При выплавке в год чугуна и стали около 100 млн. т образуется не менее 10 млн. т шлаков. При этом, если доменные шлаки благодаря химическому составу и структуре, возникающей в них в результате интенсивного охлаждения (грануляции), используются достаточно широко - в качестве строительных материалов при изготовлении бетонных и шлакобетонных изделий, производстве цемента, дорожно-строительных работах, то сталеплавильные шлаки (кроме мартеновских) находят слабое применение. Более того, по государственной классификации металлургические шлаки относятся к техногенным материалам - отходам производства 4 класса опасности, хотя их степень вредного воздействия на окружающую природную среду низкая.

Практически безразличное отношение нынешних государственных организаций к проблеме использования электрометаллургических шлаков есть лишь частное проявление общегосударственной тенденции, когда утилизация отходов производится в основном методом захоронения и санкционирования свалок. По данным специального научного центра Минпромнауки России, средний уровень использования промышленных отходов по стране равен всего лишь 36%, а доля использования отходов производства в качестве вторичного сырья в производстве важнейших видов промышленной продукции не превышает 11%.

Коллегия Минпромнауки считает, что основными причинами такого положения являются:

- отсутствие экономических условий для сбора и рентабельной переработки значительной массы отходов;

- несовершенство инструментов государственного регулирования в этой области.

Последнее точнее можно назвать государственным безразличием к этой проблеме. Пока единственным стимулом активной деятельности в использовании вторичных ресурсов является экономический результат, т.е. прибыль. И, если она есть, но не велика, вряд ли можно рассчитывать на существенные позитивные изменения.
Разительно иное отношение к утилизации вторичных ресурсов на примере металлургических шлаков демонстрируют европейские государства - члены Евросоюза.

Наиболее показательно отношение к этой проблеме в Германии, где уже в 1949 г. было организовано специальное научно-техническое общество - РЕПЗ - для всестороннего исследования свойств металлургических шлаков с целью их последующего использования в промышленности и сельском хозяйстве Германии. Эти исследования проводились с участием представителей металлургов - производителей шлака и вероятных его потребителей, но под кураторством государственных органов. Основываясь на плодотворных результатах совместной работы, в Германии были приняты законы, согласно которым металлургические шлаки из категории отходов были переведены в разряд побочных продуктов производства. А уже в 1995 г. было принято такое же решение об исключении металлургических шлаков из Европейского каталога отходов и Европейских правил обращения отходов в Европейском сообществе.

При этом для каждого вида шлаков (доменного, конвертерного, электроплавильного) разработан перечень производственных факторов (начиная от обработки жидких шлаков и заканчивая технологией переработки в твердом состоянии), влияющих на их свойства и определяющих виды производственных сфер, где они с наибольшей пользой могут быть использованы.

Предприятия - обладатели шлаков, обеспечивающие исполнение установленных критериев качества, получают специальный сертификат ассоциации контроля качества, после чего им разрешается ставить на отгрузочных документах соответствующий знак сертификации.

Немецкий исследовательский институт металлургических шлаков РЕПЗ стал ядром общеевропейской ассоциации шлаков ЕВРОШЛАК, которая в 2000 г. была основана Европейской конференцией по шлакам в Дюссельдорфе.

Эффективность деятельности этой научно-производственной структуры при поддержке государственных органов лучше всего характеризуется объемом шлаков, нашедших применение в промышленности и сельском хозяйстве. По данным ЕВРОШЛАКА из 25 млн. т доменных шлаков, образовавшихся в 2000 г. в европейских странах, почти 100% было использовано: около 60% -в производстве цемента, а остальная часть - в других сферах строительной индустрии: при изготовлении бетонных изделий и строительстве дорог.

