СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ШЛАКОВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

На сегодняшний день отходы черной металлургии являются одним из главных источников загрязняющих веществ и в то же время обладают значительным ресурсным потенциалом. Они могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства, что позволило бы снизить объемы размещения неутилизируемых отходов в окружающей среде, уменьшить экологическую нагрузку и использовать ресурсный потенциал отходов вместо потребления первичных материалов.

Традиционно шлаки черной металлургии применяют в дорожном строительстве, производстве строительных материалов, в том числе облицовочных плит и вяжущих материалов, особенно для изготовления шлакопортландцемента,

Крупные гранулы отходов промышленности используютсяпри возведении фундамента и укреплении насыпей, а также при изготовлении шлакоблоков, отличающихся износоустойчивостью, меньшим весом и повышенными показателями тепло- и влагоизоляции. Из шлаков более мелкой фракции производят добавки для бетона или асфальта. Что касается пыли и самых мелкофракционных частиц, то их применяют в качестве добавок при производстве тротуарной плитки и минваты. Крошка добавляется в строительные смеси для повышения прочностных характеристик составов [3].

Все выше перечисленные направления предъявляют повышенные требования к качеству шлаков. В связи с этим для соответствия требованиям каждой области применения исходные шлаки подвергают обработке. Тем не менее повышенные требования к экологической эффективности окружающей среды могут ограничить применение шлаков в качестве строительных материалов [1].

Таблица 1.

Показатели основного химического состава отходов черной металлургии

В развитых странах созданы специализированные организации и научные институты, которые занимаются вопросами применения отходов в строительстве. Так, например, в Канаде существует Национальная шлаковая ассоциация, во Франции действует Техническая ассоциация по применению и изучению доменных шлаков, а в Англии имеется Британская ассоциация шлака. В таких странах, как Германия и Англия продукцию из шлака металлургические предприятия производят самостоятельно. Что касается других стран Европы, то здесь шлак передают сторонним организациям по производству строительных материалов на вторичное использование. Национальная шлаковая ассоциация США добилась на правительственном уровне признания шлака минеральным сырьевым материалом.

В странах Европы в год производится около 24 млн т шлаков черной металлургии, в России — около 17 млн т. При этом в странах ЕС используется практически весь объем вновь образующихся шлаков, а в России — только около 60 % [4].

Рециклинг шлаков черной металлургии в Германии достиг высокого уровня и на сегодняшний день степень их оборотного использования превышает 90 %, что наглядно видно в таблице 1.

Таблица 2.

Использование шлаков черной металлургии в Германии

Существенная разница присутствует и в структуре направлений применения шлаков черной металлургии. В странах ЕС порядка 65 % используется в производстве цемента и около 30 % в дорожном строительстве, а в России соответственно 35 и 57 %.

В настоящее время объем использования вновь образующихся шлаковых отходов черной металлургии в России существенно увеличился в основном за счет увеличения масштабов строительства.

Утвержден целый ряд стратегических документов, определяющих вектор развития основных потребителей металлопродукции. Прогнозируется рост потребления металлопродукции из черных металлов, направляемой на капитальное строительство, включая строительство новых магистральных газо- и нефтепроводов, дорожное строительство и ремонтно-эксплуатационные нужды, а также для обеспечения реализации национальных проектов [5].

Освобождение территорий от залежей шлаков и одновременное создание безотходного производства в РФ, обеспечивающее экологическую безопасность, контролируется Распоряжением Правительства РФ от 25 января 2018 г. №84-р.

Таблица 3.

Динамика изменения образования, использования, обезвреживания, захоронения и хранения отходов в РФ за 2007–2014 гг.

За границей шлаки используются в качестве заменителя щебня. За последние годы во Франции в качестве материала для совершенствования свойств песка, щебня и гравийно-песчаной смесей стали широко применяться немолотые доменные гранулированные шлаки. Смеси такого рода, как правило, производятся в стационарных смесительных установках. Например, для реконструкции магистральной дороги Нанси-Страсбург (1969г.) была установлена смесительная установка производительностью 350 т/ч, которая создавала смесь, в состав которой входили щебень (гравий)-50 %, песок-30 %, гранулированный шлак-20 %, известь-2 %, вода- 8 % [2].

