Металлургические шлаки
Металлургическая промышленность ежегодно дает около 50 млн. т. шлаков, а в отвалах их скопилось около 500 млн. т. Это главным образом доменные шлаки, а также мартеновские, ваграночные
и др. Так, при выплавке чугуна на каждую тонну основной продукции получают 0,5 ... 1 т шлака. Если оценить выход не по массе, а по объему, то шлака получается в 2... 3 раза больше, чем
чугуна. Поэтому называть шлаки отходами можно лишь условно.
В сущности это не отходы, а тоже ценный, попутно добытый продукт.
Недостаточное использование металлургических шлаков приводит не только к недоизвлечению прибыли, но и к удорожанию основной металлургической продукции за счет больших затрат на вывозку шлаков и содержание огромных отвалов.
Химический состав металлургических шлаков разнообразен. Доменные шлаки состоят в основном из оксидов, а также содержат примеси железа, магния, марганца, серы.
Частично доменные шлаки используют в цементной промышленности. Некоторая их часть применяется для получения шлаковаты, литых изделий и т. д. При этом значительный объем шлаков текущего выхода, а также запасы отвальных шлаков могут быть использованы для получения заполнителей.
Щебень из доменного шлака. Щебень для бетона можно получить из доменных шлаков текущего выхода или дроблением и сортировкой шлаков из старых отвалов.
Шлаки в отвалах неоднородны по составу и свойствам. В зависимости от условий остывания степень их кристаллизации различна. Неодинакова их пористость и прочность. В связи с этим
целесообразна выборочная разработка старых отвалов или обогащение шлака после дробления на щебень.
В зависимости от химического и минералогического составов некоторые шлаки могут подвергаться распаду. Иногда кусковой лак самопроизвольно превращается в порошок. Исследованиями установлено, что основной причиной возможного разрушения являются образование в шлаке неустойчивых силикатов кальция, претерпевающих затем объемные деформации. Такое разрушение называют силикатным распадом.
Чтобы проверить стойкость шлакового щебня к силикатному распаду, пробу испытывают пропариванием над кипящей водой или в автоклаве в среде насыщенного водяного пара при давлении. Таким образом процессы распада силиката кальция нестабильной формы интенсифицируются и проявится в измельчении зерен. Шлаковый щебень считается стойким к силикатному распаду, если в результате испытания потеря массе данной фракции, т. е. отсев мелочи на сите, не превышает 5%.
Предварительная оценка пригодности доменного шлака для производства щебня производится по данным химического анализа.
Устойчивую структуру имеют, как правило, кислые шлаки.
Для стабилизации в шлаки, склонные к распаду, вводят некоторые добавки, растворяющиеся в расплаве и направляющие кристаллизацию в желаемом направлении с образованием устойчивых минералов.
По показателю дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре щебень из доменного шлака подразделяется на четыре марки: Др45 — для бетона с пределом прочности ниже 20 МПа, Др35 — для бетона с пределом прочности 20 ... 30 МПа, Др25 — для бетона с пределом прочности 30 ... 40 МПа, Др15 — для бетона с пределом прочности 40 МПа и выше.
Таким образом, на щебне из доменного шлака можно получать высокопрочные бетоны для разнообразных конструкций. Шлаковый щебень в районах сосредоточения металлургической промышленности обходится значительно дешевле других заполнителей, в частности щебня из природного камня, его применение дает большой экономический эффект.
Однако содержащаяся в шлаке сера может вызвать коррозию стальной арматуры. В связи с этим использование шлакового щебня в производстве железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой должно быть обосновано специальными исследованиями, а если содержание серы больше 2,5%, то требуется специальное исследование бетонов для всех видов конструкций.
Насыпная плотность шлакового щебня для тяжелого бетона должна быть не менее 1000 кг/м3. Это плотный и прочный заполнитель черного или темно-серого цвета, шероховатый в изломе.
Некоторые виды шлаков, так называемые «газистые», вспучиваются пузырьками выделяющихся газов и застывают в виде пористого материала. Например, пористые отвальные шлаки завода «Азовсталь» имеют плотность зерен 0,4... 1,6 г/см3 и предел прочности соответственно 2,5 ...40 МПа (пропорциональный квадрату плотности). Насыпная плотность щебня из таких шлаков составляет; 800 кг/м3 и менее, поэтому он может быть применен для легких бетонов. В основном же пористые заполнители для легких бетонов из металлургических шлаков получают искусственной поризацией.
Для получения высокопрочного плотного щебня из доменного шлака часто требуется их дегазация. Это может быть достигнуто введением в шлаковый расплав специальных добавок, а также, как показали П. А. Кривилев и другие, путем его виброобработки.
Отвальные пористые шлаки в значительной степени неоднородны.
Гранулированный шлак. При обработке огненно-жидких металлургических шлаков водой происходит резкое охлаждение (шлакового расплава и его грануляция — дробление на отдельные мелкие зерна. Структура зерен аморфная, стеклообразная.
По зерновому составу гранулированный шлак соответствует крупному песку: размер зерен преимущественно 0,6 ... 5 мм, причем примерно 50% (по массе) составляют зерна крупнее 2,5 мм. Нередко имеются более крупные зерна (до 10 мм).
Насыпная плотность гранулированного шлака колеблется в широких пределах — 600 ... 1200 кг/м3. Это связано с тем, что в зависимости от свойств шлакового расплава и технологии грануляции зерна гранулированного шлака могут получаться плотными или пористыми. Пустотность гранулированных шлаков велика — до 60 ... 70%.
Гранулированные доменные шлаки потребляются главным образом в производстве шлакопоргландцемента, по в значительном объеме они используются также в качестве заполнителя для бетонов.