Шлаки. Характеристика шлаков.

Шлаки – это отходы образовавшиеся в условиях высоких температур, в результате физико-химических воздействия компонентов из исходных твёрдых материалов топлива, руды, плавней и газовой среды.

По происхождению шлаки классифицируются на:

- металлургические;

- топливные.

В зависимости от температурных условий и состава сырьевых материалов выделяют следующие процессы образования шлаков и зол:

1. При отсутствии расплава в результате твёрдофазовых реакций (пылевидные золы и шлаки в присутствии расплава). В результате взаимодействия расплава с твёрдыми фазами (большинство отходов при сжигании торфа, сланцев).

2. При полном расплавлении исходных сырьевых материалов. В таких условиях образуется большинство металлургических шлаков, топливных шлаков при удалении их в виде расплавов – фосфоритные шлаки.

К числу наиболее применяемых в промышленности относятся металлургические шлаки. Они классифицируются на:

- шлаки чёрной металлургии (доменные, сталеплавильные шлаки ферросплавы);

- шлаки цветной металлургии (медеплавильные, никелевые и другие).

Для удаления примесей содержащихся в руде в шихту вводят флюсы (известняки, доломиты, марганцевую руду). Чем больше в коксе серы, тем больше оксида кальция. Четыре оксида: оксид кальция, диоксид кремния, оксид алюминия, оксид магния, составляют примерно 90 – 95 % валового состава шлака. Различные оксиды входящие в состав шлака по разному влияют на его свойства.

Оксид кальция. Составляет от 30 до 50 %. Он увеличивает гидравлическую активность шлаков и снижает вязкость расплава. Но если количество оксида кальция превышает 49-50 %, то шлаки рассыпаются из-за перехода β С₂S в γ С₂Sпри охлаждении.

Оксид алюминия. Составляет от 6 до 15 % и способствует высокой активности шлака.

Оксид магния. Содержится до 10 %. Он увеличивает гидравлическую активность шлаков, но при увеличении его содержания до 18 % может происходить неравномерность изменения объема цемента.

Диоксид кремния. Содержится до 28 %, является основным компонентом шлака и необходим для образования силикатных и алюминатных соединений. Если его количество повышается и превышает допустимое значение, то гидравлические свойства шлака резко ухудшаются, а вязкость расплава увеличивается.

Сера в шлаке присутствует в виде карбоната кальция, железа и марганца.

В зависимости от соотношения основных и кислых оксидов шлаки делятся на:

- основные;

- кислые.

К основным относятся шлаки с модулем основности более 1, кислым менее 1.

Гидравлические свойства шлаков:

Гидравлическая активность шлаков зависит от соотношения стекловидных и кристаллических фаз, а также от их состава. Из кристаллических минералов, содержащихся в шлаках, гидраклической активностью обладает β C₂S. Другие минералы не гидратируются, либо гидратируются в нормальных условиях лишь с поверхности, практически не твердеют и не проявляют вяжущих свойств в присутствии активатора при тепловой обработки.

γС₂S не твердеет в нормальных условиях, а начинает проявлять гидравлические свойства при автоклавной обработки.

Добавка молотого песка увеличивает прочность способствуя кристаллизации. Основой шлака является шлаковое стекло (оно гидратирует слабо).

Для возбуждения скрытых гидравлических свойств используют введение небольшого количества щелочей и сульфатов. Различают щелочную, сульфатную и смешанную активизацию. Активизация шлака проявляется в его способности взаимодействия с известью, образуется соединения типа гидроселенитов, которые повышают водостойкость цементного камня.

Среди минеральных вяжущих веществ наибольшее применения в строительстве имеют цементы на основе ПЦ клинкера. ПЦ и его разновидности являются основным материалом в современном строительстве. Из них возводят бетонные и железобетонные конструкции для зданий и сооружений различного назначения. Гигантские темпы в строительстве обусловили резкий рост производства качества цемента. Даже на сегодняшний день одной из популярнейших тем является мощное развитие производства и рациональное применение цемента, новые виды добавок вводимые для модернизации цемента, применение доменных шлаков всё больше находит использование при производстве цемента. Они играют важную роль в свойствах товарного цемента и в стоимости его производства. Положительные результаты при использовании шлаков достигается за счёт увеличения производительности мельниц, уменьшения расхода электроэнергии на одну тонну цемента, уменьшение расходов на ремонт и техническое обслуживание, улучшению характеристик цемента, повышению уровня замещением клинкером и снижением издержек на транспортировку.

Первое место по объёму и значению для строительной продукции в России принадлежит доменным шлакам (это побочный продукт при выплавки чугуна из железных руд) является ценным сырьём для производства строительных материалов и прежде всего для ПЦ. Использование доменных шлаков позволяет существенно увеличить выпуск ПЦ. По нормам разрешается вводить ПЦ до 35 % доменного гранулированного шлака, а в шлакоПЦ до

80 %.