МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ОТВАЛЬНЫХ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ

Промышленные отходы, скапливающиеся в отвалах, во многих случаях обладают ценными техническими свойствами, поэтому их  можно рассматриваться как вторичные ресурсы. Изучение свойств и модификации шлаков в различных условиях требует комплексного  подхода,  включающего  рентгенофазовый,  электронно-микроскопический  и  петрографический  анализы.  Цель  исследований  –  на  основе выбранных экспериментальных методов обосновать ресурсную ценность отвального доменного шлака ПАО «Запорожсталь».  Рентгенофазовый анализ позволил выявить минералы доменных шлаков, находящиеся в кристаллическом состоянии: ранкинит 3CaO·2SiO2 ,  кварц SiO2 , геленит 2CaO·Al2O3·SiO2 , бредигит α-2CaO·SiO2 , окерманит 2CaO·MgO·2SiO2 , псевдоволластонит α-CaO·SiO2 . Минералы  окерманит, бредигит, псевдоволластонит ценны в техническом отношении при производстве вяжущих материалов, так как обладают  гидравлической активностью. Содержание гидравлически активных минералов увеличивается с укрупнением частиц шлака, достигая  максимального значения 40 % для крупных частиц шлака. Рассчитана массовая доля стеклообразного компонента, составляющая половину  массы доменного шлака. Присутствие аморфных фаз свидетельствует о повышенной сорбционной и химической активности шлака, что  важно с позиций использования шлака в производстве вяжущих веществ. В крупной фракции шлака массовый вклад аморфного состояния  вещества немного выше. Микрофотографии поверхности частиц доменного шлака свидетельствуют о высокой степени разрыхления  с  присутствием игольчатых и пластинчатых кристаллов, что обусловливает сорбционные свойства шлака. Отвальный доменный шлак ПАО  «Запорожсталь» можно рекомендовать в производстве вяжущих веществ (портландцемента и шлакопортландцемента) по совокупности  химических показателей: высокая концентрация гидравлически активных минералов и аморфной фазы, высокоразвитая поверхность  шлаковых частиц, наличие сорбционной поверхностной активности.

отвальный доменный шлак,  химический состав,  минералы,  аморфная фаза,  сорбционные свойства,  гидравлическая активность,   вяжущие вещества

1. Das B., Prakash S., Misra V.N. An overview of utilization of slag and sludge from steel industries // Resources Conservation and Recycling. 2007. Vol. 50. No. 1. P. 40 – 57.

2. Шлипхаке Х., Эндеман Г. Ресурсосбережение и циркуляционная экономика // Черные металлы. 2017. № 3. С. 58 – 64.

3. Mohit J. Use and properties of blast furnace slag as a building material // International Journal of Recent Contributions from Engineering, Science & IT (iJES). 2014. Vol. 2. No. 4. P. 54 – 60.

4. Salman M., Dubois M., Di Maria A., Van Acker K., Van Balen K. Construction materials from stainless steel slags: technical aspects, environmental benefits and aconomic opportunities // Journal of Industrial Ecology. 2016. Vol. 20. No. 4. P. 854 – 866.

5. Borges Marinho A.L., Mol Santos C.M., Carvalho de J.M.F., Mendes Ju.C., Brigolini G.J., Fiorotti Peixoto R.A. Ladle furnace slag as binder for cement-based composites // Journal of Materials in Civil Engineering. 2017. Vol. 29. No. 11. P. 849 – 861.

6. Kambole C., Paige-Green P., Kupolati W.K., Ndambuki J.M., Adeboje A.O. Basic oxygen furnace slag for road pavements: A review of material characteristics and performance for effective utilisation in southern Africa // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 148. P. 618 – 631.

7. Sajedi F., Razak H.A. The effect of chemical activators on early strength of ordinary Portland. Cement-slag mortars // Construction and Building Materials. 2010. Vol. 24. No. 10. P. 1944 – 1951.

8. Raia A., Prabakarb J., Rajub C.B., Morchalleb R.K. Metallurgical slag as a component in blended cement // Construction and Building Materials. 2002. Vol. 16. No. 8. P. 489 – 494.

