CC BY
482
3. Гуляев А.П., Гуляев А.А. Металловедение: учебник для вузов. 7-е изд., перераб. и доп. М.: ИД «Альянс», 2011. 644 с.
I. V. Tixonova, E.M. Grinberg, E. V. Markova
THE INFLUENCE OF CHEMICAL COMPOSITION ON THE QUANTITY OF RESIDUAL AUSTENITE AND THE TENDENCY TO SECONDARY HARDENING STEEL
The influence of chemical composition and temperature of heating for hardening on the quantity of residual austenite in constructional, instrumental and corrosion-resistant high-strength steels were analyzed. The dependences of the influence of alloying elements and temperature of heating for hardening on the quantity of residual austenite in steels were obtained. The algorithm for evaluation of tendency of steels to the secondary hardening were developed.
Key words: model, phase composition, residual austenite, decomposition of austenite, secondary hardening.
Получено 14.01.12
УДК 621.829:[53:54]
А.В. Головников, асп., (0852) 46-26-74, vam@future.vstu.var.ru (Россия, Ярославль, ЯрГТУ),
О.П. Филиппова, д-р техн. наук, проф., (0852) 44-68-13,
ЬошГак@уа^ех.ги (Россия, Ярославль, ЯрГТУ),
Н.С. Яманина, канд. техн. наук, доц., (0852) 44-68-13 vam@ruture.vstu.var.ru (Россия, Ярославль, ЯрГТУ),
А.Б. Копылов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-22-74, toolart@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, СВОЙСТВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТРАБОТАННЫХ МАСЕЛ
Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований, направленных на изучение структуры, свойств и физико-химических характеристик компонентов консервационной смазки, а именно для достижения поставленной цели впервые был проведён подробный анализ отработанных масел и изучена возможность использования данных отходов для синтеза консервационных смазок.
Ключевые слова: отработанные масла, токсичность, класс опасности, кон-сервационная смазка.
Постоянный рост автопарка в последние годы приводит к увеличению количества различных видов отработанных нефтепродуктов и в первую очередь моторных масел (отработанные масла составляют 60 % от об-
120
разующихся нефтепродуктов), негативно влияющих на объекты окружающей среды - атмосферу, почву и воду. Кроме этого в последнее время наметилась тенденция к образованию большого количества отходов и пищевой промышленности, а именно отработанных растительных масел. Крупным «поставщиком» данных отходов являются учреждения общественного питания (например предприятия «MacDonalds») Отработанные масла (ОМ) относятся к категории опасных отходов, сбор и утилизация которых в большинстве стран регулируется соответствующими законами, экологическими стандартами и экономическими условиями. [1]
Образующиеся ОМ экологически опасны и в тот же время обладают ценными свойствами углеводородсодержащего сырья. Хорошо отлаженный механизм рециклинга ОМ способствует их возвращению в производство или сектор потребления в виде вторичных полупродуктов или продуктов и обеспечивает реальную экономию ресурсов. Одним из направлений применения отработанных моторных и растительных масел может служить их использование в качестве дисперсионной среды консер-вационных смазок. Все соединения, которые входят в состав ОМ являются сильными поверхностно-активными веществами, которые в процессе приготовления смазки могут существенно влиять на процесс структурообразо-вания, и, как следствие, на объемные, а также поверхностные свойства готовой смазки. По мере работы масла в двигателе присадки неизбежно срабатываются, способствуя накоплению кислых продуктов, являющихся основными критериями, определяющими степень сработанности присадок и сроки смены моторных масел. Таким образом, можно сказать, что кислые продукты, нейтрализуя действие детергентов, способствуют улучшению качества смазок на основе отработанных моторных масел. [2] Был проведен анализ состава отработанных моторных масел с разных цехов ОАО «Автодизель», отработанных индустриальных масел НПЗ им Д.И. Менделеева и отработанных растительных масел с предприятия «MacDonalds», полученные результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Состав отработанных масел
Отработанное масло Результаты
Минеральная часть, % Влажность, %
ОИМ 0,02 0,9
ОРМ 0,04 0,75
ОММ 0,06 0,54
ОСМ 2,4 2,1
ОИМ - отработанное индустриальное масло; ОММ- отработанное моторное масло; ОРМ - отработанное растительное масло; ОСМ - отработанное синтетическое масло.
