Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Systems Methods Technologies. V.N. Makarova. Complex use … 2018 № 2 (38) p. 159-163 160 Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи: − определить химический состав, физико-химичес- кие свойства ферросплавных металлургических шла- ков, установить их пригодность в качестве сырьевого компонента бетона; − исследовать физико-механические свойства об- разцов вяжущего с применением комплекса отходов — шлаков производства ферросплавов и стеклобоя. Анализ достижений и публикаций. Отвалы метал- лургического производства в литературе [3] рассматри- ваются как техногенно-минеральные месторождения (ТММ). Они оказывают воздействие на все компоненты окружающей среды. Так, в частности, воздействие ТММ на земельные ресурсы можно рассматривать в двух ас- пектах. Первый составляет нарушение поверхности земли за счет образования техногенных рельефов, изъятие из хозяйственного оборота (отчуждение) ненарушенных территорий. Второй обусловлен механическим и химиче- ским загрязнением земли, прилегающей к техногенно измененным территориям — нарушение физико- механического состава и свойств почвенного покрова. Тяжелые металлы попадают из воздуха в почву в виде жидких или твердых составляющих осадков. Это особен- но опасно для территорий, где в непосредственной близо- сти к разнообразным антропогенным источникам загряз- нения расположены сельскохозяйственные земли [3]. С увеличением количества предприятий и их мощности растет количество техногенно трансформированных форм тяжелых металлов в почве в общем, а также происходят неблагоприятные изменения почвы в зоне корня, что от- рицательно сказывается на продуктивности и качестве сельскохозяйственной продукции [4]. Уменьшение дан- ного воздействия возможно за счет разработки мероприя- тий по уменьшению количества данного вида отходов. Проблема по переработке вторичных отходов про- изводства, к которым и относятся металлургические шлаки и стеклобой, остро стоит на повестке дня в ми- ровом сообществе. Применение стеклобоя в производ- стве строительных материалов, а именно при изготов- лении различных видов бетона рассматривается рос- сийским ученым С.И. Пузановым (2007) [5], а также в совместных работах российских и украинских ученых А.М. Югова и Т.А. Мусорина (2015) [6]. Иностранные ученые A. Peyvandi (2013) [7], J. Ingham, N. Almesfer (2014) [8] отмечают, что добавка стеклобоя в бетон положительно влияет на физико-механические харак- теристики материала. Шлаки черной и цветной металлургии используют- ся в качестве компонентов вяжущего с добавкой извес- ти и кварцевого песка, или без него, для производства силикатного, тяжелого и легкого жаростойких бетонов [5, 9]. Активно ведутся исследования как отечествен- ных, так и иностранных авторов по использованию различных видов металлургических отходов при про- изводстве бетона [10–15]. Авторами [16] изучены свой- ства шлака SiMn как пуццолановой добавки при произ- водстве портландцемента. Представленные результаты показывают, что данный шлак, исходя из характери- стик состава, занимает промежуточную позицию меж- ду кремнеземом и золой. В работе [17] получены дан- ные об использовании шлака SiMn в виде мелкого за- полнителя и его влиянии на увеличение прочностных характеристик бетона. Методика. Несмотря на высокую технико- экономическую эффективность, объем отходов, применяемых при изготовлении бетонов, в настоящее время значительно ниже возможного. Это связано с целым рядом организационных и технологических трудностей. На территории СНГ работает почти 20 металлурги- ческих предприятий по производству ферросплавов. Крупнейшее предприятие по переработке марганцевого концентрата и производству, ПАО «Никопольский за- вод ферросплавов» (ПАО «НЗФ»), расположено в Ни- кополе Днепропетровской области (Украина). Пред- приятие введено в эксплуатацию в 1966 г. Основной продукцией завода является ферросиликомарганец (SiMn). Силикомарганец, а по терминологии в соответ- ствии с ДСТУ-35-48-97 ферросиликомарганец, исполь- зуется для раскисления и легирования стали, сплавов, чугуна, производства рафинированных марганцевых сплавов в металлургической и других отраслях про- мышленности. Основой SiMn являются марганец с массовой долей не менее 60 %, кремний с массовой долей от 10 до 35 %, фосфор, сера и углерод [18]. Отвальный шлак производства ферросиликомар- ганца ПАО «НЗФ» характеризуется следующим хими- ческим составом (табл. 1) [19]. Таблица 1 Химический состав отвальных шлаков Массовая часть компонентов, % CaO MgO SiO 2 Al 2 O 3 Средняя проба 23 16 47,8 – Модуль основности отвального шлака ферросили- комарганца: М 0 = 0,82. Гранулометрический состав шлаков SiMn представ- лен в табл. 2. Таблица 2 Гранулометрический состав марганецсодержащих шлаков Размер частиц, мм < 0,63 0,63– 1,25 1,25– 2,5 2,5 –5 5– 10 10– 20 > 20 Массовая доля, % 21,9 18 18,8 36,3 2,84 1,2 0,96 Исследования были проведены на Украине. Резуль- таты гамма-спектрометрического анализа марганецсо- держащего шлака, выполненные в лаборатории № UA 6.001.Н421 с помощью гамма-спектрометра «Гамма- 01С», приведены в табл. 3. Таблица 3 Результаты гамма-спектрометрического анализа марганецсодержащего шлака (по данным заводской лаборатории) Удельная активность радионуклидов, Бк/кг Калий-40 Калий-40 Радий-226 Радий-226 Торий-232 Торий-232 сум А сум А