Шлак. Виды и применение. Плюсы и минусы. Свойства и особенности

Что такое шлак и из чего он состоит

Шлаки – неметаллические искусственные силикаты, образовывающиеся на поверхностях различных металлов в процессе:

  • плавки сырья;
  • обработки промежуточных продуктов;
  • рафинирования жидких сплавов;
  • восстановления руды;
  • извлечения сырья из флюсов.

С точки зрения химического состава бывают виды шла

С точки зрения химического состава бывают виды шлаков:

  • основные (CaO, MgO, FeO): оксида – до 50 %, глинозема – до 10 %;
  • кислотные (SiO2, TiO2): оксида – до 43 %, глинозема – до 17 %;
  • нейтральные (Ai2O3, ZnO): оксида – до 46 %.

В составе шлаков присутствуют и кремниевые, алюминиевые, магниевые, марганцевые, серные частицы и прочие компоненты. В зависимости от компонентного состава и концентрации веществ приобретает шлак свойства, отличающиеся характеристиками.

Видео

Koranel® от Metallo

kuleuven.sim2.be

kuleuven.sim2.be

Также шлаки можно было бы назвать «рудным побочным продуктом». Почему? Потому что разница с рудами, полученными путем первичной экстракции, небольшая. Ключевым примером в этом контексте является бельгийская компания Metallo, которая эксплуатирует плазменную установку для восстановления цинка в шлаках и одновременного снижения содержания свинца в них с 1% до менее 300 частей на миллион (что соответствует жесткому законодательству).

С 2018 года Metallo производит такой шлак под торговой маркой Koranel®. Во время 14-й Глобальной конференции по шлакам в Аахене Koranel® был удостоен звания «Шлаковый продукт года». В настоящее время такой шлак применяется в основном для пескоструйной обработки, но исследования показывают, что их можно использовать и в других областях, в частности для цементных вяжущих и инженерных продуктов. Были проведены обширные испытания промышленных масштабов, которые открывают путь к широкому использованию шлаков цветной металлургии в строительной промышленности.

Применение шлака металлургического и золошлаковых отходов

Наиболее подходящим для переработки является граншлак. Именно из него делают щебень. Его эксплуатируют:

  • в производстве железобетонных изделий;
  • в дорогостроении;
  • в сельском хозяйстве (выполняя функцию подсыпки);
  • в производстве бетонов (будучи заполнителем).

Основной отраслью реализации щебня остаётся дорогостроение, для чего производится пористый щебень. От уровня пористости продукта сильно зависят его физико-механические свойства. Понижение указанного критерия ведёт к повышению прочности. Некоторое время назад для таких целей проводилась процедура дегазации, результатом которой становилось снижение пористости до 30%. Существующие сегодня методы направлены на вакуумирование, центрифугирование шлака, что даёт возможность получить показатель 2%. Таким образом, покупателю предлагается бюджетный щебень с хорошей прочностью.Шлаки, образуемые при производстве ферросплавов, п

Шлаки, образуемые при производстве ферросплавов, при сталелитейном производстве, в виде порошка досыпают в цемент. Благодаря им, состав становится более стойким, удаётся существенно улучшить физические характеристики материала.

Если смешать гранулированные шлаки с жидким стеклом либо содой, раствор станет пригодным для получения бетонных смесей, становящихся твёрдыми при низких температурах.

При применении литьевой обработки, возможно произвести плитку для тротуаров, бордюрный камень, напольные покрытия для интерьеров. Кроме того, способ предполагает возможность изготовления труб, фитингов, фасадной отделки. Расходы на изготовление становятся меньше, но по свойствам материал ничуть не хуже металлических и железобетонных аналогов.

Шлаки цветной металлургии

Вторичное сырье этой категории пользуется меньшей популярностью ввиду дороговизны и трудоемкости его получения. В отличие от шлаков черной металлургии, цветное сырье обладает большим удельным весом и повышенным содержанием закиси железа, объем которого может доходить до 40%. Кроме этого, в состав таких материалов входят ценные и редкие металлы.

Иногда в строительной сфере применяют отходы цветн

Иногда в строительной сфере применяют отходы цветной металлургии, которые образуются при выплавке никеля и меди. Медеплавное вторсырье отличается черным цветом и не распадается. При этом его плотность составляет от 3 300 до 3 800 кг/м3, а водопоглощение колеблется в пределах 0,1-0,6%.

Никелевое сырье обладает идентичными с медеплавными отходами показателями и свойствами.

