Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ШЛАКИ

В зависимости от происхождения их подразделяют на шлаки черной и цветной металлургии. К первым относятся доменные, сталеплавильные, ваграночные, шлаки ферросплавов, ко вторым — медеплавильные, никелевые, свинцовые и другие. В шлаковых отвалах в настоящее время накопилось свыше полумиллиарда тонн отходов, занимающих тысячи гектаров полезных земель. Общие затраты на вывоз шлаков в отвалы и нх эксплуатацию оцениваются примерно в 30 млн.р. в год.

Доменные шлаки. В зависимости от химических свойств руды и кокса составы шлаков для заводов южных, центральных и восточных районов страны различны. На заводах южных и центральных районов страны получают шлаки с относительно низким содержанием Al2O3 (6—10 %), MgO (до 5 %) и повышенным количеством СаО и сульфидной серы. Для шлаков заводов Урало-Кузнецкого бассейна, работающих на богатых глиноземом рудах и малосернистом кузнецком или карагандинском угле, характерно повышенное содержание Аl2О3 (до 14—20 %) и низкое — МnО и сульфидной серы. Намечается постепенное изменение состава шлаков, связанное с освоением новых месторождений железных руд, широким внедрением кислородного дутья, применением офлюсованного агломерата, отказом от дорогостоящего плавня — марганцевой руды. В основном изменения связаны с увеличенем наличия оксида магния при соответствующем снижении содержания оксида кальция: на многих заводах Донбасса и Приднепровья количество MgO в шлаке повысится с 2—3 до 5—7 %, центральных районов — до 9—14, Урала и Сибири — до 12—18 %.

В качестве сырьевого компонента шлаки черной металлургии применяются сравнительно редко — в СCСР на пяти цементных заводах. За рубежом это направление нашло распространение в последнее время.

В Японии в качестве сырья для цементной промышленности применяют конверторный или доменный шлаки для получения специального ферритцементного клинкера; при этом существенно снижается расход топлива на обжиг указанного клинкера по сравнению с обычным портландцементным клинкером.

Опыт применения доменных шлаков как сырья при производстве портландцементного клинкера обобщен в [29], где показана возможность снижения влажности и улучшения фильтруемости шлака в сокращения расхода сырья на 3—4 %, топлива — на 13—18 при обжиге шлакосодержащих сырьевых смесей, в том числе, и при непосредственном введении шлака в холодный конец печн. Химический состав доменных шлаков как сырьевого компонента не нормируется; возможность их использования решается применительно к конкретным условиям.

Энергетический анализ показывает энергетическую целесообразность использования техногенных продуктов [30], а подача дробленых шлаков с холодного конца печи благоприятно влияет иа кинетику клинкерообразования [29). Современные шлаки сложены, в основном, мелилитом (твердый раствор окерманита и геленита), волластонитом, ранкинитом, встречаются ларнит, анортит, алюмомагнезиальная шпинель, форстерит. Область составов шлаков располагается в той части диаграммы состояния системы S — А — С — М, где находятся следующие гетраэдры: ларнит — ранкинит — окерманит — геленит, ранкинит — волластонит — окерманит — геленит, окерманит — анортит — шпинель — форстерит, окерманит — геленит — аиортит — шпинель.

Химический состав шлаков основных металлургических районов страны [28) приведен в табл. 1.19; для дальнейших расчетов использовались еще 12 составов, отражающих возможные изменения соотношения компонентов в результате совершенствования доменного процесса по [31]. Построением сечений элементарных тетраэдров плоскостями, соответствующими содержанию Аl2O, в каждом из шлаков, после пересчета на четырехкомпонентную систему установлено распределение фигуративных точек составов шлаков по элементарным тетраэдрам. Результаты, представленные на рис. 1.15, свидетельствуют, что основная масса фигуративных точек составов современных шлаков располагается в тетраэдрах.

Температура окончания процессов плавления шлаков составов 13, 18, 24 приближается к 1400 °С (рис. 1.16, а, б), шлаков составов 17, 20 превышает 1400 (рис. 1.16, а, в), шлака состава 25 равна 1500 °С (рис. 1.16, в).

Таким образом, по химико-минералогической однородности доменные шлаки занимают промежуточное положение между глинами и базальтами отличаясь от последних довольно высокими температурами начала и окончания плавления.

