В Украине более 95% отходов, которые образуются и накапливаются по всей стране, это промышленные отходы, а их наибольшую часть составляют отходы металлургии – шлаки.
В чем их опасность и какие методы повторного использования шлаков — читайте дальше в материале ЭкоПолитики.
Металлургические шлаки являются продуктом технологического процесса выплавки металла, которые в большинстве своем не перерабатываются и отправляются на хранение в отвалы. Там, под действием факторов внешней среды, происходят химические реакции с выделением сероводорода в окружающую среду, а осадки смывают опасные вещества в почву и воду.
Объем технологических отходов равняется объему основного производства. Так ежегодно образуется 11-12 млн. тонн металлургических шлаков. И хотя они имеют высокую ресурсную ценность, 54,5% от общего количества этих шлаков размещено в отвалах или временных складах, и только 45,5% – утилизируется.
В Украине металлургических шлаков собралось более 2 млрд. тонн, под складирование которых заняты площади более 16 тыс. га, а наполненность существующих хранилищ обуславливает необходимость постоянного отвода новых территорий.
Отвальные шлаки сконцентрированы в некоторых регионах страны. Поэтому их негативное влияние на окружающую среду и здоровье населения локально и касается прежде всего жителей ячеек металлургической промышленности.
Приблизительно 3 млн человек испытывают негативное влияние со стороны металлургического производства, ведь они проживают вблизи шлаковых отвалов в радиусе 15 км.
Старопромышленные регионы, такие как Донецкая, Запорожская, Днепропетровская и Луганская области, отягощены дополнительно значительным количеством накопленных техногенных отходов.
Такое расположение приводит к логистическим трудностям при утилизации шлаков. Ведь логистические издержки составляют около 80-90% от цены конечного покупателя, в то время как сам шлак часто может почти ничего не стоить.
В отличие от многих видов отходов объем утилизации шлаков в мировой практике достигает 100%. Во многих развитых странах они даже не имеют статуса отходов, а относятся ко вторичному сырью.
Эффективность переработки отходов металлургического производства связана с наличием государственной политики в данной сфере.
Основным потребителем шлаков является строительная отрасль, где их используют для производства бетона, кирпича, теплоизоляционных смесей, цемента, шлакоблоков, газобетона, абразивов, пенобетонов, рубероида, сухих строительных смесей, тротуарной плитки и шифера. Одним из наиболее перспективных направлений утилизации шлаковых материалов считают строительство дорог. Кроме того, шлаки подходят для гидравлического инжиниринга.
Также украинские шлаки экспортируют в Италию, Израиль и Грузию.
Для металлургических шлаков уже разработаны технологии переработки, соответствующие ГОСТу, экономическая оценка, создана полная номенклатура с конкретными рекомендациями по возможному направлению их использования, разработаны методики оценки эффективных направлений рециклинга.
Материалы подразделяют на шлаки черной и цветной металлургии. Их главными компонентами являются оксиды кремния, кальция, железа, магния, алюминия и цинка.
Утилизация доменных шлаков составляет около 60%, а сталеплавильных – около 30%.
Основной потребитель доменных шлаков – цементная промышленность
В цементной промышленности возможно использование медленно охлажденных сталеплавильных шлаков, ферросплавов и шлаков цветной металлургии.
- Сульфатно-жужальные вяжущие цементы отличаются химической стойкостью, их используют в агрессивных средах.
- Известково-жужальные цементы уступают по прочности сульфатным, обладают низкой морозостойкостью, но отличаются высокой стойкостью в агрессивных водах.
Гранулированные доменные шлаки используют в качестве добавок к сырью (до 20 %) при производстве портландцемента вместо глины или в качестве активных добавок к портландцементному клинкеру.
- Шлакопортландцемент в зависимости от содержания шлака используется как обычный цемент и как устойчивый к воздействию агрессивных вод, его себестоимость снижается на 25-30 % по сравнению с портландцементом.