Результаты экспериментальных и теоретических исследований, направленных на изучение структуры, свойств и физико-химических характеристик компонентов консервационной смазки позволили исследовать возможность получения консервационных смазок на основе отходов производства. Для достижения поставленной цели впервые был проведён подробный анализ отработанных растительных масел (табл.2, 3) [3].
Таблица 2
Свойства отработанных масел
Отработанное масло Вязкость масла по истечению, с
ОММ 125,0
ОРМ 60,5
ОИМ 65,0
ОСМ 54,0
Исследование состава отработанных растительных масел с использованием ИК- спектроскопии и определение органолептических показателей, позволило заключить, что отработанное подсолнечное масло представляет собой темную жидкость с пригорелым вкусом, неприятным запахом и может содержать различные мелкие примеси (частицы).
Установлено, что при приготовлении пищи, а именно при ее термической обработке, растительные масла претерпевают целый ряд превращений. Основными являются: 1) гидролиз; 2) окисление и 3) пирогенетиче-ский распад.
Гидролизу растительного масла способствует вода, содержащаяся в пищевых продуктах. В результате процесса в масле увеличивается число свободных жирных кислот: появляются оксикислоты, монокислоты, диглицериды, полимерные соединения, альдегиды. Начальный этап термического окисления, характеризуется накоплением пероксидных соединений в основном гидропероксидов. Эти соединения вскоре распадаются с образованием целого ряда продуктов: спирты, альдегиды, кетоны и др. Продукты конденсации дикарбонильных соединений окрашивают масло в темный цвет. Образующиеся ненасыщенные соединения приводят к накоплению в маслах полимерных продуктов.
Особую опасность для человека представляют образующиеся при термической обработке акролеин СН2=СНСНО - жидкость с резким запахом, сильно раздражает слизистые оболочки, ПДК = 0,2 мг/м3 и
бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием, его ПДК = 1 мкг/кг (в пищевых продуктах).
Представляло интерес выяснить степень протекания перечисленных процессов, используя ИК - спектры и результаты химического анализа масла.
Для ОРМ были определены следующие показатели: кислотное число, йодное число и число омыления. Из представленных данных, следует, что данные незначительно отличаются от соответствующих показателей для чистого масла (табл. 3).
Таблица 3
Химический анализ отработанного растительного масла
Показатели Отработанное растительное масло Чистое растительное масло
Кислотное число, мг КОН/г 12 не более 15
Йодное число, млг г 12/100г 93,9 5 4 I 5 2
Массовая доля неомыляемых веществ, % 1,0 не более 1,2
Отработанные растительные масла были дополнительно подвергнуты прогреву при температуре 170 °С в течение 4 часов и исходного чистого масла; в табл. 4 представлены характеристические частоты функциональных групп. На рис. 1 представлены ИК-спектры отработанного и чистого растительных масел.
В спектрах исследуемых веществ наблюдаются полосы характерные для сложных эфиров (V С=0 - 1746 см-1, V С-0 - 1164 см-1), ненасыщенных соединений (V С=С - 1656 см-1 Полоса поглощения V ОН - 3468 см-1 что свидетельствует о протекании гидролиза при термической обработке растительного масла. Установлено, что после термической обработки количество кислот, а также количество непредельных связей в отработанном растительном масле меняется незначительно.
Как видно из данных представленных на рис. 1 ИК-спектры отработанного растительного масла практически не отличаются от спектра чистого масла. И те вещества, которые образуются при термической обработке масла, в процессе приготовления пищи образуются в меньших количествах, чем 1...2 % и не регистрируются на спектрах. Таким образом, значительных структурных изменений в составе отработанных масел не происходит.
