Zpracování jemnozrnných odpadů z energetiky a metalurgie

Romana Švrčinová

Disertační práce

The Treatment of the Fine Granular from the Metallurgy and Energetics Industry

Anotace:

V průběhu výroby železa a oceli vzniká významné množství ocelárenských a vysokopecních strusek. Využití vysokopecních strusek je v dnešní době na velmi vyspělé úrovni, zatím co efektivní využití řady typů ocelárenských strusek se doposud hledá. Využívání ocelárenských pánvových strusek ve stavebnictví je v důsledku jejich objemové nestability obtížné, ukládání na haldy je neefektivní a nákladné. Na základě těchto důvodů se producenti oceli neustále snaží využívat tyto odpady v další výrobě, například jako recyklát ve vlastním výrobním agregátu. Důvodem snahy o využití je poměrně vysoký obsah železa a ostatních oxidů využívaných v průběhu rafinace oceli. Tato práce se zaměřuje na hledání strusek s pojivovými vlastnostmi. Ty jsou zejména ovlivněny chemickým složením strusek, režimem chlazení a jejich stářím. Práce se snaží zdokumentovat hydraulické vlastnosti ocelárenských strusek se zaměřením na jejich následnou aplikaci jako pojivo vhodné ke zpracování jemnozrnných kovonosných odpadů. V první části práce jsou shrnuty dosavadní dostupné informace týkající se problematiky vzniku, rozdělení a využívání strusek. Jsou zde popsány postupy alkalické aktivace strusek a hydratace strusek vodou. Teoretická část se dále zabývá specifikací jemnozrnných odpadů vznikajících v metalurgickém a energetickém průmyslu. Experimentální část je zaměřena na specifikaci metod využívaných především ke stanovení mechanických vlastností připravovaných vzorků. V této části jsou dále specifikovány metody, které byly využity pro získání uceleného přehledu chemického a fázového složení vybraných materiálů. Hlavním cílem experimentu bylo získání uceleného přehledu strusek hydratovatelných vodou, které dosahují dobrých mechanických pevností. Na základě provedených experimentů byly vybrány vhodné strusky, které se v další části práce použily jako pojivo při vytváření kompaktních briket s obsahem jemnozrnných kovonosných materiálů. Kromě strusek byly posuzovány vybrané popílky vykazující, podobně jako strusky, pojivové schopnosti. Výsledky této práce přinášejí přehled o mechanických vlastnostech více než tří desítek strusek a popílků, které byly alkalicky aktivovány, ale zejména hydratovány vodou. Dále je v práci přehled chemického a fázového složení těchto strusek a záznamy kalorimetrického měření strusek mísených s vodou. Na základě provedených experimentů jsou strusky využity jako pojivo pro přípravu briket. Vodou hydratované strusky představují alternativní náhradu pojiva na bázi portlandského cementu. Připravené brikety nesou významnou část odpadních surovin vhodných k recyklaci v tavících agregátech a dosahují dostatečných pevností v tlaku, aby byla zajištěna jejich manipulační pevnost.

Abstract:

Steel slag and blast furnace slag are created during the production of iron and steel. The blast furnace slag has very advanced level for use, nowadays. While the effective use for many types of steel slag are still looking. The use of steelmaking ladle slag in the construction industry is very difficult, because they are volume unstable and their deposition on the heap is inefficient and costly. Based on these reason, the steel producers are trying to use these wastes in another manufactures, for example such as recyclate material in own production. The reason for such utilization is relatively high content of iron and other metal oxides that are using the during refining steel. This work is focused for the search slags with binding properties. The binding properties of slags are effected by chemical composition, cooling mode and their age. This work tries to document the hydraulic properties of steel slags and find their subsequent application as a binder, which is suitable for processing fine grained metallic wastes. The first section is summarized available information concerning the problems of the creation, distribution and use of slags. It includes procedures about alkali activation of slags and hydration slags with water. The theoretical part is discussed further in specification of fine grained waste produced in the metallurgical and energy industry. The experimental part is focused on the specification of the methods that are used by for determining mechanical properties for the prepared samples. In this section are specified methods that were used for obtaining chemical and phase composition of selected materials. The main aim of the experiment was to obtain comprehensive overview of slags which are hydratable water which have good mechanical properties. Based on the conducted experiments were selected suitable slags. These slags are in another part used as a binder for the creation of compact briquettes from the fine grained metallic waste materials. For testing were selected ash, which have good binding properties like slags. The results of this study provide an overview of the mechanical properties of more than thirty slags and ashes which has been alkali activated and hydrated with water. Furthermore, there is an overview of chemical and phase composition of slags. And there is a record of measuring calorimeter slags blended with water. Based on the conducted experiments are slags used as a binder for preparing briquettes. Water hydrated slags are alternate substitutes binders based on the Portland cement. Prepared briquettes have a significant portion of waste materials that are suitable for recycling in the melting units. These briquettes have sufficient compressive strength that ensure their handling strength.

Klíčová slova

Ocelárenské strusky, pojivové vlastnosti, jemnozrnné odpady, energetické odpady, metalurgické odpady

Keywords

Steel slags, binding properties, fine granular wastes, energetic wastes, metallurgical wastes

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 5. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 30. 6. 2016
• Vedoucí: Jozef Vlček
• Oponent: Oldřich Hoffmann, Petr Martinec, Gabriel Sučík

VŠB - Technická univerzita Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Doktorský studijní program / obor:
Metalurgie / Tepelná technika a paliva v průmyslu