Випуски $\rightarrow$ Том 23, випуск 1 (2022)

Сучасний стан і аналіз характеристик, властивостей, значимости та перспектив застосування металурґійних жужелів

Г. Є. Ахметова$^1$, Г. А. Ульєва$^2$, A. І. Деніссова$^1$, К. Туйсхан$^1$, А. Б. Тулеґенoв$^1$

$^1$Карагандинський індустріальний університет, просп. Республіки, 30, 101400 Темиртау, Казахстан
$^2$АО «АрселорМіттал Темиртау», просп. Республіки, 1, 101407 Темиртау, Казахстан

Отримано 04.12.2021; остаточна версія — 18.02.2022 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Оглядова стаття стосується сучасного стану, аналізи характеристик, властивостей, значущости та перспектив застосування жужелів, що є відходами чорної та кольорової металурґії. У матеріялі розглядаються будова жужелів від виробництва сталі, характеристики жужелів чорної металурґії, поділ жужелів за складом, а також світовий і казахстанський досвіди з перероблення із застосуванням екологічної оцінки безпеки. У статті оглядаються та вивчаються методи застосування жужелю у дорожньому будівництві, сільському господарстві, технологіях лиття, у виготовленні портландцементу, глиняної цегли, зеленого бетону тощо. Стаття узагальнює практичний досвід досліджень багатьох учених у галузях застосування металурґійних шлаків. Наукова новизна полягає у вивченні як світового, так і казахстанського досвіду застосування жужелів металурґійного виробництва на підставі практичних даних дослідників усього світу з виявленням позитивних і неґативних властивостей різних жужелів за певних умов. Розглядувана тема буде цікавою науковцям і дослідникам у галузі металурґії та матеріялознавства. На підставі одержаних даних було виявлено, що вилучення металу із жужелю значно понижує собівартість; шлак піддається утилізації після вилучення з нього корисних металів; скорочення жужільних відвалів дає змогу поліпшити екологічну ситуацію, а також звільнити цінні земельні площі. Питання виявлення особливостей розвитку гірничо-металурґійних виробництв і розроблення принципово нових напрямів, нетрадиційних способів удосконалення наявних технологій виробництва потребує подальшого вивчення.

Ключові слова: жужіль конвертерний, жужіль доменний, жужіль феростопний, корисні метали, відходи виробництва, перероблення відходів, рециклінґ.

Citation: G. E. Akhmetova, G. A. Ulyeva, A. I. Denissova, K. Tuyskhan, and A. B. Tulegenov, State-of-the-Art and Analysis of Characteristics, Properties, Significance, and Application Prospects of Metallurgical Slags, Progress in Physics of Metals, 23, No. 1: 108–129 (2022); https://doi.org/10.15407/ufm.23.01.108

