Stiri Online, Enciclopedie, Revista presei

VALORIFICAREA ZGURILOR SIDERURGICE

in Chimie/Enciclopedie

Zgura este principalul subprodus pentru metalurgia feroasă și reutilizarea ei aduce cele mai importante beneficii economice şi ecologice.

Zgurile siderurgice sunt produse secundare, indispensabile proceselor de elaborare a fontei şi oţelului, cu un rol tehnologic bine definit. De aceea, compoziţia lor chimică este determinată de necesităţile etapei tehnologice specifice obținerii fontei sau oțelului.
În timpul procesului de elaborare, zgurile se află în domeniul temperaturilor înalte (~16000C pentru zgura de oțelărie; ~1480 0C pentru zgura de furnal), ceea ce le conferă omogenitate. Faptul că sunt lichide reprezintă un avantaj important, deoarece prin dirijarea şi controlul procesului de răcire se pot obține diferite structuri (vitroase sau cristaline având înglobate în diverse propoziţii faze sticloase) şi variate game sorto-tipo-dimensionale.

Pentru a realiza structura şi sortimentaţia cerută de domeniul de utilizare, este absolut necesară cunoaşterea proprietăţilor fizico-chimice şi a condiţiilor termodinamice şi cinetice de solidificare ale fiecărui tip de topitură de zgură.

Potenţialul de valorificare al zgurilor variază foarte mult în funcţie de caracteristicile acestora, cererea de pe piaţă şi de legislaţie.

1. Caracteristicile zgurilor
Fiecare domeniu de utilizare a zgurilor (sau mai bine spus a produselor obţinute din zguri) reclamă proprietăţi specifice. Utilizatorii produselor din zguri şi-au definit cerinţele prin reglementări, norme, fişe în care sunt specificate condiţii tehnice, caiete de sarcini (ex.: Germania DIN 4301 – condiţii tehnice pentru utilizarea zgurilor în domeniul materialelor de construcţii, Cehia – standard de ramură 7220108 cu condiţiile tehnice impuse zgurii de furnal granulate pentru industria cimentului etc.).

1.1. Compoziția chimică
Zgurile pot fi considerate topituri oxidice complexe formate în principal din oxizi de CaO, SiO2, Al2O3, MgO şi FeO. Pe lângă aceştia, zgurile pot să conţină oxizi de Mn, Ba, Cr, P, Ti, V, B. Alături de FeO, zgurile pot să conţină şi oxizii superiori ai fierului, Fe3O4 şi Fe2O3. Sulful în zguri se află sub formă de sulfuri şi sulfaţi de Ca, Mn şi Fe.
Zgură de furnal poate fi analizată după sistemul CaO-SiO2-Al2O3-MgO.

Zgurile de oţelărie, indiferent de agregatul de elaborare, sunt topituri cu un număr mare de componenţi, în primul rând oxizi şi combinaţii ale acestora, apoi sufluri, nitruri, etc. Componenţii principali ai zgurilor de oţelărie sunt CaO, MgO, FeO, SiO2, MnO, P2O5. În afară de fazele oxidice din care este constituită, datorită specificului procesului de elaborare, în zgură poate ajunge o cantitate relativ mare de fază metalică (până la 18% – în cazul convertizorului LD) ce determină nu numai o micşorare a scoaterii de oţel ci şi dificultăţi de procesare ulterioară a zgurii în vederea utilizării ei în alte domenii.

Oxizii aflaţi în zgură se împart în trei grupe (acizi – SiO2, P2O5; bazici – CaO, MgO, FeO, MnO; amfoteri – Al2O3). Prin urmare, după caracterul chimic zgurile se clasifică în:
-zguri acide (predomină oxizii acizi),
-zguri bazice (predomină oxizii bazici),
-zguri neutre.

Încadrarea zgurii într-una din aceste grupe se apreciază cu ajutorul indicelui de bazicitate, definit ca raportul dintre cantitatea procentuală a componenţilor cu caracter bazic şi acid care se calculează cu relația:

Majoritatea zgurilor de furnal se caracterizează prin rapoarte CaO:SiO2 cuprinse în limitele 1,0–1,3 şi (CaO+MgO):(SiO2+Al2O3) între 0,85–1,20.