Из шлаков такого типа редко изготавливаются строительные материалы, иногда их используют при производстве литых изделий или минваты. Намного  чаще на производственную линию попадают доменные шлаки.

Бутовый камень

У вас имеется много прочного природного камня и терпения, или вариант «по случаю», тогда можно возводить фундамент из бутового камня. Из любого прочного камня неправильной формы, а лучше пластинчатого, условно правильного. Это как кладка кирпича неправильной формы, расход раствора большой, утешает прочность и долговечность, обусловленная характеристиками камня.

Достаточно просто делается фундамент погреба, не нужна опалубка. При отсутствии электроэнергии можно обойтись вообще без бетономешалки, мешая раствор вручную для кладки.

  • Преимущество бутового камня – такие же как у граншлака.
  • Недостатки – такие же как у граншлака, но обходимся без опалубки.
  • Сравнительная стоимость – 280 грн/м. Сильно колеблется от вариантов «по случаю».

Каждый из вариантов применения материалов необходимо использовать, что называется по месту. При наличии электроэнергии-для граншлака, наличия доступного камня — для забутовки, а если нужна скорость и строительство больших подвалов – фундаментные блоки.

Шлаковые отходы при выплавке чугуна и стали

Шлаки чугунной металлургии имеют следующую структуру классификации:

  1. Доменные. Категория связана с отходами, образующимися при выплавке чугуна, и включает несколько подгрупп. Это шлаки доменные различных видов чугуна: литейного, специального и предельного.
  2. Сталеплавильные. Сюда попадают шлаки, формирующиеся как в процессе выплавки стали, так и при обработке металла. Первая подгруппа объединяет электроплавильные, мартеновские и ваграночные шлаки. Во вторую попадают следующие виды отходов — тигельные и сварочные. Кроме того, отдельно различают шлаки, образующиеся при бессемеровании и томасировании чугуна.

Доменные шлаки металлургического производства образуются одновременно с чугуном при плавлении шихты, компонентами которой выступают: топливо, сама руда и флюс — обычно доломит или известняк. Менее плотный шлаковый состав отделяется от металла, всплывая над ним. Это позволяет легко отделить шлаковые отходы от чугуна. Вторичный продукт выпускается через верхнее, шлаковое отверстие, металл — посредством нижней, чугунной летки. Отходы, сливаемые через летку — верхний шлак, не содержат металлов и составляют от половины до трех четвертей всего количества побочных продуктов. Одновременно с этим, часть шлаковых масс остается внизу. Их выпускают после слива чугуна и направляют на переработку, суть которой выделить металлические включения из отходов.

Металлургическое производство — выплавка стали

Доменные шлаки металлургические отличаются вариативностью состава, определяемого типом компонент шихты: руды, флюса и топлива. В результат, на 95% шлаковые массы состоят из окислов кальция, кремния и алюминия. Именно соотношение между основными и кислотными окисями формирует три вида шлаков. Продукты, с преобладанием окислов железа, марганцем, магния и кальция — относятся к основным шлакам, те, что содержат преимущественно SiO2 и Al2O3 — кислотным. Отходы, с равномерным присутствием обоих видов окислов — промежуточные шлаки.

Доменный шлак, щебень из него

Являясь отходом доменного производства, такой щебень часто на порядок дешевле крошки из камня, которую нужно добыть, раздробить с помощью сложных и дорогих механизмов, доставить до места приготовления бетонных смесей.

Щебень из доменного шлака в своей кристаллической структуре представлен более чем 20 минералами, среди которых воластонит (однокальциевый силикат), двух кальциевый силикат, мелилит. Наличие кальциевых силикатов и делает продукты переработки этого шлака желанной присадкой для тяжёлых сверхпрочных бетонов.

Преимущества и недостатки

При этом плотность щебня, получаемого из доменного шлака по ГОСТ 3344, выше гранитного, но выше и поглощение воды. Правда, ниже и морозостойкость. Что ограничивает его применение как основного заполнителя в климатических зонах с суровыми погодными условиями.

Предел прочности на сжатие может варьироваться от 62 МПа у пористого до 140 МПа у медеплавильного. Для сравнения, у гранита этот предел составляет 120 МПа. Но! Самый дешёвый («дешевле только даром») пористый материал очень ограничен в применении, а вот его медеплавильный аналог при прочности больше гранитного, по стоимости почти догоняет его.