Цитована література   
  1. A.A. Yusuphodjaev, S.R. Hudoyarov, H.R. Valiev, Sh.T. Hojiev, and I.K. Matmusaev, Vzaimodeistvie Komponentov Shikhty pri ikh Nagreve v metallurgicheskikh Oechakh [Interaction of Charge Components during Heating in Metallurgical Furnaces], Proceedings of the III International Scientific and Practical Conference “Modern Scientific Achievements and Their Practical Application” (October 27–28, 2016, Dubai, UAE) (Ajman: 2016), No. 11 (15), Vol. 1, p. 24 (in Russian).
  2. A. Koketaev, A. Meirmanova, R.Z. Khaktaeva, K. Artykbaev, and S. Tamabaeva, Promyshlennost’ Kazakhstana, No. 4 (55): 31 (2009) (in Russian).
  3. A.A. Yusuphodjaev, H.R.Valiev, and S.R. Hudoyarov, Pererabotka Vtorichnykh Tekhnogennykh Obrazovaniy v Chernoy Metallurgii [Processing of Secondary Technogenic Formations in Ferrous Metallurgy] (Toshkent Davlat texnika Universiteti) (in Russian).
  4. P.Y. Mahieux, J.E. Aubert, and G. Escadeillas, Construction and Building Materials, 23: 742 (2009).
  5. Y. Topkaya, N. Sevinç, and A. Günaydın, Int. J. Miner. Process, 74: 31 (2004).
  6. J. Diao, W. Zhou, Z. Ke, Y. Qiao, T. Zhang, X. Liu, and B. Xie, J. Clean. Prod., 125: 159 (2016).
  7. N. Ortiz, M.A. Pires, and J.C. Bressiani, Waste Manag., 21: 631 (2001).
  8. I. Ponsot and E. Bernardo, J. Clean. Prod., 59: 245 (2013).
  9. G.E. Akhmetova, G.A. Ulyeva, and K. Tuyskhan, On the issue of alloying and modification of alloys: using the waste products for creation of novel materials, Prog. Phys. Met., 22, No. 2: 271 (2021); https://doi.org/10.15407/ufm.22.02.271
  10. K. Tuyskhan, G.E. Akhmetova, G.A. Ulyeva, D.S. Saparov, and K.S. Tolubaev, Approval of production waste application as modifiers of aluminum alloys, Vestnik Satbayev University, 143, No. 1: 233 (2021); https://doi.org/10.51301/vest.su.2021.v143.i1.29
  11. A.A. Metelkin, O.Yu. Sheshukov, I.V. Nekrasov, and O.I. Shevchenko, Povyshenie Stoikosti Futerovki Agregatov Vnepechnoi Obrabotki Stali [Increasing the Lining Durability of Secondary Steel Treatment Units], (NTI: UrFU: 2015) (in Russian).
  12. L.L. Aksenova and L.V. Hlebenskih, Ispolzovanie Otkhodov Chernoi i Tsvetnoi Metallurgii v Stroitelnoi Industrii [Using Waste from Ferrous and Non-Ferrous Metallurgy in the Building Industry], Technical Sciences in Russia and Abroad: Materials of the III Int. Sci. Conf. (July, 2014, Moscow), v. 0: 106 (2014) (in Russian).
  13. B.B. Bobovich and V.V. Devyatkin, Pererabotka Othodov Proizvodstva i Potrebleniya [Recycling of Production and Consumption Waste] (Intermet engineering: 2000) (in Russian).
  14. Latest Trends in Soil Science, Vol. 2 (Ed. Sukul Singh Porte) (2021) https://doi.org/10.22271/int.book.57
  15. World Steel Association. Steel Statistical Yearbook 2020; https://www.worldsteel.org/steel-by-topic/statistics/steel-statistical-yearbook.html
  16. J. Guo, Y.Bao, and M. Wang, Waste Manag., 78: 318 (2018).
  17. Korea Iron & Steel Association. Production and Uses of Steel Slag in the Republic of Korea; https://www.kosa.or.kr/sub/eng/about/sub01.jsp
  18. Y. Topkaya, N. Sevinç, and A. Günaydın, Int. J. Miner. Process., 74: 31 (2004).
  19. J. Diao, W. Zhou, Z. Ke, Y. Qiao, T. Zhang, X. Liu, and B. Xie, J. Clean. Prod., 125: 159 (2016).
  20. V.J. Ferreira, A. Sáez-De-Guinoa Vilaplana, T. García-Armingol, A.T. Aranda-Usón, C. Lausín-González, A.M. López-Sabirón, and G. Ferreira, J. Clean. Prod., 130: 175 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.08.094
  21. N.A. Piatak, M.B. Parsons, and R.R. II Seal, Appl. Geochem., 57: 236 (2015).
  22. M. Luckman, V. Satish, and D. Venkateswaran, Cement and Concrete Research, 39: 102 (2009).
  23. D.H. Shen, C.-M. Wu, and J.-C. Du, Construction and Building Materials, 23: 453 (2009).
  24. J.J. Emery, Extending Aggregate Resources. American Society for Testing and Materials, 95 (1982).
  25. J.J. Emery, Steel Slag Utilization in Asphalt Mixes, Canadian Technical Asphalt Association Proceedings (1984); https://www.yumpu.com/en/document/view/11786444/steel-slag-utilization-in-asphalt-mixes-national-slag-association
  26. F. Nicolaas, H. Schrama, E.M. Beunder, R. Sue, T.N. Myakikure, B. Van den Berg, and Y.R. Yang, Ironmaking & Steelmaking, 44, No. 5: 333 (2017).
