CC BY
230
2. Пащенко А. А. Физическая химия силикатов / Пащенко А. А. - К. : Вища школа, 1977.
- 384 с.
3. Пащенко А. А. Вяжущие материалы / Пащенко А. А., Сербин В. П., Старческая Е. А.
- К. : Вища школа, 1985. - 440 с.
4. Корнеев В. И. Красные шламы - свойства, складирование, применение / Корнеев В. И., Сусс А. Г., Цеховой А. И. - М. : Металлургия, 1991.-144 с.
5. Производство глинозема: 2-е изд., перераб. и доп. / [Лайнер А. И., Еремин Н. И., Лайнер Ю. А., Певзнер И. З.]. - М. : Металлургия, 1978. - 344 с.
6. Приходько А. П. Складирование отходов глиноземного производства / А. П. Приходько, Н. С. Сторчай // Вюник Придншровсько! державно! академи буд1вництва та архггектури. - 2005. - № 6. - С. 31 - 34.
7. А. с. 1495321 А1. СССР. МКИ С О4 В 7/00. Вяжущее / К. В. Петриченко, А. П. Приходько, В. Н Пунагин, В. А. Селезень, В. А. Утков, И. М. Бастрига, В. В. Колохов (СССР).
- № 4285156/31-33; заявл. 15.07.87; опубл. 23.07.89, Бюл. № 27.
8. Приходько А. П. Использование бокситового шлама алюминиевой промышленности в комплексном шлакощелочном вяжущем / А. П. Приходько, В. Н. Пунагин, В. Е. Онищенко // Вюник Придшпровсько! державно! академи буд1вництва та архтектури. - 2001. - № 2. - С. 39
- 46.
9. Пат. 43115А Украина, МКИ С О4 В 7/14. В'яжуче / Приходько А. П., Онищенко В. Е.; заявитель и патентообладатель Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. - № 2001021282; заявл. 22.02.2001; опубл. 15.11.2001, Бюл. № 10.
10. Приходько А. П. Тяжелые, легкие и ячеистые бетоны с использованием отходов промышленности Приднепровья / А. П. Приходько, В. А. Еременко, А. К. Карпухина, В. А. Мартыненко // Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. Сб. науч. трудов. Вып. 1 - Днепропетровск : ПГАСА. 2005. - С. 15 - 23.
11. Пат. 31754 Украина, МПК С 04 В 38/00 Сировинна сумш для отримання шздрюватого бетону / Приходько А. П., Сторчай Н. С.; заявитель и патентообладатель Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. - № и 2007 12268; заявл. 25.04.2008; опубл. Бюл. № 8.
12. Пат. 34907 Украина, МПК С 07 С 7/00. Сировинна сумш для отримання портландцементного клшкеру / Большаков В. I., Приходько А. П., Савин Ю. Л.,Савин Л. С., Баранов Ю. Д. Лисенко С. В., Шматков Г. Г.; заявитель и патентообладатель Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. - № и 2008 04169; заявл. 02.04.2008; опубл. 26.08.2008. Бюл. № 16.
13. Пат. 34911 Укра!на, МПК С 04 В 28/02 (2008.01). Бетонна сумш / Большаков В. I., Приходько А. П., Савин Ю. Л., Савин Л. С., Баранов Ю. Д. Лисенко С. В.,Шматков Г. Г.; заявитель и патентообладатель Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. - № и 2008 04196; заявл. 03.04.2008; опубл. 26.08.2008. Бюл. № 16.
14. Пат. 34906 Украина, МПК С 04 В 28/00. Буд1вельний розчин / Большаков В. I., Приходько А. П., Савин Ю. Л., Савин Л. С., Баранов Ю. Д., Лисенко С. В., Шматков Г. Г.; заявитель и патентообладатель Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. - № и 2008 04168; заявл. 02.04.2008; опубл. 26.08.2008, Бюл. № 16.
УДК 504.064.4:669.181.28
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛУРГ1ЙНИХ ШЛАК1В
С. А. Щербак, д. т. н., проф., Н. В. Калиниченко, асп., М. О. Сл1сеева, асп.
