CC BY
26
ношение цены и качества. И могут быть изготовлены на практически любом лакокрасочном производстве России без какой-либо реконструкции и в основном из отечественного сырья. Из конкретных областей применения таких материалов это: аэрозоли; грунтовки; эмали различного назначения; грунт-эмали; ЛКМ для ЖКХ; покрытия для мебели; краски с молотковым эффектом; типографские краски; судовые эмали; эмали для железнодорожного транспорта, теплоизоляционные краски и т.п.
Список литературы:
1. Журнал «Химэксперт». - 2011. - № 4.
2. Думский Ю.В. Нефтеполимерные смолы. - М.: Химия, 1988.
3. Добровинский Л.А., Руцкий И.В. Производство алкидных лаков. Настоящее и будущее // ЛКМ. - 2005. - № 5.
4. Энциклопедия полимеров. - М.: Издательство «Советская энциклопедия», 1977. - Т. 3.
5. Брок Т., Гротеклаус М., Мишке П. Европейское руководство по лакокрасочным материалам и покрытиям. - М.: ООО «Пэйнт-Медиа», 2004.
6. Дринберг А.С., Неймарк А.Л. Винилированные алкиды перспективы применения в лакокрасочной промышленности // Лакокрасочная промышленность. - 2011. - № 12.
7. Охрименко И.С., Верхоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих веществ. - М.: Химия, 1978.
КРИТЕРИИ ОТБОРА ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИГМЕНТА НА ИХ ОСНОВЕ1
© Занозина В.Ф.*, Федосеева Е.Н.Ф, Самсонова Л.Е.*
НИИ Химии Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород
При высоком содержании железа пыль металлургических производств может служить сырьем для производства железооксидных пигментов. Цель исследования - обоснование критериев выбора твёрдых железосодержащих отходов для получения из них по общей технологической схеме пигментов для строительной индустрии.
Ключевые слова железооксидный пигмент, железосодержащая пыль.
1 Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, государственный контракт от 19 марта 2013 г. № 14.515.11.0039 Шифр «2013-1.5-14-515-0035-038».
* Заведующий лабораторией Прикладной химии и экологии, кандидат химических наук.
* Научный сотрудник, кандидат химических наук. " Инженер, аспирант.
В металлургическом производстве образуется значительное количество отходов, основу которых составляет оксид железа (III). Отходы складируются на временных площадках или вывозятся на полигоны для захоронения. Но Ре203 является основным компонентом красных железооксидных пигментов.
Железооксидные пигменты высокого качества изготавливаются из высококачественного сырья, по трудоемким технологиям, с использованием высоких температур (до 1000 оС). В строительной индустрии допускается использование пигментов с облегченными требованиями к характеристикам и более низкой стоимости.
Различные виды отходов металлургических предприятий по химическому составу отличаются друг от друга, состав может изменяться в широких пределах. Чем выше содержание Fe203 в отходе, тем проще может быть технология его переработки в пигментный материал и выше его качество. Сырье для производства пигментов должно содержать не менее 40 % оксида железа.
Исследовали количественный химический состав некоторых видов отходов, таких как пыль, шлаки, флюсы, окалина и др., образующихся в различных производственных процессах. Результаты анализа содержания железа приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что содержание железа в проанализированных образцах очень сильно отличается: от 15 до 80 %.
Наибольшая концентрация обнаруживается в окалине после гидросбива и от порезки слябов. Однако лишь часть железа в них присутствует в виде оксида. Следовательно, использование таких отходов при переработке в пигмент потребует операции окисления.
Таблица 1
Содержание кислорода, железа и класс опасности для окружающей природной среды некоторых видов отходов металлургических производств
Определяемый компонент Содержание, % масс. Наименование отхода
Шламы Металлургические шлаки, съемы, пыль Окалина
1 2 пыль 1 пыль 2 золошлаки после гидросбива от порезки слябов замасленная
Железо 33.9±4.8 15.6±2.3 32.7±2.5 45.5±4.6 59.4±6.0 73.7±7.4 80.0±8.0 15.2±2.3
Кислород* - 15 12.5 12.2 26.9 19.3 12.7 -
Класс опасности III III - IV IV IV IV IV
Примечание: * Содержание кислорода в составе твердых отходов определяли расчетным путем.
Окалина замасленная и некоторые виды шламов, например, шлам гальванического производства (см. шлам 2 в табл.1), содержат слишком мало железа, чтобы представлять интерес как сырье для производства пигмента.
Шлам 1 отличается высокой концентрацией железа, но в целом исследованные шламы имеют повышенную влажность (до 30 % масс.), следовательно, требуют высушивания.
Железо в форме оксида Fe20з в довольно больших количествах обнаружено в составе шлаков, золошлаков, пылей. Содержание Fe3+ в исследуемых смесях в пределах ~33-59 % в пересчете на оксид железа дает количество ~46-82 %. Таким образом, оксид железа является основным компонентом в составе данных отходов, что позволяет рассматривать их в качестве сырья для переработки в пигментный материал. Однако использование золошла-ков как сырья при производстве пигмента может быть ограничено, поскольку золошлаки отличаются повышенным по сравнению с пылями содержанием оксида кремния и состоят из крупных агломератов.
Наиболее привлекательными с точки зрения переработки в пигмент можно считать пыли. Пыли характеризуются пониженным содержанием влаги и высокой степенью раздробленности, что значительно сокращает количество стадий производства железооксидного пигмента и упрощает технологию.
