Купершлак — металлургический шлак¶

Купершлак — кремнёво-магниевый шлак, образующийся при переплаве чугуна в кислых мартеновских печах и конвертерах; ценный продукт металлургического производства, применяемый в сельском хозяйстве и строительной индустрии как источник магния и кремнезёма.

¶Происхождение и состав

Термин «купершлак» происходит от названия процесса куперизации — продувки расплавленного чугуна кислородом в ковше с целью снижения содержания в нём марганца, кремния, фосфора и серы. Процесс назван по фамилии британского инженера Сэра Александра Купера (Alexander Sidney Kopper), предложившего метод в 1860-х годах. В русской технической литературе закрепилось также название «купершлак» для шлака, получаемого при кислой переработке ферросплавов и чугуна.

При куперизации кислород окисляет примеси чугуна, которые всплывают в виде шлака. Химический состав купершлака варьируется в зависимости от исходного сырья, но основными компонентами являются:

Высокое содержание MgO и SiO₂ отличает купершлак от большинства других металлургических шлаков (так называемого «основного» мартеновского шлака, где преобладает CaO) и определяет его агрономические свойства.

¶Технология получения

Купершлак образуется на металлургических заводах при выпуске чугуна из печей и его доводке в ковшах. Расплавленный чугун продувают кислородом через фурмы (сопла), в результате примеси окисляются и переходят в шлаковую фазу. Полученный шлак разливают в изложницы, где он охлаждается, затвердевает и измельчается.

В СССР крупнейшими производителями купершлака были заводы «Запорожсталь», «Криворожсталь», Нижнетагильский металлургический комбинат, а также предприятия чёрной металлургии в Днепропетровске, Мариуполе и Липецке. После распада СССР значительная часть мирового производства купершлака сосредоточилась на Украине и в России.

¶Применение

¶Сельское хозяйство

Основная область применения купершлака — сельское хозяйство. Шлак используется как:

• Магниевое удобрение — для известкования и магниевания кислых почв. Купершлак вносят на поля в дозах 2–6 т/га в зависимости от типа почвы. Он повышает pH и насыщает почву подвижным магнием, что особенно важно на подзолистых и серых лесных почвах.
• Кормовая добавка — измельчённый купершлак (фракция менее 0,5 мм) применяется как минеральный корм для крупного рогатого скота и других травоядных животных как источник магния и кремния.
• Подкормка для животноводства — в виде лизунцов-блоков.

¶Металлургия

Купершлак используется как шлакообразующий материал при выплавке стали в кислых мартеновских печах, а также как сырьё для производства ферросилиция и ферросилициомагния.

¶Строительство

Купершлак применяется в дорожном строительстве как заполнитель для асфальтобетонных смесей и как компонент для производства силикатного кирпича и цемента. Шлаковые бетоны на купершлаке обладают повышенной морозостойкостью.

¶Прочее

• Производство стекла и керамики (как источник MgO).
• Утилизация и обезвреживание отходов — сорбционные свойства шлака позволяют использовать его для очистки сточных вод.

¶Экологические аспекты

Купершлак относится к малотоксичным промышленным отходам. При выщелачивании в кислых почвах он может выделять тяжёлые металлы (марганец, хром, никель), однако в щелочных условиях эти процессы минимальны. Свалки купершлака на территории бывших металлургических предприятий представляют локальный экологический риск, связанный с пылеобразованием и вымыванием примесей.

¶Экономика

Купершлак относится к дешёвым промышленным отходам. Его цена на российском рынке в 2020-х годах составляла порядка 500–1500 рублей за тонну в зависимости от фракции, степени измельчения и удалённости от производства. Основные российские поставщики — предприятия чёрной металлургии в Центральном, Приволжском и Уральском федеральных округах.

¶Интересные факты

• В сельскохозяйственной практике купершлак иногда называют «магниевым удобрением № 1» на кислых почвах России и Беларуси.
• Купершлак, полученный на разных заводах, может существенно различаться по составу, поэтому перед внесением в почву рекомендуется лабораторный анализ на содержание MgO, CaO и токсичных элементов.

¶Источники

• ГОСТ 34790-2021. Шлаки металлургические. Общие технические условия.
• Справочник «Металлургические шлаки» / под ред. В. А. Римша. — М.: Металлургия.
• Технология чёрной металлургии: учебник для вузов / под ред. В. И. Ягодкина. — М.: Металлургия, 1996.
• Материалы Министерства сельского хозяйства РФ по применению металлургических шлаков в качестве удобрений.