Многолетний опыт работы ряда цементных заводов на сырьевой смеси, содержащей шлаки, показал эффекгивность частичной или полной замены глины шлаками. Однако следует отметить, что переработка доменных шлаков на металлургических заводах Украины достигла практически предельного уровня, дальнейшего значительного увеличения выхода шлаков не предвидится, поэтому резервы цементной промышленности в этом отношении можно считать исчернанными. Также необходимо учитывать, что экономическая эффективность применения гранулированного шлака в качестве активной минеральной добавки в цемент в несколько раз выше, чем в качестве сырьевого компонента, поэтому все гранулированные доменные шлаки, отвечающие требованиям стандарта на шлак как активную минеральную добавку, надо использовать только в первом направлении. Как сырьевой компонент целесообразнее применять отвальные шлаки. Ресурсы отвальных доменных шлаков весьма велики. Исследования по использованию кристаллических шлаков показали [32, 33], что их минералогический состав имеет значительное сходство с описанным выше для гранулированных шлаков: одна группа характеризуется составами, фигуративные точки которых располагаются в поле кристаллизации C2S, вторая — в полях кристаллизации C2AS, C2S2 и CS: третья, в зависимости от содержания кремнезема, в полях кристаллизации CS и даже SiO2. Из этого следует, что для большинства составов закристаллизованных шлаков справедливы сделанные выше выводы о химико-минералогической однородности и температурном интервале плавления. Установлена возможность применения этих шлаков как сырья при производстве цемента после извлечения металлического железа и усреднения минеральной части. Использование магнезиальных и титанистых шлаков в качестве сырья позволяет в 1,2—1,6 раза сократить потребление известняка, частично или полностью заменить глину, снизить влажность шлама на 5—10 %, а расход топлива на обжиг — на 290—750 кДж/кг.

В шлаках с высоким содержанием MgO преобладающими минералами являются CMS, QMS, и мелилит с окерманнтовой составляющей (C2MS2). Магнезиальные шлаки как сырьевой компонент обогащают клинкер оксидом магния, который растворяется в основном в промежуточной фазе. В составе сырьевой смеси целесообразно применять только кристаллические магнезиальные шлаки, не обладающие гидравлическими свойствами (отвальные шлаки, ковшовые остатки).

Титанистые доменные шлаки содержат до 11 % ТiO2 и одновременно до 12 % MgO, на процессы клинкерообразования при замене глииы этими шлаками будет оказывать влияние комплексный катализатор (оксиды титана и магния).

Сталеплавильные шлаки. В зависимости от способа производства стали шлаки подразделяются на мартеновские, конверторные и электросталеплавильные, в зависимости от химического состава — иа основные и кислые. В свою очередь основные шлаки делятся на низкоосновные, средней основности, высокоосновные. Кислые шлаки характеризуются отношением СаО : SiO2 <1.

Сталеплавильные шлаки в качестве сырья для производства цемента используются редко, хотя нх химический состав свидетельствует о пригодности для применения взамен части глины, известняка или корректирующей добавки, а наличие оксидов титана и марганца способно оказать минерализующее влияние при обжиге клинкера.

Шлаки ферросплавного производства. Эти шлаки образуются в процессе восстановления элементов из оксидов, входящих в состав руды или концентрата и в зависимости от вида выплавляемых сплавов делятся на следующие группы шлаки безуглеродистых и углеродистых феррохромовых сплавов; шлаки ферросилиция и алюминотермического производства.

Основное количество шлаков получают от выплавки марганцевых ферросплавов (28,5 %). Шлаки ферросплавов в зависимости от вида выплавляемого металла могут иметь разный состав. Шлаки феррохрома и феррованадия высокоосновные. При охлаждении такие шлаки рассыпаются.Основной кристаллической фазой в них является псевдоволластонит. Шлаки ферромолибдена наиболее кислые, модуль основности их составляет 0,1—0,06, содержание SiO2 превышает 60 %. После охлаждения они почти полностью переходят в стекловидную фазу. Химический состав шлаков ферросплавного производства приведен в [39].

Ваграночные и специальные шлаки. Отличаются от мартеновских большим содержанием кремнезема и меньшим — оксидов кальция и магния. Модуль основности колеблется от 0,8 до 0,15. Ваграночные шлаки хорошо гранулируются, но даже при медленном охлаждении содержат большое количество стекловидной фазы. Кристаллическая фаза ваграночных шлаков состоит из пироксенов, анортита, иногда сульфидов железа и марганца.

Выход ваграночных шлаков составляет 6—7 % массы чугунного литья или 1,2—1,4 млн т в год. В последние годы в СССР появились шлаки, получаемые при выплавке руд титаномагнетитов новых месторождений, отличительной особенностью которых является высокое содержание в них ТiO2 (6—12 %) и повышенное содержание MgO (до 11 %).

А.А. Пащенко, Теория цемента, К, 1991

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????