Цемент с отходами цветной металлургии

Использование техногенных отходов становится все более необходимым для многих цементных заводов в связи с истощением запасов природного сырья и необходимостью интенсификации и повышения экономической эффективности производства цемента. Металлургия традиционно является одним из главных поставщиков техногенного сырья для промышленности строительных материалов. Наиболее широкое применение получили доменные шлаки черной металлургии. Сравнительно мало изучены возможности использования шлаков сталеплавильных производств и цветной металлургии.

Отходами медеплавильного производства являются не только гранулированные шлаки, но и фосфогипс (ФГ), которые складируются в отвалах и загрязняют окружающую природную среду. Поэтому все более актуальной темой становится изучение возможности их комплексной переработки в производстве строительных материалов.

Особенностью медеплавильных шлаков является то, что они кристаллизуются в течение одного часа при температуре 900–1250 °С, и дальнейшее, даже быстрое, остывание не оказывает существенного влияния на его структуру. Медный гранулированный шлак (МГШ) имеет высокую плотность и твердость, состоит в основном из стекла, фаялита и магнетита.

Предложена технология комплексной переработки отвального ФГ с извлечением редкоземельных металлов и получением очищенного от водорастворимых солей гипсосодержащего продукта. Продукт переработки ФГ ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» (СУМЗ) имеет высокие влажность и дисперсность. Нами разработана технология его окускования с получением искусственного гипсового камня (ИГК) с составом и свойствами, удовлетворяющими требованиям ГОСТ 4013-82.

Исследовано влияние гранулированного ИГК и медного шлака на размалываемость и физико-механические свойства портландцемента с минеральными добавками и шлакопортландцемента.

Подобраны 6 составов цементов двух типов ЦЕМ II и ЦЕМ III с оптимальным содержанием ИГК 5,5 % (табл. 1). Цементы готовили совместным помолом клинкера и минеральных добавок, взятых в определенном количестве, до тонкости помола 3,0–3,5 %. В качестве основной минеральной добавки применяли доменный гранулированный шлак (ДГШ) 2 сорта ОАО «Мечел» и МГШ ОАО «Святогор».

Добавка медного шлака по сравнению с ДГШ увеличивает продолжительность помола цементов при равной дисперсности вяжущих на 15–20 % (табл. 2). Увеличение количества шлака также ухудшает размалываемость цементов.

Введение гранулированного ИГК вместо природного гипсового камня замедляет схватывание цементов, особенно в присутствии добавки МГШ. Кроме того, портландцемент и шлакопортландцемент с добавками доменного или медного шлаков и ИГК имеют прочность при сжатии, более высокую по сравнению с цементами, содержащими указанные шлаки и природный гипсовый камень (рисунок).

Таким образом, показано, что гранулированный ИГК, полученный из продуктов переработки ФГ, и медный шлак можно совместно использовать в производстве цементов общестроительного назначения взамен природных материалов. Особенно эффективно их применение для производства портландцемента с минеральной добавкой типа ЦЕМ II А/Ш.