Грицай В.П., Болюк С.В., Иванов В.И., Нестеренко Т.Н., Тарасов В.К.

Запорожская государственная инженерная академия, г.Запорожье, Украина

It is offered technology of processing of dump blast-furnace slags with the purpose of porous fillers production for easy concretes.

Металлургическими предприятиями различных стран СНГ накоплены значительные запасы минерального техногенного сырья - отвальных доменных шлаков.

Одним из актуальных направлений переработки данных шлаков является использование их при производстве конкурентоспособных строительных материалов - пористых заполнителей для легких бетонов.

В настоящее время отвальные доменные шлаки металлургических предприятий перерабатывают с целью получения следующих видов строительных материалов: активных минеральных добавок для производства шлакопортландцемента [1]; шлакощелочного вяжущего материала высокой активности [2]; ватных теплоизоляционных материалов [3]; плотных и пористых стеновых материалов и конструкций [4]; монолитных дорожных материалов [5].

Все перечисленные направления связаны с использованием высокоэнергозатратных методов переработки данных шлаков, включающих термическую обработку исходного сырья [6].

На Украине в больших объемах выпускают легкие бетоны ячеистого типа: газобетон, газосиликат, пенобетон и пеносиликат. Для производства газобетона и газосиликата применяют газообразователи, один из компонентов которых (алюминиевая пудра) на Украине вообще не производится, а для производства пенобетона и пеносиликата - пенообразователи (клееканифольные, смолосапониновые, алюмосульфонафтеновые, а также «Пеностром», «Неопор»), которые на Украине не производятся в достаточном количестве и ассортименте.

Для производства легких бетонов ячеистого типа украинские предприятия закупают за рубежом газо- и пенообразователи, оплачивая неблизкий путь доставки и ввозную пошлину, из-за чего данные компоненты являются самым дорогостоящими в составе сырья [7]. Поэтому использование пористых заполнителей для производства легких бетонов может быть альтернативой выпуску традиционных легких бетонов ячеистого типа. Украина имеет природные ресурсы и производственные мощности для получения пористых заполнителей, таких как керамзит, аглопорит, шунгизит, пеностекло, вспученные перлит и вермикулит, доменный гранулированный шлак и другие.

Анализ украинского рынка пористых заполнителей для легких бетонов (см. таблицу) позволяет сделать заключение о перспективности переработки отвальных шлаков с целью получения конкурентоспособных пористых заполнителей типа шлаковой пемзы.

Из таблицы следует, что большинство сравниваемых пористых заполнителей имеют близкие технические характеристики и высокую себестоимость, значительная часть затрат в структуре которой приходится на энергоносители.

Пористые заполнители для легких бетонов

ПРИМЕЧАНИЕ: * цена из прайс-листа производителя без учета доставки
** цена из бизнес-плана производителя без учета доставки
*** себестоимость без учета доставки

Длительное время переработка отвальных доменных шлаков была бесперспективной и экономически невыгодной из-за отсутствия на металлургических предприятиях специализированного оборудования по производству строительных материалов из данных шлаков, а также существенных энергетических затрат на их переработку. Кроме того, при достаточно длительном нахождении шлаков в отвалах существенно возрастает вероятность их силикатного разложения [6].

Отвальные доменные шлаки чаще всего представляют собой рыхлую массу с зернами различных размеров, реже плотные оплавившиеся и лишь частично спекшиеся высокопористые кусковые фрагменты.

Перспективность переработки шлаков связана с довольно значительным содержанием (до 2,0%) поризованых кусковых фрагментов, которые образовались за время от момента остывания шлаков до прекращения их химической активности в отвалах. Данные фрагменты имеют крупные и зачастую равномерно распределенные поры, в том числе до 50% открытые. Такие поры в легких бетонах успешно обволакиваются и закупориваются слоем густовязкой цементно-водной смеси, которая при затвердевании образует прочный конгломерат.

Отвальный шлак доменного производства, с точки зрения строительного материаловедения, - химически инертная рыхло-зернистая минеральная масса с размерами частиц от 1 мкм до 70 мм и более, причем в одном и том же массиве отвала может наблюдаться неравномерное распределение зернового состава. Если в пылевидной части отвальных шлаков четко имеет место стабильность средней плотности, то в кусковых фрагментах ее величина сильно различается. Так, для плотных фрагментов средняя плотность находится в интервале 900...1900 кг/м3, для пористых - 200...800 кг/м³.

Авторами опробован метод получения пористого заполнителя для легких бетонов из отвальных шлаков доменного производства. Принципиальная технологическая схема их производства представлена на рисунке.

Добыча шлакосырьевой массы из отвалов
Ї
Грохочение
(фракция +5 мм)
Ї
Сортировка на пористые и плотные включения
Ї
Дробление пористых включений
Ї
Сортировка по крупности
Ї
Промывка
Ї
Сушка
Ї
Упаковка
Ї
Готовый продукт

Схема переработки отвальных доменных шлаков на пористые заполнители

Как показали проведенные исследования, пористые заполнители, изготовленные с использованием переработанных отвальных шлаков доменного производства Украины, имеют по сравнению с традиционными материалами более низкую себестоимость при приблизительно одинаковом уровне свойств, которые соответствуют нормативам на пористые заполнители для легких бетонов.

Предлагаемая технология переработки доменных отвальных шлаков с получением пористых заполнителей для легких бетонов не требует высокоэнергозатратных технологических операций, которые необходимы при производстве пористых заполнителей из природного сырья.

Данный метод переработки предусматривает технологические операции (см. рисунок), которые можно успешно выполнить в условиях полигона шлаковых отвалов.

Результатами проведенных исследований установлена возможность использования пористых заполнителей из доменных отвальных шлаков для производства легких бетонов. Расширяется номенклатура заполнителей, появляются перспективы более глубокой утилизации доменных шлаков.

Литература

1. Ушеров-Маршак А.В., Гергичны З., Малолепши Я. Шлакопортландцемент и бетон. - Харьков: Колорит, 2004.
2. Глуховский В.Д., Кривенко П.В., Румына Г.В., Герасимчук В.Л. Производство бетонов и конструкций на основе шлакощелочных вяжущих. - Киев: Будiвельник, 1988.
3. Самодуров С.И. Асфальтовый бетон с применением шлаковых материалов. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1984.
4. Горшков В.С. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве. - М.: Стройиздат, 1985.
5. Ярмаковский В.Н., Степанова В.Ф. Использование отходов металлургической промышленности в конструкциях из легких бетонов. - М.: Стройиздат, 1989.
6. Горлов Ю.П. Технология теплоизоляционных и акустических материалов и изделий. - М.: Высшая школа, 1989.
7. Мартыненко В.А., Ворона А.Н. Запорожский ячеистый бетон. - Днепропетровск: Пороги, 2003.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 2