Posted on

УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННОЙ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ

УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННОЙ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ

Л.И.Трубникова
Уфимский государственный авиационный технический университет, г.Уфа,
Т. А.Чернова
ОАО «Салаватнефтемаш», г.Салават

Отход литейного производства составляет значительную часть в накоплении промышленных отходов в г.Салавате Республики Башкортостан. Целью данной работы является изучение состава отхода, определение класса опасности и выдача рекомендаций по его использованию.
В таблице 1 приведен состав различных видов формовочной смеси.

Таблица 1. Состав формовочных смесей, %
Компонент формовочной смеси Вид формовочной смеси
Наполни-тельная Облицовочная Стержневая
Жидкостекольная Холоднотвердеющая
Бензолсульфокислота,70% — — — 1,4
Песок кварцевый 5 91,7 91,6 92,6
Глина огнеупорная 4 2,7 2,7 —
Едкий натр — 0,3 0,5 —
Стекло жидкое — 5,2 5,1 —
Опилки — — 0,3 —
Отработанная смесь 91 — — —
Смола фенолформальдегидная — — — 2,4

Облицовочную смесь используют для замены части наполнительной смеси, соприкасающейся с жидким металлом. Она состоит из свежих материалов, увеличивающих огнеупорность и газопроницаемость формы. Стержневые смеси применяют для изготовления литейных стержней, оформляющих внутренние полости отливки. Формы заливают жидким металлом (17000С). После остывания выбивают отливки и образуется отработанная формовочная смесь (горелая земля). Часть горелой земли пускают для повторного использования в наполнительную смесь, остальное отправляют в отвал. “Горелая земля” — сыпучий материал темно-коричневого цвета с дисперсностью частиц не более 100 мм и влажностью не более 10%. Химический анализ показал, что горелая земля ОАО “Салаватнефтемаш” состоит из 90-92% SiO2, 4,8% Al2O3, 3,2% F3O4, 0,6% MnO, 1% MgO и CaO.
Ионы тяжелых металлов (ТМ) содержатся в исходном материале смесей, а также переходят в них при литье. Под воздействием высоких температур ТМ сплавляются с силикатными материалами формовочной смеси. Некоторая часть силикатов ТМ способна растворяться в сильных кислотах и практически нерастворима в воде. ТМ определяли методами атомно-адсорбционной спектроскопии и инверсионной вольт-амперометрии, мышьяк – методом фотометрии, анионы – методами потенциометрии и фотометрии, органические вещества — хромато-масспектрометрией. В водной вытяжке обнаружили хлориды и сульфаты. Отсутствуют мышьяк, ртуть, аммоний, нитриты, нитраты, фосфаты, поверхностно-активные вещества и органические кислоты (табл.2).

Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в кислотной и водной вытяжках из формовочных смесей, мг/кг (n=3). Бенз(а)пирен экстрагировали гексаном.
Компонент Вид смеси(кислотная вытяж.) Горелая земля (водная вытяж.) ПДК и ОДК в почве [1]
Облицовочная Стержневая Наполнительная Горелая земля
Валовая форма Подвижная форма
Железо 1011 1330 2468 2824-3881 41 —
Марганец 15 14 32 46-267 0,9 — 60,0-700,0
Медь 1,3 1,4 5,8 82-92 4,8 33,0-132,0 3,0
Никель 1,9 1,8 10,2 14-21 н.о. 20,0-80,0 4,0
Кобальт н.о. н.о. 1,0 ≤ 1 н.о. — 5,0
Хром(III) Хром (VI) 6,5
— 7,3
— 17,4
— 21-34
— 0,55
— —
0,05 6,0

Цинк 0,5 1,6 5,2 63-250 11,2 55,0-220,0 23,0
Свинец н.о. н.о. 1,9 2-16 0,31 32,0-130,0 6,0
Кадмий н.о. н.о. н.о. 0,09-0,57 н.о. 0,5-2,0
рН 8,9 —
Хлориды 122 —
Сульфаты 1217 —
ХПК 19 —
БПК 3,6 —
Фенол 0,33 —
Бенз(а)-
пирен(БП) 1,92 0,02