При подборе сырья для пигмента из отходов производства следует учитывать тот факт, что в металлургических производствах отходы могут содержать токсичные компоненты. Таким образом, прежде чем приступить к дальнейшим исследованиям пыли металлургического производства, необходимо определить, не представляет ли выбранный вид отхода опасности для здоровья человека. Это особенно важно в случае использования полученного пигмента для окрашивания изделий строительной индустрии.
Отнесение отхода к классу опасности для окружающей природной среды проводили расчетным методом. Класс опасности рассчитывается как сумма показателей степени опасности каждого компонента отхода. Для исследованных отходов определяли 100-й состав (в данной работе количественный состав отходов не приведен), по результатам которого рассчитывали класс опасности. В табл. 1 показаны результаты определения класса опасности. Из таблицы видно, что шламы имеют III класс опасности для окружающей природной среды, остальные исследованные отходы - четвертый. Данные показатели ограничивают применимость шламов в качестве сырья при производстве пигментов.
Из анализа полученных данных по составу и классу опасности можно сделать предварительные выводы о применимости различных видов отходов в качестве сырья. Дальнейшие исследования проводили, используя пыль металлургического производства.
Дисперсность - один из основных показателей пигментов. В исходной пыли ситовым анализом обнаруживается значительное содержание крупных частиц или агломератов. Вклад фракции с размером составляющих > 25 мм достигает ~40 масс. %. Из рис. 1 видно, что кривая распределения частиц по
фракциям бимодальная с большой долей частиц с диаметром 0.16-0.65 мм, относящихся к грубодисперсным.
Наличие большого количества крупнодисперсных частиц в пигменте неприемлемо, достаточно высокая полидисперсность отходов также ухудшит качество пигментов и скажется на ограничении их применимости. Снижения содержания агломератов можно добиться простым размалыванием, например, при использовании шаровой мельницы.
Исследовали изменения дисперсного состава отхода после проведения операции размола. По результатам ситового анализа размолотого отхода можно сделать вывод, что использование шаровой мельницы эффективно: в данной операции происходит интенсивное измельчение крупных частиц и агломератов с полным исчезновением фракции с размером частиц свыше 25 мм. Кривая распределения фракций по размерам становится унимодальной в противоположность бимодальной кривой распределения, характерной для исходной пыли, с максимумом в той же области 0.16-0.65 мм (рис. 1). Отсев частиц с размером более 1 мм составляет величину ~8 %.
Рис. 1. Фракционный состав исходного отхода - пыли металлургического производства (сплошная линия) и пигмента железоокисного на его основе (пунктирная линия). Здесь ю - массовая доля фракции, % в зависимости от размера частиц, представленного в виде десятичного логарифма от размера ячейки сита, мкм
Качественные железооксидные пигменты отличаются определенной формой частиц, что также оказывает сильное влияние на их красящие свойства. Наиболее подходящая форма частиц пигмента - сферическая [1, 2]. Контроль формы частиц пигмента, полученного из пыли металлургического производства, проводили с помощью электронного микроскопа JEOL ^М-6490 (предельное разрешение по паспорту 2 нм). Микрофотографии пыли и пигмента представлены на рисунке 2 (а-б). Из изображений, имеющих более
высокое разрешение, видно, что как исходному отходу, так и пигменту на его основе присуща в основном правильная сферическая форма частиц.
а) б)
Рис. 2. Микрофотографии исходного отхода - пыли
металлургического производства (б) и пигмента на его основе (а). Масштаб изображения указан на рисунке
По приведенным на рис. 2 изображениям проводили дисперсионный анализ наиболее мелких частиц, который показал, что составляющие отход частицы при размалывании не претерпевают существенных изменений ни по размеру, ни по форме.
На основании проведенных анализов сформулированы критерии отбора металлсодержащих отходов для переработки в пигмент:
- железо в отходе должно находиться в форме оксида Fe203;
- класс опасности отхода для окружающей природной среды - не ниже четвертого;
- размер и форма частиц - сферическая.
В соответствии с данными критериями в качестве сырья для производства пигмента на основе железосодержащих отходов были выбраны пыли металлургических производств.
Анализ показал, что данный отход характеризуется содержанием железа ~35-40 %, гранулометрическим составом, отвечающим повышенному (до 60 %) содержанию частиц с наивероятнейшим размером 100-150 мкм.
Таким образом, пыль металлургических производств с содержанием оксида железа 40-50 % при отсутствии в отходе токсичных и водорастворимых компонентов может служить основой для производства пигмента. Подобный пигмент был приготовлен и испытан при окраске силикатного кирпича. Пигмент добавлялся в количестве 2-5 % в состав сухой силикатной смеси.
Результат испытаний окрашенного кирпича показал, что он отвечает всем требованиям ГОСТ на силикатные материалы.
Список литературы:
1. Buxbaum G. (ed.) Industrial Inorganic Pigments. - Weinheim; New York; Chichester; Brisbane; Singapore; Toronto. Wiley-VCH. 1998. 290p.
2. Лютоев В.П., Кочергин А.В., Лысюк А.Ю., Силаев В.И., Голубев Е.А., Суетин В.П. Фазовый состав и структурное состояние природных железо-окисных пигментов // ДАН. - 2009. - Т. 425, № 3. - С. 372-377.
