Главная страница
Сведения об авторах

Использование металлургических шлаков в технологии фасадной керамики

Лисачук Г. В., Щукина Л. П., Цовма В. В., Филатов Д. А., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина

При производстве цветных и черных металлов в больших количествах образуются шлаки, для хранения которых ежегодно отчуждаются огромные земельные площади, пригодные для сельского хозяйства. В то же время эти отходы успешно применяют для производства ряда строительных материалов: бесклинкерных, малоклинкерных и смешанных вяжущих веществ, а также вяжущих автоклавного твердения. В последнее время возрастает интерес к использованию металлургических шлаков для получения строительной керамики. Исследования, проведенные российскими учеными, позволили установить их предельное содержание в шихте (25—30 %), обеспечивающее производство изделий с заданными свойствами.

Данная работа посвящена задаче получения фасадных керамических материалов, в частности керамических плит, с высоким содержанием отходов различных металлургических производств:

—  доменные шлаки: гранулированный (ДШГ) и отвальный (ДШО);

—   сталеплавильные шлаки: отходы производства стали мартеновским (СШМ) и кислородно-конвертерным (СШК) способами;

—   шлак чугунно-литейного производства, полученный при плавке чугуна в ваграночной печи: ваграночный шлак (ВШ).

Химический состав доменных и ваграночного шлаков характеризуется высоким содержани­ем СаО (46 %) при среднем содержании SiO₂ 36 % и А1₂О₃ 10 %. В состав сталеплавильных шлаков входят 40 % СаО, 17 % SiO₂ и весьма незначительное количество А1₂О₃ (2 %). Особенность сталеплавильных шлаков — наличие в них металлического железа. Фазовый состав материалов приведен в табл. 1.

Таблица 1

Фазовый состав шлаков

Металлургические шлаки вводили в керамические шихты в количестве 50 мас. %. В качестве пластичного компонента шихт использовали полукислые глинистые породы умеренной пластичности (глину и аргиллит) с высоким содержанием Fe₂O₃, пригодные по химическому составу для изготовления керамического кирпича и черепицы. По минеральному составу обе породы относятся к полиминеральному типу с преобладанием в глинистой части гидрослюдисто-монтмориллонитовой составляющей с примесями каолинита и хлорита. По обжиговым характеристикам глина относится к тугоплавкому среднеспекающемуся сырью низкотемпературного спекания, аргиллит — к легкоплавкому неспекающемуся сырью.

Пластичные материалы и шлаки измельчали до прохождения через сита № 05 и № 01 соответственно. Образцы готовили полусухим прессованием при влажности порошка 10 % и давлении прессования 10 МПа, а затем в течение 1 ч обжигали при температуре 1 050 °С, соответствующей максимальной степени спекания глинистого сырья. Исследованы основные обжиговые свойства полученных керамических образцов: водопоглощение и предел прочности при сжатии (табл. 2).

Таблица 2

Основные обжиговые свойства керамических образцов

Все исследованные шлаки ухудшают спекаемость глинистого сырья, но водопоглощение большинства образцов не превышает предельное значение (12 %), регламентируемое действующим стандартом на фасадные плитки, получаемые с использованием техногенных отходов. В отношении механической прочности наблюдается более сложная картина: прослеживается влияние фазового состава шлака и вида глинистого компонента. Так, комбинация легкоплавкого аргиллита с любым из шлаков (особенно с ДШГ, ДШО и ВШ) позволяет получить материалы с высокой механической прочностью. Это объясняется лучшей спекаемостью самого аргиллита и наличием в ДШГ, ДШО и ВШ упрочняющей фазы — волластонита CaO·SiO₂. Образцы, полученные с использованием тугоплавкой глины и тех же волластонитсодержащих шлаков, характеризуются значительно меньшей механической прочностью. Это обусловлено большей запесоченностью глины по сравнению с аргиллитом и ее худшей спекаемостью при температуре 1 050 °С.

СШМ и СШК, в составе которых отсутствует волластонит, не способствуют спеканию материалов и повышению их механической прочности, а в комбинации с тугоплавкой глиной резко снижают этот важнейший эксплуатационный показатель строительного материала. Кроме того, после обжига на образцах наблюдаются выплавки, связанные с наличием в составе СШМ и СШК металлического железа.

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что доменный гранулированный и ваграночный шлаки — весьма перспективные сырьевые материалы для технологии фасадной керамики. Их использование с полукислым глинистым сырьем в соотношении 1 : 1 позволяет получать керамические материалы с повышенными эксплуатационными характеристиками.

 The Use of Metallurgical Slag in the Ceramic Facade Technology

Lisachuk G. V., Shchukina L. P., Tsovma V. V., Filatov D. A., National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine

The recycled ceramic materials containing about 50 % of slag and featuring improved mechanic properties have been produced. The most suitable type of industrial waste that can be used for the manufacture of ceramic facades is cast-iron and blast-furnace slag. The recycled ceramic materials described in this paper have the following characteristics: water absorption at 8.3—12.3 % and compression strength at 47—147 MPa.

Главная страница

Сведения об авторах

Лисачук Георгий Викторович, д-р техн. наук, проф., начальник научно-исследовательской части, На­циональный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина
Щукина Людмила Павловна, канд. техн. наук, доц., Национальный технический университет «Харьков­ский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. Тел. (057) 707-64-82
Цовма Виталий Витальевич, аспирант, Национальный технический университет «Харьковский поли­технический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. Тел. (057) 707-64-82, моб. (063) 842-54-91. E-mail

© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 25.03.11