Funcţie de concentraţia oxizilor, zgurile de oțelărie se împart în bazice şi acide. Predominante sunt zgurile bazice care se pot împărţi funcţie de raportul CaO:SiO2 în:

– zguri slab bazice pentru CaO:SiO2, 1,5,
– zguri medii bazice pentru CaO:SiO2 = 1,6 – 2,5.
– zguri puternic bazice pentru CaO:SiO2 > 2,5,

Zgurile acide se pot caracteriza după raportul SiO2: (FeO+MnO).
Compoziţia chimică a zgurii este foarte utilă dar insuficientă, deoarece nu ne dau indicii suficiente despre comportarea acestora la procesare.

1.2. Proprietăţile de întărire hidraulică a zgurilor metalurgice

Zgurile metalurgice şi în special cele de furnal, au proprietăţi hidraulice latente, adică aduse în stare pulverulentă şi activate prin adaosuri adecvate, se întăresc în prezenţa apei şi ating rezistenţe mecanice comparabile cu cele ale cimenturilor portland. Zgurile pot fi activate în două moduri:

– activare alcalină (realizată prin adăugarea de hidroxizi alcalini sau alcalino-pământoşi; practic, în acest scop se folosesc varul stins, dolomita arsă, zgurile foarte bazice sau adaosurile de ciment portland);

– activare sulfatică (realizată prin adaosuri de 10-15% sulfaţi alcalini sau alcalino-pământoşi în prezenţa hidroxizilor; practic, în acest scop se foloseşte ghipsul CaOSO4 2H2O, CaSO4 în asociere cu varul, dolomita calcinată sau clincherul de ciment portland).
Pentru a putea fi folosite la fabricarea cimenturilor, zgurile trebuie să aibă un anumit grad de saturare cu CaO.

1.3. Autodezintegrarea şi posibilităţile de conservare a structurilor stabile

Acest fenomen s-a observat atât la zgurile de furnal cât şi la cele de oţelărie, în timpul procesului de răcire. Funcţie de capacitatea lor de a se autodezintegra sau nu, zgurile se mai numesc scurte sau lungi. Capacitatea de autodezintegrare este mai puternică cu cât zgurile sunt mai acide.

La zgurile de furnal se poate produce o dezintegrare silicatică şi una sulfitică. Dezintegrarea silicatică este determinată de prezenţa silicatului (2CaO•SiO2) în zgură. În intervalul de temperatură de la 0…15000C există 5 forme cristaline ale acestui silicat. Dezintegrarea zgurii se produce la trecere silicatului din starea A în starea B care este însoţită de o creştere a volumului de ~12%. Durata şi temperatura de trecere (~6750C) depind de: viteza de răcire, dimensiunea grăunţilor, presiune, cantitatea şi tipul impurităţilor, gradul de stabilizare.

Există diverse criterii chimice şi structurale de apreciere a stabilităţii la dezintegrarea de tip silicatic (grafic prin utilizarea diagramelor în care sunt prezentate domeniile de stabilitate ale zgurilor de furnal la dezintegrarea silicatică; cu ajutorul unor relaţii; după concentrația anumitor componenți ai zgurii la dezintegrarea sulfitică a celor de furnal).

Pentru a nu se dezintegra, zgurile ce conţin 2CaOSiO2 în forma  (instabilă mai ales atunci când se formează în domeniul cristalizării primare) pot fi stabilizate printr-un fenomen fizic (răcire rapidă) şi chimic (adaosul unor cationi stabilizanţi: Na+, Cl4+, P5+, Mo6+, Cr3+, V5+, Cr6+, Fe2+, C4+, B3+, K+, Mn2+, S6+).

Dezintegrarea sulfitică a zgurilor de furnal este determinată de existenţa sulfurilor (CaS, FeS şi MnS) care hidrolizează în prezenţa apei formând hidroxizi şi degajând H2S. Această hidroliză este însoţită de o creştere de volum de 24-38%, ce conduce la distrugerea structurii.

La zgurile de oţelărie sunt posibile următoarele tipuri de dezintegrări:
– silicatică (datorită prezenţei );
– calcică (datorită prezenţei CaO liber);
– magnezitică (datorită prezenţei MgO liber).

Pentru procesele de prelucrare a zgurilor este deosebit de importantă cunoaşterea condiţiilor de apariţie a fenomenului de dezintegrare precum şi metodele de conservare a structurii stabile.