Благодаря своей способности поглощать воду доменный шлак находит широкое применение в дорожном строительстве, в котором такая его особенность, как способность быстро высыхать и уплотняться под воздействием содержащихся в нём связывающих веществ, а также способность легко поддаваться трамбовке делает его применение более предпочтительным, чем щебня из гранита.

При транспортировке гранитный щебень перетирается в мелкую пылевую фракцию, негодную к применению, её приходится вымывать или как-то отсеивать. Шлаковая же пыль служит дополнительным связывающим при использовании, повышая сцепляемость и вязкость конечного продукта.

Почему так важно видеть шлак при сварке

Различать шлак от металла при сварке очень важно. Если сварщик этого не будет уметь делать, то и со сваркой у него получаться не будет. Дело в том, что шлак нужно выдувать, а также всячески не давать ему попасть в сварочную ванну, там, где кипит раскалённый металл.

Наверняка многим из вас попадались на глаза грязные швы, все в порах, черные, в общем – очень и очень некрасивые. Так вот, такое как раз и происходит по причине того, что из-за неопытности сварщика шлак попал в металл. Когда тот застыл, шлак так и остался в металле. Достать его оттуда будет уже невозможно.

Помимо эстетических соображений, так сказать красоты и чистоты сварного шва, уметь отличать шлак от металла очень важно и для получения надежного соединения. Если шлак попадёт в металл, то соединение будет непрочным. У многих как раз на первом этапе обучения сварке и происходит данная проблема – заготовка прямо разваливается на части из-за большого количества шлака внутри соединения.

Плюсы и минусы шлакового утеплителя

Шлак — прочный и недорогой утеплитель, который используется в комплексе с другими материалами при выполнении строительных работ. Утепление таким сырьем часто применяется в деревянных домах, что обеспечивает не только хорошую теплоизоляцию, но и шумоизоляцию. Он не страдает от влияния грызунов и насекомых.

Топливный вид шлака — рыхлый материал, что обеспечивает высокую степень теплоизоляции. Он обладает бактерицидными свойствами и не гниет со временем. Но у данного вида утеплителя есть и большой недостаток — его неровная поверхность, в связи с чем возникают некоторые трудности при его установке . Кроме того, промышленный вид шлака категорически запрещено использовать в помещениях жилого типа, так как он выделяет вещества, опасные для здоровья человека.

Топливные шлаки

Каменноугольные и угольные шлаки, которые также часто называют золошлаками, сегодня широко применяются в промышленном строительстве. Такое сырье отличается от доменного более низким содержанием CaO и повышенным содержанием FeO. При этом угольный шлак отличается повышенной щелочностью.

Золошлак – это шлак гранулированный, который отлич

Золошлак – это шлак гранулированный, который отличается черной окраской. Такой цвет образуется из-за двухвалентного железа, которое содержится в составе сырья. Встречается шлак коричневого, белого, оливкового и зеленого цвета (в зависимости от объема окисла). Для получения песка шлакового сырье измельчается, в этом случае его цвет будет серым.

Золошлаки получают в процессе сжигания различного топлива, в зависимости от типа которого можно определить, сколько вторсырья в нем содержится:

  • в буром угле содержание шлака составляет до 15%;
  • в каменном – от 3 до 40%;
  • в антраците – до 30%
  • в горючих сланцах – от 50 до 80%;
  • в дровах – порядка 0,5-1,5%;
  • в мазуте – не более 0,2%.

Однако стоит учитывать, вреден ли  угольный шлак. Дело в том, что в этом материале содержатся радиоактивные вещества, поэтому использовать его в качестве наполнителя для бетонных стен и при организации стяжки для жилых объектов не рекомендуется.

Сфера применения и свойства шлака

Говоря о том, что такое шлак, стоит сказать о сфере применения этого материала. Чаще всего в строительстве используется граншлак разного диаметра:

  • Более крупные гранулы используются при изготовлении шлакоблоков, отличающихся износоустойчивостью, меньшим весом и повышенными показателями тепло- и влагоизоляции. Также крупный граншлак применяют при возведении фундамента (в качестве подложки), укреплении насыпей, обработке краев водоемов.
  • Из шлака более мелкой фракции можно сделать добавку для бетона или асфальта.
  • Пыль и самые мелкофракционные частицы применяют в качестве добавок при производстве тротуарной плитки и минваты.
  • Крошка добавляется в строительные смеси для повышения прочностных характеристик составов. Также крошку применяют для заполнения пустот в стенах.

