CC BY
77
УДК 641.9.047.7
Н. А. Амирханова, В. В. Саяпова, Е. Ю. Черняева, Е. А. Смирнова, Л. И. Трубникова
Исследование состава и определение класса опасности шламов после электрохимической обработки титановых сплавов
Уфимский государственный авиационный технический университет 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12; тел.: (347) 2730962; факс: (347) 2722918 ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» 450039, г. Уфа, ул. Ферина, 2; тел.: (347) 2385636, факс:(347) 2383744
Исследован шлам, образующийся после электрохимической обработки титановых сплавов марок ВТ20, ВТ6, ВТ3-1, ВТ18У в 15%-м растворе хлорида натрия, представляющий собой мелкодисперсную обводненную пасту, состоящую в основном из гидратированного диоксида титана, загрязненного большим количеством хлоридов. Определен класс опасности шламов и указана возможность их утилизации путем введения в состав цементных строительных растворов в качестве пластифицирующей добавки.
Ключевые слова: шлам, титановые сплавы, электрохимическая обработка, класс опасности, утилизация.
При электрохимической обработке (ЭХО) лопаток из титановых сплавов в электролите на основе хлорида натрия при температуре порядка 40 оС происходит ионизация компонентов сплава, которые при этом переходят в шлам коллоидного типа, состоящий из ги-дроксида титана и его хлористых основных солей.
Накопление и хранение шламов после ЭХО, содержащих в своем составе тяжелые металлы, наносит немалый ущерб природе, за который предприятие платит большие штрафы. Поэтому актуальное значение имеет разработка рациональных и экологически приемлемых технологий утилизации данных шла-мов, т. к. при этом достигается двойной эффект: экономический и экологический.
Для определения методов утилизации шламов после ЭХО необходимо знание их качественного и количественного состава, поэтому целью данной работы являлось исследование шлама, образовавшегося после электрохимической обработки титановых сплавов марок ВТ20, ВТ6, ВТ3-1, ВТ18У в 15%-м растворе хлорида натрия.
Химический состав шлама определялся рентгеноспектральным методом на приборе YXA-6400 ELECTRONPROBE MICROANALYZER (табл. 1). Физико-химические свойства шлама представлены в табл. 2.
Таблица 1
Результаты рентгеноспектрального анализа образца шлама после ЭХО
Атом Проба №1 Проба №2 Проба №3 Усредненное значение
% % % %
М 0.28 0.16 0.18 0.21
Si 0.06 0.08 0.05 0.06
Ca 0.13 0 0.1 0.09
№ 31.76 26.34 26.62 28.24
Fe 0 0 0 0
а 66.89 72.54 72.13 70.53
S 0 0 0 0
0.20 0.13 0 0.11
0.61 0.74 0.92 0.76
Таблица 2
Физико-химические свойства шлама после ЭХО
Влажность. % рН водной вытяжки Потеря при прокаливании при различных температурах, % мас. Дисперсность (зе рновой состав)
Остатки при просеивании на сите с размером отверстий 0.14 мм, % Прошло сквозь сито с размером отверстий 0.14 мм, %
500 оС 600 оС 800 оС 850 оС
67.0 7.0 3.6 3.7 5.7 8.1 0.45 95.55
Дата поступления 13.06.07
Как видно из результатов рентгеноспек-трального анализа, основную часть изученных образцов составляет хлорид натрия, в растворе которого проводилась ЭХО. На долю титана приходится 0.61—0.92 %, на долю алюминия — 0.18—0.28 %. Шлам после ЭХО представляет собой мелкодисперсную обводненную пасту, состоящую, в основном, из гидратиро-ванного диоксида титана, загрязненного большим количеством хлоридов.
Результаты исследования шлама позволили наметить пути его утилизации и дальнейшего применения: в качестве пигмента для лакокрасочной продукции или пластифицирующей добавки в цементные строительно-растворные смеси. Однако наличие хлорида натрия препятствует применению исследуемого шлама как сырья для получения товарного диоксида титана.
С целью удаления хлоридов проводилось отмывание образцов шлама после ЭХО двумя способами: дистиллированной водой и серной кислотой, разбавленной дистиллированной водой в соотношении 1 : 4. Полнота удаления хлоридов определялась качественной реакцией с нитратом серебра. Данные рентгеноспек-трального анализа образцов шлама после промывки водой и разбавленной серной кислотой представлены в табл. 3 и 4.
