Переработка шлаков

        В связи с постоянным возрастанием стоимости энергоресурсов (электроэнергии, природного газа, нефти и др.), значительным износом печных агрегатов по производству вяжущих  и, следовательно, связанного с этими негативными явлениями: удорожанием основного продукта для производства бетонов - портландцемента, в настоящее время наблюдается значительный рост цен на продукцию строительной индустрии. Эта тенденция особенно заметна в жилищном строительстве, что не вписывается в национальный проект «Доступное и комфортное жилье - гражданам России». Ситуация усугубляется еще и тем, что портландцемент используется крайне нерационально, т. к. большое его количество расходуется на производство низкомарочных растворов и бетонов М50-М250 и лишь до 20% применяется для изготовления конструкционных высокопрочных бетонов. К тому же обжи¬говая карбонатная технология получения портландцемента связана с большими выбросами СО2, что негативно влияет на экологическую ситуацию.
Научную общественность давно волнует проблема создания безобжиговых вяжущих и строительных материалов на их основе для замены энерго- и ресурсоемкого портландцемента хотя бы в тех сферах стро¬ительства, где не нужны его высокие технические и функциональные свойства. Разработка бесцементных вяжущих с максимальным использованием местных сырьевых ресурсов особенно актуальна для регионов, не имеющих в настоящее время предприятий по производству вяжущих,
На территории России ежегодно образуются 6~8 млрд. т. отходов, которых только в твердом виде накоплено в отвалах и хранилищах примерно 80 млрд. т. Среди твердых отходов значительную часть составляют отходы горной промышленности, золы и шлаки энергетической промышленности, черной и цветной металлургии. В целом доля используемых отходов по стране составляет 8-10%.
  Проблема прямого безобжигового синтеза вяжущих веществ из тонкодисперсных горных пород неоднократно исследовалась в строительном материаловедении. Установлено, что связующим звеном в этом син¬тезе должен быть шлак. Он может быть охарактеризован как химически активная искусственная «порода», которая, в отличие от естественных горных пород близкого химического состава, взаимодействует с водой и гидратируется ею. Причиной является наличие извести, связанной в силикаты и алюминаты кальция. Наилучшими активизаторами твердения шлака являются щелочи или жидкое стекло, поэтому комбинация шлака с дисперсными минеральными породами является наиболее предпочтительной. 
     Подобная  комбинация порошков  горных  пород с портландцементом    успешно   используется  в  мире  при  создании высококачественных  бетонов.

      Шлакощелочным  называют гидравлическое вяжущее вещество, получаемое из молотого гранулированного шлака, затворенного водными растворами соединений металлов натрия или калия
Основными компонентами шлакощелочного вяжущего являются гранулированный доменный шлак с Мо ≥ 0,6 или электротермофосфорный шлак, измельченный до удельной поверхности не менее 3000 см2/г. Щелочным компонентом является сода, поташ, щелочные силикаты, едкий натр и калий, содощелочный плав, метасиликат натрия и др. Натриевого щелочного компонента в вяжущем в пересчете на Na2О должно быть от 2,5 до 6,5%, калиевого компонента в пересчете на К2О — от 3,5 до 10%.
Начало схватывания должно наступать не ранее 30 мин и не позднее 12 ч, за исключением вяжущего на силикате натрия, которое должно иметь начало схватывания не ранее 20 мин.
По прочности в возрасте 28 суток шлакощелочные вяжущие подразделяют на марки 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200. Наивысшая  прочность  получается  при  затворении  шлака метасиликатом натрия.
Метасиликат натрия – мелкокристаллический порошок серого цвета, представляет собой натриевую соль метакремниевой кислоты и является  гидратированным  щелочным силикатом натрия. Массовая доля общей щелочности в пересчете на оксид натрия (Na2O) - в пределах 19,5-20,5%. 
        Водные растворы метасиликата натрия имеют сильно щелочную реакцию и по своим химическим свойствам идентичны растворам щелочей. Под действием кислот на водные растворы метасиликата натрия происходит его разложение с выделением геля кремниевой кислоты.

               Формула:         Na2SiO3•9H2O  (натрий кремнекислый)

         Шлакощелочное  вяжущее  применяется  для  изготовления бетонов,  эксплуатируемых  в  тех  же  условиях,  что  и  бетоны  на портландцементе. Достоинством этого вяжущего является способность твердеть при отрицательной температуре.
Сульфатно-шлаковые цементы – это гидравлические вяжущие вещества, получаемые совместным тонким измельчением доменных гранулированных шлаков и сульфатного возбудителя твердения – гипса или ангидрида с небольшой добавкой щелочного активизатора: извести, портландцемента или обожженного доломита. Наиболее широкое распространение из группы сульфатно-шлаковых получил гипсошлаковый цемент, содержащий 75…85% шлака, 10…15% двуводного гипса или ангидрида, до 2% окиси кальция.

           Для получения шлакощелочного вяжущего приемлемы гранулированные шлаки с различным минералогическим составом. Решающим условием их активности является содержание стекловидной фазы, способной взаимодействовать со щелочами. 
           Свойства  шлакощелочного  вяжущего зависят от вида, минералогического состава шлака, тонкости его помола, вида и концентрации раствора его щелочного компонента. При удельной поверхности шлака 3000…3500 см²/г количество воды для образования теста нормальной густоты составляет 20…30% массы вяжущего. Прочность шлакощелочного вяжущего при испытании образцов из теста нормальной густоты составляет 30…150 МПа. Для них характерен интенсивный рост прочности как в течении первого месяца, так и в последующие сроки твердения. Так, если прочность портландцемента через 3 мес. твердения в оптимальных условиях превышает марочную примерно в 1,2 раза, то шлакощелочного вяжущего в 1,5 раза. При тепловлажностной обработке процесс твердения ускоряется также интенсивнее, чем при твердении портландцемента. При обычных режимах пропаривания, принятых в технологии сборного железобетона, в течение 28 суток достигается 90…120% марочной прочности.
Щелочные компоненты, входящие в состав вяжущего, выполняют роль противоморозной добавки, поэтому шлакощелочные вяжущие достаточно интенсивно твердеют при отрицательных температурах.

             Крупнотоннажным потребителем топливных зол и шлаков является дорожное строительство, где золы и золошлаковые смеси используют для устройства подстилающих и нижних слоев оснований, частичной замены вяжущих при стабилизации грунтов цементом и известью, как минеральный порошок в асфальтовых бетонах и растворах, как добавки в дорожных цементных бетонах.

             Шлаковые и зольные отходы представляют богатейшую сырьевую базу для производства как тяжелых, так и легких пористых заполнителей  бетона. Основными  видами  заполнителей  на  основе металлургических  шлаков  являются  шлаковый  щебень и шлаковая пемза.

Наш вариант переработки шлаков и золы воплощён в виде  завода  - ПТК-160СБшщв