- Шлакощелочные цементы обладают высокой прочностью, водостойкостью, водонепроницаемостью, коррозионной стойкостью, био- и термостойкостью. Бетоны из таковых цементов устойчивы к действию бензина и остальных нефтепродуктов и слабых растворов органических кислот. Их используют в строительстве, а также для обезвреживания радиоактивных и токсичных отходов, содержащих тяжелые металлы (шламы гальванического производства, шламы водоочистки, золошлаковые отходы термического обезвреживания).
При производстве ферросплавов образуются шлаки, содержащие до 15-20% металлических включений. Ферросплавные шлаки перерабатывают в щебень, песок, используют при выплавке стали, ферросплавов, в цементной промышленности, производстве шлакового литья, шлакоситалов и других строительных материалов.
Производство жужального щебня
Из металлургических шлаков получают жужальный щебень путем их дробления или по специальной технологии изготовляют литой щебень. Последний характеризуется высокой морозостойкостью, жаростойкостью и сопротивлением к стиранию.
Для производства щебня из металлургических шлаков сырье должно иметь стабильный состав, что характерно для шлаков, пролежавших 3-5 месяцев в отвалах.
Использование шлаков в строительстве
В строительстве используются разные типы бетонов с заполнителями на базе металлургических шлаков.
Для особо тяжелых и тяжелых бетонов в качестве крупных заполнителей используют литой или отвальный щебень, а в качестве мелкого заполнителя – гранулированный доменный шлак. При производстве легких жужжащих бетонов в качестве заполнителей используют щебень на основе жужжащей пемзы.
Такую пемзу получают вспучиванием жужального расплава при быстром охлаждении водой, воздухом, а также при воздействии минеральных газообразователей. Затем путем дробления и просеивания получают фракционный щебень.
А плитами из листового шлакоситала облицовывают цоколи и фасады домов, отделывают внутренние стены и перегородки, выполняют из них ограждения балконов, кровли, лестничные марши, подоконники, полы промышленных домов, производят трубы, высоковольтные изоляторы и другие изделия.
Производство жужной ваты
Ее применяют как изоляционный материал, а с помощью различных органических и неорганических вяжущих, из нее производят разнообразные теплоизоляционные изделия.
Использование в дорожном строительстве и ремонте
Щебеночные материалы из металлургических шлаков могут использоваться как для устройства слоев основания на дорогах всех категорий, так и для устройства покрытия на автомобильных дорогах IV-V категории.
Жужальный щебень применяют для устройства оснований и асфальтобетонных покрытий. Из расплавленных металлургических шлаков отливают камни для мощения дорог и полов промышленных зданий, бордюрный камень, противокоррозионные плитки, трубы и другие изделия. По износостойкости, жаростойкости и ряду других свойств жужжащее литье превосходит железобетон и сталь.
Так, за 2020 год "Укравтодор" использовал 300 тыс. куб. м доменных шлаков (около 1 млн. тонн), а в 2021 году ориентировался на 600-700 тыс. куб. м.
Производство шлакоситаловых изделий
Производство их состоит в варке шлакового стекла, формировании и последующей его кристаллизации. Прочность шлакоситалов близка к крепости чугуна и стали, но эти материалы в три раза легче. Они легко обрабатываются, шлифуются, режутся, сверлятся.
Использование в сельском хозяйстве
Шлак можно использовать в сельском хозяйстве как раскислитель грунтов вместо известняка. Такая практика уже существует в Европейском Союзе.
Создание искусственных островов
В Японии из шлаков создают искусственные острова, чтобы максимально утилизировать отходы и создать дополнительные участки суши.
Шлак цветной металлургии
Выход таковых шлаков на единицу выплавленного сплава существенно больше, к примеру – на 1 т никеля появляется до 150 т шлака. Эти шлаки содержат до 60% окислов железа, кремния, алюминия, кальция, магния, а также значительное количество таких ценных компонентов, как медь, кобальт, цинк, свинец, кадмий, редкие металлы.
Перспективным направлением их использования является комплексная переработка, включающая в себя предварительное извлечение цветных и жидких металлов, железа с последующим использованием силикатного остатка для производства строительных материалов аналогично шлакам черной металлургии.
