Исследование возможности использования гальваношламов в качестве пигмента

5. Сариев В.Н.. Пути достижения оптимального хозяйствования твердыми муниципальными отходами // Информационный сборник. Экология городов. М., 5, 1995, с.73-75.

6. Сачков А.Н., К.С. Никольский, Ю.И. Маринин, О высокотемпературной переработке твердых отходов во Владимире // Информационный сборник. Экология городов. М., 8, 1996, с.79-81.

7. Федоров Л.Г. Управление отходами в крупных городах и агломерационных системах поселений. - М.: 1999.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЛЬВАНОШЛАМОВ В КАЧЕСТВЕ ПИГМЕНТА

Орлова А.М., Славин А.М.

Московский государственный строительный университет

В комплексе научно-технических мероприятий, связанных с проблемой охраны окружающей среды, решающая роль принадлежит развитию системы утилизации отходов и мерам по снижению промышленных выбросов, предусматриваемые в соответствии с Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года и Основными направлениями деятельности Правительства Российской Федерации на период до 2012 года.

Большинство машиностроительных предприятий имеют гальванические и травильные отделения, в сточных водах которых содержатся металлы: хром, цинк, железо, медь, кадмий, олово, оказывающих вредное экологическое воздействие на гидро-бионты и по трофической цепи поступающих непосредственно в организм человека.

Самым распространенным методом очистки стоков гальванических цехов является обработка их известковым молоком. Образующиеся при этом шламы подлежат захоронению на полигонах, что не может удовлетворять современным экологическим требованиям, поэтому поиск рациональных путей утилизации этих вторичных отходов представляет актуальную практическую задачу.

В тоже время, одной из основных задач лакокрасочной промышленности является расширение ассортимента выпускаемых малярных и антикоррозионных пигментов. Важную роль при этом играет создание новых марок путем модифицирования известных пигментов, а также уменьшение их стоимости за счет использования более дешевого сырья.

В связи с указанными задачами исследования проводилась на трех основных партиях шламов, которые отбирались путем усреднения на очистных сооружениях гальванического производства (табл. 1) в двух основных направлениях:

- в направлении комплексного испытания образцов вторичных отходов стоков гальванических цехов в эмалевых покрытиях и грунтах;

- в направлении изучения возможностей получения «керновых» пигментов на основе различных образцов вторичных отходов.

Испытывались образцы отходов различного химического состава (табл. 2), полученные в одном случае высушиванием при 80°С до остаточной влажности 1,5 - 5%, в другом - прокаливанием в течение 1 часа при температуре 800°С. Внешне испытуемые образцы представляют собой дисперсные порошки ненасыщенного коричневого цвета.

Спецвыпуск 3/2009 ВЕСТНИК

Таблица 1

Основные характеристики рабочих образцов вторичных отходов

Характеристика Номер партии

I II III

Исходная влажность, % 78,2 77,8 77,9

Остаточная влажность

- после 5 час. сушки при 80°С, % 5,2 5,0 5,5

- после 6 час. сушки при 80°С, % 1,1 1,3 1,5

Потери при прокаливании, % 31,3 27,8 29,5

Удельная поверхность, м2/г 1,7 1,8 1,4

рН водной вытяжки 8,2 8,8 8,5

Примечание:

1. Удельная поверхность определялась методом газопроницаемости для рабочих образцов, полученные путем диспергирования шлама на шаровой мельнице после сушки в течение 5-6 часов методом газопроницаемости на приборе ПСХ-2.

2. Потери при прокаливании определяли при температуре 800°С.

Таблица 2

Основной химический состав рабочих образцов вторичных отходов

Химический элемент Номер образца

I о.в. II о.п. III о.п.

Алюминий 2,1 1,5 1,4

Железо 11,0 20,0 21,1

Кальций 17,0 24,0 22,5

Магний 2,2 1,5 1,4

Медь 0,42 0,5 0,47

Никель 1,0 2,12 2,0

Хром 2,5 3,1 4,2

Цинк 11,0 4,8 5,3

Примечание:

1. О.в. - отход высушенный; о.п. - отход прокаленный.

2. Кальций и алюминий определяли методами эмиссионной спектроскопии, все остальные элементы - методом атомной адсорбции.

3. Кадмий и олово не определялись.

