Coal combustion generates significant volumes of ash, a technogenic by-product that poses a serious threat to regional environmental sustainability (environmental chemical contamination and air pollution). This study aims to assess the feasibility of utilizing this type of ash as a raw material component in the fabrication of refractory bricks and to investigate the fundamental properties of the resulting experimental products. Ash was incorporated into the batch composition at concentrations ranging from 10% to 40% by weight, blended with clay and water, then shaped through pressing and subjected to firing at 1000 °C and 1100 °C in an air atmosphere for 2 h. After complete cooling, the samples were subjected to compressive strength testing. Samples containing 40 wt% coal ash exhibited insufficient compressive strength and were therefore excluded from subsequent investigations. For the remaining samples, apparent density, open porosity and slag resistance were determined. The microstructural characterization was performed, and the phase composition of the samples was analyzed. The results revealed that the phase composition of the experimental samples differs significantly from that of the reference sample (ShA-grade chamotte brick in accordance with GOST 390-96, currently used as lining in metallurgical furnaces across the country), exhibiting a higher mullite content and the absence of muscovite. A small amount of kaolinite was detected in the experimental samples even after a 2-h firing process. This observation may be attributed to the effect of kaolinite crystallinity on the transformation process from kaolinite to metakaolinite. The mechanical strength of the experimental samples meets the relevant standards, while slag resistance demonstrated an improvement of approximately 15%. Open porosity was found to decrease in the experimental samples. In addition, a change in the pore size distribution was observed. Notably, the proportion of pores larger than 10,000 nm was significantly reduced. These findings confirm the feasibility of incorporating coal ash as a viable raw material component in the formulation of refractory materials.

The article presents the results of studying the possibility of using steelmaking waste as an anthropogenic raw material for manufacturing refractory materials. Steelmaking slag that is characterized by an increased content of calcium silicates, was used as an additive that increased heat resistance of refractory materials. The studies show that it is most appropriate to use as the main filler a fraction of fireclay scrap 0.8-0.9 mm (60%); fine-grained fireclay (0.2-0.3 mm, 10%); clay suspension with the moisture content of 7-8% (30%), which ensures the production of a high-quality refractory material. In this case, it is advisable to press the samples with pressure of 22-23 MPa, to sinter at the temperature of 1250 - 1270 ºС within 10-12 hours. The microstructure of the samples was studied, where it was shown that the experimental fireclay sample had a more uniform structure and a smaller number of rounded pores. Thus, on the basis of anthropogenic raw materials it is possible to obtain refractory fireclay products that can be recommended as alternative materials for lining various types of thermal units of foundry and plants of metallurgical production with the maximum application temperature of 1250-1300 ºС.

Статья посвящена исследованию использования техногенных отходов, таких как шлаки электросталеплавильного производства и шламовые материалы, для создания огнеупорных изделий, которые соответствуют требованиям ГОСТ 390-96. Основой исследования является применение водной керамической вяжущей суспензии, которая содержит микрокремнеземистую пыль, активированную в щелочной среде. Важным аспектом работы является добавление саморассыпающегося шлака, что способствует повышению термостойкости материалов. Одной из особенностей предложенной технологии является отсутствие этапа обжига, что снижает энергоемкость производства. Вместо обжига изделия подвергаются двухступенчатой сушке. В процессе исследования использованы отходы вскрышных пород для улучшения пластичности шихты, что помогает снизить затраты и повысить эколого-экономическую эффективность процесса. Применение таких отходов также способствует решению проблемы утилизации техногенных материалов. В работе рассмотрено влияние шлака и гранулометрического состава на ключевые свойства огнеупорных материалов, такие как прочность, термостойкость и пористость. Установлено, что добавление шлака действительно улучшает термостойкость, однако при его содержании более 20% прочность материала начинает снижаться, что требует тщательной оптимизации состава шихты. Для формирования огнеупорных изделий используются оптимизированные методы формования, которые обеспечивают достижение требуемых характеристик. В результате исследования были определены составы шихт, которые обеспечивают максимальную термостойкость и прочность изделий, что делает их пригодными для применения в металлургических печах и других высокотемпературных агрегатах. Результаты исследования способствуют созданию более эффективных и экологически безопасных технологий производства огнеупорных материалов, использующих техногенные отходы как сырьё, что способствует снижению негативного воздействия на окружающую среду и оптимизации промышленных процессов. Ключевые слова: Шлак, металлургия, химический состав, минералогические свойства, рециклинг, технологии переработки, огнеупорные кирпичи.

Steelmaking produces large volumes of slag, a by-product with environmental risks due to accumulation and possible contamination. This study explores its use as a mineralizing agent in chamotte refractories. Slag rich in clinoferrisilite was added up to 5 wt.% to partially replace fine chamotte. Samples were shaped by semi-dry pressing and fired at 1350 °C. Chemical and phase composition, thermal behavior, microstructure, and physico-mechanical properties were analyzed. Results showed slag addition increased mullite content to 68 wt.% and promoted secondary magnesium–aluminosilicate phases (indialite, cordierite), indicating activation of reactions in the MgO-Al₂O₃-SiO₂ system. DSC and TGA revealed thermal effects between 1298 and 1325 °C, confirming slag’s fluxing role and lowering the liquid-phase sintering temperature. Optimal properties were achieved with 5% slag and 10% clay, yielding compressive strength of 24 MPa and apparent density of 2.30 g/cm³, meeting GOST 390-96 requirements for grade SHA. However, excess liquid-phase components reduce thermal stability. Thus, steelmaking slag is an effective secondary raw material, enhancing mullitization and refractory performance when used within controlled limits.