Ключовi слова: металургтний шлак, х1м1чний склад шлаюв, структуроутворення шлаюв, будгвелъш матергали на основг шлакгв, використання металургШних шлакгв.
Постановка проблеми. Основна маса вщход!в металургшного виробництва утворюеться у вигляд! шлаюв. Зпдно [1], шлаки - це продукти високотемпературно! взаемоди палива, руди, плавшв та газового середовища.
Металургшш шлаки е сировинним матер1алом для буд1вельно! промисловосп. Проте для розробки технолопчних ршень з переробки металургшних шлаюв { отримання на !х основ! яюсних буд!вельних матер!ал!в необхщне ч!тке визначення ! розумшня процешв формування
шлакових розплавiв i структуроутворення з них твердих шлакiв. Вивчення механiзмiв структуроутворення як самих шлаюв, так i матерiалiв на !х основi, дозволить управляти процесами структуроутворення i одержувати будiвельнi матерiали iз заданими властивостями.
Мета. Проаналiзувати загальну характеристику металургiйних шлакiв та способи використання !х у будiвельнiй промисловосп.
Основна частина. За даними хiмiчного аналiзу, основними шлакоутворювальними оксидами е оксиди шести елементiв - СаО та ш. Типовий хiмiчний склад металургшних шлакiв представлений у [2 - 5 ].
Однак, хiмiчний склад металургшних шлаюв та !х структура можуть змiнюватися залежно вщ складу порожньо! породи, виду металу, який виплавляеться, особливостей самого металургшного процесу, умов охолодження та деяких шших.
Загалом металургiйнi шлаки шдроздшяють на шлаки чорно! та кольорово! металурги. Шлаки чорно! металурги залежно вщ процесу й типу печей дшять на доменнi, сталеплавильнi (мартешвсью, електропаливнi, конверторнi), вагранковi та шлаки виробництва феросплавiв. З вище на приведених видiв найбiльший вихвд мають доменнi шлаки, в яких на 1 т чавуну вихщ складае 0,6 - 0,7 т, при виплавщ сталi мартенiвським способом - 0,2 - 0,3 т, а в електропечах -0,1 - 0,04 т [1].
За своею природою шлаки вщграють одну з важливих ролей у фiзико-хiмiчних процесах металургшного виробництва. Вони захищають метал вщ шюдливо! ди газового середовища та очищають вiд небажаних домшок [6].
Вiдомо [1; 7; 8], що на фiзичнi властивостi шлакових розплавiв значно впливае !х хiмiчний склад. Це впливае й на структуру та властивосп вже затвердших шлакiв. Так, наприклад, якщо збшьшувати вмiст оксиду кальцiю, отримаемо тдвищення температури плавления шлакiв та зниження текучосп. А при вмiстi певно! кiлькостi MgO, МпО, БеО, 8Ю3 в'язкiсть шлакового розплаву зменшуеться. До збшьшення в'язкостi шлакових розплавiв призводять пiдвищення вмiсту в них кремнезему вище 40 %, а також алюмшю А12О3 [1].
Металургiйнi шлаки широко використовуються як сировина для будiвельних матерiалiв. При цьому важливою характеристикою !х хiмiчного складу е сшввщношення в них кислих та основних оксищв - модуль основност (Мо), який обчислюеться за формулою:
м = (Са0+Щ0Х
0 (810 2 + А/2 03)'
Вiдомо [1; 7; 9 - 11], що при М0 > 1 шлаки належать до основних, а при М0 < 1 — до кислих.
1ншим критерiем е модуль активносп (Ма), який виражае спiввiдношення глинозему та кремнезему (%)[7; 12]:
А/2 03
М„ =■
8°2
З пiдвищениям модуля основностi та модуля активностi у бiльшостi випадюв зростае гiдравлiчна активнiсть [7; 12].
Про актившсть шлаку судять [12; 13] за так званим коефщентом якосп (К), який запропонував П. П. Будников [14]. Цей коефщент вщображае вмiст компонентiв шлаку, що е найбшьш iстотним. Вiн залежить вiд вмiсту (%) оксидiв кальщю, алюмiнiю, магнiю та двооксидiв кремшю, титану [12]. Вiн виражае собою вщношення суми оксидiв кальцiю, магшю та глинозему до суми кремнезему, оксиду титану та марганцю.