Образцы отходов были использованы в качестве пигментов для приготовления лакокрасочных материалов, на основе модифицированного маслом пентафталевого олиго-эфирного лака ПФ-060 и мочевиноформальдегидного лака МЧ-24, широко применяемых для изготовления эмалей и грунтовок различного назначения. Диспергирование образцов в лаке ПФ-060 и МЧ-24 проводили на лабораторных планетарных шаровых мельницах. Соотношение исходных компонентов составляло 30% отхода и 70% лака.

Диспергирование проводили до постоянного значения диспергирования (30-35 мкм) по прибору "Клин".

В качестве образца сравнения был изготовлен аналогичным образом пигментированный лакокрасочный материал на основе железного сурика (практически 100% Ре20з).

Полученные материалы наносились кистью на металлические стержни и высушивались при комнатной температуре в течение суток для покрытий на основе лака ПФ-060 и при 140°C в течение 2-х часов для покрытий на основе лака МЧ-24. Через пять суток после нанесения покрытий их подвергают комплексу стандартных испытаний на механическую прочность, химстойкость и коррозионностойкость.

Механическая прочность покрытий зависит главным образом от свойств полимерного пленкообразующего материала. Химстойкость же сильно зависит и от пигмента, входящего в состав покрытия. В связи с этим были проведены испытания на стойкость полученных покрытий в стандартном ряду агрессивных сред: 3%-ный раствор NaOH, 30%-ный раствор NaOH, 3%-ный раствор H2SO4, 30%-ный раствор H2SO4, 3%-ный раствор HCl, 30%-ный раствор HCl, а также дистиллированная вода и 3%-ный раствор NaCl.

На диаграмме (рис. 1) наглядно представлены результаты испытаний покрытий: высота колонки соответствует количеству суток, при котором покрытие не имело видимых глазом изменений.

Сравнение полученных данных показывает, что покрытия на основе ПФ-060, содержащие в качестве пигмента прокаленный отход, практически во всех агрессивных средах (кроме дистиллированной воды) обладают большей химстойкостью, чем контрольное покрытие с железным суриком.

Покрытия на основе МЧ-24, содержащие прокаленный отход, имеют в хлористом натрии, растворах едкого натрия различной концентрации, либо сопоставимую, либо большую химстойкостъ, чем контрольный образец. Покрытия, содержащие в качестве пигмента либо смесь железного сурика с прокаленным, либо с высушенным отходом, обладают практически одинаковой химстойкостью во всех средах, но их химстойкость в растворе NaCl и в растворах NaOH меньше, чем химстойкость покрытий, содержащих прокаленный отход.

Антикоррозионные свойства покрытий оценивали по нарастанию силы тока в растворе электролита после выдерживания в нем окрашенных стержней. В качестве электролитов использовали те же растворы, что и для испытания химстойкости покрытий. По мере разрушения покрытия, увеличивается сила тока, проходящего в электролите между двумя электродами, одним из которых служит окрашенный стержень, другим - оголенный медный стержень, опускаемый в электролит только во время снятия показаний.

Сравнение полученных данных показывает, что антикоррозионная устойчивость покрытий, содержащих в качестве пигментов образцы отходов различной термической обработки, в некоторых случаях не только не уступают, но и превосходят антикоррозионную устойчивость покрытий с железным суриком.

Была сделана попытка получить «керновые» (или просто "смешанные") пигменты на основе образцов вторичных отходов. Поскольку по своему составу вторичные отходы представляют собой смесь различных гидроксидов и основных карбонатов тяжелых металлов, они использовались для получения двух типов пигментов: свинцовых кронов и железоокисных пигментов. В первом случае в качестве сырья применяется оксид свинца (глет), который был частично заменен вторичным отходом. Во втором -сам пигмент является оксидом и может быть получен из соответствующего гидратиро-ванного оксида или соли.

Свинцовый крон (хромат свинца) может иметь цвет от лимонно-желтого до оранжевого и красного. Была поставлена задача получения с применением шламов желтого крона PbCrO4 и оранжевого крона PbCrO4-PbO. При этом использовали ацетатный метод синтеза - из суспензии пятиосновного ацетата свинца.

Цвет пигментов, полученных из смеси глета со шламом, менее яркий и насыщенный, чем у стандартных образцов. Пигментные свойства приведены в таблице 3.