По цвету, вторичное сырье может быть самым разным,

По цвету, вторичное сырье может быть самым разным, начиная от насыщенного черного, заканчивая белым цветом. Нередко встречаются материалы перламутрового или сиреневого оттенка.

Плотность шлака колеблется в зависимости от компонентов, входящих в его состав.

ОксидПлотность, г/см3
Кальция3,4
Магния3,65
Кремния2,26
Железа5,7
Марганца5,4

Соответственно, если измерять этот показатель в «кубах», то эти значения будут колебаться от 800 до 3 200 кг на метр кубический.

Удельный вес сырья (то есть масса его вещества) составляет от 2,5 до 3,6 г/см3. Приблизительно такими же показателями отличаются природные породы камней. Однако стоит учитывать, что удельный вес шлака может отличаться в зависимости от вида сырья:

  • У шлакобетона этот показатель составит порядка 2-2,4 т/м3.
  • Удельный вес кускового шлака колеблется от 2,1 до 2,8 т/м3.
  • Если используется вторсырье в виде щебенки, то вес материала будет самым наименьшим от 1,05 до 1,6 т/м3.

Кроме этого, свойства вторичного сырья определяются его типом. Сегодня в металлургии выделяют четыре основных вида шлака: черный, цветной, топливный и химический.

Шлаки черной металлургии (доменные)

Сырье этого типа бывает 3 типов:

  • Шлак доменный гранулированный, который получают при охлаждении чугуна во время его выплавки. Как правило, полученный граншлак используют в качестве заменителя более дорогостоящих минеральных добавок.
  • Доменный шлак не гранулированного типа. Его добывают в процессе воздушного охлаждения отходов металлургии, их дробления и последующего грохочения. Полученный материал чаще всего применяется в качестве наполнителя для асфальтобетона при строительстве дорожных полотен. Кроме этого, не гранулированное сырье нашло применение в сельскохозяйственной области, где отходы используют для раскисления земли.
  • Шлаковая пемза отличается тем, что она не обладает вяжущими свойствами. Поэтому это сырье чаще используют в качестве утеплителя, звукоизоляционного материала и при производстве шлакоблоков и прочих изделий из пористых и легких бетонов.

Если говорить о свойствах шлака доменного, то он отличается высоким сопротивлением к измельчению, реакционной способностью и стабильностью. По гидравлическим свойствам гранулированный шлак бывает трех сортов:

  • 1 сорт. В таком материале допускается содержание оксида алюминия не менее 8%, магния не больше 15%, титана не более 4% и марганца не больше 2%.
  • 2 сорт. Оксид алюминия – 7,5%, магния – 15%, титана – 4%, марганца – 3%.
  • 3 сорт. Оксид алюминия – не более 7,2%, магния – 15%, титана – 4%, марганца – 4%.

Виды шлака

Металлургические

Делятся на шлаки цветной и черной металлургии. В шлаки черной металлургии входят:

  1. Доменный шлак – получается в процессе выплавки чугунной заготовки из железной руды, в зависимости от параметров плавки (расплавления топлива и добавок), меняются и свойства шлака;
  2. Сталеплавильный – образуется при производстве в мартеновских, электросталеплавильных печах и конвертерах;
  3. Ферросплавный – его виды делятся в зависимости от элементов в нем преобладающих, которые добавлялись в расплав стали при производстве ферросплава (кобальт, хром, марганец, молибден, кремний и другие).

Шлаки цветной металлургии – к этой группе принадлежат шлаки, образовавшиеся в процессе медеплавильного, никелевого, свинцового и цинкового производства.

Фосфорные

Такие шлаки образуются в процессе изготовления фосфорных удобрений. Применяются в производстве минеральной ваты и пемзы. В строительстве добавляют только в том случае, если бетоны в дальнейшем подлежат высоктемпературному пропариванию.

Зольные

Являются остатками после сжигания твердого угля и горючих сланцев. Имеют высокий уровень содержания радионуклидов, поэтому в строительстве жилого фонда не применяются. Нашли применение в тротуарной плитке и как наполнитель в добавках в асфальтобетонную смесь в дорожных работах, для уменьшения образования пыли, путем связывания смолистыми фракциями.

Решающее значение на получаемые шлаки оказывает и скорость охлаждения их, в случае, если произошло охлаждение с помощью воды, быстро, то получается стекловидная структура – она более стойкая, чем мелкозернистая, которая получается, если охлаждение шло долго, естественным путем.

Теги

Adblock
detector