При вмiстi MgO до 10 % коефщент якостi встановлюють за формулою:
СаО + А/203 + М8°
К =
8/02 + ГЮ2
При вмюп ж MgO бiльше 10 % - за формулою:
СаО + А/203 +10
К = ■
БЮ2 + ТЮ2 + (М80 -10)
Високоактивними шлаками [13] вважаються п, у яких коефiцiент якостi вище 1,9, а активними i менш активними - вщповщно 1,6 та нижче.
Залежно вiд коефiцiента якосп та хiмiчного складу шлаки подшеш на три сорти [7; 12; 15]. Авторами [16] було розглянуто класифшащю з урахуванням впливу окремих компонента на гiдравлiчну активнiсть доменних шлакiв. Тут уводяться такi поняття як «носiй» та «збудник»
активность Нолями активност у шлаках е силшати та алюмосилiкати кальщю. 1х гiдратацiя зумовлюе твердiния шлакових в'яжучих. Але, як правило, носи активносп в шлаках самi по собi iнертнi i для активаци процесу !х пдратаци необхiднi збудники.
У ролi збудникiв у бшьшосп випадкiв виступае сульфiд кальцiю, кшьюсть якого залежить вiд загального вмюту сiрки в шлацi та вщ наявностi в ньому активнiших до шрки катiонiв марганцю i залiза.
Ця класифiкацiя враховуе те, що гiдравлiчна активнiсть шлаку при одному i тому ж хiмiчному складi шлаку буде рiзко вiдрiзнятися залежно вiд умов охолодження (грануляцiя або повшьне охолодження) та вiку («старшня» шлаку).
Шлаковi розплави - це, в основному, сплави ситкапв та алюмосилша^в кальцiю [15]. Саме тому вони е цшним сировинним матерiалом для виробництва будiвельних матерiалiв.
Властивосп металургiйних шлакiв та матерiалiв на !х основi вивчалися такими авторами як О. В. Волженський, В. Д. Глуховський, В. I. Большаков, С. М. Рояк, О. П. НЫфоров,
П. В. Кривенко, Г. В. Пухальський, Д. Бернал, Л. Блондю та ш.. [7; 8].
Встановлено [15], що для розробки технолопчних ршень для переробки металургшних шлаюв, а також для виробництва яюсних будiвельних матерiалiв на !х основi необхiдне визначення та розумiння процесiв формування шлакових розплавiв, а також структуроутворення з них твердих шлаюв. Саме вивчення механiзмiв структуроутворення шлакiв та матерiалiв на !х основi дозволить управляти процесами утворення структури та отримувати буд1вельш матер1али з необхщними властивостями.
Рис. 1. Приклад структури доменного шлаку Днтродзержинсъкого заводу. Кристали фаялту 2Ев0 • БЮ2. (збыъшення 96.) [17]
Puc. 2. Характeрнi cкладu дoмeннux шлаюв cucmeM CaO - SiO2 - Al2O3 та CaO - SiO2 - MgO
2б
Оксиди, яю входять до складу шлаюв, можуть утворювати р1зноман1тн1 мшерали. У [1] вказано, що в шлаках може юнувати до сорока подвшних i потршних сполук, головне мюце серед яких займають силшати, алюмосилшати, алюмшати та ферити.
В основних шлаках переважаючими кристал1чними фазами е 2СаО ■ i 2СаО ■ А1203 ■ 8Ю2, а в кислих - СаО ■ i СаО ■ А1203 ■ 28Ю2. Однак вщомо [15], що в основних шлаках можуть утворюватися структури типу СаО ■ 8Ю2 та СаО ■ А1203 ■ 28Ю2, а в кислих - 2СаО ■ 8Ю2 i 2СаО ■ А1203 ■ 8Ю2. Проте, окрiм силiкатiв та алюмосилiкатiв, до складу шлакiв можуть входити сполуки ирки (Са8, Мл8, та iн.). Наявнiсть таких сполук найбшьш характерна для шлаюв, що тривалий час перебувають у вщвалах.
