Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




29.05.2019


29.04.2019


25.04.2019


22.04.2019


11.02.2019


17.01.2019


29.12.2018


29.12.2018


04.12.2018


25.10.2018





Яндекс.Метрика
         » » Виды шлаков и зол, их выход и значение для промышленности вяжущих веществ

Виды шлаков и зол, их выход и значение для промышленности вяжущих веществ

19.12.2017

Шлаки и золы образуются в условиях высоких температур в результате физико-химического взаимодействия компонентов исходных твердых материалов (топлива, руды и плавня) и газовой среды.

Минералогический состав неорганической части исходных материалов довольно однообразен и обычно представлен кварцем, глинистыми минералами, слюдами, полевыми шпатами, окислами и гидроокислами железа, карбонатами кальция и магния (кальцитом и доломитом), гипсом, фосфатом кальция и сульфидами. Количество указанных минералов в исходных материалах варьирует в очень широких пределах, что обусловливает разницу в составе шлаков и зол различного происхождения (черная и цветная металлургия, энергетика, химическая промышленность).

В процессе термического воздействия перечисленные минералы претерпевают различные превращения. При этом в зависимости от температурных условий и состава сырьевых материалов могут быть выделены следующие процессы образования шлаков и зол:

1) без появления расплава — в результате реакций дегидратации, окисления, восстановления, диссоциации, полиморфных превращений и аморфизации присутствующих в исходном сырье минералов, а также в результате реакций в твердой фазе. В таких условиях образуются пылевидные золы и кусковые шлаки при сжигании малокалорийных видов твердого топлива с низким содержанием гидроокислов железа в минеральной части и шлаки алюминотермических процессов;

2) в присутствии расплава — в результате взаимодействия расплава с твердыми фазами. Эти условия образования характерны для большинства топливных отходов — шлаков и зол от сжигания торфа, каменного или бурого угля, горючих сланцев, а также для высокоосновных мартеновских шлаков. Шлаки и золы, образующиеся без расплава или в его присутствии, весьма неоднородны по составу;

3) при полном расплавлении исходных компонентов. Так образуются почти все металлургические шлаки (за исключением высокоосновных мартеновских шлаков и шлаков алюминотермических процессов), топливные шлаки при удалении их в виде жидких расплавов и химические (фосфорные) шлаки. Шлаки последней группы, возникающие при полном переходе минеральных компонентов в расплав, характеризуются сравнительной однородностью химического (но не фазового) состава.

Образование шлаков и зол первых двух групп (без появления расплава и в присутствии расплава) проходит обычно в слабоокислительной среде, что способствует окислению органических соединений и сульфидов. Отличительной чертой таких шлаков и зол является присутствие соединений трехвалентных железа и марганца, окислов железа — магнетита FeO*Fe2O3 и гематита Fe2O3, а также сульфатов. Образование шлаков третьей группы происходит в основном в восстановительной среде, и в составе их преобладают закисные соединения железа и марганца; сохраняется также сульфидная сера.

Фазовый состав и соответственно свойства шлаков и зол определяются не только составом исходных материалов и условиями термической обработки (температурой и продолжительностью нагрева), но также способом их удаления из металлургической печи или топки и режимом охлаждения.

В металлургической промышленности преобладающим является способ жидкого шлакоудаления, при котором шлак доводится до полного плавления и сливается в виде расплава. В значительно меньшей степени — только на крупных новых тепловых установках — этот способ применяется в энергетической промышленности.

При удалении шлаков в виде жидких расплавов, в зависимости от режима охлаждения последних и их состава, наступает та или иная степень кристаллизации шлака. Быстрое охлаждение водой, сжатым воздухом или паром приводит к получению преимущественно стекловидного гранулированного шлака. Снижение скорости охлаждения способствует росту размера и количества кристаллических образований, особенно в случае высококальциевых основных шлаков металлургических печей. При повышенном содержании стеклообразующих компонентов (кремнезема и глинозема) кристаллизационная способность расплавов снижается, благодаря чему некоторые кислые топливные или металлургические шлаки даже при медленном охлаждении в отвалах сохраняют стекловидное строение.

Практически даже в наиболее легко и полно кристаллизующихся основных доменных и сталеплавильных отвальных шлаках всегда остается не менее 5—15% стекла, а отвальные медленноохлажденные шлаки цветной металлургии, кислые мартеновские, бессемеровские и ваграночные шлаки содержат до 20—50% стекла.

Подавляющая часть топливных отходов (а также шлаки алюминотермических процессов) удаляются в твердом состоянии — в виде кускового шлака или пылевидной золы. В связи с кислым характером топливных отходов и малым содержанием расплава в них режим охлаждения кусковых шлаков и пылевидных зол почти не отражается на фазовом составе.

Среди промышленных отходов шлаки и золы занимают одно из первых мест, уступая по объему лишь отходам горнодобывающих предприятий (см. табл. 3).
Однако не все шлаки и золы представляют интерес с точки зрения применения в производстве цементов и бетонов, твердеющих в условиях водотепловой обработки.

К наиболее изученным видам шлаков, давно используемых в строительной индустрии, относятся доменные глиноземистые шлаки, представляющие собой клинкер глиноземистого цемента. Вяжущие из таких шлаков обладают исключительно ценными свойствами — быстрым набором прочности при твердении в условиях нормальной температуры и высокой устойчивостью к действию агрессивных вод. При повышении температуры твердения свойства бетонов на основе вяжущих из доменных глиноземистых шлаков ухудшаются. Поэтому, а также из-за весьма малого их выхода они не являются перспективными для использования в производстве строительных изделий и конструкций, твердеющих при пропаривании и автоклавной обработке.

Шлаки алюминотермических процессов, состоящие из корунда, шпинели и в-глинозема, представляют большой интерес для производства огнеупоров и абразивов, поэтому использование их для производства вяжущих веществ можно считать нецелесообразным. Малоперспективны из-за недостаточного выхода и слабой изученности сталеплавильные кислые мартеновские и бессемеровские шлаки, а также некоторые шлаки от производства ферросплавов — ферромарганца, силикомарганца, ферросилиция, ферровольфрама, ферротитана, ферробора и углеродистого феррохрома (высокомагнезиальные разности).

Наиболее интересны для промышленности цементов и бетонов, твердеющих при водотепловой обработке, широко распространенные шлаки доменкой плавки чугуна, основные сталеплавильные шлаки, топливные шлаки и золы. Интерес представляют также шлаки некоторых специальных производств (феррохрома, феррованадия, ферромолибдена), кислые ваграночные шлаки, шлаки цветной металлургии и химические шлаки от электротермической переработки фосфатного сырья.