Переработка доменных шлаков

Доменные шлаки в основной своей массе состоят из СаО, SiO₂ и Al₂O₃ (90%). Содержание металла в этих шлаках составляет 2-4%. По повышенному содержанию отдельных составляющих шлаки разделяют на магнезиальные (MgO>10%), высокоглинозёмистые (Al₂O₃>40%), высокоосновные (СаО>44%), титановые (TiO₂>5%). Модуль основности доменных шлаков 0,8-1,2. Удельный выход доменных шлаков составляет 470-480 кг/т. На долю доменных шлаков приходится до 70 % всех шлаков. Доменный шлак перерабатывают либо в жидком состоянии на специальных установках с применением воды, пара или воздуха, либо в твердом. Шлак, выпущенный из доменной печи в ковш, отправляют на грануляционную установку, на производство пемзы или щебня. В твердом виде перерабатывают только ковшевые остатки и отвальные шлаки. Также шлаки можно использовать в цементной промышленности, изготавливать шлаковату, другие строительные материалы.

Производство щебня

Щебень можно применять для всех видов дорожных покрытий. Фракция 0-5 мм используется для устройства монолитных шлакобетонных оснований и покрытий. Щебень должен быть морозостойким (М_рз), а именно после насыщения водой выдерживать многократные оттаивания и замораживания без значительного снижения прочности.

М_рз = 15, 25, 50,……300 циклов. Для бетонов используют щебень с показателем М_рз = 300.

Потери массы в щебне ≤ 5 %, содержание металла≤ 2 %. Если щебень идет на изготовление бетонов, то сжатие должно быть 700-900 кг/см³.

Влиять на свойства шлака можно, изменяя скорость охлаждения сливаемого шлака. Для получения щебня шлак сливают в траншеи. Оптимальная толщина шлака 100-200 мм. При глубине траншеи 4-5 м, траншея заполняется за 3-4 суток. Каждый слой охлаждается 20-30 минут на воздухе, затем поливают водой до температуры 50-60°С. Охлаждённый шлак подвергается дроблению, грохочению и отсеву по фракциям. На производство щебня в РФ идет около 20 % доменных шлаков. Стоимость такого щебня в 2-3 раза ниже, чем природного.

Производство гранулированного шлака.

Существует три способа грануляции шлака.

1. Мокрая грануляция шлака наиболее распространена. Она основана на том, что раскаленные шлаки растрескиваются и разбрызгиваются под действием термического напряжения и воды. При мокрой грануляции шлак сливают в бассейн с водой или в наклонный желоб, примыкающий к бассейну. Грануляция в бассейне – самый простой метод. Недостатки: высокая влажность (25-30%), зимой смерзается, расход воды до 3 м³/т. шлака.

2. Полусухая грануляция шлака.. Расход воды составляет менее 2 м³/т. Влажность шлака около 15%. Шлак сливается на гидрожелоб длиной 3-20 м с уклоном 5-15°, через сопловые насадки диаметром 9-15 мм подается вода с давлением 1,5-5 атмосфер. Шлак транспортируется в виде пульпы. Недостатки: заводнение территории, выделение 200-500 г. серы на тонну перерабатываемого шлака согласно реакциям: RS + H₂O = RO + H₂S; 2H₂S + 3O₂ = 2H₂O + 2SO₂.

3. Сухая грануляция шлака. Расход воды уменьшается при помощи одновременной подачи сжатого воздуха. Воды подают такое количество, чтобы она полностью испарилась в процессе. Расход воды составляет около 0,5 м³/т, воздуха – 100 м³/т. Сухая грануляция возможна и без подачи воды на расплав. При этом способе грануляции меньше выделяется вредных веществ, меньше заводнение территории. Серу можно связать и удалить, добавив в воду известковое молоко (Са (ОН)₂), но в этом случае затрудняется оборотное использование воды из-за отложений; потребуется дополнительная очистка воды.

Большая часть гранулированных доменных шлаков используется в производстве шлакопортландцемента. Качество шлака для производства цемента оценивается с учетом показателя К:

для 1 – сорта К ≥1,65; 3 – сорта К ≥ 1,2.

Производство шлаковой пемзы

Пемза используется в качестве наполнителя легких бетонов. Шлаковой пемзой называют пористый материал, полученный при вспучивании в процессе охлаждения воздухом и водой, когда образуются пары H₂S и SO₂. Качество пемзы оценивается плотностью, пористостью, механической прочностью, морозостойкостью, жаростойкостью, теплопроводностью. Механическая прочность шлаковой пемзы влияет на прочность бетона.

