Отходы металлургических заводов образуют крупные залежи. Возможность их утилизации и снижение риска для окружающей среды, изготовление полезных для экономики материалов — ключевой элемент в охране окружающей среды и рекультивации занятых земель.
В работе Тасмагамбетовой А.И., Товасарова А.Д., Марконренкова Ю.А., Конырбаева Р.Т., Акберлиева А.Б. рассмотрена возможность получения строительных материалов из отвальных шлаков Таразского металлургического завода путем термической переработки.
УДК 669.181.28
* «Центрально-Азиатский институт экологических исследований».
** РГП «Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья РК».
Основу безотходной технологии составляет разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов с широким использованием отходов в качестве вторичного сырья.
Особое значение комплексное использование сырья имеет для такой материалоемкой отрасли промышленности, как черная металлургия, где при выплавке чугуна, стали и ферросплавов неизбежно образуется большое количество технологических отходов [1-2]. Из них 80% приходится на шлаки, которые образуются из пустой породы железорудных материалов, флюсов, золы топлива, а также продуктов окисления металла и примесей. Суммарное содержание оксидов кальция, железа и кремния в шлаках достигает 75%.
В отвалах металлургических предприятий Республики Казахстан накоплены миллиарды тонн твердых отходов, которые порождают целый ряд экологических проблем, из которых самые острые связаны с состоянием атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов [3-4].
Вместе с тем производство целевых продуктов на Таразском металлургическом заводе (ТМЗ), связано с образованием различных видов отходов, требующих решения проблемы переработки и использования как вновь образующихся, так и накопленных объемов шлаков.
Поэтому возникает необходимость радикального комбинирования металлургического производства с предприятиями промышленности строительных материалов. В этой связи, целью нашей работы является комплексное исследование физико-химических и главное технологических свойств шлаков ферросплавного производства и отвальных шлаков фосфорного производства для их комплексного использования для производства востребованной продукции строительного назначения (литые футерованные изделия, наполнители для композиционных материалов, асфальтобетона и др.)
Для проведения лабораторно-экспериментальных работ по исследованию и изучению физико-химических и технологических свойств шлаков использовали отходы ТМЗ, а именно – шлак ферросплавного производства и отвальный шлак фосфорного производства.
Методы исследования – химический и спектральный анализ. Плавку шихты проводили в печах при температуре 1420-1450 ºС.
По химическому составу ферросиликомарганцевые шлаки ТМЗ (таблица 1) представляют собой многокомпонентные системы, которые относятся к системе R2O – MgO – CaO – MnO – Al2O3 – SiO2 [5].
Ка видно из таблицы 1 концентрация SiO2 во обеих пробах (№1-шлака ферросиликомарганца и №2-фосфорный шлак) составляет 41,75% и 34,10%, соответственно. Al2O3 составляет от 5,16 до 15,94 %, СаО составляет от 3,52 до 23,20 %.
Высокое содержание активности SiO2, может создать термодинамические предпосылки для получения сплава с требуемым содержанием кремния. Вместе с тем, кремнеземистые шлаки характеризуются высокой вязкостью, что затрудняет гравитационное разделение ферросиликомарганца и шлакового расплава в ванне печи и при выпуске продуктов восстановительной плавки через одну летку в приемный ковш. Шлаковые расплавы с высоким содержанием SiO2 имеют более высокое удельное электрическое сопротивление, что способствует выделению и концентрированию в них определенной части подведенной электрической мощности. Вязкость и электропроводность шлаковых расплавов повышается с понижением температуры и особенно ниже 1 351 К, что связано, в том числе, и с выделением в вязком силикатном расплаве твердых нано размерных фаз. При постоянной температуре вязкость и электропроводность шлаковых расплавов зависят от химического состава шлаков [6].
Результаты спектрального анализа приведены в таблице 2.
| Проба | Cu | Pb | As | Sb | Mn | W | Co | Bi | Ba | Mo | Ti | Fe2O3 |
| ШФП | 200 | >1% | 100 | 30 | >6000 | <3 | <10 | 1,5 | 2500 | 3 | 100 | 0,3 |
| Zn | Ag | Su | Ni | Cr | Sc | P | Te | V | Hg | Au | Nb | |
| ШФП | ≈1% | 1 | 20 | 5 | 10 | <10 | 1500 | 200 | 15 | <30 | Обн. | 10 |
Таблица 2. Результаты полуколичественного спектрального анализа
шлаков ферросплавного производства
На основании полученных результатов химического и спектрального анализа разработаны технологические параметры получения сплава, в зависимости от состава, температуры и времени отжига (таблица 3).
Примечание: * при температуре от 600 до 450 ºС в течении 90 минут производилось постепенное охлаждение в муфельной печи.
Печь для сплава шихты
В результате проведенных экспериментов получены 4 образца.
Образец №1
Из пробы №1 был получен расплав светло-черного цвета, круглой формы диаметром 10,3 см, толщиной 0,8 см и с гладкой поверхностью. В обоих образцах имеются линии (разводы) коричневого и серого цвета показывающие границы фракции, образованные в процессе литья.
Форма расплава пробы №2 круглая, диаметром 10 см и толщиной 0,7-0,8 см, с гладкой поверхностью, имеющий сквозное отверстие образованное в процессе литья, черно-коричного цвета.
Цвет пробы №3 и 4 серо-коричневый, обе с шероховатой поверхностью. В обоих образцах имеются линии (разводы) коричневого и серого цвета показывающие границы фракции, образованные в процессе литья.
Таким образом, проведенные экспериментальные работы по переработке ферросиликомарганца и отвального фосфорного шлака показали, принципиальную возможность получения литых изделий для использования в строительной сфере.
Список литературы
- Довгопол В.И. Использование шлаков черной металлургии. — Изд. «Металлургия», 1969, 216 с.
- Шелудяков Л.Н., Касьянов Л.Н., Марконренков Ю.А. Комплексная переработка силикатных отходов. – Алматы: Наука, 1985, 175 с.
- Богатырев М., Богатырев А. Качество принимаемых решений в области экологии // Промышленность Казахстана. – 2012. – № 4 (73). – С. 38-42.
- Диханбаев Б. Переработка техногенных отходов // Промышленность Казахстана. – 2012. – № 3 (72). – С. 74-77.
- Строительные материалы и изделия из металлургических шлаков. Изд. металлургии по строительству М. 1965, с.138-152.
- Большаков В. И., Куцин В. С., Неведомский В. А., Елисеева М. А., Щербак С. А., Щербак О. С.. Углеродотермия шлаков силикомарганца и пути их применения // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. — Днепропетровськ: ПГАСА, 2011. — № 5. — С. 4 — 8.
Тасмагамбетова Асель Имангалиевна — Учредитель ТОО «Центрально-Азиатский институт экологических исследований». Адрес: проспект Достык 250, Медеуский район, город Алматы, тел.+7 727 332 21 90, [email protected]
Товасаров Адылхан Дадебаевич — к.х.н., генеральный директор, ТОО «Центрально-Азиатский институт экологических исследований». Адрес: проспект Достык 250, Медеуский район, город Алматы, тел.+7 727 332 21 90, [email protected]
Марконренков Юрий Александрович – д.т.н., профессор, заведующий лабораторией кремнеуглеродистых композитов РГП Национального центра по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан. Адрес: г. Алматы, ул.Жандосова, 67, тел. 8 (727) 259 00 70 внутр. 161, факс 8 (727) 259 00 75.
Конырбаев Рустем Толеутаевич — начальник лаборатории экологического мониторинга ТОО «Центрально-Азиатский институт экологических исследований». Адрес: проспект Достык 250, Медеуский район, город Алматы, тел.+7 727 332 21 90, [email protected]
Акберлиев Аслан Бузаубакович — научный сотрудник лаборатории экологического мониторинга ТОО «Центрально-Азиатский институт экологических исследований». Адрес: проспект Достык 250, Медеуский район, город Алматы, тел.+7 727 332 21 90, [email protected]