Таблица 3

Свойства свинцовых кронов_

с с я Пигмент Маслоёмкость 1-го рода, г масла на 100 г Укрыви-стость, г/м2 Химстойкость, % потери массы

в кислоте 5% HCl в щелочи 1% NaOH

1. Оранжевый крон (РЬСг04-РЬ0) - стандартный 13,0 79 -8,0 -3,5

2. Оранжевый крон с высушенным шламом 28,0 100 -48,0 +2,5

3. Оранжевый крон с прокаленным шламом 21,0 105 -24,0 +0,6

4. Желтый крон (РЬСг04) - станд. 18,0 114 -28,5 -11,0

5. Желтый крон с высушенным шламом 30,0 118 -38,5 -7,5

6. Желтый крон с прокаленным шламом 20,0 125 -25,0 -9

Красные железоокисные пигменты получают прокаливанием железного купороса или желтого железоокисного пигмента. В данной работе часть исходного сырья заменялась на образец вторичного отхода. Полученный после прокаливания продукт отмывали от водорастворимых примесей, сушили и измельчали.

Цвет пигментов, полученных с добавлением вторичных отходов, остается красивым красно-коричневым. Свойства пигментов представлены в табл. 4.

Таблица 4

Свойства железоокисных пигментов

CS й № ^ S & Э Й CS Условия синтеза Масло-ем-кость Укрывистость, г/м2 Химстойкость, % потери массы

п CS а ° s 3 g s T,0C T, 1-го ро-

Ю о % ° о | ° § я ° § о g и час. да, г масла на 100 г в кислоте 5% HCl в щелочи 1% NaOH

1 Fe2O3-H2O 700 2,5 50,0 4,0 - -

2 Fe2O3-H2O 1:1 700 2,5 45,8 18,0 25,9 6,4

3 Fe2O3-H2O 4:1 700 2,5 44,5 19,0 26,9 6,1

4 Fe2O3-H2O 9:1 700 2,5 44,5 16 24,3 9,4

5 FeSO4-7H2O 700 3,0 30,0 6,0 - -

6 FeSO4-7H2O 1:1 700 3,0 44,9 18,0 15,6 3,9

7 FeSO4-7H2O 4:1 700 3,0 46,8 18,0 20,5 4,2

8 FeSO4-7H2O 9:1 700 3,0 45,8 16,0 17,8 6,5

_Спецвыпуск 3/2009 вьиник.

Данные таблицы показывают, что замена части исходного сырья в синтезе красных железоокисных пигментов на образцы вторичных отходов приводит к получению пигментов с хорошими пигментными свойствами.

Выводы:

Образцы вторичных отходов различного химического состава обладают удовлетворительными пигментными свойствами - удельной поверхностью, маслоемкостью I-го рода, укрывистостью.

Исследование химической и антикоррозионной устойчивости покрытий, содержащих в качестве пигментов образцы предварительно высушенных или прокаленных вторичных отходов, показана целесообразность введения их в эмали и грунты на основе олигоэфирных и карбамидных олигомеров.

Гальваношламы могут найти применение в качестве заменителей части сырья при получении «керновых» или железоокисных пигментов.

Литература:

1. Индейкин, Е.А. Пигментирование лакокрасочных материалов [Текст] / Е.А. Индей-кин, Лейбзон Л.Н., Толмачев И.А. - Л. : Химия, 1986. - 160 с.

2. ГОСТ 9.403-80. Покрытия лакокрасочные. Методы испытаний на стойкость к статическому воздействию жидкостей [Текст]. - Взамен ГОСТ 21826-76 ; введ. 1982-01-01. - М., 2002.

3. ГОСТ 8784-75. Материалы лакокрасочные. Методы определения укрывистости [Текст]. - Взамен ГОСТ 8784-58 ; введ. 1975-07-17. - ; М. : Изд-во стандартов, 2002. - 9 с.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФУЗИВНЫХ ПОРОД ЗАБАЙКАЛЬЯ

Урханова Л.А., Хардаев П.К., Заяханов М.Е.

Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Строительство в районах с суровыми климатическими условиями, к которым относятся Восточная Сибирь и Дальний Восток, требует развития производства эффективных материалов на основе местного минерального сырья и отходов промышленности. Практически неограниченные запасы природного алюмосиликатного сырья, к числу которого относятся перлитовые породы, цеолиты, вулканические шлаки и др., являются прекрасным сырьем для производства многих материалов и продуктов, широко используемых в различных отраслях промышленности, в том числе для производства эффективных строительных материалов.

Из Забайкальских месторождений перлитовых пород наиболее разведанными являются Мухор-Талинская, Закультинская, Приаргунская, Холинская группы с общим запасом кондиционного перлита более 50 млн.т. В результате проведенных в последние годы геологических изысканий определены запасы перлитовых пород, тыс. т: перлита - 45660, закристаллизованного перлита - 21985, липарита - 162300.