Пути переработки и использования металлургических и сталеплавильных шлаков

Ежегодно при производстве чугуна и стали на предприятиях черной металлургии в нашей стране образуется свыше 70 млн т металлургических шлаков. Из общего количества образующихся шлаков около половины (47 %) поступает в отвалы. Основную часть составляют доменные шлаки, выход составляет 0,4-0,65 т на 1 т чугуна. Основными компонентами шлаков являются CaO (20-55 %), SiO₂ (25-45 %), Al₂O₃ (6-16 %), MgO (2-14 %).

Металлургические шлаки являются ценным сырьем для получения широкой гаммы строительных материалов и изделий, являющихся более качественными и дешевыми, чем получаемые из природного сырья. В настоящее время почти все металлургические предприятия имеют цехи, отделения или установки по переработке шлаков.

Основным способом переработки доменных шлаков является их грануляция.

Наиболее распространенным способом грануляции шлаков является гидрожелобный, схема которого приведена на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Схема гидрожелобной установки для производства гранулированного шлака: I – копер; 2 – шлаковозный ковш; 3 – грануляционный желоб; 4 – паросборник; 5 – площадка предварительного обезвоживания шлака; 6 – грейферный кран; 7 – склад гранулированного шлака; 8 – железнодорожный загон; 9 – экскаватор; 10 – отстойник; 11 – насос

Шлак на грануляции подают в шлаковозных ковшах. Затвердевшую при транспортировке корку шлака перед сливом пробивают с помощью копра, шлак сливают в грануляционный желоб (гидрожелоб), где он дробится водой, подаваемой через гидронасадку под давлением 6-7·10⁵ Па. Шлаковая пульпа самотеком поступает на площадку предварительного обезвоживания, где из гранулированного шлака грейферным краном формируют бурты высотой до 3 м. Отделившаяся здесь вода самотеком направляется в отстойник, откуда насосом вновь подается на грануляцию. Предварительно обезвоженный шлак влажностью 10-12 % перегружают грейферным краном на склад, где выдерживают в течение 1-2 суток до влажности 8-10 %, после чего отгружают потребителям. Другой разновидностью, мокрой грануляции шлаковых расплавов является использование бассейновых грануляционных установок. В бассейн загружают шлак, где дробится водой. После грануляции шлака в бассейне продукт перегружают в вагоны грейферным краном.

Основным потребителем металлургических шлаков является цементная промышленность, где используется более 75 % общего количества шлаков. А также одним из наиболее важных и ценных строительных материалов, получаемых из доменных шлаков, является шлаковая пемза. Этот продукт используется в качестве легкого заполнителя бетонов. Себестоимость его в 2-3 раза ниже, чем керамзита. Из металлургических шлаков получают шлаковатные изделия, шлакоситаллы.

Масштабы образования сталеплавильных шлаков примерно вдвое меньше, чем доменных. Они содержат железо до 24 % в виде оксидов и до 20 % в металлической форме, МпО до 11 %, различные оксиды (СаО, SiO₂, Al₂O₃, МgО, Cr₂O₃, P₂O₅) и сульфиды (FеS, MnS и др.). Около половины перерабатываемой массы этих шлаков идет на изготовление щебня, 30 % используется в качестве оборотного продукта (в виде флюса в доменной шихте и вагранках), пятая часть перерабатывается в удобрения для сельского хозяйства. При переработке сталеплавильных шлаков из них извлекается металл.

Ряд металлургических шлаков (доменные, мартеновские, электро-сталеплавильные, ферросплавные) содержит значительные количества соединений фосфора и оксида кальция, а также ряд других элементов, являющихся цепными для сельскохозяйственного использования. Поэтому такие шлаки находят применение в качестве удобрений и агентов, улучшающих структуру почв. Технология переработки шлаков в этом случае заключается, в основном, в их дроблении и измельчении до размера 2 мм с одновременной магнитной сепарацией.