ТСМ I

Негранулированный доменный шлак получается при воздушном охлаждении шлака с последующим дроблением и грохочением. Используется преимущественно в дорожном строительстве в качестве щебня. Гидравлическими свойствами не обладает.

Гранулированный доменный шлак получается при выплавке чугуна путем резкого охлаждения на гранустановке. Используется преимущественно в качестве активной минеральной добавки в цемент.

Шлаковая пемза – литой шлак кислый. Требуется особый режим охлаждения. Вяжущими свойствами не обладает. Используется в качестве утеплителя, шумопоглотителя, в производстве легких бетонов и изделий из них.

Для получения одной тонны чугуна требуется в среднем 1,3 тонны железной руды, 0,75 тонны кокса, 0,25 тонны известняка и 4,0 тонны воздуха. После накопления в доменной печи достаточного количества чугуна открывается выпускное отверстие (примерно 5 раз в сутки) и металл выливается в емкости для транспортировки на следующий этап сталеплавильного производства. Расплавленный шлак сливается по желобу, находящемуся выше уровня расплавленного металла, примерно каждые 2 часа. Далее шлаки либо проходят стадию грануляции в специальных установках, либо поступают на организованные отвалы, где часть из них проходит переработку для последующей утилизации.

На крупных металлургических комбинатах – Магнитогорском, ОрскоХалиловском («Носта»), Челябинском («Мечел») – отвалы разделяются по видам и производствам – доменные, сталеплавильные шлаки и производственный мусор складируются раздельно. На некоторых предприятиях устраиваются общие отвалы, смешивая шлаки и мусор. В последние годы на ряде отвалов (Магнитогорск, Электросталь и др.) организована их разработка, включающая несколько стадий: грохочения, измельчения (преимущественно в каскадных мельницах) и магнитной сепарации. Продукт грохочения – шлаковый щебень, применяемый в дорожном строительстве и производстве шлакобетонных изделий. При этом возвращаются в хозяйственный оборот значительные территории. Так, в результате разработки шлакоотвала и переработки шлаков только в г. Электросталь освобождена территория около 50 тыс. м2.

Доменные шлаки применяются для производства вяжущих материалов, керамики и шлакоситаллов. Они образуются при производстве чугуна, при этом на каждую тонну производимого чугуна образуется 400-600 кг. Шлака. Химический состав этих шлаков достаточно разнообразен, однако в основном он представлен CaO, MgO, SiO2, Al2O3, которые в сумме составляют примерно 95%. Кроме этого в шлаках обычно присутствует оксид марганца, железа и сера. Оценить состав шлаков можно по модулю основности:

41

+0 = 2

Если 0 > 1 - основные;0 < 1 - кислые;0 ≈ 1 - средние.

Медленно охлажденные доменные шлаки имеют такой минералогический состав, который приводит к ограниченной способности к самостоятельному твердению (т.е. минералогические составляющие медленно охлаждающие шлак – гидравлически инертны или обладают низкой гидравлической активностью). Для повышения гидравлической активности шлаки подвергают резкому охлаждению в воздушной или водной среде (грануляция) с целью зафиксировать метастабильную, а, следовательно, более реакционноспособную стекловидную фазу.

Шлаки цветной металлургии поучают при восстановительной плавке меди, никеля, цинка, хрома, свинца из сульфидных руд этих металлов.

Они содержат: 15-48% FeO, 10-15% MgO, до 17% Al2O3 и до 23% CaO.

Из шлаков цветной металлургии для строительства и производства строительных материалов представляют интерес медеплавильные и никелевые шлаки. Отвальные медеплавильные шлаки имеют черный цвет. Они не подвержены распаду. Средняя плотность шлаков составляет 33003800 кг·м3, водопоглощение 0,1-0,6%, предел прочности при сжатии 120-300 МПа. Никелевые шлаки обладают такими же высокими показателями физико-механических свойств, как и медные. По химическому составу они относятся к кислым. Никелевые гранулированные шлаки, несмотря на наличие стекловидной фазы, практически не обладают гидравлической активностью.

При переплавке алюминиевых сплавов получают алюминиевые (вторичные) шлаки. Химический состав их следующий: KCl – 38-59%, NaCl – 11,4-34,1%, CaCl2 – 3,0-4,2%, MgO – 2,0-7,2%, Al2O3 – 6,5-12,6%, SiO2 – 1,8-

3,5%. Водорастворимые соединения в шлаке составляют 75-85% массы. При длительном нахождении шлаков в воде или на отрытых площадках водорастворимые соединения выщелачиваются, после чего шлаки можно использовать в качестве сырья для производства сульфоалюминатного клинкера, расширяющихся добавок в бетон и т.п.

