Переработка бытовых и промышленных отходов

Из расплавленных металлургических шлаков отливают разнообразные изделия: камни для мощения дорог и полов промышленных зданий, тюбинги, бордюрный камень, противокоррозионные плитки, трубы и др. Литые изделия из шлакового расплава экономически более выгодные, чем каменное литье, приближаясь к нему по механическим свойствам. Средняя плотность литых изделий из шлака достигает 3000 кг/м3, а предел прочности при сжатии -- 500 МПа.

По износостойкости, жаростойкости и ряду других свойств шлаковое литье превосходит железобетон и сталь. Литые изделия из шлака эффективнее, чем сталь, в различных футеровках, например бункеров и тачек для транспортирования абразивных материалов (руд, агломерата, щебня, песка и т. д.). Срок службы их в 5--6 раз больше срока службы стальной футеровки. На каждой тонне литых из шлака плит экономят не менее 2--3 т металла.

Не менее эффективна литая брусчатка для дорог и полов промышленных зданий. Срок службы автомобильных дорог из шлаколитой брусчатки между капитальными ремонтами в 2 раза больше, а эксплуатация дешевле, чем асфальтовых. Из шлака отливают тюбинги для водонепроницаемых креплений горных выработок, жаростойкие блоки с температурой службы до 1100--1200 °С, химически стойкие изделия.

В производстве литых изделий ( 2.14) применяют расплавы нераспадающихся, обычно кислых доменных, мартеновских, медеплавильных, никелевых и других шлаков. Огненно-жидкие шлаки загружают в специальный миксер, где они подогреваются для дегазации, а затем сливают в ковш и подают на литейную площадку к подготовленным формам, где отливки и затвердевают.

При затвердении, кристаллизации и последующем охлаждении отливок усадка шлака составляет 7% объема, что вызвано изменением температуры и фазовыми превращениями. Неравномерное распределение температур, колебания химического состава шлака приводят к возникновению напряжений которые могут превышать предел прочности литья на растяжение и приводить к образованию трещин. Термические напряжения в изделиях снимают в специальных печах для кристаллизации и отжига.

Для уменьшения напряжений и ликвидации усадочных явлений в отливках создают жесткий каркас наполнителя в качестве которого, используют кусковые шлаки. При отливке небольших плоских изделий количество наполнителя составляет 10--25% объема, и он в основном расплавляется, аккумулируя тепло. В массивных изделиях наполнитель составляет до 40--60% объема изделия и оплавляется лишь частично, снижая усадку и улучшая условия кристаллизации шлака. При этом возможно в широких пределах изменять среднюю плотность изделий, а также улучшать условия работы форм и значительно сокращать сроки охлаждения отливок.

Крупные изделия для снижения внутренних напряжений армируют стальной арматурой. Поскольку коэффициент термического расширения шлака меньше, чем стали, при остывании изделий стальная арматура плотно стягивает отливку, препятствуя образованию трещин. Армированные шлаколитые изделия можно применять вместо сборных железобетонных, они превосходят последние по прочностным показателям.

Однако недостатками этих изделий являются некоторое снижение прочности стали при высокой температуре шлакового расплава, а также сравнительно высокая трудоемкость изготовления.

Для получения пористого шлакового литья выполняют поризацию шлакового расплава. С этой целью, например, на дно формы насыпают увлажненную коксовую мелочь или обрабатывают расплав водой. Из поризованного шлакового расплава формуют изделия разнообразных конфигураций. В зависимости от степени поризации средняя плотность литых изделий колеблется в диапазоне 350---1500 кг/м3 при прочности на сжатие 1,5--30 МПа.

Шлаковые стекла. Металлургические шлаки применяют в качестве основного сырья при получении шлаковых стекол, а также как добавки, интенсифицирующие процессы стекловарения.

Отмечено благоприятное влияние добавок на осветление стекломассы благодаря наличию в них тонкодисперсных частиц сульфидов натрия и кальция, которые усиливают выделение газов.

Образующийся сернистый газ активизирует массообмен в проваривающейся шихте и тем самым способствует быстрейшему силика-тообразованию при температуре на 30--35 °С ниже обычной.

Рекомендуется использовать до 9% добавки шлака для производства листового стекла. При этом выработочные и эксплуатационные свойства стекла не ухудшаются. Отработаны технологии получения шлаковых стекол для изготовления декоративных плит и стеклокрошки.

Перспективным материалом является сигран. Этот декоративно-отделочный материал разработан в МХТИ им. Д.И. Менделеева на основе металлургических шлаков

Характерной особенностью сиграна, имеющего по всему объему оранжево-коричневый цвет, являются включения в его массе поликристаллических агрегатов неправильной формы иного цвета, чем основная масса.

По внешнему виду он напоминает природные отделочные материалы -- гранит, мрамор. Установлено, что на структуру сиграна влияет структура исходного стекла и режим его термообработки.

