Литые изделия на основе отходов таразского металлургического завода

Основу безотходной технологии составляет разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов с широким использованием отходов в качестве вторичного сырья. Особое значение комплексное использование сырья имеет для такой материалоемкой отрасли гфомьпнленности, как черная металлургия, где при выплавке чугуна, стали и ферросплавов неизбежно образуется большое количество технологических отходов [1-2]. Из них 80% приходится на шлаки, которые образуются из пустой породы железорудных материалов, флюсов, золы топлива, а также продуктов окисления металла и примесей. Суммарное содержание оксидов кальция, железа и кремния в шлаках достигает 75%.

В отвалах металлургических предприятий Республики Казахстан накоплены миллиарды тонн твердых отходов, которые порождают целый ряд экологических проблем, из которых самые острые связаны с состоянием атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов [3-4]. Например, производство целевых продуктов на Таразском металлургическом заводе (ТМЗ) связано с образованием различных видов отходов, требующих решения проблемы переработки и использования как вновь образующихся, так и накопленных объемов шлаков.

Поэтому возникает необходимость радикального комбинирования металлургического производства с предприятиями промышленности строительных материалов. В этой связи целью нашей работы является всестороннее исследование физико-химических и главное технологических свойств шлаков ферросплавного производства и отвальных шлаков фосфорного производства для их комплексного использования для производства востребованной продукции строительного назначения (литые футерованные изделия, наполнители для композиционных материалов, асфальтобетона и др.).

Для проведения лабораторно-экспериментальных работ по исследованию и изучению физико-химических и технологических свойств шлаков использовали отходы ТМЗ, а именно - шлак ферросплавного производства и отвальный шлак фосфорного производства. Методы исследования - химический и спектральный анализ.

Плавку шихты проводили в печах при температуре 1420-1450 °С. По химическому составу ферросиликомарганцевые шлаки ТМЗ (таблица 1) представляют собой многокомпонентные системы, которые относятся к системе Я₂0 - М^О - СаО - МпО - А₂0₃ -8102 [5].

Как видно из таблицы 1, концентрация 8Ю₂ в обеих пробах (№1 - шлак ферроси-ликомарганца и № 2-фосфорный шлак) составляет 41,75 и 34,10% соответственно. А1₂0₃ составляет от 5,16 до 15,94%, СаО - от 3,52 до 23,20%.

Высокое содержание 8Ю₂ может создать термодинамические гфедпосылки для получения сплава с требуемым содержанием кремния. Вместе с тем кремнеземистые шлаки характеризуются высокой вязкостью, что затрудняет гравитационное разделение ферросиликомарганца и шлакового расплава в ванне печи и при выпуске продуктов восстановительной плавки через одну летку в приемный ковш. Шлаковые расплавы с высоким содержанием 8Ю₂ имеют более высокое удельное электрическое сопротивление, что способствует выделению и концентрированию в них определенной части подведенной электрической мощности. Вязкость и электропроводность шлаковых расплавов повышается с понижением температуры и особенно ниже 1 351 ^оС, что связано, в том числе, и с выделением в вязком силикатном расплаве твердых наноразмерных фаз. При постоянной температуре вязкость и электропроводность шлаковых расплавов зависят от химического состава шлаков [6]. Результаты спектрального анализа приведены в таблице 2.

На основании полученных результатов химического и спектрального анализа разработаны технологические параметры получения сплава в зависимости от состава, температуры и времени отжига (таблица 3).

Примечание: * при температуре от 600 до 450 °С в течении 90 минут производилось постепенное охлаждение в муфельной печи.

На рисунке 1 приведен процесс получения сплава согласно таблице 3.

Из пробы № 1 был получен расплав светло-черного цвета, круглой формы диаметром 10,3 см, толщиной 0,8 см и с гладкой поверхностью. В обоих образцах имеются линии (разводы) коричневого и серого цвета, показывающие границы фракции, образованные в процессе литья.

Форма расплава пробы № 2 круглая, диаметром 10 см и толщиной 0,7-0,8 см, с гладкой поверхностью, имеет сквозное отверстие, образованное в процессе литья, цвет черно-коричневый.

В результате проведенных экспериментов получены 4 образца (рисунок 2).

Цвет пробы № 3 и 4 серо-коричневый, обе с шероховатой поверхностью. В обоих образцах имеются линии (разводы) коричневого и серого цвета, показывающие границы фракции, образованные в процессе литья.

Таким образом, проведенные экспериментальные работы по переработке фер-росиликомарганца и отвального фосфорного шлака показали принципиальную возможность получения литых изделий для использования в строительной сфере.