Шлаки цветной металлургии применяют пока в небольшом количестве при производстве цемента, а также при получении минеральной ваты и литых изделий. Потенциально шлаки цветной металлургии являются перспективной базой различных строительных материалов. Их выход в 10-25 раз превышает выход цветных металлов.

42

Сталеплавные шлаки образуются в результате окисления примесей неметаллической части шихты (кремния, углерода, серы и фосфора) и растворения последних в плавке.

Состав: 30-35% соединений магния, железа, марганца, 15-30% SiO2, 8- 10% Al2O3 (Mo = 1,2-1,4).

Сталелитейные шлаки в металлургическом производстве образуются в процессе рафинирования стали от вредных примесей и защищают металл от окисления газовой средой. Отличительной особенностью сталелитейных шлаков является более высокие по сравнению с доменными шлаками колебания химического состава и значительное до 24% содержание железа, в том числе до 16% металлического в виде корольков и скрапа. Сталелитейные шлаки характеризуются высоким модулем основности, при охлаждении практически полностью кристаллизируются и в них почти полностью отсутствует стекловидная фаза. Из-за наличия металла эти шлаки не гранулируются, а сливаются на шлаковые дворы или в отвалы, где медленно остывают и в последующем дробятся и измельчаются в мельницах самоизмельчения (по сухому или мокрому способу) или в трубных шаровых мельницах.

Классифицируются сталелитейные шлаки по видам производства стали на мартеновские, конвертерные и электросталеплавильные, а также по периодам плавки – первичные и конечные. Наибольшее количество образуется мартеновских шлаков, удельный выход которых составляет 180 кг/т стали. Удельный выход конвертерных шлаков составляет ≈150 кг/т стали. От мартеновских шлаков они отличаются повышенным содержанием оксидов кальция, магния и железа, и более высокой основностью. Конвертерные шлаки меньше различаются между собой по химсоставу и удельному выходу. Электросталеплавильные шлаки по химическому составу сходны с мартеновскими и отличаются, как правило, более высоким содержанием оксидов кальция и низкой концентрацией оксидов железа.

Всего около 60% сталеплавильных шлаков составляют шлаки мартеновского производства, 32% - шлаки конвертерного производства, 8% - электросталеплавильного и других видов производств.

Шлаки электротермофосфорного производства образуются при электротермической обработке фосфоритов и апатитов, обычно их гранулируют. Они примерно на 90% состоят из СаО и SiO2 и относятся к основным шлакам. Гранулированные шлаки должны содержать не менее 30% SiO2, не менее 43% ( CaO + MgO) и не более 2,5% P2O5.

Электротермофосфорные гранулированные шлаки представляют собой отходы производства фосфора методом электротермической возгонки. Получаются быстрым охлаждением силикатного расплава, образующегося в электропечах при плавке шихты из фосфорной руды, кварцита и кокса. При

43

выпуске 1 тонны фосфора получается 10-14 тонн огенно-жидкого шлака. Структура шлаков представлена стекловидной фазой (до 98%) метасиликатного состава. Кристаллическая фаза – преимущественно псевдоволластонит. Колебания химического состава основных оксидов составляют: CaO – 44,7-50,0%, SiO2 – 34,0-45,0%, Al2O3 – 1,07-3,29%, MgO – 0,91-4,38%, P2O5 – до 2,5%, NaF – до 3%. В гранулированном виде содержится 95-98% стекловидной фазы.

В соответствии с требованиями ГОСТ 3476-71 электротермофосфорные шлаки по своему химическому составу должны удовлетворять следующим требованиям: CaO + MgO – не менее 43%, SiO2 – не менее 38%, P2O5 – не более 2,5%. Допускается ввод шлаков в портландцемент до 20%, в шлакопортландцемент – 21-60%.

Шлам нефелиновый используется в составе портландцементной сырьевой смеси. Это отход комплексной переработки апатитонефелиновых пород в глинозем, соду, шлаки. Его химический состав: SiO2 26-30%; Al2O3

2,2-6,5%; Fe2O3 2,1-5,5%; CaO 52-59%; MgO 2-2,5%; Na2O 1-2,5%. Поскольку этот шлам прошел частичную термическую обработку, то он состоит в основном из C2S, входящего в состав портландцемента и способного к гидравлическому твердению.

Топливные золы и шлаки используют в стекольных и керамических шихтах и для получения вяжущих материалов. Они образуются при сжигании топлива при температуре около 1400-1600°С.