Зазвичай хiмiчний склад металургшних шлакiв виражаеться вмiстом рiзних оксидiв i сiрки (% по масi), що не вiдображае складно! хiмiчно! органiзацi! шлакiв та утрудняюе аналiз стехiометричних закономiрностей. Щоб вивчити стехюметричш закономiрностi [18], були перерахованi склади шлакiв на молекулярнi. Потiм визначили атомний вмют кисню та середньоатомну валентнiсть (Вср). Всi цi даш свiдчать про впорядковану структуру шлакового розплаву.
Хiмiчнi аналiзи [19] доменних шлакiв передiльного та ливарного чавуну показують, що переважаючими оксидами в них е 8Ю2, А1203 i СаО, що складають понад 90 %. Тому орiентовно доменнi шлаки розглядають як потршну систему СаО-8Ю2-А1203. З iнших оксидiв металiв, о^м СаО, якi можуть зустрiчатися в доменних шлаках у пом^них кшькостях, слiд вiдзначити MgО.
Магнезiйнi доменш шлаки можна практично розглядати як чотирьохкомпонентну систему Са0-Si02-А1203-Мg0 [20]. В такш системi теоретично можливi 22 сполуки, як дiлять на чотири групи: вiльнi оксиди, алюмiнати, силшати, алюмосилiкати.
Графiчно такi системи можна представити таким чином (рис. 2) [20].
Для застосування шлаюв у будiвництвi та при виробництвi будiвельних матерiалiв необх1дно звернути увагу, що залежно вiд галузi застосування, треба використовувати шлаки, як рiзняться за сво!м мiнералогiчним складом, стiйкiстю та гiдравлiчною активнiстю. Так, наприклад, для виробництва шлаколитих виробiв або шлаково! пемзи використовують шлаки з високим ступенем структурно! стшкосп, а вже для виробництва гранульованих шлакiв та в'яжучих - шлаки з високою гiдравлiчною активнiстю [15; 21].
Структура шлаюв - визначальна характеристика якост будь-яких будiвельних матерiалiв (а саме мехашчно! мiцностi та довговiчностi). При схожому хiмiчному складi металургiйних шлаюв механiчна мiцнiсть будiвельних матерiалiв, як отримують на !х основi, може змшюватися залежно вiд характеру кристатчних новоутворень та само! структури виробiв. Однак структура штучного каменю, який утворюеться зi шлакових розплавiв, визначаеться комплексом чинникiв [7; 15; 21]: природою окремих структуротвiрних мiнералiв, ступенем закристалiзованостi, розмiрами i формою кристатв, наявнiстю склофази, спiввiдношенням i просторовим розподшом кристалiчно! склофази.
Механiчна мщнють та хiмiчна стiйкiсть матерiалiв залежать в основному вiд повноти закристалiзованостi маси, густини структури, якi визначаються розмiрами, формою та взаемним зчепленням кристалiв зi склофазою.
Висновки:
1. Кожному виду будiвельних матерiалiв, якi отримують зi шлакових розплавiв, характернi рiзнi хiмiчнi склади, ступiнь стiйкостi та якосп.
2. Для отримання шлаколитих виробiв та шлаково! пемзи бшьш придатш кислi i довгi шлаки, що забезпечують максимальну хiмiчну стшюсть, ливарнi якостi i спучуванiсть.
3. Для виробництва гранульованих шлаюв для цементно! промисловостi та в'яжучих -основш короткi шлаки, що забезпечують максимальну гiдравлiчну активнiсть.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Дворкин Л. И. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. - Ростов н/Д. : Феникс, 2007. - 368 с.
2. Шлакопортландцемент: вяжущие на основе шлаков. - Интернет ресурс. -http://www.vashdom.ru/artic1es/akpr_33.htm
3. Никопольские ферросплавы / [М. И. Гасик, В. С. Куцин, Е. В. Лапин и др.]. -Днепропетровск : „Системные технологии", 2004. - 272 с.
