ПЕРЕРАБОТКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ

Найдек В.Л

Донецкий национальный технический университет

Источник:Металл и литье Украины.-2003.-№2.-С. 32-34.

Металлургические шлаки — ценное сырье при производстве широкого ассортимента материалов для промышленности, жилищного и дорожного строительства. Качестве продукции, полученной из шлаков, по физико-механическим свойствам не только не уступает, но в ряде случаев и превосходит материалы на основе природного сырья. Однако в промышленном производстве используется, например, только около 10% всех образующихся сталеплавильных шлаков. Причин этого множество, но одной из самых главных можно считать низкий технологический уровень шлакопереработки. Повысить эффективность технологии в этом случае возможно исключением использования воды при охлаждении или грануляции шлака (переход на воздушно-сухие технологии), устранением многостадийных дробильно-сортировочных операций, при одновременной высокой степени утилизации содержащегося металла и низких эксплуатационных затратах. Кроме того, шлаковая продукция, удовлетворяющая потребностям разнообразных предприятий строительного комплекса, от дорожного строительства и цементного производства до выпуска бетонных и керамических изделий, должна сразу направляться потребителю без промежуточного вывоза и хранения ее в отвалах .

Известно, что большинство основных шлаков, главным образом тех, которые содержат > 45 % СаО и < 8 % АbОз, при медленном охлаждении склонно к силикатному распаду и превращается в порошок. При этом считается, что образована тонкодисперсного шлака усложняет его переработку и использование . Однако такое утверждение не учитывает комплекса физико-химических процессов, сопровождающих охлаждение, кристаллизацию шлака и полиморфное превращение двухкальциевого силиката, которое приводит к формированию в воздушно-сухих условиях напряженной, потенциально способной к дальнейшим превращениям структуры . Высокие технологические свойства получаемого тонкодисперсного шлака позволяют с высокой эффективностью использовать его при производстве портландцементных вяжущих, силикатных бетонов, керамических изделий и т.д.

К группе шлаков, подверженных силикатному распаду, относятся и электросталеплавильные шлаки Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК). ежегодный выход которых составляет около 300 тыс. т. Одним из факторов, сдерживающих применение шлаков ОЭМК при производстве строительных материалов, является значительное содержание металлического железа (до 10 %), т.е. эти шлаки не могут быть вовлечены в промышленное производство без предварительной сепарации. Поэтому при их утилизации необходимо не только получать высокоактивную и высокотехнологичную шлаковую продукцию для произ водства строительных материалов, но и разрешить ря вопросов первичной и вторичной переработки.

В настоящее время наиболее совершенными можно считать установки припечной переработки шлаков когда достигаются практически постоянная темпера тура на выходе из печи, а значит, постоянные значени вязкости расплава. Однако создание таких систем ее сопряжено с рядом трудностей, и прежде всего с невозможностью установки подобных систем в уже существую в металлургических цехах. На ОЭМК, как и на большинстве предприятий, используется система централизованной переработки шлаков. При этом особые трудности возникают из-за применяемой в настоящее время мокрой (гидравлической) технологии первичной переработки шлаков, которая сопровождается выбросами пыли пара, соединений серы и т.д. Поэтому с учетом повышающихся требований к охране окружающей среды, исключения взрывов при контакте расплава шлака с водой улучшения условий труда (последнее особенно важно I зимнее время) возникает необходимость создания новых сухих технологий переработки металлургических шлаков. Ранее проведенными исследованиями установлено что технологические свойства шлаков ОЭМК, полученных по воздушно-сухой технологии, выше, чем шлаков гидравлического охлаждения, а именно:
1) шлаки воздушного охлаждения имеют четкую мелкокристаллическую структуру с размером части 10 - 50 мкм, нулевую влажность и легко подвергаются магнитной и воздушной сепарации для отделения металла, в то время как для переработки шлаков гидравлического охлаждения необходимо создание сложной технологической схемы, включающей сушку и измельчение шлака с последующей многоступенчатой магнитной сепарацией. Шлак гидравлического охлаждения имеет рыхлую тонкодисперсную структур) с размерами частиц 1-10 мкм:
2) эффективность применения шлаков воздушного охлаждения для производства строительных материалов (керамических изделий и силикатных бетонов) выше, чем при использовании шлака гидравлического охлаждения;
3) капитальные вложения и эксплуатационные затраты при организации воздушной переработки шлаков ОЭМК могут быть существенно ниже, чем при гидравлическом охлаждении и организации дальнейшей переработки с использованием ряда дробильно-сортировочных стадий, магнитной сепарации и т.д

Воздушно-сухие технологии переработки саморассыпающихся шлаков известны давно, в частности при переработке шлаков феррохромового производства. Однако подобная технология и установки шлакопереработки требуют создания отдельных цехов, особой, достаточно неэффективной системы оборота шлаковых чаш небольшого объема (~ 5 м3) и не могут быть использованы для реконструкции ряда уже существующих шлаковых участков. Поэтому для производственных условий ОЭМК было решено разработать воздушно-сухую технологию первичной переработки с использованием передвижной установки, способной осуществлять не только сбор тонкодисперсного шлака с поверхности шлаковой ямы, но и его эффективную воздушную сепарацию . Экспериментально установлено, что уже через одни сутки после слива шлакового расплава слоем высотой 0,2 - 0,3 м происходит его естественное охлаждение, сопровождающееся саморассыпанием застывшего шлакового монолита в тонкодисперный порошок. После этого обеспечивается возможность его сбора и сепарации.

Получаемая шлаковая продукция соответствовала следующему гранулометрическому составу: частицы размером 1 - 2 мм составляли < 1 %, частицы < 80 мкм — 65-75 %, остальная часть шлака соответствовала размерам частиц 0,08 - 1 мм. Кроме того, полученные пробы шлаков анализировались на содержание металлического железа. Это связано с особым требованием цементного производства к потребляемой шлаковой продукции — отсутствие металлических включений размером > 1 мм. В шлаке, полученном в ряде испытаний, общее содержание металлического железа составляло ~ 0,05 %, при этом металлические включения размером > 1 мм отсутствовали.