9. Escalante-Garcia J.I., Espinoza-Perez L.J., Gorokhovsky A., Gomez-Zamorano L.Y. Coarse blast furnace slag as a cementitious material, comparative study as a partial replacement of Portland cement and as an alkali activated cement // Construction and Building Materials. 2009. Vol. 23. No. 7. P. 2511 – 2517.

10. Shanahan N., Markandeya A. Influence of slag composition on cracking potential of slag-portland cement concrete // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 164. No. 3. P. 820 – 829.

11. Qiang W., Peiyu Ya. Hydration properties of basic oxygen furnace steel slag // Construction and Building Materials. 2010. Vol. 24. No. 7. P. 1134 – 1140.

12. Chen W., Brouwers H.J.H. The hydration of slag, part 2: reaction models for blended cement // J. Mater Sci. 2007. Vol. 42. No. 2. P. 444 – 464.

13. Bellmann F., Stark J. Activation of blast furnace slag by a new method // Cement and Concrete Research. 2009. Vol. 39. No. 8. P. 644 – 650.

14. Black L., Ogirigbo O. Influence of slag composition and tempe rature on the hydration and microstructure of slag blended cements // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 126. No. 11. P. 496 – 507.

15. Schuldyakov K.V., Kramar L.Ya., Trofimov B.Ya.The properties of slag cement and its influence on the structure of the hardened cement paste // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. P. 1433 – 1439.

16. Pribulová A., Futáš P., Baricová D. Processing and utilization of metallurgical slags // Production Engineering Archives. 2016. Vol. 11. No. 2. P. 2 – 5.

17. Criado M., Ke X., Provis J., Bernal S.A. Alternative inorganic binders based on alkali-activated metallurgical slags. In: Sustainable and Nonconventional Construction Materials using Inorganic Bonded Fiber Composites. 2017. P. 185 – 220.

18. Трофимов Б.Я., Шулдяков К.В. О применении малоактивного доменного гранулированного шлака // Архитектура, градостроительство и дизайн. 2015. № 6. C. 37 – 45.

19. Tsakiridis P.E., Papadimitriou G.D., Tsivilis S., Koroneos C. Utilization of steel slag for Portland cement clinker production // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 152. No. 2. P. 805 – 811.

20. Zeynep I., Prezzi Y., Prezzi M. Chemical, mineralogical and morphological properties of steel slag // Advances in Civil Engineering. 2011. Vol. 2011. Article ID 463638. 13 p.

21. Zhu G., HaoY., Xia C., Zhang Y., Hu T., Sun S. Study on cementitious properties of steel slag // Journal of Mining and Metallurgy B: Metallurgy. 2013. Vol. 49. No. 2. P. 217 – 224.

22. Navarro C., Díaz M., Villa-García M.A. Physico-chemical characterization of steel slag. Study of its behavior under simulated environmental conditions // Environ. Sci. Technol. 2010. Vol. 44. No. 14. P. 5383 – 5388.

23. А.с. № 34221 UA. Методика визначення корисних властивостей промислових відходів з метою їх утилізації в якості технічних матеріалів / Е.Б. Хоботова, М.І. Уханьова. Дата реєстрації 23.07.10.

24. Радиационно-гигиеническая оценка строительных материалов, используемых в гражданском строительстве УССР. Киев, 1987. – 21 с.

25. Бокий Г.Б., Порай-Кошиц М.А. Рентгеноструктурный анализ. Т. 1. – М.: Изд-во МГУ, 1964. – 492 с.

26. JCPDS PDF-1 File. ICDD: The International Centre for Diffraction Data, release 1994. PA, USA. URL: http://www.icdd.com. – Title screen. (дата обращения: 20.06.2018)

27. Rodriguez-Carvajal J., Roisnel T. Juan Rodriguez-Carvajal. FullProf. 98 and WinPLOTR New Windows 95/NT Applications for Diffraction // Extended software/methods development: International Union of Crystallography: Newsletter. 1998. No. 20. P. 35, 36.

28. Перепелицын В.А. Основы технической минералогии и петрографии. – М.: Недра, 1987. – 255 с.

29. А.с. № 60123 UA. Методика расчета массовой доли аморфного состояния минералов отвальных доменных шлаков / Э.Б. Хоботова, В.И. Ларин, Ю.С. Калмыкова, А.А. Рязанцев. Дата регистрации 30.07.15.