностей миграции тяжелых металлов в случае использования металлургических шлаков в качестве щебня для дорожного строительства показали, что данный щебень будет производить загрязнение близлежащей территории тяжелыми металлами. Это загрязнение будет проходить активнее в кислых почвах. В связи с этим необходимо брать во внимание условия эксплуатации материалов, содержащих шлаковый щебень.

  • Долгих Олег Владимирович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделом иммунобиологических методов диагностики, ФГУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора, г. Пермь.
  • Уланова Татьяна Сергеевна, доктор биологических наук, профессор, заведующая отделом химико-аналитических методов исследования, ФГУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора, г. Пермь.
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector