Около 40 млн тонн шлака в год, являющегося отходом при производстве чугуна и стали, образуется в Японии, и практически весь шлак повторно используется для производства материалов, например цементного сырья, материала дорожного покрытия и материалов гражданского строительства. Для чего эффективно используются такие его характеристики, как химические компоненты в составе и механические свойства. Основная цель его использования - замещение функций вновь получаемого природного сырья, а продвижение использования шлака является вкладом в сохранение окружающей среды. С другой стороны, в связи с изменением социальной ситуации структура спроса и предложения на шлак меняется, и потому, например, японская корпорация Nippon Steel разрабатывает технологии создания новых характеристик сталеплавильного шлака и его утилизации, особенно в области конвертерного шлака.
pixabay.com/photo/2015/01/07/09/01/the-slag-591234__340.jpg
Шлак – побочный продукт чугуна или стали
Практически весь шлак, образующийся при производстве чугуна/стали, эффективно используется как сырье для цемента, материал дорожного покрытия, для проведения строительных работ и как сырье для удобрений. Однако в последние годы структура спроса и предложения на рынке черных металлов быстро меняется, отражая не только вялый спрос на строительные проекты, но и социальные изменения. В этих условиях Nippon Steel Corporation развивает разработку новых технологий для расширения переработки и повторного использования шлака, особенно конвертерного сталеплавильного шлака (конвертерного) в качестве экологического материала.
Как побочный продукт производства стали из железной руды, железо/стальной шлак образуется из жильного камня, содержащегося в сырье (железная руда, уголь, кокс и др.) и флюса, добавляемого в процесс сталеплавильного рафинирования для удаления примесей (Si, P, S и др.) и корректировки состава. Выход чугуна/стального шлака составляет около 300 кг/т/т на тонну чугуна для доменного шлака и около 100-150 кг/т/с на тонну расплавленной стали для сталеплавильного шлака. В Японии в настоящее время ежегодно производится около 40 млн тонн чугуна/стального шлака.
К сталеплавильному шлаку относятся: шлак, образующийся в процессе предварительной обработки горячим металлом, шлак, вытекающий из конвертера в ковш жидкой стали, и шлак, образующийся в процессе вторичной переработки (его иногда называют "шлаком вторичной переработки" или "шлаком ковша").
Почти 80% доменного шлака представляет собой гранулированный шлак, получаемый путем быстрого охлаждения горячего расплавленного шлака (первоначально при температуре около 1500 °C) струей воды под высоким давлением. Гранулированный шлак стекловидный и выглядит песчаным. По химическому составу он схож с портландцементом и затвердевает, когда вступает в реакцию с водой. Таким образом, около 80% гранулированного шлака используется в качестве сырья для производства цемента.
Оставшиеся около 20% доменного шлака представляют собой шлаки с воздушным охлаждением, получаемые путем воздушного охлаждения горячего расплавленного шлака и умеренного разбрызгивания водой. Шлак воздушного охлаждения по внешнему виду и свойствам аналогичен щебню. Он заменяет природный щебень, используемый в качестве материала основания дороги, заполнителя бетона и т.д. С другой стороны, горячий сталеплавильный шлак в основном охлаждается естественным путем на эксклюзивной площадке, где из него изготавливают щебень.
Использования сталеплавильного шлакового продукта в настоящее время
1. Это в первую очередь традиционное применение в качестве материала, используемого в дорожном строительстве (материал основания дороги). В дорожном строительстве заполнитель (материал основания дороги) распределяется и уплотняется под покрытием для усиления несущей способности дороги. В 1979 году доменный шлак с воздушным охлаждением был определен как чугун/стальной шлак для материала основания дорожного полотна в дорожном строительстве.
2. Сталеплавильный шлак используется как материал для улучшения грунта. В прибрежных районах Японии месторождение мягких глинистых почв наблюдается во многих местах. Для улучшения такого мягкого грунта был широко применен метод песчаных свай, при котором в грунт забиваются плотно уплотненные песчаные сваи. С другой стороны, в связи с истощением природных песков и для охраны окружающей среды в середине 1990-х гг. началось изучение возможности их замещения. В связи с этим ведутся исследования и разработки технологии применения сталеплавильного шлака в качестве строительного материала для портовых сооружений. Для данного применения были рассмотрены физические свойства сталеплавильного шлака, но, что более важно, исследовано влияние сталеплавильного шлака на прилегающую к нему акваторию моря.
В результате было подтверждено, что локальное повышение рН морской акватории за счет элюирования щелочных компонентов металлургического шлака было минимальным. Поэтому была положительно оценена возможность замены природного песка сталеплавильным шлаком.
В частности, в Сетонайкайском районе Японии все больше местных органов власти запрещали сбор морского песка с точки зрения охраны природы района. В этих условиях металлургический шлак стал использоваться при благоустройстве земель многих рыболовецких портов Сетонайкайского района.
https://cdn.pixabay.com/photo/2015/10/04/06/52/japan-970704__340.jpg
3. Сталеплавильный шлак используется как материал для удобрения/почвообработки. С учетом потребления чугуна/стального шлака в 2010 финансовом году объем доменного шлака и сталеплавильного шлака, использованного в 2010 году для внесения сельскохозяйственных удобрений и улучшения почвы, составил около 230 000 тонн, или всего около 0,5% от общего объема потребления чугуна/стального шлака. Что касается влияния железа/стального шлака, используемого в качестве удобрения, то еще в 1964 году были проведены испытания по применению доменного шлака с воздушным охлаждением в качестве силикатного удобрения кальция. Исследования показали, что удобрения, полученные из шлака, помогли увеличить урожайность риса-сырца благодаря следующим факторам:
1) силиконовая кислота оседает на поверхности листьев и сортов рисового завода, предотвращая тем самым проникновение болезнетворных бактерий и вредных насекомых;
2) способствует фотосинтезу, устанавливая листья вертикально и улучшая их световое положение.
Министерство сельского и лесного хозяйства и рыболовства одобрило использование в качестве удобрения удобрения из шлака кремния, полученного в домне с воздухом.. Конвертерный шлак также был одобрен в качестве обычного известкового удобрения. В частности, конвертерный шлак содержит не только кальций, магнезию и кремнезем, но и многие микроэлементы, такие как оксиды железа и марганца. Таким образом, он способен снабжать грунт как быстродействующий щелочной компонент, поступающий из кальция, так и медленно действующий, хотя и прочный, щелочной компонент, получаемый из силиката кальция.
Берут сомнения, что шлак в России используется подобным же образом. Конечно, сегодня сталелитейная промышленность находится не на том уровне, что был в советские годы, однако она есть. А значит, есть в достаточном количестве и отходы в виде шлака.