  27. N.A. Ali, De Bock, J.S.S. Chan, T. Papagiannakis, E.G. Theriault, and A.T. Bergan, American Society for Testing and Materials, 3: 19 (1992).
  28. P. Ahmedzade and B. Sengoz, Journal of Hazardous Materials, 165: 300 (2009).
  29. G.S. Merentsova and I.A. Goriunova, Polzunovsky Almanac, 2, No. 4: 124 (2017) (in Russian).
  30. B.A. Bondarev, I.A. Shtefan, M.A. Goncharova, and G.E. Shtefan, Slag Aggregate Asphalt Concrete (Lipetsk: LGTU: 2005) (in Russian).
  31. GOST 3344-83 Crushed Stone and Sand Slag for Road construction. Technical Conditions, No. 1, 1985-01-01 (Moscow: FSUE Standartinform: 2007).
  32. N.S. Kovalev, E.N. Otarova, V.V. Gladnev, E.A. Sadygov, P.V. Demidov, and E.V. Panin, Asphalt Concrete on the Basis of Converter Slags, 3rd Int. Symp. Engineering and Earth Sciences, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering (2020), p. 905.
  33. GOST 12801-98, Materials Based on Organic Binders for Road and Airfield Construction. Testmethods, 1999-01-01 (Moscow: Gosstroy of Russ.: 1999) (in Russian).
  34. N.S. Kovalev and I.A. Bykova, Bull. Volgograd State Univ. Architect. Civil Engineer. Ser. Construct. Architect, 11, No. 30: 81 (2008).
  35. S.I. Samodurov, S.M. Maslov, and N.S. Kovalev, On the Durability of Bitumen-Slag Coatings of Roads, Univ. News. Ser. Construct. Architect., No. 8: 147 (1976).
  36. K. Nakase, A. Matsui, N. Kikuchi, Y. Miki, Y. Kishimoto, I. Goto, and T. Nagasaka, J. Manuf. Sci. Prod., 13: 39 (2013).
  37. M. Schepper, P. Verli, I. Van Driessche, and N. De. Belie, J. Mater. Civ. Eng., 27, No. 5: 04014177 (2015).
  38. V. Hallet, R.I. Iacobescu, J. Denissen, and Y. Pontikes, The influence of slag chemistry on blended cements made with iron-rich slag, SynerCrete’18: Interdisciplinary Approaches for Cement-based Materials and Structural Concrete: Synergizing Expertise and Bridging Scales of Space and Time (Eds. M. Azenha, D. Schlicke, F. Benboudjema, and A. Jedrzejewska) (Funchal, Portugal: 2018).
  39. Vincent Hallet, Tobias Hertel, Nele de Belie, and Yiannis Portnikes, High-volume OPC replacement by iron-rich non-ferrous metallurgy slag (Confer. Paper, April 2019).
  40. A.Y. Nayana and S. Kavitha, Int. J. Advanced Engineering and Technology, 1, No. 2: 27 (2017).
  41. T. Vijaya Gowri, P. Sravana, and P. Srinivasa Rao, Studies on strength behaviour of high volumes of slag concrete, Int. J. Res. Eng. Technol., 3, No. 4: 227 (2014).
  42. L. Cunico, G. Dircetti, M. Dondi, G. Ercolani, G. Guarini, F. Mazzanti, M. Raimondo, A. Ruffini, and I. Venturi, Steel Slag Recycling in Clay Brick Production, 20, No. 2: 230 (2003).
  43. D.A. Asainova, V.V. Merkulov, G.E. Akhmetova, and G.A. Ulyeva, Inorg. Mater. Appl. Res., 12: 1066 (2021); https://doi.org/10.1134/S2075113321040031
  44. P. den Exter and C.G.M. Bol, Steel slag: from metallurgical slag to secondary raw material, Klei-Glass/Keramiek, 15: 79 (1994).
  45. D.E. Jones, Solid waste treatment in the steel industry — an industry perspective, Proc. Int. Ceram. Conf. Ceramics, Adding the Value’, (Melbourne, Australia), Vol. 2 (1992), p. 1000.
  46. B.F. Kislitsyn, Glass and Ceramics, 39: 116 (1982).
  47. M.L. Oveçoglu, Physical properties of glass-ceramics developed from Turkish blast furnace slags, Proc. 4th Eur. Ceram. Soc. Conf. (Riccione, Italy), Vol. 3 (1995), p. 323.
  48. K.V. Nikitina, A.V. Sokolova, V.I. Nikitina, and V.N. Dyachkova, Izv. VUZov. Tsvetnaya Metallurgiya (2018) (in Russian).
  49. I.O. Kon’ko and Yu.V. Kuris, East. Eur. J. Adv. Technol., 3, No. 11: 51 (2011).
  50. P.V. Drissen, A. Ehrenberg, M. Kühn, and D. Mudersbach, Metall, 80: 737 (2009).
  51. S.-Y. Pan, R. Adhikari, Y.-H. Chen, P. Li, and P.C. Chiang, J. Clean. Prod., 137: 617 (2016).
  52. X. Zhang, G. Ma, Z. Tong, and Z. Xue, J. Min. Metall. Sect. B Metall, 53: 139 (2017).
  53. L. Gómez-Nubla, J. Aramendia, S. Fdez-Ortiz de Vallejuelo, J.A.Carrero, and J.M. Madariaga, Microchem. J., 132: 268 (2017).
  54. P. Drissen, A. Ehrenberg, M. Kühn, and D. Mudersbach, Metall, 80: 737 (2009).
  55. A.L. Riley and W.M. Mayes, Environ. Monit. Assess., 187: 463 (2015).
  56. https://metallplace.ru
  57. https://openoblokah.ru
  58. M. Absalyamova, A. Kemalova, M. Nurmyrza, and W. Lee, Goldschmidt (2021); https://doi.org/10.7185/gold2021.5558

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,