Несколько иначе обстоит дело с утилизацией сталеплавильных шлаков, общий объем которых составил в 2000 г. 16,8 млн. т и которые делятся на две большие группы соответственно технологическим процессам и плавильному оборудованию: на конвертерные шлаки (около 60% всего объема) и электросталеплавильные (около 30%). Остальные 10% -это шлаки вторичных металлургических процессов. При этом необходимо иметь в виду, что из 163 млн. т стали, выплавленных в странах Евросоюза в 2000 г.,65 млн. т, или 39,7%, произведено в электропечах, а остальные 98 млн. т - в конвертерах. Мартеновские печи ликвидированы полностью.

Из общего объема сталеплавильных шлаков в отличие от доменных полезно используются пока лишь 75%, остальные 25% находятся в отвалах или захораниваются.

Применяются сталеплавильные шлаки в трех основных направлениях: в сельском хозяйстве - как известкователи почв, в дорожном строительстве - в качестве оснований дорог и составляющих асфальтобетонных покрытий, а также в качестве железосодержащего материала для вторичной переплавки в доменных печах (при содержании Ре не менее 45-50%).

Какова ситуация с утилизацией шлака в России?

Прежде следует указать на существенно меньший в сравнении с Европейским союзом объем выплавляемой стали - в 2002 г. выплавлено около 60 млн. т против 168 млн. т в ЕС. При этом в электропечах выплавлено 8,9 млн. т против 65 млн. т в ЕС. Таким образом, и общий объем выплавленной стали и доля электроплавленной - 40% в ЕС и 14,9% в России - свидетельствуют об отставании в техническом уровне нашей металлургии от европейской. Другим подтверждением отставания служит факт сохранения мартеновских печей и выплавки в них 14,15 млн. т стали, т.е. в 1,5 раза больше, чем в электропечах, хотя качество мартеновской стали и технико-экономические показатели процесса существенно ниже электростали.

На основных металлургических комбинатах России за многие десятилетия образовались десятки миллионов тонн накоплений доменных, конвертерных и мартеновских шлаков. Самим заводам было не до шлаков, так как стране всегда нужно было как можно больше металла. Хотя отдельные заводы, например, Новолипецкий металлургический комбинат, еще в 70-х гг. прошлого века организовали активную переработку доменного шлака и последующем использование его в производстве цемента, шлакобетонных стройматериалов, а в настоящее время конвертерные шлаки используют для дорожного строительства и изготовления сухой асфальтовой смеси и небольшую часть - в сельском хозяйстве.

В 90-х гг. активная работа по утилизации шлаков была начата на металлургическом комбинате "Северсталь". В сотрудничестве с финской компанией "СК-1" были установлены 5 комплексно-механизированных линий по переработке шлака и его последующем использовании в дорожном строительстве, изготовлении цемента. Приступили к переработке шлака и на уральских металлургических комбинатах: Челябинском и Магнитогорском, где также задействованы крупные перерабатывающие комплексы. Однако, из-за значимости объемов и сложившихся приемов утилизации это касается в основном доменных шлаков, в меньшей степени - конвертерных и мартеновских и в очень незначительной - электросталеплавильных шлаков, как в силу их особых свойств, так и из-за незначительности объемов.

Совершенно в особом положении оказался Оскольский электрометаллургический комбинат. Фактически в настоящее время ОЭМК является наиболее крупным электросталеплавильным заводом России - из 8,9 млн. т стали, выплавленной в 2002 г., на ОЭМК выплавлено 2223,9 тыс. т, или 25%. Кроме этого, следует учесть, что на комбинате внедрена уникальная для России и Европы технология прямого восстановления железа, т. е. получение конечного продукта - стали - путем одноразового переплава железной руды, которая, претерпевая ряд технологических переделов, превращается в шихтовый материал для загрузки в печь (окатыши). Последние содержат 90% металлического железа, а остальные элементы, в основном, составные части шлака. Поэтому в отличие от традиционного для дуговых электропечей потребления металлолома в количестве 850-960 кг на тонну стали, на ОЭМК потребляют только 386 кг, а разница восполняется окатышами. Отсюда почти вдвое большее образование шлака, чем в печах, работающих по традиционной технологии.

