Сырье Производство керамики Керамические изделия Статьи Справочник

Шлаки и золы

Шлаки и золы являются промышленными отходами ряда производств: металлургических, химических, теплоэнергетики. Они представляют собой продукты физико-химического взаимодействия при высокой температуре компонентов топлива, руды и плавня и газовой среды.

Доменные шлаки образуются при полном расплавлении исходных компонентов шихты руды и кокса в восстановительной среде. Выход доменных шлаков составляет 40-60% массы чугуна.

В составе доменных шлаков содержатся также закисные соединения железа и марганца и сульфидная сера. Расплавы доменных шлаков, как правило, подвергают грануляции, т. е. резкому охлаждению в воде, воздухом или паром. Гранулированные шлаки имеют преимущественно стекловидную структуру, которая и определяет в основном гидратационную активность шлаков, т. е. их способность гидратироваться и затвердевать в присутствии различных веществ - извести, портландцементного клинкера и т. д. Доменные шлаки широко применяются в промышленности строительных материалов, главным образом при изготовлении вяжущих материалов: шлакопортландцемента, известково-шлакового, гипсошлакового цементов.

Шлаки сталеплавильного производства. Шлаки мартеновской плавки стали образуются в результате окисления примесей металлической части шихты - кремния, углерода, серы, фосфора и растворения образовавшегося плавня. В связи с особенностями технологии выплавки стали, которая характеризуется взаимодействием расплава с твердыми фазами, мартеновские шлаки имеют неоднородный химический состав. В составе шлаков содержится 30-35% закисных соединений магния, железа, марганца, а также магнезиоферрита, 15-30% кремнезема, 3-10% глинозема. Модуль основности мартеновских шлаков составляет 1,2-2,4, а модуль активности колеблется в пределах от 0,06 до 0,33.

Основные сталеплавильные шлаки могут использоваться в производстве вяжущих веществ: из гранулированных шлаков могут быть получены также высокопрочный щебень и песок.

Шлаки цветной металлургии получаются при восстановительной плавке никеля, меди, свинца, цинка и некоторых других металлов из сульфидных руд этих металлов. Шлаки цветной металлургии содержат от 15 до 48% FeO, иногда с примесью Fe₂O₃. В отдельных случаях в их состав входит до 10,5% MgO, до 17% Al₂O₃ и до 23% CaO. Большинство шлаков подвергается грануляции, вследствие чего возникает стекловидная структура. Эти шлаки являются крупной потенциальной сырьевой базой для производства строительных материалов.

Шлаки химической промышленности образуются при электротермической переработке фосфоритов и апатитов на фосфор при температуре 1450-1550º С. Шлаковый силикатный расплав подвергается грануляции.

Шлаки фосфорного производства характеризуются преобладанием CaO и SiO₂, общее содержание которых достигает около 90%. По своему составу они относятся к основным шлакам.

Топливные шлаки и золы образуются при сжигании топлива в окислительной среде при температуре около 1400-1600º С. Термическое воздействие на неорганическую (минеральную) часть топлива, состоящую из смесей глинистых или мергелистых веществ с песком и другими минералами, содержащими соединения железа, алюминия, кальция, магния и других окислов, приводит к образованию твердых конгломератов различных соединений. Эти конгломераты выделяются в форме пылевидной массы - золы. Мелкие и легкие частицы золы с удельной поверхностью 1500-3000 см²/г, содержащиеся в количестве около 90%, уносятся из топки дымовыми газами, а более крупные - оседают на под топки и сплавляются в кусковые шлаки. По химическому составу зола состоит на 85-90% из окислов кремния, алюминия, железа (окиси и закиси), кальция и магния. Золы каменных и бурых углей, антрацита и торфа, как правило, являются кислыми. Эти золы не содержат свободной окиси кальция, а общее количество CaO в них не превышает 10-12%. В составе основных зол, которые образуются при сжигании сланцев и некоторых углей, содержится 25-60% CaO, причем до 10-15% CaO находится в свободном виде. Золы широко применяются в производстве строительных материалов: в качестве активной минеральной добавки к цементу, при изготовлении изделий из плотного и ячеистого бетонов автоклавного твердения, для производства пористых заполнителей и т. д. Золы могут быть использованы также для приготовления местных вяжущих и в качестве пластифицирующей добавки к бетонной смеси.