В наполнительной смеси много металлов, из-за того, что она на 91 % состоит из отработанной смеси. Обращает на себя внимание тот факт, что содержание практически всех металлов в кислотной и водной вытяжках ниже их ПДК в почве. В водной вытяжке содержание металлов резко снижается по отношению к кислотной вытяжке из-за малой растворимости в воде силикатов. Суммарное содержание оксидов металлов в отходе, определенное гравиметрическим методом составило 999,8 г/кг. Это говорит о полноте проведенного анализа и о том, что органические примеси составляют всего 0,2г/кг. Низкие значения ХПК и БПК (химическое и биологическое поглощение кислорода) также свидетельствуют о незначительном содержании органических веществ в водной вытяжке и об отсутствии микроорганизмов. При разложении фенол-формальдегидной смолы выделяется фенол. Содержание БП значительно превышает ПДК почвы, но фенол и БП подвергаются интенсивной биодеградации в окружающей среде под воздействием микроорганизмов.
В соответствии с методикой МПР[2] вводится 5 классов опасности по степени вредного воздействия на окружающую природную среду (ОПС) изучаемого отхода. Суммарный показатель степени опасности показал, что отработанная формовочная смесь имеет V класс опасности (практически неопасно) с очень низкой степенью вредного воздействия на окружающую природную среду. Результаты проведенных расчетов по методике МЗ СССР[5] показали, что как по валовой форме, так и по подвижной форме токсикантов исследованный отход можно отнести к низшему — IV классу токсичности (малоопасным веществам). Причем суммарный индекс токсичности значительно превосходит по величине критерий токсичности, особенно для водной вытяжки. Это говорит о малом переходе токсичных веществ в водную фазу и предполагает, что данный отход может быть отнесен к V классу опасности по НД [3]. В случае отнесения отхода к 5 классу опасности расчетным методом, необходимо его подтверждение экспериментальным методом, который основан на биотестировании водной вытяжки отхода. В этом случае применяется не менее двух тест-объектов. Определение острой и хронической токсичности водной вытяжки из отработанной формовочной смеси по смертности и изменению плодовитости дафний [4] показало, что гибель дафний как в остром опыте, так и в хроническом опыте составляет 0%. Следовательно, данный отход относится к V классу. Следует отметить, что метод тестирования по сперме крупного рогатого скота [5] считается самым чувствительным биотестом. При проведении исследования острой токсичности водной вытяжки этим методом установлено, что отход относится к нетоксичным веществам.
Таким образом, ТМ в отработанной формовочной смеси находятся в виде силикатов, которые в процессе гидратации переходят в твердое камнеподобное состояние через золь и гель. Показано, что отрицательного экологического воздействия на природную среду отход не окажет. Это позволяет рекомендовать его для укрепления грунтов при строительстве дорог, плотин и фундаментов различных сооружений с удешевлением строительства в 5-6 раз [6]. Достигаемый высокий экономический эффект обусловлен одновременной утилизацией отхода и удешевлением строительства.
Список литературы
1. Кротов Ю.А., Карелин А.О., Лойт А.О. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Ю.А.Кротов, А.О.Карелин, А.О.Лойт. — С-Пб: Мир и семья, 2000. -360с.
2. Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды / МПР России, №511 от 15.06.2001.
3. Методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных отходов / МЗ СССР, № 4286-87 от 12.05.87.
4. Жмур Н.С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний / МПР России, ФР. 1. 39. 2001. 00283.
5. Биотестирование продукции из полимерных и других материалов / Госкомсанэпиднадзор России, МУ 1.1.037-95.
6. Мымрин В.А. Утилизация промышленных отходов в строительстве как решение части экологических проблем // Экология промышленного производства.-1997, №1-2. -С.22.