Что такое шлак и где он используется?

Шлак представляет собой вторичное сырье, получаемое из отходов металлургической промышленности. Он формируется из золы, образованной при сжигании угля и побочного продукта выплавки металла. Этот материал получил широкое распространение в строительстве. Остановимся подробнее на особенностях шлака и его технико-эксплуатационных характеристиках.

Базовое преимущество применения вторсырья — безотходная технология изготовления стройматериалов. Она позволяет многократно снизить уровень загрязнения экологии. За счет повышенной плотности и параметров сопротивляемости материала при работе со шлакоблоками объём строительных отходов, накапливающихся в ходе строительства здания, многократно снижается. При этом шлаки всех видов сохраняют свою лёгкость и способность к транспортировке.

Шлак представляет собой группу синтетических силикатов, сформированных на металлических поверхностях в процессе:

• литья металлического сырья;
• переработки жидких сплавов;
• получения сырья из флюсов;
• восстановление руды.

В зависимости от особенностей химического состава выделяют следующие группы шлаков.

Базовые (на основе CaO, MgO и FeO):

• окислы – до 55%;
• глинозем – в пределах 15%.

Кислотные (SiO2, TiO2):

• окислы – до 45%;
• глинозем – в пределах 20%.

Нейтральные (Ai2O3, ZnO):

• оксиды – до 47%.

В составе любых шлаков имеются алюминиевые, магниевые, а также марганцевые, кремниевые, серные и некоторые другие элементы. В зависимости от структуры рабочих компонентов и концентрации активных веществ шлаки получают разнообразные пользовательские характеристики. Это сырье может иметь различные оттенки — от светло-серого до глубокого черного, на рынке также можно найти фиолетовые и даже перламутровые колеры. Все эти разновидности востребованы при производстве блоков, приготовлении бетонного раствора и выполнении заливки фундамента.

Различается и текстура шлаков. Она может быть камневидной, фарфоровидной, а также стекловидной — это зависит от химической структуры вторсырья. Температура плавления шлаков варьируются в диапазоне от 360 до 450°C. Удельная масса составляет примерно 2,7 единиц.

Как и любой другой стройматериал, шлаки имеют свои плюсы и минусы. Говоря о преимуществах, можно выделить следующее:

• высокая огнестойкость — шлак не возгорается и не поддерживает горение;
• продолжительный эксплуатационный период — срок использования такого материала составляет 50 лет;
• многообразие физико-технических свойств в зависимости от состава основных компонентов сырья;
• демократичная стоимость по сравнению с камнем, кирпичом и древесиной;
• легкость монтажа.

Однако потребители выделяют и недостатки такого сырья:

• гигроскопичность — шлак не подходит для проведения работ в зонах с частыми осадками, паводками и в условиях высокой влажности;
• сверхпрочность — это препятствует проведению инженерных коммуникаций, делая процесс трудоемким и, соответственно, затратным;
• повышенная теплопроводность.

Помимо того, в шлаках концентрация серы и кислот превышает норму. При этом полное выветривание всех токсичных элементов происходит только через год

Шлак — объемный материал, его удельная масса соответствует 2,6-3,7 грамм на 1 м3. Примерно такие же параметры характерны для природных разновидностей камней. Удельный вес сырья варьируется в зависимости от разновидности шлака:

• для шлакоблока – 2-2,5 т/м3;
• для кускового шлака – 2,1-2,9 т/м3;
• для вторсырья в виде щебенки – 1,1-1,2 т/м3.

Металлургический шлак становится побочным продуктом любого металлургического производства. Выделяют три основных разновидности такого сырья.

• Гранулированный — этот шлак образуется в ходе охлаждения чугуна. Он нашёл своё применение как бюджетный аналог минеральных строительных добавок.
• Негранулированный — шлак производится при воздушном охлаждении отходов металлургического производства, их дальнейшего дробления и грохочения. Этот материал пользуется спросом как наполнитель для асфальтобетона при строительстве дорог. Помимо этого, негранулированное сырьё востребовано в сельском хозяйстве в случаях, когда требуется провести раскисление почвы.
• Шлаковая пемза — это сырье не имеет вяжущих характеристик, поэтому применяется преимущественно как звукоизоляционный или утепляющий материал. Его нередко используют при создании блоков из облегченных пористых бетонов.

Металлургические шлаки бывают доменными, сталеплавильными, а также мартеновскими.

• Максимальное распространение получило доменное сырье, оно получаются в ходе производства чугуна. Из 1,6-2 т руды в ходе переработки образуется 1 т чугуна и около 0,5-0,8 т шлаков.
• В сталеплавильных печах из 2-2,4 т руды, 2 т топлива и 80 т воды выходит 1 т стали и 0,2-0,3 т шлака.
• В ваграночных, а также электропечах выход шлакового продукта составляет 0,2-0,3 т на 1 т металла.