Из-за этих причин всего за 16 лет с начала ввода в эксплуатацию первой дуговой печи (из 4-х действующих сегодня) шлаковые отвалы насчитывают сегодня почти 5 млн. т.
В июле 2001 г. была разработана и утверждена областная программа, предусматривающая переработку шлака и его последующую утилизацию в строительной индустрии и сельском хозяйстве области. Летом 2002 г. специально созданная ЗАО "ОЭМК - Втормет" механизированная линия для реализации задач программы приступила к переработке шлака. Ее мощность-600 тыс. т шлака в год. Спроектирована она была по заданию ЗАО уральским "НИИ Проектасбест". Этот же институт изготовил значительную часть оборудования, а остальная часть была произведена на месте. Все строительно-монтажные работы и пуск были осуществлены силами ЗАО "ОЭМК - Втормет" и местными организациями. После конструктивных изменений производительность линии при работе по металлургическому графику вышла на мощность 800-900 тыс. т шлака в год.

При этом выполнялись следующие технологические операции: разработка отвала (карьера), грохочение, фракционирование и магнитная сепарация.

Опыт 1,5-летней эксплуатации линии подтвердил расчетные предположения о 3,5-3,75% содержании металлического железа в тонне переработанного шлака, которое вторично переплавляется в электродуговых печах ОЭМК. Естественно, используются фракции больше 10 мм, причем каждая из групп >10 мм имеет свое неметаллическое "сопровождение" и соответствующую цену. Одновременно был осуществлен ряд исследований, направленных на изучение возможностей и условий использования обезжелезенного классифицированного шлака в различных хозяйственных областях. Так, в РосдорНИИ в результате исследования была установлена возможность применения шлака в дорожном строительстве, а также разработана технология его использования в различных конструктивных слоях - от оснований до асфальтобетонных покрытий - для дорог II-IV классов с учетом нагрузки и интенсивности движения на них.

НИИЖБ Госстроя РФ по результатам исследования установил возможность применения шлака при изготовлении бетонных изделий в качестве заменителя песка и извести. Естественно, утилизация шлака помимо улучшения технологии, освобождения площадей, занятых шлаковыми отвалами, дополняется уменьшением производственных затрат и снижением себестоимости продукции.

Особо следует отметить глубокие и продолжительные исследования, проведенные во ВНИИ агрохимии им. Прянишникова, которые показали замечательную способность шлака ОЭМК в известковании кислых почв. Причем урожайность сельскохозяйственных угоди и при применении шлака была выше по сравнению с той, что наблюдалась при применении традиционных известковых удобрений -благодаря как раз наличию в шлаке микроэлементов, оказывающих благотворное влияние на питание и рост растений.

Следует учесть, что, по данным Центрального научно-исследовательского института агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИ-НАО), за истекшие 10 лет применение минеральных удобрений сократилось в 10 раз, а работы по известкованию кислых почв уменьшились в 13 раз, 37 млн. га (38,1% от обследуемой площади) нуждаются в известковании, причем 4,9 млн. га имеют очень кислую реакцию почвенной среды и нуждаются в первоочередном известковании. Растения нуждаются в кальции как в питательном элементе, посему недопустимо снижать объемы известкования.

На основе результатов упомянутого научного исследования, заключения Федерального научного центра гигиены им. Эрисмана шлак ОЭМК включен в "Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории РФ" и рекомендован в качестве известкователя кислых почв Госхимкомиссией РФ.

Остается надеяться, что шлак ОЭМК будет широко востребован агрохимслужбами областей Центрального региона России в первую очередь.

Одновременно изучается возможность синтезирования шлака с другими материалами для усиления его вяжущих свойств и общей активности. Учитывая, что кроме накопленного шлака его ежегодное образование немного менее 500 тыс. т, приняты меры по увеличению производственной мощности перерабатывающего оборудования до 2,2-2,5 млн. т. Новые производственные мощности введены в опытно-промышленную эксплуатацию.

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков и с анализом оборудования для производства цемента на основе шлаков Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России» и «Анализ оборудования для производства шлакощелочного вяжущего».

www.newchemistry.ru