Переработка доменного шлака с получением пемзы по важности вырабатываемой продукции занимает второе по значимости место после грануляции.

Способы получения шлаковой пемзы: бассейновый, струйный, траншейный.

Бассейновый способ. Шлак с температурой 1260-1320°С сливается в бассейн. Расход воды 0,2-0,4 м³/т, давление воды 0,8-1 атм. Шлак охлаждается 3-4 часа до температуры 100-150°С, дробится и сортируется. Преимущества: большая производительность; недостатки: возможность взрывов при наличии металла в шлаке.

Струйный способ. Сжатый воздух инжектирует воду, и эта эмульсия с высокой скоростью воздействует на струю сливаемого шлака, который вспучивается и охлаждается.

Траншейный способ. При подаче шлака в траншею подаётся вода. Соплами она распыляется по всей траншее. Охлаждается около 1,5 часов, сортируется.

При производстве шлаковой пемзы должны соблюдаться следующие основные условия:

- простота конструкции и надежность агрегата для вспучивания шлака;

- получение однородной по структуре, мелкопористой шлаковой пемзы без внутренних напряжений;

- изоляция установки, в которой протекает вспучивание и охлаждение шлаковой пемзы от окружающей среды.

Производство минераловатных изделий (шлаковой ваты)

Минеральная вата состоит из волокон диаметром 2-10 мкм, объёмная масса 50-300 кг/м³. Сырьём служат кислые доменные шлаки. На шлак воздействуют газом или механически. Сливают в шлакоприемник, вводят добавки, разогревают до температуры 1400-1450°С.

Большая часть расплавов для производства шлаковаты получается в вагранках. Расход условного топлива достигает 35% от массы расплава (16 кг/т шлаковаты).

Технологическая схема примерно такова: через выпускные отверстия шлак поступает в центрифугу для раздува. После раздува шлаковые волокна и распыленная связка поступают в камеры волокноосаждения. Промежуточный транспортер подает сухой минераловатный ковер на тепловую обработку в камеру полимеризации. Затем минераловатный ковер проходит камеру охлаждения, на выходе из которой раскраивается на нужный размер.

Для превращения жидкого шлака в волокно применяют дутьевой, центробежный и комбинированный способы волокнообразования.

При дутьевом способе на струю шлака направляют поток пара, воздуха или дымовых газов, разделяющих и вытягивающих ее в тонкие волокна.

При центробежном - шлак расщепляется и вытягивается в волокно на центрифугах с помощью центробежных сил.

При комбинированном способе - совмещают в одном устройстве два первых.

Около 85% шлаковаты получают комбинированным способом.

В качестве связки чаще всего используют водные растворы фенолформальдегидных смол (С₆Н₅ОН, НСОН). Они хорошо растворяются в воде и при температуре 180°С полимеризуются.

Товарную шлаковату и изделия из нее хранят и транспортируют упакованными (в бумагу, полиэтиленовую пленку, картонные коробки, деревянные ящики). Готовая продукция должна выдерживаться на складах не менее 2 -х суток, во избежание возможного самовозгорания от попавших в изделие раскаленных корольков шлака.

Изготовление декоративных изделий

В шлак вводятся различные добавки для изменения структуры, цвета, зернистости с целью изготовления декоративной плитки, литых изделий.

За рубежом использованию доменных шлаков также уделяют большое внимание. В США, Франции, Германии и Японии более половины доменных шлаков используют в дорожном строительстве, в том числе значительная часть их идет на производство бетонов. Основной вид шлаковой продукции в этих странах – щебень. Шлаковый щебень получают путем естественного охлаждения жидкого шлака в траншее (иногда с увлажнением в конце остывания, что облегчает дробление и измельчение шлака). В США, Канаде и Англии производство щебня организовано и на припечных установках. В Канаде фирмой «Нешил слэг» разработан и внедрен способ производства окатанной шлаковой пемзы.

Фирмой «Ниппон Кокан» (Япония) разработан метод получения материала под названием «суперслэг», используемого для дорожного строительства. Он состоит из смеси гранулированного и дробленного доменного шлака с добавкой гашеной извести. Материал отличают высокие водостойкость, водопроницаемость и прочность в течение всего времени эксплуатации.

Перспективно использование щебня, песка и минерального порошка из доменного шлака в различных асфальтобетонах, например, в дренирующих и щебеночно-мастичных покрытиях. Достоинства: снижается шум на 3 дБ; обеспечивается быстрый отвод воды с поверхности; не происходит отражения света в темное время суток.

Поиск по сайту: