Slak (metallurgie)

Slak.

Onder slak wordt het bijproduct van de extractieve metallurgie verstaan, dat vooral bestaat uit vloeibare oxides. In sommige processen wordt ook een sulfidische vloeistof gevormd, die matte genoemd wordt.

Hoogovenslak oftewel hoogovengranulaat is specifiek de restanten van de reactie tussen steenkool en erts in een hoogoven, als bijproduct van vloeibaar ruwijzer: door de hoge temperaturen in de hoogoven smelt alles en worden ijzer en andere metalen gereduceerd. Het zwaardere metaal zinkt naar de bodem terwijl de resterende oxides, de slak, er bovenop blijft drijven.

Vorming en functie

In de hoogoven wordt het ijzer uit het ijzererts gereduceerd. Ook alle edelere metalen zullen in het vloeibaar ijzer oplossen. De minder edele metalen zullen niet gereduceerd worden en in de slak terechtkomen. In verdere stappen in de staalproductie, zoals de convertor, worden oxides op het vloeibaar ijzer of staal toegevoegd om bepaalde onzuiverheden gemakkelijker op te nemen. De slak heeft daar ook de functie om het staal af te dekken en voor afkoeling en oxidatie te beschermen. In de non-ferrometallurgie is de slak vaak een tussenstap met een scheidingsfunctie. Een bepaald metaal, bijv. lood, wordt dan naar de slak geoxideerd, om dan afgetapt te worden en elders tot het metaal gereduceerd.

Samenstelling

Hoogovenslak bevat in hoofdzaak siliciumoxide, calciumoxide, magnesiumoxide en aluminiumoxide (Zie [1]). De slak bevat ook steeds een beperkte hoeveelheid ijzeroxide.

Convertorslak bevat door de oxiderende omstandigheden meer ijzeroxide. Slak van de productie van roestvast staal bevat chroomoxide (Cr₂O₃), meestal in de vorm van MgO.Cr₂O₃-spinel, en slakken van non-ferrometallurgie kunnen vele verschillende metalen bevatten.

Eigenschappen

De eigenschappen van slak zijn sterk afhankelijk van de samenstelling. Voor een industrieel proces zijn vaak de volgende eigenschappen van belang:

• De basiciteit: de verhouding van basische tot zure oxides. Deze verhouding geeft o.a. een indicatie voor de compatibiliteit met de refractaire wanden.
• Het smeltpunt: bij een te laag smeltpunt wordt de slak te reactief, bij een te hoog te viskeus. Onder het smeltpunt zal de slak vaste deeltjes bevatten. Daarom worden fasediagrammen gemaakt met het liquidusoppervlak.
• De viscositeit: dit is van belang wanneer de slak goed moet vloeien, zoals bij slakschuimen.

Hergebruik

Het is in het voordeel van de metaalproducent als ook de slak een nuttige toekomst krijgt en niet gedumpt of verwerkt moet worden.

Gegranuleerde hoogovenslak wordt verkregen als de gesmolten slak van de hoogovens snel wordt afgekoeld met water (het 'schrikken'). De hoogovens van de Europese staalindustrie produceren meer dan 16 miljoen ton gegranuleerde slak per jaar.

De gegranuleerde slak is niet verder van belang voor de staalfabrikant, maar wel van groot belang voor de cementindustrie; de slak is een hoogwaardige vervanger van ruwe grondstoffen zoals kalksteen. Men spreekt dan van hoogovencement. Doordat minder kalksteen gecalcineerd moet worden, komt per ton cement minder CO₂ vrij.

Ook andere slakken kunnen verder gebruikt worden. Een typische toepassing is als toeslagmateriaal voor beton. De toepasbaarheid hangt af van mechanische eigenschappen zoals de sterkte, en milieuvoorwaarden zoals de samenstelling en uitloogbaarheid van zware metalen.

Vanwege de hoge gehaltes aan kalk, ijzer en fosfor worden slakken ook als bemesting gebruikt. Deze worden ook thomasslakken genoemd.

Een andere toepassing die wordt overwogen, is het opnemen van CO₂ uit processen die fossiele brandstoffen gebruiken (CO2-afvang en opslag), door het calcineren van CaO-rijke slak.