Металлургический шлак

Металлургический шлак (от нем. Schlake) – это отходы, образуемые при сжигании твердого топлива вроде каменного угля, или при работе с расплавами металлов (покрывает их в жидком состоянии). После застывания образуется камневидная или стекловидная вещество масса в виде камня сложной, неправильной формы. Химически чаще всего представляет собой смесь различных окислов вместе с остатками не выплавленного железа или другого металла.

Шлак в металлургии защищает расплавленный сплав от действия газовой среды печи, окружающего среды. Металлурги специально поддерживают так называемый «шлаковый режим», включающий температуру, вязкость, химический состав. Отходы из топлива образуются при сгорании каменного угля, кокса и пр. Это зола, спекшаяся в куски различной формы и размера.

Виды

Базовая классификация предполагает разделение отходов черной и цветной металлургии. Ко второй группе относится незначительный объем, включающий, помимо железа, примеси кальция, магния и еще ряда более редких элементов.

Шлаки, образуемые при производстве черных металлов, более разнообразны. Их условно делят на четыре большие группы:

1. Ферросплавные. Получаются при производстве соответствующих сплавов. В состав входит кремний, марганец, хром.
2. Ваграночные. Образуются при выплавке чугуна в специальных печах, вагранках. В них уже преобладают различные оксиды (до 90%).
3. Сталеплавильные. Являются отходом от изготовления стальных сплавов. Представляют собой оксиды низкой плотности с высоким содержанием окисленного железа и марганца.
4. Доменные. Наиболее популярный тип с силикатной или алюмосиликатной основой. Именно из этого типа отходов получают щебень, другой строительный материал.

Существуют иные способы классификации. Например, по состоянию после остывания: распадается ли или нет «искусственная порода». Первый вид фактически представляет собой пыль или близкое к ней агрегатное состояние, а второй формирует каменистые образования. Распадающиеся шлаки принято делить по минеральному составу:

1. Силикатные – мелкодисперсные частицы.
2. Марганцевые – пыль, растворяющаяся в воде.
3. Железистые – подверженные растрескиванию при намокании.
4. Известковые – крошка различного размера.

Применение распадающихся отходов зависит от их физических и химических свойств. Если шлак не распадается, его обрабатывают механическим путем, полусухим или мокрым методом, чтобы получить тот же щебень требуемой фракции.

Состав и свойства

Состав шлака в металлургии неоднороден, зависит от изначального, характерного для сырья. Но можно точно сказать, что до 90-95% объема составляют окислы. Остальное занимают сульфиды, сульфаты, галоидные соединения. Окислы, в свою очередь, делят на основные, моносиликаты, бисиликаты, кислые.

Сравнивают материал по характеристикам:

1. Удельный вес куба.
2. Класс опасности.
3. Выход на 1 т. металла.
4. Плотность.

Их учитывают при выборе сферы применения, технологии переработки вторичного сырья, условий хранения, транспортировки и пр. Нормы заложены в профильные стандарты. Например, ГОСТ Р 57789-2017, ГОСТ 5578-2019. Первый применяют при оценке пригодности материала для разных смесей, второй при определении качества песка и щебня, используемого в бетонах.

Способы переработки

Наиболее известный способ переработки – это грануляция. Технология заключается в охлаждении шлака при помощи воды, воздуха или пара. Ее преимущественно применяют для доменных отходов, предназначенных для цементной промышленности. Еще это относится к отходам производства сталей, ферромагнитов, если требуется получить цемент с высокой химической стойкостью и т.п. После гранулирования осуществляется помол до требуемой фракции.

Шлаковый щебень получают путем дробления отвалов, образующихся после литья или сжигания твердого топлива. Готовый материал подходит для применения в качестве наполнителя бетонов, т.к. обладает высокой стойкостью к механическим воздействиям вроде истирания, сезонным перепадам температуры. Помимо бетонных смесей, шлак используют при производства тротуарной плитки, фасадных плит и иных строительных изделий.

Отдельное направление переработки шлаков – выпуск шлакоситаллов. Внешне они выглядят как мелкие стеклянные кристаллы, собранные в стекловидную аморфную массу. Их свойства зависят от исходного сырья, технологии производства (отличаются могут механические и химические характеристики, цвет). Шлакоситаллы выделяются большой прочностью, по значению близкой к чугуну/стали, при втрое меньшей массе.

Фото: etxt.ru

Готовый материал легко сверлить, резать, шлифовать. Поэтому его используют для изготовления труб, подшипников, оптических приборов, электрических изоляторов, мелющих механизмов и т.д. Чего не скажешь, например, о доменных шлаках. Последние на 80% применяют для выпуска каменной ваты с неплохими изолирующими свойствами (звуко-, тепло-).

Заводы, где больше всего вырабатывается шлаков в тоннах в год

Российская промышленность способна «генерировать» порядка 8-9 млрд тонн отходов. По общей массе такого мусора «выигрывает» металлургия и регионы, где размещены заводы, выплавляющие чугун и сталь различных марок. Среди лидеров стоит отметить Норильск, Красноярск, Волгоград, Братск, Абакан и еще ряд городов, где размещено производство тех же цветных металлов.

Есть «вопросы» к Туле, Череповцу, Липецку, Челябинску, Ижевску, Нижнему Тагилу, Златоусту, Новокузнецку, Новотроицку, Первоуральску, Орску. Везде имеются заводы и сопутствующие им отвалы шлаков. Часть их перерабатывают в «полезные» товары, остальное же остается на специальных полигонах.

Какие заводы забирают шлак на переработку

Примерно четверть шлаковых отвалов является сырьем без какой-либо подготовки. Например, кокосовая, известковая пыль, аспирации доменного производства или окалина и т.д.

Примеры предприятий:

1. ООО «Ключевская обогатительная фабрика» из Свердловской области.
2. АО «Петромакс» из Московской области.
3. ООО «Переработка нефтешламов» из Оренбурга.
4. ООО «Череповецкий металлургический комбинат» из Череповца.

Подобные предприятия открываются практически во всех регионах, где вопрос со складированием шлаковых отходов становится острым из-за их огромных объемов.

ТОП-5 продукции из шлака

Нередко металлургические предприятия запускают безотходные производства, когда даже из шлака удается получить полезные материалы (некоторым удается утилизировать до 94% отходов).

Среди популярных товаров:

1. Шлаковая пемза – составляющая часть изделий из шлакобетона.
2. Гранулированные остатки – производство того же шлакобетона, портландцемента.
3. Минеральная вата – маты и рулонные материалы для звуко-, теплоизоляции труб, стен.
4. Щебень – строительство дорог, изготовление бетона.

Гранулированные топливные шлаки находят применение в сельском хозяйстве как удобрение или в благоустройстве заводских территорий.