Известно, что при добавлении доменного шлака в цемент, существенно меняются его свойства: увеличивается срок службы бетонов, повышаются плотность и стойкость к воздействию сульфатов.

В минувшие годы металлургические фирмы и предприятия в России по переработке шлака направили свои силы на повышение качества продуктов, получаемых из шлаков черной металлургии. Однако в настоящее получаемая при дроблении мелкая фракция шлака плохо поддается утилизации как в строительстве, так и в металлургии. Лишь небольшие объемы используются в производстве удобрений или для специальных целей при земляных работах или для укрытия отвалов.

Несмотря на большие успехи в нашей стране в области модернизации действующих предприятий черной металлургии можно сделать вывод о том, что использование шлаков в настоящее время сдерживается в силу ряда причин, ведущими из которых являются:

- несовершенство отечественной нормативно-правовой базы обращения с отходами, которая не стимулирует использование ресурсного потенциала, задолженного в отходах;

- отсутствие должного экономического стимулирования использования вторичных материалов, полученных из отходов или с их применением, при относительно низких ценах на первичное сырье, что делает экономически мало привлекательным освоение задолженного в отходах ресурсного потенциала;

- низкий уровень платежей за размещение неутилизируемых отходов в объектах окружающей среды;

-недостаточная разработанность методических подходов и критериальной базы по разработке наилучших доступных технологий по использованию отходов черной металлургии [4].

В Оренбургской области сырьевая база позволяет готовить продукцию не только из природного сырья, но и из отходов производства. Это одна из немногих областей, где заводы расположены в промышленной зоне вблизи металлургических комбинатов, что дает широкий простор для реализации научных разработок, связанных с утилизацией шлаков.

Черная металлургия области представлена Орско-Халиловским металлургическим комбинатом, ныне ОАО «Уральская сталь», расположенным в городе Новотроицке [6]. Доменные шлаки этого предприятия наиболее благоприятны по своему химическому составу для последующей переработки в строительные материалы.

Для обеспечения утилизации шлаков в будущем стоит осваивать новые ниши в областях, где предъявляются более высокие требования к качеству, которое не могут удовлетворить побочные продукты из других отраслей. Тем не менее потенциальные возможности металлургических шлаков реализованы еще не полностью. Требуются новые процессы переработки для повышения качества шлаков. Усилия черной металлургии направлены на расширение сферы применения шлаков на основе повышения их свойств. 

Список литературы:

1. Новейшие достижения в переработке шлака [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL http://rcit.su/proj-05-02d.html (дата обращения: 08.06.2019).
2. Романенко И. И., Романенко М. И., Петровнина И. Н. Новые материалы в дорожном строительстве // Молодой ученый. — 2015. — №7. — С. 198-200. [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL https://moluch.ru/archive/87/16615/ (дата обращения: 08.06.2019).
3. Что такое шлак и для чего его применяют в строительстве [Электронный ресурс] — Режим доступа.— URL https://zamesbetona.ru/podgotovka/shlak-jeto.html (дата обращения: 08.06.2019).
4. К.Г. Пугин, Я.И. Вайсман, Методические подходы к разработке и идентификации наилучших доступных технологий на примере использования шлаков черной металлургии // Вестник МГСУ. – 2013. - №10. – С. 183-195.
5. Боброва З. М., Ильина О. Ю., Хохряков А. В., Цейтлин Е. М. Применение отходов горно-металлургических и металлургических производств в целях рационального природопользования // Известия Уральского государственного горного университета. – 2015. – С. 12 – 26 [Электронный ресурс] — Режим доступа.— URL https://iuggu.ru/download/2015-4-Tseitlin.pdf (дата обращения: 08.06.2019).
6. Турчанинов, В. И. Строительные материалы из промышленных отходов и местного сырья Оренбургской области [Текст]: учеб. пособие для вузов / В. И. Турчанинов; М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. агентство по образованию, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования "Оренбург. гос. ун-т". - Оренбург: ОГУ, 2006. - 149 с.