Cele mai importante domenii în care pot fi utilizate zgurile siderurgice sunt:

A. Domeniul construcţiilor
– construcţia de drumuri la:
-stratul de bază;
-stratul de subbază;
-realizarea căilor rutiere ca agregate pentru beton şi asfalt;
– construcţia de căi ferate:
-la fortificarea/armarea bazei;
-la realizarea terasamentelor, rambleurilor;
– construcţia aerodromurilor:
-la amenajarea pistelor;
– construcţii hidrotehnice:
-la amenajarea râurilor (maluri, diguri , baraje);
-la construcţii portuare (bazine, amenajări ţărmuri);
– industria materialelor de construcţii:
-industria cimentului;
-fabricarea betoanelor (materialelor de umplutură);
-fabricarea unor produse finite:
– blocuri beton, plăci tip BCA;
– cărămizi, bolţari;
– plăci pentru acoperişuri (ţigle, olane);
– plăci ceramice pentru decor exterior şi interior (faianţă, gresie etc.)
– industria sticlei.

B. Domeniul agriculturii şi lucrărilor funciare
– îngrăşământ mineral – fertilizare sol;
– material pentru condiţionarea solurilor;
– material pentru consolidarea – modelarea solurilor.

C. Domeniul protecţiei mediului
– material pentru realizarea stratului de etanşare mineral la amenajarea depozitelor pentru diferite deşeuri;
– material fertil tip “humus” (obţinut din amestecul cu alte tipuri de materiale) care poate fi folosit ca sol fertil pentru “înverzirea haldelor”.

D. Domeniul siderurgic (reciclare)
– recuperarea fierului metalic prin separare electromagnetică;
– reciclare la aglomerare şi furnal a fracţiei oxidice din zgurile ce au conţinut ridicat de FeO ca înlocuitor de minereu şi fondanţi.

În tabelul 1 sunt corelate domeniile de utilizare cu tipul produselor din zgură obţinute în urma procesării.

Multitudinea domeniilor de utilizare demonstrează în mod evident că în siderurgie au existat preocupări pentru valorificarea zgurilor. De aceea zgurile nu sunt considerate deşeuri ci potenţiale materii prime pentru alte domenii economice.

Valorificarea îşi are începuturile în urmă cu un secol. Prin descoperirea în 1862 a proprietăţilor hidraulice ale zgurii de furnal granulate şi deci posibilităţile de utilizare a acesteia în industria cimentului, în Germania au fost publicate în 1909 respectiv 1917 primele norme tehnice pentru “cimentul portland de furnal”.

Cantitatea de zgură este în strânsă interdependență cu cantitatea de oțel produsă, fig.1.

Cantitatea de zgură de furnal produsă este de 200-300 kg/t fontă și are în prezent un randament de recuperare de aproximativ 100%. Cantitatea de zgură de convertizor produsă este de 150-200 kg/t oțel, cu un randament actual de recuperare care variază în intervalul de 50-80% și unul prognozabil de 70-100%.

Exemple privind valorificarea zgurilor sunt date în următoarele figuri.

Valorificarea zgurilor de furnal

Zgura este evacuată din furnal la ~ 1480 0C și are aspectul lavei topite. În funcţie de viteza de răcire şi de modul de solidificare, rezultă trei tipuri de zguri în stare solidă:

– zgura răcită lent în aer, cu structură cristalină;

– zgura expandată, răcită cu o cantitate controlată de apă pentru accelerarea procesului de solidificare, cu o structură sticloasă de natură celulară sau veziculară, care se prezintă sub forma unui produs cu greutate specifică redusă;

– zgura granulată, obţinută la răcirea rapidă (cea mai mare viteză de răcire, în comparaţie cu celelalte tipuri de zgură) cu structură sticloasă,.

Caracteristicile fizice, precum greutatea specifică, mărimea particulelor, proprietăţile structurale etc., variază în funcţie de condiţiile de procesare. Caracteristicile şi proprietăţile importante care sunt luate în considerare la utilizarea zgurilor de furnal în anumite aplicații sunt:

– textura şi forma
– greutatea specifică
– densitatea
– granulația
– culoarea
– contracţia la uscare
– proprietăţile termice/proprietăţile de izolator termic
– capacitatea de absorbţie a sunetelor şi zgomotelor/capacitatea de transmitere a sunetului
– durabilitatea
– capacitatea de liere/proprietăţi de întărire
– rezistenţa la abraziune
– rezistenţa la coroziune
– rezistenţa la foc
– posibilitatea de fixare în cuie.