Как видно из табл. 3 и 4, в образцах шлама после промывания водой количество титана достигает 90%, а в образцах шлама, отмытых разбавленной серной кислотой — 87%, при полном отсутствии хлорид-ионов.
Согласно экспериментальным данным для полного удаления хлоридов из 100 г шлама необходимо 8.5 л воды. Таким образом, для отмывания шлама, объем которого в отстойнике-накопителе достигает 25 м3 (27.4 • 103 кг), необходимо затратить 2329 м3 воды. При этом шлам после промывки водой имеет аморфную коллоидную структуру, и его декантацию проводить достаточно сложно.
При отмывке шлама разбавленной (1 : 4) серной кислотой потребовалось 12 л или, на весь объем шлама, 3288 м3 раствора. При этом шлам имеет кристаллическую структуру, и отделение жидкой фазы от твердой происходит значительно легче.
Таким образом, применение шлама после ЭХО титановых сплавов в качестве сырья для получения товарного диоксида титана экономически нецелесообразно из-за значительных финансовых затрат на его подготовку.
С целью определения возможности использования исследуемого шлама после ЭХО в качестве пластифицирующей добавки в цементные строительно-растворные смеси был
Таблица 3
Результаты рентгеноспектрального анализа образцов, промытых водой
Атом Проба №1 Проба №2 Проба №3 Усредненное значение
% % % %
А1 6.83 8.17 7.16 7.39
Si 0.49 0.3 0.17 0.32
Са 0 0.49 0.57 0.35
№ 0.04 0.02 0.40 0.15
Fe 0 0.31 0.35 0.33
С1 0 0 0 0
S 0 0.21 0.3 0.17
Си 0.79 0.91 0.84 0.85
^ 91.44 89.05 89.97 90.44
Таблица 4
Результаты рентгеноспектрального анализа образцов, промытых разбавленной H2SO4 (1 : 4)
Атом Проба №1 Проба №2 Проба №3 Усредненное значение
% % % %
А1 4.07 3.46 4.04 4.05
Si 0 0.12 0.14 0.10
Са 0 0 0.07 0.02
№ 0 0.03 0 0.01
Fe 0.22 0 0 0.07
С1 0 0 0 0
S 8.65 8.68 7.07 8.21
Си 0 0 0 0
^ 87.06 87.17 88.38 87.54
рассчитан его класс опасности в соответствии с санитарными правилами СП 2.1.7. 1386-03. Работы выполнялись в Уфимском НИИ медицины труда и экологии человека.
На основании результатов расчета, отходы после ЭХО титановых сплавов были отнесены к 4 классу опасности, т. е. при их воздействии на окружающую среду экологическая система практически не нарушается. Класс опасности был подтвержден экспериментальным методом, основанным на биотестировании водной вытяжки отходов с использованием в качестве тест-объекта семян редиса ЯарНапт ваИьш. Для приготовления водной вытяжки металлов смешивалась 1 часть отхода с 10 частями воды. Водная вытяжка использовалась для проращивания семян редиса в 10-, 50-, 100-кратном разбавлении. Безвредное разбавление пробы, вызывающее ингибирова-ние прорастания семян редиса не более 10%, наблюдалось при 10-кратном разбавлении водной вытяжки. Это позволило отнести шлам к 4 классу токсичности в соответствии с критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды Министерства природных ресурсов России 1.
Отходы также являются устойчивыми к биодеградации, так как не содержат органических и биогенных веществ и полностью состоят из неорганических соединений.
Исходя из полученных результатов, следует:
— шлам после ЭХО титановых сплавов представляет собой мелкодисперсную обводненную пасту, состоящую, в основном, из ги-дратированного диоксида титана, загрязненного большим количеством хлоридов;
— отмывание шлама от хлоридов требует большого расхода дистиллированной воды и значительно трудоемко, что делает применение его в качестве сырья для получения товарного диоксида титана экономически нецелесообразным;
— отходы после ЭХО титановых сплавов имеют 4-й класс опасности, что дает возможность утилизировать их путем введения в состав цементных строительных растворов в качестве пластифицирующей добавки.
Литература
1. Критерий отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды МПР России №511 от 15.06.2001.- М.: МПР России, 2001.- С. 10.
