Вся электронная библиотека >>>

 Переработка  >>>

 

 

Переработка промышленных отходов


Раздел: Переработка

 

8.1. Производство строительных материалов из металлургических шлаков

  

Производство цемента. Цементная промышленность ис пользует гранулированный шлак как активную минеральную добавку при производстве шлакопортландцемента — вяжущего вещества, твердеющего в воде и на воздухе. Шлакопортландцемеш получают путем измельчения клинкера (обожженной до спекания смеси известняка и глины), доменного гранулированного шлаки и гипса (CaS04 • 2Н20).

Активные вещества, содержащиеся в шлаке, улучшают тех нические свойства цемента, повышают его качество и прочность изготовленных из него строительных конструкций. Это позволяем сократить расход шлакопортландцемента на 5 % по сравнению с портландцементом при производстве бетона класса В-25, из которого делается до 80 % всех сборных железобетонных конструкций.

Использование доменных шлаков при производстве шлакопортландцемента позволяет заменить глину, снизить в 1,2-1,6 рази расход известняка, увеличить объем производства цемента в 1,5-2 раза, снизить расход энергии на 40 %, улучшить экологические характеристики в регионе.

Объемы использования доменных шлаков цементной промышленностью настолько велики, что их не хватает и проводятся работы по вовлечению в производство других металлургических шлаков (конвертерных, ферросплавных, мартеновских и др.).

При изготовлении цемента используют шлаки в гранулированном виде. В настоящее время грануляционные установки имеются на всех металлургических заводах.

Производство гранулированных шлаков. Грануляция шлаков — процесс производства стеклообразных гранул из жидкого шлака путем резкого его охлаждения водой, паром, воздухом или другим газом. Размер получаемых гранул составляет 1—5 мм.

Грануляция шлака производится либо у плавильного агрегата, либо на отдельно стоящих установках с транспортировкой к ним шлакового расплава в ковшах. Основная масса шлаковых расплавов пока перерабатывается во внепечных гидрожелобных, бассейновых и барабанных установках. Дробление шлака в этих установках производится иодяной или водовоздушной струей. Установки потребляют большое количество воды, которая после использования нуждается в очистке.

В технологическом процессе в результате контакта воды с расплавленным шлаком образуется большое количество парогазовой смеси, оказывающей неблагоприятное влияние на окружающую среду.

Более прогрессивна припечная бесковшовая технология гранулирования шлака ( 8.2). При этом способе жидкий шлак из доменной печи по желобу 7 стекает в гранулятор 6, состоящий из короткого лотка и гидронасадки, где струями воды дробится на частицы. Гранулы поступают в бункер-отстойник 12, откуда иасосами (эрлифтом 14) перекачиваются в обезвоживатели. Обезвоживание осуществляется в специальных бункерах, оборудованных фильтрующими решетками 5, или в карусельных фильтрах 16, снабженных коробками с перфорированными откидными крышками. При вращении обезвоживателя каждая коробка проходит стадии заполнения пульпой, фильтрации воды через отверстия в днище и разгрузки обезвоженного шлака в бункер 17. Установка герметична, парогазовая смесь улавливается, очищается в скруббере 2 и удаляется в вытяжную трубу 1, а вода возвращается для повторного использования.

Описанные способы грануляции шлака создают ряд экологических проблем в связи с содержанием в газовых выбросах токсичных газов и пыли, а в оборотной воде — извести, тио- сульфатов и аммиака. Сброс такой воды в водоемы недопустим. Поэтому все установки гранулирования шлаков должны иметь в своем составе системы очистки воды и газов, что, естественно, удорожает стоимость готовой продукции.

В этом смысле более экологически чистой является контактная технология грануляции шлака ( 8.3). По этой технологии расплавленный шлак из шлакоприемника 1 по летке 2 перетекает в ванну 3, где налипает на барабан 4, наружная по- иерхность которого выполнена из змеевика 5, охлаждаемого водой.

В зависимости от скорости вращения барабана толщина корки налипшего шлака составляет 2—15 мм. Шлак в ванне поддерживается в расплавленном состоянии за счет подогрева нагревателем 6, а налипшая отвержденная корка срезается шла- коснимателем 7, и полученные гранулы сбрасываются в бункер. Вода в змеевике превращается в пар, тепло которого может утилизироваться.

Одним из способов утилизации шлаков является производство шлакобетона — легкого бетона, в котором в качестве облегченного заполнителя использован шлак. Причем вместо песка применяется мелкий гранулированный шлак, а в качестве крупного заполнителя (щебня) — кусковой топливный шлак. Шлак для изготовления армированного шлакобетона не должен содержать в больших количествах соединения серы (не более 3 %) и частицы несгоревшего угля (не более 3 %), так как при более высоком их содержании происходит коррозия стальной арматуры и снижение прочностных свойств конструкций.

Объемная плотность шлакобетона составляет 1400—1600 кг/м1, прочность при сжатии — до 10 МПа. Его используют в стро ительстве для изготовления легких перекрытий, строительных блоков и камня, используемых для кладки стен.

Производство пемзы из доменных шлаков. При производстве легких бетонов и конструкций, а также теплоизоляционных засыпок используют термозит (шлаковую пемзу) — искусственный пористый заполнитель, получаемый вспучиванием расплавов металлургических шлаков при их быстром охлаждении ограниченным количеством воды с последующей кристаллизацией и отжимом образующейся пористой массы. Средняя плотность термозитного песка не превышает 1200 кг/м3. Термозитный щебень выпускается трех марок — с плотностью 400, 600 и 800 кг/м3.

Использование термозита в качестве заполнителя для изготовления легких бетонов и теплоизоляционных строительных материалов позволяет снизить массу ограждающих конструкций зданий по сравнению с кирпичными на 10—15 % и снизить расход цемента на 15—20 %.

Большинство свойств термозита зависит от его структуры При содержании в нем 40—60 % (по массе) микрокристаллических образований достигаются максимальные прочностные свойства материала. Чем выше размер пор, тем ниже прочность термозита и больше расход цемента при изготовлении бетонов с его применением.

Образование пор в шлаке является следствием выделения газов, образующихся при взаимодействии с водой сульфидов металлов, находящихся в шлаке. Химическая реакция протекает в два этапа:

Me S + Н20 = Me О + H2S и 2H2S + 302 = 2Н20 + 2S02,

где Me — Са, Mg, Mn, Fe.

Вода, помимо участия в реакции газообразования, выполняет роль охлаждающего агента и повышает вязкость шлака и его способность удерживать газы. Поэтому для правильной организации процесса необходим хороший контакт воды со шлаком.

Существуют различные способы получения пемзы, из которых наибольшее распространение получил бассейновый, при котором шлак с температурой 1260—1320 °С обрабатывается в ваннах- бассейнах водой под давлением 0,08—0,1 МПа.

Расход воды составляет 0,2—0,4 м3/т шлака. После вспучивания получившаяся масса охлаждается в течение 3—5 ч до 100—150 °С на промежуточном складе, затем дробится на валковых дробилках и сортируется на грохотах.

Более прогрессивным является барабанный припечной способ получения пемзы ( 8.4).

Шлак из ковша 1 сливается по наклонному желобу 2 в приемную ванну 3, где предварительно вспучивается под воздействием струй воды, выходящей из гидронасадки под давлением до 0,8 МПа. Затем вспучившаяся пластичная масса по направляющему лотку 5 подается на лопастной барабан 6, на наружной поверхности которого имеются перфорированные полые ребра. Вода, подаваемая внутрь барабана, за счет его вращения отбрасывается на цилиндрическую поверхность и через отверстия в ребрах разбивает шлак на гранулы. Расход воды составляет 1 м3/т шлака. Получаемая гранулированная пемза имеет размеры 8—16 мм и насыпную плотность 650—850 кг/м3.

Несмотря на более высокий расход воды по сравнению с бассейновым способом, эта технология более экологична и эффективна, так как этот способ отличается небольшим выделением сернистых газов благодаря сравнительно короткому контакту горячих шлаков с водой.

Производство щебня из доменного шлака. До 20 % образующихся доменных шлаков перерабатывается в щебень, который используется для устройства оснований всех видов дорог. Нулевую фракцию размером до 5 мм, которую называют шлаковой мелочью, обладающую вяжущими свойствами, используют при изготовлении монолитных шлакобетонных оснований.

Требования, предъявляемые к щебню, определяются областями его применения. Одним из важных показателей является морозостойкость щебня, за которую принимается количество циклов замерзания и оттаивания, выдерживаемое насыщенным водой щебнем без изменения своей прочности. Существующие марки щебня имеют морозостойкость 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300, т.е. выдерживают количество циклов замораживания—размораживания (Мрз), равное номеру марки. Для производства бетонов используют щебень с величиной Мрз = 300. Формирование необходимой структуры щебня достигается регулированием скорости слива и охлаждения расплавленного шлака. Получению кристаллической структуры способствует медленное охлаждение шлака.

Наиболее распространенным является траншейный способ производства щебня, при котором шлак сливается в траншеи около доменных печей.

Оптимальная толщина слоя шлака при сливе его в траншею составляет 100—200 мм. Обычно площадь траншей составляет на отечественных металлургических заводах 3—10 тыс. м2.

Полезная толщина разрабатываемого в траншее остывшего шлака составляет 4—5 м (высота реза экскаватора). Обычно в траншею сливают 25—40 партий шлака с интервалом 20—30 мин. После этого шлак медленно в течение 3—4 суток охлаждается, а затем застывший слой разрабатывается экскаватором и вывозится на дробление.

Для дробления застывшего шлака используются щековые, конусные, валковые, роторные и другие дробилки. Наиболее широко применяются щековые дробилки производительностью 300—400 кг/ч. Степень дробления определяется отношением максимального размера куска до и после дробления, а эффективность дробления — массой дробленого шлака на единицу мощности дробилки (кг/кВт).

После дробления производится сортировка измельченного шлака на грохотах. Сортированный по фракциям щебень транспортируется с помощью ленточных конвейеров на склад готовой продукции.

Производство минераловатных изделий. Металлургические шлаки являются отличным сырьем и для производства минеральной ваты. Вата состоит из минеральных волокон диаметром до 7 мкм и длиной 2—10 мм. Высокая пористость минеральной ваты, ее химическая природа обеспечивают ценные эксплуатационные свойства: термо-, водо-, морозостойкость. При объемной массе 50—300 кг/м3 коэффициент ее теплопроводности составляет 0,125—0,209 кДж/(м-ч-°С).

Основным сырьем для производства минеральной ваты служат кислые доменные шлаки, богатые кремнеземом и глиноземом, а также ваграночные и мартеновские шлаки. Принцип производства ваты основан на разбивании струи расплава на элементарные струйки и последующей их вытяжке.

Наиболее рационально производить минеральную вату из первичного расплава шлака без его повторного переплава, который требует дополнительного расхода энергии. Схема производства минеральной ваты из расплава шлака показана на  8.6..

Расплавленный шлак из ковша 1 по сливному желобу 2 стекает в ванну-печь 3, где подогревается до 1400—1450 °С, перетекает в печь-питатель 4 и через летку 5 подается в центрифугу 6 для распыления и перемешивания со связующим, поступающим из емкости 12. Далее в камере 7 происходит образование сырого минераловатного ковра, который подается в камеру полимеризации 8 и далее на охлаждение в камеру 9. Высушенное и охлажденное полотно нарезается на необходимые габариты с помощью ножей 10. Полученные минераловатные плиты укладываются на поддоны 11.

В зависимости от свойств шлака в печь 3 могут добавляться подкисляющие добавки для достижения необходимого соотношения кремнезема и глинозема с оксидами кальция и магния, которое должно составлять 1,2—1,5 (модуль кислотности). В качестве добавок используют бой стекла, базальт, горелую землю и др.

Образование волокон происходит за счет воздействия центробежных сил на струю расплава шлака. Наибольшая скорость распыления струи достигается при одновременном воздействии центробежных сил и потока перегретого до 400 °С пара при его расходе 1,2—1,4 т/т ваты.

В камере волокноосаждения, представляющей собой закрытый металлический короб, волокна осаждаются на сетчатый транспортер и уплотняются с помощью прижимного барабана для придания полотну равномерной толщины и плотности.

В качестве связующего используется термореактивная фе- цолформальдегидная смола, которая полимеризуется при 160— 200 'С.

Эта смола является токсичным продуктом вследствие содержания в ней свободного фенола и целесообразна ее замена на другие материалы.

Промышленность выпускает плиты с различными плотностью укладки волокна и содержанием фенолформальдегидной смолы ( 8.2).

Используя шлаки в качестве наполнителя, а также вяжущие, полученные на их основе, производят стеновые панели для малоэтажного строительства, промышленных конструкций и плит дорожного покрытия. Технологическая схема цеха по переработке 150 тыс. м3/год шлаков, боя кирпича, других минеральных отходом с получением строительных деталей приведена на  8.7. Типовой проект, основанный на модульной конструкции размером ЗОх 62x12,5, собираемой в течение 7—10 дней, обеспечивает производство таких деталей в количестве 50 тыс. т/год. Оборудование, включая классификаторы, дробилки, мельницы и т.д., монтируется на рамных конструкциях.

Производство шлакоситаллов. Превосходными материалами, получаемыми из доменных шлаков, являются шлакоситаллы. Они состоят из мельчайших кристаллов стекла размером не более 2 мкм и аморфной стекловидной массы, объем которой составляет не более 40 %. Свойства шлакоситаллов зависят от соотношения кристаллической и аморфной фаз, химического состава шлаков, вида и количества каталитических добавок, параметров технологического процесса изготовления.

В состав шлакоситаллов входят оксиды кремния, алюминия, кальция, магния, марганца, железа, титана, натрия, цинка, а также фтор. Шлакоситаллы в массе окрашены в белый, серый или черный цвета. Шихта для получения шлакоситалла состоит из измельченного доменного шлака (до 60 %), песка (35—40 %) и небольшого количества добавок. Катализаторами кристаллизации служат сульфиды железа и марганца, содержащиеся в шлаке. Для придания шлакоситаллу белого цвета в шихту добавляют оксид цинка. Процесс производства шлакоситалла осуществляется в стекловаренной печи.

Шлакоситаллы обладают высокой прочностью на сжатие и на изгиб: они прочнее, чем каменное литье, кислотоупорная керамика, фарфор и некоторые природные камни. Прочность шлакоситаллов на изгиб приближается к прочности чугуна, по этот материал легче чугуна в три раза. Шлакоситаллы имею! высокое сопротивление истиранию: в 4—8 раз выше, чем у каменного литья, в 20—30 раз выше, чем у гранита и мрамора, п 35 раз больше, чем у фарфора. Шлакоситаллы тепло- и морозостойки, устойчивы к воздействию кислот и щелочей, имеют низкий коэффициент термического расширения.

Перечисленные свойства шлакоситаллов определяют области их применения: из них делают листовые панели и трубы для различного химического оборудования, электроизоляторы, электровакуумные и оптические приборы, подшипники и фильеры, мелющие тела и т. д.

Особенности переработки сталеплавильных и ферросплавных шлаков. Переработка сталеплавильных и ферросплавных шлакои имеет некоторые особенности по сравнению с переработкой доменных шлаков, что связано со значительным содержанием и них металла как в свободном виде, так и в виде сплавов.

Основными видами продукции, получаемой из ферросплавных шлаков, являются щебень, песок, клинкер, гранулированный шлак и извлеченный сплав, содержание которого достигает 2 %.

Использование металла, содержащегося в шлаке, очень эффективно, так как он на 30—40 % дешевле металлического лома. Ежегодно около 2 млн. т металла в виде шлакового скрапа возвращается в переплав.

Способы извлечения стали из жидких шлаков пока не разработаны из-за опасности взрыва при контакте жидкого металла, содержащегося в шлаке, с водой. Поэтому металл извлекается и > шлака после его отверждения и многократного дробления и сепарации. Первичная переработка проводится в шлаковых отделениях, а вторичная — в дробильно-сортировочных установках. При первичной переработке из шлака извлекается крупный стальной скрап. Содержание шлака в нем составляет 5—7 %, поэтому после разделки на более мелкие куски он не нуждается в очистке и сразу поступает на переплав. При первичной обработке с помощью магнитов из шлака извлекается до 65 % содержащегося в нем металла. Остальной металл сильно зашлакован, он можс |

быть отделен только после предварительного измельчения шлака и использован в качестве добавки к шихте.

Дробление шлака осуществляется на щековых дробилках, сортировка — в грохотах, транспортировка — ленточными конвейерами. Перед каждой стадией дробления и после нее производится отбор металла подвесными магнитными сепараторами.

Переработка шлаков может осуществляться на дооборудованных магнитными сепараторами мобильных дробильно- сортировочных установках, используемых при горных работах.

Особенности утилизации шлаков цветной металлургии. Металлургические шлаки, образующиеся при выплавке цветных металлов, отличаются по химическому составу и свойствам. Объем их образования в десятки раз превышает объем образования шлаков при производстве такого же количества чугуна. Так, если при выплавке 1 т чугуна образуется до 1 т шлака, то при выплавке 1 т меди и никеля образуется до 30 и до 150 т шлака на 1 т металла соответственно.

Ежегодно в цветной металлургии образуется до 10 млн. т шлаков, уровень использования которых не превышает 15 %. В значительной мере это объясняется тем, что в шлаках цветной металлургии содержится ценное металлургическое сырье и переработка их на строительные материалы менее эффективна, чем потенциальное его извлечение. Поскольку рациональная технология извлечения ценных металлов из этих шлаков пока не создана, значительная их часть временно сбрасывается в отвал на хранение. Это относится, в частности, к шлакам свинцового и медного производства, которые частично используются для изготовления медистого чугуна и медноцинкового сплава.

В шлаках медной промышленности содержится 0,3—1,1 % меди, около 5 % цинка, свинец, золото, серебро и другие ценные металлы.

Для переработки шлаков цветной металлургии в строительные материалы необходимо организовать вначале их утилизацию с целью извлечения цветных и редких металлов, т. е. переработка шлаков цветной металлургии должна быть комплексной.

Переработка таких шлаков производится в три стадии:

■         извлечение цветных металлов;

■         извлечение железа;

■         использование силикатного остатка для производства строительных материалов.

Шлаки медной промышленности, содержащие менее 0,3 % меди, считаются отвальными. Все остальные шлаки идут на дополнительную переработку с целью извлечения меди и других цветных металлов.

Конвертерные шлаки на всех никелевых заводах подлежат дополнительному обеднению, после чего используются для строительных целей.

Шлаки свинцовоцинкового производства также дополнительно перерабатываются.

Пирометаллургические способы извлечения цветных металлом из шлаков основаны на восстановлении оксидов углем, коксом, карбидом кальция, чугуном, природным газом и другими материалами. При этом расходуется значительное количество энергоресурсов, а аппаратурное оформление процесса сложно и дорого, в результате чего эти способы не всегда эффективны.

Значительное обеднение шлака кислородно-факельной плавки по меди достигается использованием в качестве восстановителя алюминийсодержащих отсевов из алюминиевых литейных шлаков и пиритного концентрата.

Переработка шлаков осуществляется в электропечах, в которые заливается жидкий шлак и загружается углеродистый восстановитель в количестве 6—8 % от массы шлака, кварцевый флюс и медноникелевая руда.

Восстановление цинксодержащих шлаков позволяет доиз- влекать тяжелые цветные металлы. В результате вельцевания (окислительно-восстановительного процесса) шлаков свинцовой плавки доизвлекают цинк и свинец. Отвальный клинкер можно использовать как сырье для производства стройматериалов.

Температура в разгрузочной части вельц-печи поддерживается в интервале 1150—1250 °С, на выходе газов из печи 580—650 °С. При этом процессе возгоняется в виде оксидов цинка до 95 % и свинца до 92 %. Клинкер, составляющий 75—85 % от массы шлака, измельчается и подвергается магнитной сепарации в несколько стадий. Магнитный концентрат используют в свинцовом производстве, а немагнитную составляющую — для получения строительных материалов и асфальтобетонов.

По теплофизическим и прочностным свойствам, износостойкости, кислотостойкости шлаки цветной металлургии значительно превосходят доменные шлаки. Из них получают те же строительные материалы (песок, щебень, цемент), что и из доменных шлаков.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  Переработка промышленных отходов

 

Смотрите также:

 

...ИЗ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИИ. Доменные шлаки. Металлургические...

Фазовый состав сталеплавильных шлаков более сложен чем доменных.
Из всех видов металлургических шлаков в производстве строительных материалов наиболее широко применяются доменные шлаки, что обусловлено их ведущим положением в общем балансе...

 

...Шлаковая пемза. Заполнители из металлургических шлаков

Металлургические шлаки являются значительным резервом обеспечения строительной индустрии заполнителями для бетонов.
Минеральному порошку из сталеплавильных шлаков свойственна более развитая поверхность, чем у порошка из карбонатных материалов и, как...

 

Бетоны на основе металлургических шлаков. Бетоны на шлаковом щебне...

Строительные материалы. Стройматериалы из отходов.
В настоящее время разработаны и применяются в строительстве разнообразные виды бетонов с применением как вяжущих, так и заполнителей на основе металлургических шлаков.

 

Материалы из шлаковых расплавов. Шлаковое литье. Сигран....

Производительность печей для получения минерального расплава из металлургических шлаков на 24% выше, чем на природном сырье, а
Шлакоситаллы отличаются от большинства строительных материалов более высокими физико-механическими свойствами (табл. 2.16).

 

Вяжущие материалы на основе металлургических шлаков...

Обширные исследования по получению и применению автоклавных материалов на основе металлургических шлаков проведены в Московском инженерно-строительном институте под руководством А.В. Волженского.

 

...ВАТА. Химический состав металлургических доменных шлаков...

Материалы из отходов металлургии. Доменные шлаки. Металлургические ...
Производство строительных ... При использовании доменных шлаков для производства шлакопортландцемента снижаются ... степени используются сталеплавильные шлаки и шлаки...

 

СТРОЙМАТЕРИАЛЫ. Строительные материалы из отходов

Материалы из отходов металлургии. Вяжущие материалы на основе металлургических шлаков.
Дорожно-строительные и изоляционные материалы с применением зол и шлаков ТЭС.

 

Щебень из доменного шлака. Щебень для бетона из доменных шлаков...

В основном же пористые заполнители для легких бетонов из металлургических шлаков
Для получения высокопрочного плотного щебня из доменного шлака часто требуется их дегазация.
Цемент для строительных растворов. Портландцементы белые. Алюминатные цементы.

 

Строительные материалы | Топливный и металлургический шлаки

Топливный и металлургический шлаки —очень ценный строительный материал: они прочны, легки, обладают более высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, чем другие заполнители бетона, стерильны, огнестойки, многостороннего использования.

 

ШЛАК. Доменные гранулированные шлаки

Материалы из отходов металлургии. Доменные шлаки. Металлургические ...
Строительство Строительные материалы Пенобетон (словарь бетонных терминов).