Линия по утилизации боя красного кирпича в песок

   Часто объем полезного ископаемого  составляет 10…15%, а объем вскрышной  породы, являющейся по существу также полезными ископаемыми, вывозятся в отвал.

Исследования  показали, что щебень, получаемый из попутно добываемых кварцитов одного из железорудных месторождений, вполне может заменить привозной гранитный щебень себестоимость его в 2…3 раза ниже себестоимости привозного.

Согласно  данным института ВНИИПИИстромсырье, этот щебень целесообразно использовать в бетонах с пределом прочности до 30…35МПа даже при неблагоприятной форме зерен (пластинчатых и игловатых до 40%), вызывающей перерасход цемента на 8…12%.

   Возникает вопрос: распространяются  ли технические требования к  заполнителям на промышленные  отходы? С одной стороны, технические требования к заполнителям для бетона сформулированы в стандартах безотносительно к источникам их получения, т.е. эти требования относятся  и к заполнителям  из промышленных отходов. С  другой стороны, требования стандартов отражают не только техническую сторону проблемы, но и экономическую. Если, например, сырье данного месторождения даст заполнитель невысокого качества и его применение приведет к необходимости дополнительных затрат, то вполне возможно, что вполне возможно, что  из экономических соображений разработка данного месторождения не целесообразна. В этом случае ограничения, предусмотренные стандартами, конечно оправданы. Но ведь отходы промышленности, попутно разрабатываемые горные породы уже добыты, затраты их разработку уже произведены, более того, их вывоз в отвалы связан с немалыми дополнительными  затратами. Очевидно, что при этом не следует формально придерживаться требований стандартов, можно воспользоваться содержащимися в них оговорками о допустимости тех или иных послаблений «по соглашению сторон» или «при соответствующем технико-экономическом обосновании». На основании тщательного исследования заполнителей из тех или иных видов промышленности в установленном порядке разрешается их использование, а при необходимости утверждаются новые государственные стандарты или технические условия.

Отходы, получаемые в процессе обогащения полезных ископаемых. 

   Кроме вскрышных и сопутствующих  пород, залегающих в месторождениях  слоями и разрабатываемых отдельно, есть горные породы, которые не удается при разработке отделить от полезного ископаемого. Их добывают вместе с полезными ископаемыми, а потом различными способами отделяют в процессе его обогащения с 

выделением  так называемой пустой породы. Пустая порода может быть в виде щебня  или песка.        

   Например, отходы горно-обогатительного  комбината представляет собой  железистые кварциты в виде щебня сухой магнитной сепарации, содержащего 70% кремнезема и до 14…18% железа и мелкого песка. По данным исследований использование этих отходов в качестве заполнителей позволяет получать высокопрочные и стойкие бетоны для ответственных конструкций.

   В каменноугольных бассейнах  отходы добычи и обогащения  углей скопилось в отвалах  –терриконах. Они представляют  собой пустую породу с некоторым  содержанием угля. В результате возгорания угля в терриконах образуется так называемые горелые породы. Как показали исследования, горелые породы в виде пористого щебня и песка с насыпной плотностью 800…1000кг/м³  можно использовать в качестве дешевого местного заполнителя для бетонов с пределом прочности 10…20МПа при уменьшении расходов цемента.

    В качестве сырья отходы углеобогащения  применяются при производстве  искусственного пористого заполнителя аглопорита . Аглопорит можно получать и из глинистых пород, но при этом требуется значительный расход топлива ( каменного угля). Если же используются отходы углеобогащения, достигается экономия топлива, так как угля, содержащегося в отходах, вполне достаточно для процесса агломерации.

Металлургические  шлаки.

   Металлургическая промышленность  ежегодно даёт около 50 млн.т.  шлаков, а в отвалах их скопилось еще больше. Это главным образом доменные шлаки, а также мартеновские, ваграночные и др. Так, при выплавке чугуна на каждую тонну основной продукции получают 0.5…1 тонну шлака. Если оценить выход не по массе, а по объёму, то получится шлака в 2…3 раза больше, чем чугуна. Поэтому называть шлаки отходами можно лишь условно. В сущности это не отходы, а тоже ценный, попутно добытый продукт.

   Недостаточное использование металлургических шлаков приводит не только к недоизвлечению прибыли, но и к удорожанию основной металлургической продукции за счет больших затрат на вывозку шлаков и содержание огромных отвалов.

   Химический состав металлургических  шлаков разнообразен. Доменные шлаки состоят в основном из следующих оксидов: 30…50% CaO, 30…40% SiO₂,10…30%Al₂O₃, а также содержат примеси железа, магния, марганца, серы.

   По химическому составу различают  шлаки основные, для которых модуль  основности М_о>1 и кислые, для которых М_о<1.

   Частично доменные шлаки используют  в цементной промышленности. Некоторая  их часть применяется для получения  шлаковаты, литых изделий и  т.д. При этом значительный объем шлаков текущего выхода, а также запасы отвальных шлаков могут быть использованы для получения заполнителей. 

Щебень  из доменного шлака.

   Щебень для тяжелого бетона  можно получить из доменных  шлаков текущего выхода или дроблением и сортировкой шлаков из старых отвалов.

    Шлаки в отвалах неоднородны  по составу и свойствам. В зависимости от условий остывания степень их кристаллизации различна. Неодинакова их пористость и прочность. В связи с этим целесообразна разработка старых отвалов или обогащение шлака после дробления на щебень.