Zgura solidificată are o structură veziculară, cu multe celule neunificate. Zgura răcită lent în aer are structură cristalină, cu tendinţă de dezagregare spontană. Această tendinţă se datorează comportării silicatului dicalcic (2CaOSiO2) care la 1240 0C trece din forma γ în forma β, iar la 675 0C trece în forma α cu structură monocristalină. Deoarece transformarea este însoţită de o creştere de volum (de ~ 12 %) este provocată dezintegrarea cristalelor.

Zgura răcită lent în aer este formată din componente bazice pulverulente ce s-au dezagregat după răcire şi din particule mari, foarte dure, ce au caracter acid. Bucăţile rezultate după sfărâmare au muchii ascuţite, de forme aproximativ cubice, cu fragmente plane sau întinse foarte puţine.

Zgura este sfărâmată şi sortată granulometric, obținându-se anumite clase dimensionale conform cerinţelor diferitelor aplicaţii (normelor de utilizare).

Aplicaţiile/utilizările zgurilor răcite în aer sunt:

– betoane de ciment portland pentru pavimente, poduri (peste şosele sau căi ferate), construcţii de clădiri (industriale sau locuinţe) şi alte diferite produse din beton.

– elemente de zidărie preturnate utilizate la fabricarea elementelor de zidărie, conductelor, tuturor formelor armate preturnate prezente în grinzi şi planşee.

– pavimente bituminoase

– pentru straturile de legătură în macadam, agregat dens sortat, bază stabilizată bituminoasă (neagră) sau fundaţii sol-agregat. Fundaţiile compacte din agregate de zgură sortată au o stabilitate ridicată şi pot fi utilizate pentru autostrăzi mari şi aeroporturi.

– izolaţii din vată de zgură (prin adaosuri mici de alte materiale în încărcătura furnalului se poate obţine calitatea necesară pentru zgura evacuată, astfel încât la răcire este posibilă obţinerea vatei minerale din aceasta).

– acoperişuri din zgură (în compoziţia ţiglelor şi olanelor).

– balast pentru terasamente de căi ferate (ca agregat mineral, atât pentru realizarea mixturilor bituminoase şi macadamului pentru construcţii, cât şi a balastului pentru terasamente de căi ferate).

– medii filtrante pentru diverse fluide (prezenţa gropilor şi poligoanelor unghiulare pe suprafaţa particulelor de zgură determină o permeabilitate transversală eficientă, astfel ca zgură fi un foarte bun mediu filtrant).

– paturi de absorbţie pentru tancuri septice (în mici tancuri individuale septice, dispuse în sistemele de canalizare ale locuinţelor sau instituţiilor, la realizarea straturilor de sub suprafeţele de absorbţie, a căptuşirii gropilor de filtrare sau a paturilor de absorbţie).

Zgura de furnal expandată este definită ca un material celular, cu greutate specifică mică, obţinut prin răcirea controlată cu apă a zgurii, sau combinat cu apă şi un alt agent de răcire (cu aburi ori aer comprimat, sau cu ambele). Se utilizează numeroase metode de expandare, de la turnarea zgurii topite în gropi deschise, până la utilizarea unor instalaţii mecanice specializate în dispersia zgurii ca particule sub formă de pelete, fig.9.

Zgura expandată are aspect spongios, cu forme unghiulare şi aproximativ cubice sau sferice (peletizată) cu un minimum de fragmente plane şi alungite. Ea mai este denumită şi „piatra ponce”. Datorită acţiunii apei şi aburului în procesului de expandare, structura celulară a agregatelor este mult mai pronunţată decât la zgura răcită în aer.
Aplicaţiile/utilizările zgurilor expandate sunt:
– elemente de zidărie din beton
– betoane uşoare de construcţii
– umpluturi şi rambleuri uşoare

Zgura granulată

Zgura granulată de furnal este un material granular sticlos, format prin răcirea rapidă prin scufundare în apă a zgurii de furnal topite (fig.10).

Granularea zgurilor constă în prelucrarea zgurilor lichide prin răcire rapidă, prin procedee de granulare care pot fi clasificate astfel:

– funcţie de agentul de răcire utilizat
– procedee umede (agentul de granulare este apa);
– procedee semiuscate (agentul de granulare este un amestec apă – aer)
– funcţie de locul de amplasare a instalaţiilor
– secţii speciale autonome;
– secţii aflate în imediata vecinătate a furnalului.

