В Україні більш ніж 95% відходів, які утворюються та накопичуються по всій країні, це промислові відходи, а їх найбільшу частину складають відходи металургії – шлаки.
В чому полягає їх небезпека та які існують методи повторного використання шлаків — читайте далі в матеріалі ЕкоПолітики.
Металургійні шлаки є продуктом технологічного процесу виплавки металу, які здебільшого не переробляються і відправляються на зберігання у відвали. Там, під дією факторів зовнішнього середовища, відбуваються хімічні реакції з виділенням сірководню в навколишнє середовище, а опади змивають небезпечні речовини в ґрунт і води.
Обсяг технологічних відходів дорівнює об'єму основного виробництва. Так щороку утворюється 11-12 млн тонн металургійних шлаків. І хоча вони мають високу ресурсну цінність, 54,5% загальної кількості цих шлаків розміщено у відвалах або тимчасових складах, і тільки 45,5% – утилізується.
В Україні металургійних шлаків зібралося понад 2 млрд тонн, під складування яких зайняті площі понад 16 тис. га, а наповненість існуючих сховищ обумовлює необхідність постійного відведення нових територій.
Відвальні шлаки сконцентровані у певних регіонах країни. Тому їх негативний вплив на довкілля і здоров’я населення є локальним і стосується передусім мешканців осередків металургійної промисловості. Приблизно 3 млн осіб зазнають негативного впливу з боку металургійного виробництва, адже мешкає поблизу шлакових відвалів у радіусі 15 км.
Старопромислові регіони, такі як Донецька, Запорізька, Дніпропетровська та Луганська області, обтяжені додатково значною кількістю накопичених техногенних відходів.
Таке розташування призводить до логістичних труднощів при утилізації шлаків. Адже логістичні витрати становлять близько 80-90% від ціни кінцевого покупця, в той час як сам шлак часто може майже нічого не коштувати.
На відміну від багатьох видів відходів, обсяг утилізації шлаків у світовій практиці досягає 100%. В багатьох розвинених країнах вони навіть не мають статусу відходів, а відносяться до вторинної сировини.
Ефективність переробки відходів металургійного виробництва повʼязане з наявністю державної політики в цій сфері.
Основним споживачем шлаків є будівельна галузь де їх використовують для виробництва бетону, цегли, теплоізоляційних сумішей, цементу, шлакоблоків, газобетону, абразивів, пінобетонів, руберойду, сухих будівельних сумішей, тротуарної плитки та шиферу. Одним з найперспективніших напрямків утилізації шлакових матеріалів вважають будівництво доріг. Окрім того шлаки підходять для гідравлічного інжинірингу.
Також українські шлаки експортують до Італії, Ізраїля та Грузії.
Для металургійних шлаків вже розроблені технології переробки, відповідні ДСТУ, економічна оцінка, створена повна номенклатура з конкретними рекомендаціями щодо можливого напряму їх використання, розроблені методики оцінки ефективних напрямів рециклінгу.
Матеріали підрозділяють на шлаки чорної і кольорової металургії. Їх головними компонентами є оксиди кремнію, кальцію, заліза, магнію, алюмінію та цинку.
Утилізація доменних шлаків складає близько 60 %, а сталеплавильних – близько 30 %.
Основний споживач доменних шлаків – цементна промисловість
У цементній промисловості можливе використання повільно охолоджених сталеплавильних шлаків, шлаків феросплавів і шлаків кольорової металургії.
- Сульфатно-жужільні в'яжучі цементи відзначаються хімічною стійкістю, їх використовують в агресивних середовищах.
- Вапняно-жужільні цементи за міцністю поступаються сульфатним, мають низьку морозостійкість, але відзначаються високою стійкістю в агресивних водах.
Гранульовані доменні шлаки використовують як добавки до сировини (до 20 %) при виробництві портландцементу замість глини чи як активні добавки до портландцементного клінкера.
- Шлакопортландцемент у залежності від вмісту шлаку використовують як звичайний цемент чи як стійкий до дії агресивних вод, його собівартість знижується на 25-30 %, у порівнянні з портландцементом.