Варьируя количеством добавок и режимом термообработки, можно получать сигран с различным размером агрегированных частиц (от 2 до 5 мм). При этом меняется и структура этих частиц.

Получены авантюриновые стекла на основе шлаков металлургических производств, декоративный эффект в которых достигнут за счет оксидов Си, Сг, Fe, Pb, U.

Многие известные составы авантюриновых стекол не нашли широкого применения из-за дороговизны применяемых сырьевых материалов. Для массового производства подходят лишь хромовые авантюриновые стекла.

Проведенные исследования показали возможность удешевления авантюриновых стекол за счет использования до 60% шлака в шихте. Наблюдается тенденция дальнейшего увеличения содержания шлака в стекле.

Предложено авантюриновое стекло на основе высокожелезистых шлаков. Оно обладает хорошими декоративными и физико-химическими свойствами: микротвердость -- 50--62 МПа, щелочеустойчивость -- 93,5--97%, температура размягчения-- 620--650 °С, показатель преломления -- 1,587--1,596.

Всесторонние исследования авантюриновых стекол на основе шлаков позволили, например, внедрить на Херсонском заводе стеклоизделий состав авантюринового стекла, разработанный в Днепропетровском химико-технологическом институте.

Сырьем для этого стекла является феррохромовый шлак с подшихтовкой кварцевым песком и содой. Состав шихты на 100 кг стекла (кг): песок -- 42,7; шлак -- 48,52; сода-- 17,72.

В НИИавтостекла совместно с МХТИ им. Д.И. Менделеева впервые в стране разработан и основан поточный способ получения листового авантюринового стекла на основе шлаков. Стекло представляет почти черную массу со светящимися в отраженном свете включениями светло-зеленого цвета.

Авантюриновое шлаковое стекло является разновидностью марблита -- облицовочного материала на основе глушеных стекол, изготавливаемого в виде плит непрерывным прокатом. Марблит можно получать различной окраски с использованием доменного, медеплавильного и других видов шлака.

3.2 Шлакоситаллы

Шлакоситаллы -- разновидность стеклокристаллических материалов, получаемых направленной кристаллизацией стекол. В отличие от других ситаллов, сырьевыми материалами для них служат шлаки черной и цветной металлургии, а также золы от сжигания каменного угля.

Шлакоситаллы широко применяются в строительстве как конструкционные и отделочные материалы, обладающие высокой прочностью, износостойкостью и химической стойкостью.

Производство шлакоситаллов заключается в варке шлаковых стекол, формовании из них изделий и последующей их кристаллизации. Шихта для получения стекол состоит из шлака, песка, щелочесодер-жащих и других добавок. Эффективно использование огненно-жидких металлургических шлаков, что экономит до 30--40% всего тепла, затрачиваемого на варку.

Шлаковое стекло готовят в два этапа:

1) сырье предварительно варится в конвертере, где смешиваются жидкий шлак и другие сырьевые компоненты;

2) полученная стекломасса осветляется в ванных печах.

Для получения белого и серого шлакоситалла в состав стекла вводят оксид цинка, голубых оттенков -- оксид хрома, черного -- сульфиды железа и марганца. Поверхность шлакоситаллов может окрашиваться цветными керамическими красками.

Шлакоситаллы в виде прокатных листов, прессованных плит, труб и других изделий выпускают на поточных механизированных линиях. Отформованные изделия поступают в кристаллизатор, где подвергаются тепловой обработке.

Шлакоситаллы отличаются от большинства строительных материалов более высокими физико-механическими свойствами (табл. 2.16). Так, их прочность в несколько раз превышает прочность исходного стекла и близка к прочности чугуна и стали. В то же время шлакоситаллы в 3 раза легче их.

Термостойкость шлакоситаллов достигает 150--200 °С. Особенно высокими являются показатели химической стойкости и стойкости к истиранию.

Шлакоситаллы можно подвергать различным способам механической обработки: шлифовке, полировке, резке, сверлению алмазным или карборундовым инструментом. Этот материал можно упрочнить закалкой на 50--100%.

Плитами из листового шлакоситалла облицовывают цоколи и фасады зданий, отделывают внутренние стены и перегородки, выполняют из них ограждения балконов и кровли.

Шлакоситалл -- это эффективный материал для ступеней, подоконников и других конструктивных элементов зданий, а также полов промышленных и гражданских зданий.

Из шлакоситалла изготавливают трубы, высоковольтные изоляторы и др.

Высокая износостойкость и химическая стойкость позволяют успешно применять шлакоситаллы для защиты строительных конструкций и аппаратуры в химической, горнорудной и других отраслях промышленности. Наряду с плотным получают пористый шлакоситалл (пено-шлакоситалл), который является хорошим теплоизоляционным материалом.

Экономический эффект применения шлакоситаллов зависит от области строительства и вида заменяемых традиционных материалов.

Размещено на Allbest.ru