Таблица 4
Характеристические частоты функциональных групп
Функциональная группа Характеристическая частота, см -1
V ОН 3468
3008
V С-Н 2925
2825
V С=0 1746
V С=С 1656
5 С-Н 1464
1377
V С-0 1164
цис -СН=СН- 723
транс -СН=СН-
84,5
ст-1
Исходное масло Отработанное масло
--- 4 часов нагревание
Рис. 1. ИК-спектры растительных масел
Для определения классов опасности отработанных растительного, моторного индустриального и синтетического масла была проведена первичная токсикологическая оценка на основе проведения биотестирования водных вытяжек из объектов исследования. В качестве тест-объекта использовался вид Cerюdaphma affinis. Дафнии — один из стандартных объ-
124
ектов для тестирования токсичности водных растворов химических соединений, применяемых в исследовании загрязнений водной среды. Дафнии чувствительны даже к небольшим концентрациям токсических веществ. Исследование проводилось по стандартным методикам.[4] По полученным значениям летальной концентрации определяли класс опасности по табл. 5.
Таблица 5
Значения летальной концентрации для определения класса опасности
Класс опасности отхода Кратность разведения водной вытяжки из опасного отхода, при которой вредное воздействие на гидро-бионтов отсутствует
I > 10 000
II от 10 000 до 1001
III от 1000 до 101
IV < 100
V 1
Таким образом, согласно данной методике, были получены следующие результаты, представленные в табл. 6.
Таблица 6
Классы опасности для отработанных масел
Вид отработанного масла Класс опасности
Отработанное индустриальное масло III
Отработанное моторное масло II
Отработанное растительное масло III
Отработанное синтетическое масло III
На основании представленных данных можно заключить, что отработанные масла имеют в основном третий класс опасности, но как показало исследование химического состава с использованием ИК-спектроскопии значительных структурных изменений в составе отработанных масел не происходит, таким образом данные отработанные масла могут быть сырьём для синтеза консервационных смазок, так как являются ценными вторичными материальными ресурсами, которые могут быть использованы и для получения продуктов различного назначения.
Список литературы
1. Сурин С.А. Отработанные масла: вторая жизнь // Мир нефтепродуктов. 2000. №2. С. 28-32.
2. Старовойтова Н.Р. Автомобильные моторные масла: тенденции производства и потребления. / Н.Р. Старовойтова // Мир нефтепродуктов. 2002. №1. С. 43-45.
3. Головников А.В., Берилло Ю.Н. Исследование способа получения консервационной смазки на основе гальваношламов и отработанных масел. Шестьдесят третья региональная научно-техническая конференция студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием, посвященная 1000-летию Ярославля. 21 апреля 2010г., Ярославль. Ч. 1: тез. докл. Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2010.
4. А.В. Головников, О.П. Филиппова, Н.С. Яманина. Снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду путём утилизации отходов производства в консервационные смазки. Материалы шестьдесят четвертая региональная научно-техническая конференция студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием. 20 апреля 2011 г., Ярославль. Ч. 1: тез. докл. Ярославль : Изд-во ЯГТУ, 2011. 460 с.
A.V. Golovnikov, O.P. Filippova, N.S. Yamanina, A.B. Kopylov
RESEARCH OF STRUCTURE, PROPERTIES AND PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS OF THE FULFILLED OILS
The results of the experimental and theoretical researches directed on studying of structure, properties and physical and chemical characteristics of components консервационной greasings are presented, namely for object in view achievement the detailed analysis of the fulfilled oils for the first time has been carried out and possibility of use of the given waste for synthesis of anticorrosive greasings is studied.
Key words: the fulfilled oils, toxicity, a danger class, anticorrosive greasing.
Получено 14.01.12