- Шлаколужні цементи мають високу міцність, водостійкість, водонепроникненість, корозійну стійкість, біо- і термостійкість. Бетони з таких цементів стійкі до дії бензину й інших нафтопродуктів і слабких розчинів органічних кислот. Їх використовують у будівництві, а також для знешкодження радіоактивних і токсичних відходів, що містять важкі метали (шлами гальванічного виробництва, шлами водоочищення, золошлакові відходи термічного знешкодження).
При виробництві феросплавів утворюються шлаки, що містять до 15-20 % металевих включень. Феросплавні шлаки переробляють на щебінь, пісок, використовують при виплавці сталі, феросплавів, у цементній промисловості, виробництві жужільного лиття, шлакоситалів і інших будівельних матеріалів.
Виробництво жужального щебню
З металургійних шлаків одержують жужільний щебінь шляхом їх дроблення чи за спеціальною технологією виготовляють литий щебінь. Останній характеризується високою морозостійкістю, жаростійкістю та опором до стирання.
Для виробництва щебеню з металургійних шлаків сировина має мати стабільний склад, що характерно для шлаків, які пролежали 3-5 місяців у відвалах.
Використання шлаків у будівництві
У будівництві застосовуються різні типи бетонів з заповнювачами на основі металургійних шлаків.
Для особливо важких і важких бетонів як великі заповнювачі використовують литий чи відвальний щебінь, а як дрібний заповнювач – гранульований доменний шлак. При виробництві легких жужільних бетонів як заповнювачі використовують щебінь на основі жужільної пемзи.
Таку пемзу одержують спучуванням жужільного розплаву при швидкому охолодженні водою, повітрям, а також при впливі мінеральних газоутворювачів. Потім шляхом дроблення і просівання одержують фракційний щебінь.
А плитами з листового шлакоситалу облицьовують цоколі і фасади будинків, обробляють внутрішні стіни і перегородки, виконують з них огородження балконів, покрівлі, сходові марші, підвіконня, підлоги промислових будинків, виготовляють труби, високовольтні ізолятори й інші вироби.
Виробництво жужільної вати
Її застосовують як ізоляційний матеріал, а за допомогою різних органічних і неорганічних в'яжучих, з неї виготовляють різноманітні теплоізоляційні вироби.
Використання у дорожньому будівництві та ремонті
Щебеневі матеріали з металургійних шлаків можуть бути використані як для влаштування шарів підстави на дорогах всіх категорій, так і для влаштування покриття на автомобільних дорогах IV-V категорії.
Жужільний щебінь застосовують для улаштування основ і асфальтобетонних покриттів. З розплавлених металургійних шлаків відливають камені для брукування доріг і підлог промислових будинків, бордюрний камінь, протикорозійні плитки, труби й інші вироби. По зносостійкості, жаростійкості і ряду інших властивостей жужільне лиття перевершує залізобетон і сталь.
Так, протягом 2020 року "Укравтодор" використав 300 тис. куб. м доменних шлаків (близько 1 млн тонн), а у 2021 році орієнтувався на 600-700 тис. куб. м.
Виробництво шлакоситалових виробів
Виробництво їх полягає у варінні жужільного скла, формуванні і подальшій його кристалізації. Міцність шлакоситалів близька до міцності чавуну і сталі, але ці матеріали у три рази легше. Вони легко обробляються, шліфуються, ріжуться, свердлять.
Використання у сільському господарстві
Шлаки можна використовувати у сільському господарстві як розкислювач ґрунтів замість вапняку. Така практика вже існує у Європейському Союзі.
Створення штучних островів
У Японії зі шлаків створюють штучні острови щоб максимально утилізувати відходи та створити додаткові ділянки суші.
Шлаки кольорової металургії
Вихід таких шлаків на одиницю виплавленого металу значно більший, наприклад – на 1 т нікелю утворюється до 150 т шлаку. Ці шлаки містять до 60 % оксидів заліза, кремнію, алюмінію, кальцію, магнію, а також значну кількість таких коштовних компонентів, як мідь, кобальт, цинк, свинець, кадмій, рідкісні метали.
Перспективним напрямком їхнього використання є комплексна переробка, що включає попереднє вилучення кольорових і рідких металів, заліза з наступним використанням силікатного залишку для виробництва будівельних матеріалів аналогічно шлакам чорної металургії.