   При изготовлении огненно-жидкого  доменного шлака текущего выхода его сливают на специальные литейные площадки или в траншеи, где шлак при медленном остывании кристаллизуется. В силу неравномерного охлаждения образуется трещины, поэтому охлажденный массив доступен непосредственной разработке экскаватором с последующим дроблением. Для усиления растрескивания и облегчения последующей переработки шлак после кристаллизации поливают водой.

   В зависимости от химического  и минералогического составов  некоторые шлаки могут подвергаться  распаду. Иногда кусковой шлак самопроизвольно превращается в порошок. Исследованиями установлено, что основной причиной возможного разрушения является образование в шлаке неустойчивых силикатов кальция, претерпевающих затем объемные деформации. Такое разрушение называют силикатным распадом.

    Чтобы проверить стойкость шлакового  щебня к силикатному распаду,  пробу испытывают пропариванием над кипящей водой или в автоклаве в среде насыщенного водяного пара при давлении 0.2МПа. таким образом процессы распада силиката кальция нестабильной формы интенсифицируются и проявляются в измельчении зерен. Шлаковый щебень считается стойким к силикатному распаду, если в результате испытания потеря в массе данной функции, т.е. отсев мелочи на сите, не превышает 5%.

     Предварительная оценка пригодности доменного шлака для производства щебня производится по данным химического анализа. Предполагается, что шлак будет иметь устойчивую структуру, если массовая доля в нем оксида кальция удовлетворяет условию: CaO< 0.92 SiO₂+0.2 MgO

     Устойчивую структуру имеют, как правило, кислые шлаки.

      Для стабилизации в шлаки, склонные  к распаду, вводят некоторые  добавки, растворяющиеся в расплаве  и направляющие кристаллизацию в желаемом направлении с образованием устойчивых минералов.

      По показателю дробимости при сжатии в цилиндре щебень из доменного шлака подразделяют на четыре марки: Др-45 для бетона с пределом прочности ниже 20 МПа, Др-35 для бетона с пределом прочности 20…30МПа, Др-25 для бетона с пределом прочности 30…40МПа, Др-15 для бетона с пределом прочности 40МПа и выше.

     Таким образом, на щебне из  доменного шлака можно было  получать высокопрочные бетоны для разнообразных конструкций. Шлаковый щебень в районах сосредоточения металлургической промышленности обходится значительно дешевле других заполнителей, в частности щебня из природного камня, его применение дает значительный экономический эффект.

     Однако содержащаяся в шлаке  сера может вызвать коррозию  стальной арматуры. В связи с этим использование шлакового щебня в производстве железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой должно быть обосновано специальными исследованиями, если содержание серы  больше 2.5%, то требуется специальное исследование бетонов для всех видов конструкций.

     Насыпная плотность шлакового щебня для тяжелого бетона должна быть не менее 1000кг/м³. Это плотный и прочный заполнитель черного и темно-серого цвета, шероховатый в изломе.

     Некоторые виды шлаков, так называемые  «газистые», вспучиваются пузырьками  выделяющихся газов и застывают в виде пористого материала. Насыпная плотность из таких шлаков составляет 800кг/м³ и менее, поэтому он может быть применен для легких бетонов. В основном же пористые заполнители для легких бетонов из металлургических шлаков получают искусственной поризацией.

    Для получения плотного высокопрочного  щебня из доменного шлака часто  требуется их дегазация. Это может быть достигнуто введением в шлаковый расплав специальных добавок, а также путем виброобработки.

    Отвальные пористые шлаки в  значительной степени неоднородны. Для того чтобы повысить эффективность их применения, целесообразно обогащение с разделением по плотности на пнемоклассификаторах, серийно выпускаемых промышленностью и используемых на углеобогатительных фабриках.

     Недавно разработана технология разделения шлакового щебня воздушной струей вентилятора. Чем легче зерна, тем дальше от вентилятора относит их воздушная струя. Так, при исходной насыпной плотности шлакового щебня 950кг/м³ был получен щебень трех классов с насыпной плотностью 1210, 970, и 730кг/м³. На самом тяжелом можно получать конструкционные бетоны более высокой прочности при меньшем расходе цемента, на самом легком – бетоны с меньшей теплопроводностью. Экономический эффект в 10 раз превысил затраты на разделение щебня. 

Гранулированный шлак

     При обработке огненно-жидких металлургических шлаков водой происходит резкое охлаждение шлакового расплава и его грануляция – дробление на отдельные мелкие зерна. Структура зерен аморфная, стеклообразная.

      По зерновому составу гранулированный шлак соответствует крупному песку: размер зерен преимущественно 0.6…5мм, причем примерно 50% (по массе) составляют зерна крупнее 2.5мм. Нередко имеются более крупные зерна (до 10мм).

      Насыпная плотность гранулированного  шлака колеблется в широких пределах – 600…1200кг/м³. Это связано с тем, что в зависимости от свойств шлака могут получаться плотными или пористыми. Пустотность гранулированных шлаков велика – до 60…70%.

      Гранулированные шлаки потребляются  главным образом в производстве шлакопортландцемента, но в значительном объеме они используются также в качестве заполнителем для бетонов. Такой бетон характеризуется высокой прочностью, водонепроницаемостью и повышенной стойкостью.

      В некоторых районах нет природных  песков требуемого зернового состава, применение мелких песков вызывает перерасход цемента, а перевозка крупных песков из других районов обходится очень  дорого. В этих условиях экономически выгодно использовать имеющиеся гранулированные шлаки для обогащения природных мелкозернистых песков, применяя их в смеси. Установлена эффективность их использования в бетонах различного назначения: высокопрочном, конструкционно-теплоизоляционном, жаростойком и декоративном.