УДК 504.064.4:658.567.3


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА


Дубовик А. Ю., Хоботова Э. Б.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет,          г. Харьков, Украина


Промышленные отходы при их рациональной переработке могут рассматриваться как ценные исходные материалы для других отраслей промышленности при объединении экологического и ресурсного аспектов. Использование отвальных доменных шлаков в производстве строительных материалов позволяет решить несколько проблем: обеспечить экономию природных сырьевых ресурсов, сократить отвод земельных угодий под отвалы, применить современные ресурсосберегающие технологии для производства вяжущих материалов, обеспечить экологическую безопасность. Оценка возможности использования отвального доменного шлака ОАО «Запорожсталь» в качестве сырьевого компонента производства портландцемента (ПЦ) проведена при сравнении оксидного состава, модулей, коэффициентов качества КК и насыщения КН фракций шлака с рекомендуемыми интервалами.

С помощью электронно-зондового микроанализа определен элементный состав фракций шлака «Запорожсталь», на основании которого рассчитан оксидный состав. Некоторые элементы находятся только в соединениях стеклообразного состояния: Fe, S, K, Na, Ti, Cu и, частично, Mg. Все другие элементы образуют как кристаллические, так и аморфные соединения. Для всех фракций шлака массовая доля оксидов элементов в кристаллическом состоянии выше, чем в аморфном за исключением MgO. Содержание Al2O3 увеличивается во фракции >20 мм в кристаллическом состоянии. Массовая доля большинства оксидов элементов совпадает с таковой для шлаков доменных производств разных регионов. Исключением являются SiO2, Al2O3 и MgO, массовые доли которых выше. Для оксида SO3 – противоположная тенденция.

Для общего оксидного состава фракций шлака значение силикатного модуля Мс укладывается в широкий интервал значений. Величина глиноземного модуля Мгл. увеличивается с ростом крупности фракции и укладывается в широкий интервал значений Мгл. для сырьевых компонентов. Гидравлический модуль Мгидр. соответствует оптимальному интервалу для крупной фракции шлака. КН не достигают наименьшей границы оптимальных значений. Достаточно высокое значение КН для фракции >20 мм, 73,9 %. Доменный шлак «Запорожсталь» является основным.

Согласно величине КК все фракции относятся к I сорту шлаков, для которых КК>1,65. КК повышается для крупных фракций. К активным отвальным доменным шлакам относятся шлаки, содержащие более 42 % СаО, 4,5 % SO3 и менее 1 % MnO. За исключением оксида SO3 (превышение), для остальных компонентов массовый вклад практически соответствует оптимальному интервалу.

Согласно классификации доменных шлаков по минеральному составу исследуемый шлак относится к группе геленитово-окерманитовых шлаков. При замене части обжигаемого глинистого компонента шлаком его гидравлические свойства практически теряют свое значение. Глинозем при обжиге сырьевой смеси выделится в чистом виде, в том числе и из гидравлически неактивных минералов, например, геленита. Окерманит разлагается на С2S и MgO∙SiO2 (или С2S, СаО и MgO). В интервале массового вклада MgO до 3 %, что наблюдается в рассматриваемом случае, оксид понижает вязкость расплава, это приводит к ускорению образования алита C3S.

Использование доменного шлака вместо глинистого компонента сырьевой цементной смеси может сопровождаться некоторыми особенностями минералообразования при спекании клинкера. Выделяющиеся при кристаллизации шлакового стекла сложные двух- и трехкомпонентные минералы реагируют с известью медленнее, чем свободные оксиды. Данная особенность значительно сглаживается при температуре 1200-1300 ºС, а при 1450 ºС – практически исчезает. Исследуемый шлак является смешанным монокальциево-белитовым. Скорость минералообразования с участием монокальциевого компонента до 1300 ºС больше, чем белитового, который участвует в образовании C3S при температурах выше 1250 ºС.

Термическая обработка шлака, вызывающая дополнительную кристаллизацию и уменьшение доли аморфного состояния, понижает реакционную способность шлаков по отношению к СаО, но в небольшой степени. Повышение тонкости предварительного помола шлака способствует ускорению протекания реакций минералообразования. Так как шлаки почти не имеют потерь при прокаливании, то при их применении уменьшается расход сырьевой смеси.

Таким образом, по совокупности показателей оксидного состава, модулей (Мгидр., Мо, Мс, Мгл.), КК и коэффициентов насыщения отвального доменного шлака «Запорожсталь» можно рекомендовать его использование в сырьевой смеси производства портландцементного клинкера при частичной замене глинистого компонента. Более предпочтительно использование фракции >20 мм.