Переробка металургійних шлаків Кривбасу: як промислові відходи перетворюють на дорожнє покриття та будматеріали

Цікавий парадокс – те, що для металургії вважається відходами, для міста є корисним матеріалом. У Кривому Розі протягом багатьох років накопичувалися шлаки, а разом із ними – і відвали. Понад 97 мільйонів тонн металургійних шлаків залишалося просто неба на території понад 330 гектарів. Аж доки не з’явилася альтернатива, яка суттєво спростила розв’язання цієї проблеми. Першим перевірили теорію на практиці фахівці підприємства “АрселорМіттал Кривий Ріг”. Далі на kryvyi-rih.name.

Шлакопереробний цех: як шлак став матеріалом?

На підприємстві “АрселорМіттал Кривий Ріг” шлак потрапляє до шлакопереробного цеху, де його обробляють та розподіляють за подальшим призначенням.

Доменний шлак використовують по-різному:

• гранульований – стає добавкою для виробництва цементу;
• сталеплавильний – є сировиною для інших будівельних матеріалів;
• відвальний – корисний  у дорожньому будівництві. 

У 2021 році 225 000 тонн шлаку в “АрселорМіттал Кривий Ріг” використали для капітального оновлення українських доріг у межах проєкту “Велике будівництво”. Але є нюанси. Можливості роботи залежать від роботи домен, при зменшенні навантаження на доменне виробництво працівники використовують паузи для ремонту обладнання. Зокрема, обслуговують установку з виробництва гранульованого шлаку. 

Дослідна ділянка: як шлак перевірили в бетоні?

У металургії шлак – побічний продукт виробництва. Але для дороги важливо інше: чи може цей матеріал витримати навантаження від транспорту? На “АрселорМіттал Кривий Ріг” це перевірили не лише розрахунками на папері, а й на практиці. У вересні 2018 року на території підприємства створили експериментальну ділянку бетонної дороги, щоб порівняти бетон із домішкою металургійного шлаку зі звичайним бетоном.

Конструкцію створили за принципом “шарового пирога”:

• велика фракція доменного шлаку; 
• поверх – дрібна;
• трамбування; 
• фіксація гідроізоляційної плівки;
• встановлення армокаркаса з арматури. 

Ділянку розділили на 3 зони, і в кожній заклали свій склад бетону. Це дало можливість на практиці перевірити, які суміші краще тримають навантаження. 

Про те як шлак витримав випробування

У квітні 2019 року експериментальну ділянку протестувала лабораторія “ХайдельбергБетон Україна”. Фахівці працювали за державним стандартом для визначення міцності бетону неруйнівними методами. І тут шлак пройшов свій головний тест: бетон із металургійною сировиною за міцністю не поступився звичайному.

Цього результату вистачило, щоб визначити, де ще можна використовувати шлак. За даними підприємства “АрселорМіттал Кривий Ріг”, експериментальна ділянка після 3 років експлуатації залишалася “як новенька”. 

Тодішній заступник директора департаменту інвестицій та інжинірингу “АрселорМіттал Кривий Ріг” Андрій Бабенко передбачив кілька варіантів використання шлаку:

• сталеплавильний – для підвищення родючості ґрунтів;
• доменний – замість щебеню у залізничному баласті;
• доменний – для автомобільних і технологічних доріг;
• шлакова сировина – для виробництва блоків і габіонів.

Експеримент підтвердив: криворізький шлак можна використовувати по-різному. А вже де саме він дасть найбільшу користь, визначали місцеві фахівці.

50 мільйонів тонн шлаку: як відвали перетворили на матеріал для доріг?

У серпні 2020 року “АрселорМіттал Кривий Ріг” передав 50 мільйонів тонн металургійних шлаків державному підприємству “Нові технології дорожнього будівництва”. Перед використанням на дорогах його мали переробити на шлаковий щебінь і пісок.

У 2020 році Укравтодор використав понад 100 000 кубометрів шлаку на ремонтах доріг чотирьох областей:

• Харківської;
• Донецької;
• Дніпропетровської;
• Запорізької.

Але шлак використовують не лише як основу дороги. Після перероблювання він стає ще й заповнювачем для дорожнього бетону та асфальту. Матеріал відповідає державним стандартам України, тому його можна вводити у різні прошарки дорожньої конструкції. На думку криворізьких фахівців, новий підхід розв’язує одразу кілька проблем: кількість відходів у відвалах знижується і менше треба купувати природного каменю для доріг. 

Шлак проти граніту: чому це вигідно?

Дорога з металургійного шлаку обходиться у 2,5–3 рази дешевше, ніж сформована на гранітному щебені. Для Кривбасу це особливо важливо, адже поруч із дорогами вже є величезні обсяги промислового матеріалу, який можна переробляти й використовувати замість частини природної сировини.