Термическое воздействие на неорганическую (минеральную) часть топлива приводит к образованию твердых конгламератов различных соединений. Мелкие и легкие частицы с удельной поверхностью 1500-3000 см²/г, содержащиеся в количестве около 90%, уносятся из топки газами (залаунос), а более крупные оседают на под толки и спекаются в кусковые шлаки. По химическому составу состоит на 85-90% из оксидов кремния, алюминия, железа, кальция и магния. Золы и каменных и бурых углей, антрацита и торфа, как правило являются кислыми.

Фосфогипс применяется для изготовления гипсовых вяжущих и как добавка к цементу для регулирования сроков схватывания. Фосфогипс – это отход производства экстракционной фосфорной кислоты:

CaF(PO4)3 + 5H2SO4 → 5CaSO4∙2H2O + HF + 3H3PO4

На каждую тонну кислоты образуется 4 тонны фосфогипса. На 80-95% он состоит из CaSO4∙2H2O, примесями является Р2О5 и соединения фтора. Фосфогипс отличается высокой влажностью до 25% и очень высокой дисперстностью.

44

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛА И СИТАЛЛОВ

ОСНОВНОЕ

	Вид сырья				Вносимый
					оксид
	Кварцевый песок				SiO2
	Сода				Na2O
	Борная кислота				B2O3
	Сульфат натрия				Na2O
	Поташ				K2O
	Известняк				CaO
	Мел				CaO
	Доломит				CaO, MgO
	Глинозем				Al2O3
	Пегматит				Al2O3
	Нефелиновый				Al2O3
	концентрат
	Полевой шпат				Al2O3
	Шлаки доменные				Al2O3, CaO,
					MgO
	Золы топливные				Al2O3, CaO,
					MgO

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ
Вид				Соединение
материала
				NiO, FeO, CoO,
Красители				соединения Au, Ag,
				Se, CuO, As, Mn и
				др.
				Фториды и фосфаты
Глушители				Zr, As, Sb, и др.
				KNO3, K2SO4,
Осветлители				Na2SO4, NaCl, As2O3
				и др.
				NiO, MnO2,Se2O3 и
Обесцвечивате				др.
ли
Ускорители				Соединения
				F,B,Cl,P, соли
				аммония

СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИКИ

ПЛАСТИЧНОЕ		ОТОЩАЮЩЕЕ		ПЛАВНИ
Глины		Песок кварцевый		Полевой шпат
Каолины		Глинистый сланец		Пегматит
		Доменные шлаки		Нефелиновый концентрат
		Топливные шлаки		Мел
		Золы		Перлит
		Шамот		Доломит
				Магнезит
				Фосфорные шлаки
				Нефелиновый сиенит
				Сподумены

СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

	Воздушные			Сульфатное		Гипс, ангидрит, фосфогипс
	Вяжушие
	Вещества
				Карбонатное		Известняк, мел, магнезит, доломит

45

								Карбонатное		Известняк, мел
				Для
				получения
								Глинистое		Глина, глин. сланец
	Гидравли-			Клинкера
	ческие
								Корректирую-		Кварцевый песок,
	вяжущие
								щие добавки		боксит, огарки, каолин
	вещества
	(портланд-
								Активные		Диатомит, трепел,
	цемент)
				Для				минеральные		опока, туф, трасс
				Получения				добавки
				цемента
								Регуляторы		Гипс, фосфогипс
								схватывания
	ВВ			Карбонатное				Известняк, мел, известковый туф, известняк
	автоклав-							ракушечник, доломит, магнезит
	ного
	твердения			Силикатное				Кварцевый песок, доменный шлак
	Термотвердеющие ВВ							Соли фосфорной кислоты

46

РАЗДЕЛ №3. Добыча, транспортировка, предварительная подготовка и хранение сырьевых материалов.

Добыча сырья

Все работы, связанные с извлечением (добычей) полезных ископаемых из недр земли, называется горными работами. Они производятся открытым или закрытым способом.

Открытый способ – это добыча непосредственно с земной поверхности, при этом часто приходится предварительно снимать слои пустых пород (рис. 11)

Подземный способ – используется, когда полезные ископаемые находятся под большим слоем пустой породы, при этом добыча ведется без съема последней, в шахтах (шахтный способ).

Рисунок 11 – Открытый способ добычи

Для ТНиСМ сырье, как правило, добывают открытым способом. Открытая выработка горных пород со всеми устройствами и приспособлениями называется карьером. Разработка карьеров наиболее трудоемкий процесс.

Работы в карьере выполняются в несколько этапов:

–Над подготовительном этапе производится подготовка поверхности месторождения к разработке (вырубка леса, корчевание пней, перенос дорог, линий электропередач и т.д.), а также осушение месторождения и ограждение его от поверхностного стока.

