Приложение А (справочное). Краткая характеристика шлака как вторичного минерального ресурса

Приложение А
(справочное)

Краткая характеристика шлака как вторичного минерального ресурса

А.1 Основу металлургических шлаков составляют оксиды СаО, SiO₂, MgO и FeO. Повышенное содержание SiO₂ в шлаках приближает их к кислым, а извести - к основным. По содержанию оксидов железа, в частности FeO, шлаки разделяют на окислительные и восстановительные. Значительное количество FeO делает шлак окислительным. Металлургические шлаки являются сложными системами, в которых присутствуют также оксиды Mg, Ва, Cr, Р. Кроме FeO, шлаки содержат и высшие оксиды железа Fe₃O₄ и Fe₂O₃.

Сера в шлаках находится в виде сульфидов или сульфатов Са, Mg и Fe. В отдельных случаях шлаки содержат оксиды Ti, В, V и ряд других соединений. Оксиды, входящие в шлак, разделяют на три группы:

- кислотные (SiO₃, Р₂O₅, SO₂, SO₄), образующие с основными оксидами соответственно силикаты, фосфаты и сульфаты;

- основные (СаО, MgO, FeO), образующие с кислотными оксидами соответствующие соли;

- амфотерные (Al₂O₃), которые в зависимости от содержания других компонентов ведут себя и как кислотные, и как основные.

В шлаках наиболее важным кислотным оксидом является SiO₂. Металлургические шлаки обычно представляют сплавы основных оксидов с SiO₂, которые составляют преимущественно силикатные образования, поэтому их иногда классифицируют по величине отношения числа атомов кислорода, содержащегося в SiO₂, к числу атомов кислорода, входящего в основные оксиды.

Для характеристики доменных шлаков широко применяют отношение СаО/SiO₂. Но в связи со значительным содержанием Al₂O₃ и MgO в шлаке используют также отношения (СаО + MgO)/SiO₂; (СаО + MgO)/(SiO₃ + Al₂O₃) и другие соотношения.

Именно соотношение между основными и кислотными окисями формирует три вида шлаков:

- основные - относятся к основным шлакам;

- кислотные - преимущественно SiO₂ и Al₂O₃;

- промежуточные - с равномерным присутствием обоих видов окислов.

Изучение свойств многокомпонентной системы представляет большие трудности, поэтому такую систему условно сводят к трех- или четырехкомпонентной. Результаты исследований трехкомпонентной системы пополняют сведениями о влиянии на нее других компонентов.

Металлургические шлаки разделяют по видам выплавляемого металла на доменные, мартеновские, конвертерные, электросталеплавильные, ферросплавные, ваграночные. Их можно объединить в две группы: шлаки первичных металлургических процессов - доменные и ферросплавные, шлаки вторичных процессов - сталеплавильные и ваграночные.

Доменные металлургические шлаки отличаются вариативностью состава, определяемого типом компонентов шихты: руды, флюса и топлива. Шлаковые массы на 95 % состоят из окислов кальция, кремния и алюминия.

А.2 Стойкие и распадающиеся материалы

Основной отличительный фактор, характеризующий шлаки металлургических комбинатов, - устойчивость структуры против всех видов распадов. Существуют следующие виды распадов, которые обусловливают структуру шлака как склонную к распаду:

- силикатный. Характеризуется существенным приростом объема вещества, вследствие перехода кальциевого силиката из бета- в гамма-форму. Структура шлака покрывается трещинами, и далее камень распадается в мучнистый порошок;

- известковый. Процесс - следствие гидратации извести. Этот тип распада преимущественно характерен для мартеновских шлаков, проявляясь как самопроизвольное растрескивание твердого материала на куски;

- железистый. Связан с избыточным содержанием неокисленного железа относительно окислов этого металла. Пороговая величина составляет 1,5 % от FeO. Превышение указанного значения и воздействие влаги инициируют реакцию перехода сульфида железа в его гидроксид, сопровождающуюся выделением сероводорода. В результате объем шлака возрастает до 38 %, что и приводит к растрескиванию;

- марганцевый. Активируется при нахождении шлака во влажной среде.

А.3 Технологический процесс переработки металлургических шлаков для получения щебня состоит из следующих этапов:

- слив жидких отходов послойно в шлаковые ямы. Толщина каждого уровня составляет от 20 до 30 см. Максимальное число слоев - 5;

- полив шлаковой массы водой из расчета 0,5 м³ на тонну отхода;

- кристаллизация состава в течение 4-8 ч;

- разработка остывшей массы экскаватором;

- сортировка шлака на фракции, с последующим дроблением при необходимости.

Производимый подобным технологическим процессом шлаковый щебень отличается отличными адгезийными характеристиками по отношению к различным строительным составам: битуму, дегтю, цементу.

Особенностью BMP на основе шлаков черной и цветной металлургии для производства крупного и мелкого заполнителя для бетонов различных видов является значительная неоднородность химического и фазово-минералогического состава, что может приводить к значительному содержанию вредных минералов и примесей, которые могут отрицательно влиять на долговечность бетона и коррозионную стойкость арматуры.

Кроме того, шлак может содержать примеси соединений тяжелых металлов, что необходимо учитывать при определении технических требований к продукции, получаемой на основе шлаков.