4. Большаков В. И. Возможности использования отходов промышленности при изготовлении строительных материалов / В. И.Большаков, Н. В.Калиниченко, С. А.Щербак. // Строительство, материаловедение, машиностроение. Сб. науч. тр. Вып. 48, ч.3, (серии «Стародубовские чтения»). - Днепропетровск, ПГАСА, 2009. - С. 255-259.
5. Металурпя марганцю Украши / [Б. Ф.Величко, В. О. Гаврилов, М. I. Гасик та ш.]. - К. : Техшка, 1996. - 472 с.
6. Большая советская энциклопедия. - Интернет ресурс. - bse_lib.com.
7. Щербак С. А. Научные основы управления структурой строительных материалов на основе металлургических шлаков: дисс. д-ра техн. наук: 05.23.05 / Щербак Святослав Андреевич. - Днепропетровск, 2000. - 345 с.
8. Никифоров А. П. Тяжелые бетоны на шлакосодержащих вяжущих с комплексными модификаторами / Никифоров А. П. - Днепропетровск : „Пороги", 1996. - 232 с.
9. Общая характеристика отходов. - Интернет ресурс. - www.housestroika.ru / materialyi -iz - othodov - metallurgii / obshaya - harakteristika - othodov. html.
10. Будiвельне матерiалознавство: Пщручник / [Кривенко П. В., Пушкарьова К. К., Барановський В. Б. та ш.] - К.: ТОВУВПК «ЕксОб», 2004. - 704 с.
11. Пащенко О. О. В'яжучi матерiали: Щцручник / О. О. Пащенко, В. П. Сербш,
О. О. Старчевська. - К. : Вища школа., 1995. - 416 с.
12. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства). Учебник для вузов / Волженский А. В., Буров Ю. С., Колокольников В. С. - 3-е изд., перараб. и доп. -
М. : Стройиздат, 1979. - 476 с.
13. Доменные шлаки в строительстве: Труды Совещания по комплексному использованию доменных шлаков в строительстве / Ред. Кол. А. Б. Виткуп и др. - К. : Госстройиздат УССР, 1956. - 450 с.
14. Устойчивость и активность шлаков. Вторичные строительные материалы. Технологии строительных материалов из отходов разборки зданий и металлургии. - Интернет ресурс. -http://s-center.ru/2009/06/ustojchivost-i-aktivnost-shlakov/
15. Металлургические шлаки в строительстве: для научных работников, инженеров и студентов высших технических учебных заведений. / [В. И. Большаков, В. З. Борисовский,
В. Д. Глуховский и др.]. - Днепропетровск, 1999. - 114 с.
16. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве / [В. С. Горшков, С. Е. Александров, С. И. Иващенко, И. В. Горшкова]. - М. : Стройиздат, 1985. -273 с.
17. Коновалов П. Ф. Атлас микроструктур цементных клинкеров, огнеупоров и шлаков / Коновалов П. Ф., Волконский Б. В., Хашковская А. П. - М. : Госстройиздат, 1962. - 208 с.
18. Гиндис Я. П. Технология переработки шлаков. / Гиндис Я. П. - М. : Стройиздат, 1991. - 280 с.
19. Элинзон М. П. Шлаки как заполнитель для легких бетонов. - М. : Гос. издательство по стройарх. и строй. материалам, 1959. - 195 с.
20. Slag atlas. - 2nd ed. - Dusseldorf: Verl.stahleisen GmbH, 1995 - 616 p.
21. Напрямки i перспективи використання вiдходiв металургшно!, прничорудно! та хiмiчноl промисловосп в будiвництвi. / [В. I. Большаков, Г. М. Бондаренко, А. I. Головко та ш.]. - Дншропетровськ : „Gaudeamus", 2000. - 140 с.
УДК 666:699.86
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОРИСТЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В. Н. Деревянко, д. т. н., проф., Л. А. Потийко, асп.
Ключевые слова: энергосбережение, теплоизоляция, пористый, газообразование, термодинамика.
Постановка проблемы. В условиях постоянно повышающихся цен на энергоносители резко возрастает спрос на теплоизоляционные материалы.
Применение теплоизоляционных материалов позволяет сохранять и экономить тепловую энергию и обеспечивает защиту горячих и холодных поверхностей от потерь тепла и холода,