Реже в строительной сфере используются отходы цветной металлургии. Изготовление таких металлов само по себе является дорогим и очень трудозатратным процессом. Чтобы получить всего 1 т меди или никеля, приходится перерабатывать 200 т природной руды, поэтому объем шлаков при производстве 1 т такого металла зачастую доходит до 20-25 т. Это обусловлено тем, что в естественной среде цветные металлы встречаются исключительно в форме соединений, которые рассредоточены в горных породах.

Как правило, присутствие в них окислов металлов не превышает 4-5%, всё остальное — просто породные элементы (карбонаты, силикаты, кварцы). Такое сырье имеет чёрный цвет и не распадается, его плотность варьируется от 3300 до 3800 кг на 1 куб. Параметр водопоглощения составляет 0,1-0,6%.

В ходе изготовления фосфора электротермическим способом образуются гранулированные шлаки. Они содержат до 98% стекла, основу такого материала составляют SiO2 и CaO. Кроме того, в нем присутствуют частицы ткани, резиновой крошки, бумаги и полимерных материалов. В состав также могут входить попутные продукты нефтепереработки и другие добавки — это существенно ограничивает сферу применения подобных шлаков в строительной сфере, хотя его можно использовать, если нужно утеплить строение.

Обычно топливо сжигается в камерах, нагрев в которых может доходить до 1300-1700 градусов. В подобных условиях конгломератные соединения, сформированные из минеральной части сырья, выделяется в виде пылевидный массы. Мелкие частички величиной не больше 100 мкм, содержание которых в золе достигает 80%, вместе с дымовыми газами уносятся из печей и формируют золу-унос. Более массивные частицы оседают и оплавляются, приобретая в стекловидную либо кусковую форму — это и есть золошлак.

Процентное соотношение между таким сырьем и золо-уносом напрямую зависит от технологии изготовления. Например, в печах с твердым способом шлакоудаления в шлак уходит до 20% всей золы. В печах, где предусмотрены системы жидкого шлаковыведения, в шлак трансформируется до 45%. В циклонных установках образование шлака составляет 80-90% от общего количества золы. Зольные шлаки ещё называют угольными и каменноугольными. В наши дни они повсеместно востребованы в промышленной сфере. От доменного такое сырьё отличается сниженной долей оксида кальция и повышенной концентрацией оксида железа.

Золошлак представляет собой гранулированное вторсырьё чёрного цвета. Такой колер объясняется присутствием двухвалентного железа в составе сырья. Реже встречается белого, оливкового, зелёного и коричневого цвета. Оттенок зависит от концентрации окислов, при измельчении такого шлака получается песок серого цвета. Золошлаки становятся результатом сжигания топлива разных типов:

• в каменном угле содержится от 5 до 40% шлаков;
• в буром угле концентрация шлаков составляет порядка 15%;
• в антраците — до 35%;
• в дровах — до 1,5%;
• в мазуте — не больше 0,3%;
• в горючих сланцах — от 50 до 80%.

Сфера использования шлаков достаточно широка:

• изготовление тяжелых бетонов с категорией прочности В15-В30;
• составление строительных смесей;
• выпуск плит перекрытия, бетонных панелей, колонн, а также балок, ригелей и иных несущих конструкций, включая предварительно напряжённые;
• промышленное и жилое монолитное строительство;
• изготовление бордюрных камней, брусчатки, а также тротуарной плитки;
• все типы малоэтажного строительства (возведение гаражей, погребов и хозстроений).

Повсеместное применение получил шлаковый цемент, он образуется при соединении измельчённых шлаков с цементом. Такой материал признан одним из наиболее прочных и надежных в строительной сфере.

• Шлакобетон нашел широкое применение при изготовлении плит перекрытий для многоэтажных домов. Это объясняется тем, что повышенный уровень надежности такого материала обуславливает долговечность перекрытий, что особенно актуально при сооружении жилых конструкций.
• Смесь дробленого шлака и цемента востребована при строительстве фундаментов. Применение такого сырья оправдано в случаях, когда стены и кровля в домах строятся из облегченных стройматериалов — такой фундамент станет основательной опорой всего здания.
• Шлакоцемент востребован для армирования поясов в многоэтажном домостроении. Материал используется для армировки отдельных инженерных модулей.
• Состав на базе цемента и шлака востребован в изготовлении околоводных и подводных сооружений. Подобные конструкции подвергаются воздействию влаги, и шлакобетон успешно выдерживает подобное негативное воздействие.
• Смесь используется в некоторых видах теплоизоляции жилых и промышленных строений. Особенно эффективно её применение вместе с утеплителями — их тандем защищает от проникновения холодных воздушных масс.