Є й інша перевага – термін використання. Цементобетонні дороги можуть працювати 20–30 років, тоді як асфальтне покриття потребує ремонту вже через 4–7 років. При високій температурі асфальт розм’якшується, а важкий транспорт поступово його руйнує. Бетон – навпаки, з часом тільки міцнішає. Тому різниця для дорожнього будівництва виходить не тільки у ціні матеріалу, а й у тому, як довго дорога не потребуватиме ремонту.

Європа – першість у використанні шлаку

Практика використання металургійних шлаків у дорожньому будівництві далеко не нова. Варто згадати, що ще у часи. Римської імперії – понад 2 000 років тому – шлак від первісних залізоробних горнів забирали для зведення доріг. У сучасну індустріальну епоху ця практика повернулася тільки на початку XIX століття. Перші дороги зі шлаком з’явилися в Англії у 1813 році. Далі технологія швидко поширилася на інші європейські країни. 

В Україні масове використання шлаку для доріг почалося значно пізніше – у 1960–1970-х роках. З 1961 по 1971 рік у дорожньому будівництві застосували понад 17 мільйонів кубометрів доменних шлаків і понад 5 мільйонів кубометрів – сталеплавильних. У 1970–1980-х роках шлаковий щебінь, пісок і суміші широко використовували як заповнювач в асфальтобетонах. Тоді активно працювали комбінати Маріуполя – “Азовсталь” та імені Ілліча. Після 1991 року обсяги різко зменшилися. Новий імпульс з’явився лише наприкінці 2010-х – на початку 2020-х років.

Як відходи перетворюються на міцну дорогу? 

У 2020-х роках у Європі у дорожньому будівництві використовують до 46 % сталеплавильного шлаку, а ще 44 % гранульованого доменного шлаку спрямовують у цементну промисловість. У США близько 60 % автодоріг є бетонними, у Європі – майже 40 %, тоді як в Україні таких – менш як 1 %. Але дедалі більше цікавляться технологіями, які дають можливість спростити будівництво. 

Йдеться про те, що “сухий” бетон можна укладати як асфальт, але готове покриття зберігає властивості бетону. Для його виробництва використовують відходи гірничо-металургійних підприємств і місцеві в’язкі суміші на основі гранульованого доменного шлаку. Такий матеріал вважається найкращим для бетонних доріг.

Як у Кривому Розі використовують промислові відходи? 

У 2025 році у промисловому центрі України використали для ремонту шляхів майже 9 мільйонів тонн промислових відходів: із них робили щебінь, будували технологічні дороги, засипали старі кар’єри та зони обвалення шахт.

Переробка на кожному підприємстві – своя:

• “АрселорМіттал Кривий Ріг” використав вдруге понад 258 000 тонн шламів з аглодоменного та сталеплавильного виробництв;
• “Кривий Ріг Цемент” замінив природну сировину золошлаковими матеріалами;
• Інгулецький ГЗК реалізував понад 26 000 тонн талькових сланців, які раніше накопичувалися у відвалах;
• Південний ГЗК почав згущувати пульпу, щоб у хвостосховища потрапляло менше води та відходів.

У Кривому Розі всі промислові відходи використовують по-різному: частину повертають у виробництво, частину – продають, ще якусь партію перекидають на зменшення кількості відходів у хвостосховищах.

Що заважає масштабувати перероблення шлаків?

Шлак – не готовий щебінь, який можна одразу везти на будівництво. Спочатку його треба відокремити, переробити, розсортувати за фракціями та перевірити, де саме його можна використовувати. Для великих обсягів потрібні відповідні потужності, а матеріалу – конкретний покупець і місце застосування.

У Кривому Розі вже є такий досвід: шлак переробляють для дорожніх робіт, використовують у бетоні, а інші промислові відходи повертають у виробництво. Тому головне питання для міста – як зробити так, щоб більше шлаку не потрапляло у відвали, а перетворювалося на готовий матеріал для будівництва. І його продовжують розв’язувати.

Джерела:

1. https://krivbass.city/news/view/u-krivomu-rozi-peretvoryuyut-vidhodi-na-resurs-shho-zrobili-u-2025-rotsi
2. https://biz.nv.ua/ukr/experts/v-ukraine-poyavyatsya-dorogi-iz-othodov-50050817.html
3. https://krivbass.city/news/view/deshevo-no-serdito-v-krivom-roge-promyshlennoe-predpriyatie-predlagaet-stroit-dorogi-iz-shlaka
4. https://krivbass.city/news/view/arselormittal-krivij-rig-peredav-50-mln-tonn-metalurgijnih-shlakiv-dlya-budivnitstva-ukrainskih-dorig
5. https://metalurg.online/novyny/shlakopererobnomu-tsekhu-vypovnylosia-60-rokiv
6. https://ndu.kr.ua/580-teoriya-bez-praktiki-mertva-a-praktika-bez-teoriji-bezplidna-moe-bachennya-ekologiji-krivogo-rogu
7. https://ecoj.dea.kiev.ua/archives/2020/4/4_2020.pdf