–На втором этапе, называемом строительном периодом, ведется удаление покровного слоя (вскрыши), под которым находится полезное ископаемое и добычных (извлечение полезного ископаемого) работ, строительство транспортных коммуникаций.

–На завершающем этапе – этапе рекультивации (восстановление) территории, нарушенной горными работами.

47

Стекольные заводы своих карьеров не имеют и работают на привозном сырье.

Керамические заводы, как правило, располагаются возле карьеров глин. Наиболее мощные карьеры у цементных заводов.

Слой горной породы обычно закрыт пустой породой, поэтому сначала при разработке её устраняют. По объёму перемещаемых масс вскрышные работы составляют одну из крупных расходных статей карьерного хозяйства.

Вскрышные породы удаляют главным образом экскаваторами, иногда скреперами. Зачищают поверхность уступа бульдозерами, карьер открытого способа разрабатывается одним или несколькими уступами. Высота уступа зависит от физико-механических свойств сырья (для твердых пород 10–20 метров, для мягких 8–10 метров).

Твердые породы (доломит, известняк, мрамор) с помощью буровзрывных работ. Скважины для заряда взрывчатки располагаются в шахматном порядке в 2–3 ряда по глубине про расстоянии между рядами 3– 10 метров. Бурение скважин осуществляется буровыми машинами ударноконтактного или вращательного движения. Взорванную породу грузят на транспортные средства экскаваторами.

Добычу мягких пород (мел, глина и др.) производят прямой экскавацией. Экскаваторы выполняют сразу две функции – отделение породы от пласта и погрузку готового сырья. Используют одноковшовые экскаваторы, либо многоковшовые или роторные.

Для добычи мела используют мощные роторные экскаваторы производительностью ≈1000м3/ч.

В ряде случаев добыча мягкого сырья, также как и разработка рыхлых вскрышных пород применяют гидромеханизированный способ. При этом все основные операции – добыча (размыв), транспортировка (перемещение) и укладка – производятся с помощью кинетической энергии потока воды. Вода под давлением 5–30 атм. и со скоростью 20–40 м/с подается особым механизмом – гидромонитором – к месту разработки породы и производит ее рыхление. Этот способ используется для добычи песков при вскрышных работах и для добычи мягких пород. Ограничения применимости способа связаны с необходимостью наличия вблизи карьера источника воды и электроэнергии.

Карьеры различных заводов могут на зиму утепляться. Вскрышные работы всегда проводят только в теплое время, создавая запас сырья на 6–8 месяцев.

Транспортировка сырья

При больших объемах перевозок и значительных расстояниях используют железно-дорожный транспорт широкой колеи.

48

Автомобильный транспорт целесообразно применять при перевозке материалов при сложном рельефе местности, малых объемах перевозок, а также при небольших (до 8 км) расстояниях.

Мягкие, рыхлые и мелкокусковые породы можно доставлять на завод при расстоянии 1–6км в благополучных климатических условиях ленточными транспортерами.

Воздушно-канатные дороги применяются для транспортировки по сильно пересеченной местности.

Применение гидротранспорта обеспечивает удобство эксплуатации и создает необходимые условия для осуществления комплексной автоматизации производства.

Рост объема работ на карьерах требует совершенствования технологии горно-транспортных разработок, в частности от циклических видов транспорта к транспорту непрерывного действия, что обеспечивает при открытых разработках снижение транспортных расходов на 25-35% и повышению производительности труда в 1,5-2 раза.

Хранение материалов

На любом предприятии обязательным является наличие определенного запаса сырья, обеспечивающего непрерывную работу. Для этого организуются склады, которые бывают трех типов:

1. открытый;

2. закрытый;

3. силосный;

Открытый склад используется при больших объемах сырья. Это самый дешевый способ хранения, но он связан с загрязнением сырья и ухудшением экологической обстановки(рис.12).

Рисунок 12 – Типы складов

49

Хранение сырьевых материалов предполагает не только создание запаса, но и дает существенно улучшить его технологические свойства. Например: улучшить формовочные свойства, сушильные свойства глинистого сырья способствует его предварительное замачивание и последующие вылеживание непосредственно на карьере или складе. Эффективный способ улучшения свойств глин является также их выветривание и вымораживание.

Закрытый тип складов наиболее распространен. крытые склады оборудуются грейферными кранами. Они используются на специальных, цементных и керамических предприятиях(рис.13).

Рисунок 13 – Закрытая эстакада

Силосное складирование предусматривает хранение материалов в специальных железобетонных или металлических емкостях-силосах. Это наиболее дорогой способ хранения, но он одновременно обеспечивает минимизацию потерь сырья и экологическую чистоту, позволяет сократить территорию завода(рис.14).

50