Construcţia furnalelor cu un volum tot mai mare face ca în decurs de 24 de ore, în astfel de furnale să se obţină o cantitate foarte mare de zgură care se granulează imediat lângă furnal.
Procesul de prelucrare a zgurii constă din următoarele operaţii:
– granulare prin pomparea apei sub presiune în zgura lichidă;
– transportul pneumatic al şlamului;
– eliminarea apei din produsul granulat;
– uscarea granulatului din buncăr în aer;
– epurarea gazelor emanate.

Cele mai simple instalaţii de granulare a zgurii în instalaţii organizate în secţii speciale sunt cele cu bazin şi cele cu jgheab care utilizează ca agent de granulare apa. De la furnal spre aceste instalaţii, zgura este transportată cu oale de zgură.

Tehnologia de granulare a zgurii în bazine este caracteristică procedeelor de granulare umedă. Topitura de zgură este deversată în bazinul cu apă direct din vana de zgură sau prin intermediul unui jgheab. În contact cu apa, zgura se dispersează în particule răcindu-se.

Spuma de zgură întră în categoria sistemelor disperse gaz/solid, în care mediul de dispersie este solid iar faza dispersată este gazoasă. Zgura expandată este o dispersie coerentă, adică un sistem structurat în care particulele sunt legate între ele într-o reţea tridimensională.

Expandarea zgurii se face printr-o răcire lentă cu apă care străbate sub formă de vapori masa de zgură în curs de solidificare. Pentru fabricarea zgurii expandate se utilizează mai ales zgurile cu o bazicitate scăzută.

Cele mai importante metode de obţinere a zgurii expandate sunt metodele de spumare în bazine basculante precum şi metodele prin injectare sau cu tamburi. La metoda spumării prin injectare, procedeul de spumare are loc prin insuflarea aburilor, a aerului şi a apei în jetul de zgură lichidă. Metoda cu tambur pentru obţinerea zgurii expandate constă în spumarea unui strat fin de zgură care se scurge pe suprafaţa unui tambur ce se roteşte cu o viteză mare.

Producerea pietrişului din zgura de furnal

Obţinerea pietrişului de zgură se realizează în două etape de procesare:

– turnarea zgurilor din vanele de zgură în gropi, în straturi succesive cu solidificarea lor în aer liber prin răcire în aer sau accelerarea răcirii prin stropire cu apă;

– prelucrarea mecanică a zgurii solidificate în staţii prin concasarea, măcinarea şi sortarea acesteia.

Vata minerală se poate obţine din zgurile solide (pietriş) retopite sau din zgurile lichide de furnal preluate direct din furnal.

Procedee de bază pentru obţinerea structurii fibroase sunt: prin insuflare, prin centrifugare şi prin procedeul combinat.

loading...
DESCARCA APLICATIA CYD PE MOBIL
Aplicatie CYD Google Play

Nu sunt un artist, nu sunt un talentat scriitor, sunt om ca si tine. Doar ca diferentele dintre mine si tine o fac obiceiurile noastre si viata pe care o traim. Nu ne invartim in aceleasi anturaje, nu avem acelasi limbaj, la dracu nici macar nu ne cunoastem, dar sigur avem de impartit idei sau am avut aceleasi idei o data, desi repet nu ne cunoastem.

Nu te stiu, nu te cunosc, nu te vad, nu te ating, nu te caracterizez, nu te critic, nu te injur, nu te admir, nu te laud, dar tu poti sa ma critici, aplauzi, caracterizezi, poate chiar si sa ma apreciezi. E dreptul tau, e timpul tau.

Latest from Chimie

Cuptoarele cu plasmă

Cuptoarele cu plasmă pot fi considerate tehnologii inovative care înlocuiesc tehnologiile convenţionale

Industria aluminiului

Industria aluminiului Eficienţa procesatorilor din industria aluminiului secundar este strâns determinată de
LIKE-ul tau CONTEAZA!Ti-a placut articolul si ai dat LIKE? Inchide aici
Mergi la Sus

Copyright © 2016 by CYD.RO. Toate drepturile sunt rezervate
Designed by Dianys Media Solutions - realizare site web - creare site web