Разработка керамического материала, получаемого с использованием гальванических отходов

Состав сточных вод гальванических производств. Получение керамического материала строительного назначения с использованием гальванического шлама в качестве добавки. Введение гальванического шлама и борной кислоты в относительно небольших количествах.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 25.02.2019
Размер файла 174,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка керамического материала, получаемого с использованием гальванических отходов

Виткалова И.А., Пикалов Е.С.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)

Владимир, Россия

Гальваническое производство является отраслью промышленности, основным видом деятельности которого является нанесение защитных или декоративных металлических покрытий на металлические и неметаллические изделия. Как и в любом другом производстве технологический процесс гальванического нанесения покрытий сопровождается образованием отходов, основную массу которых составляют сточные и промывные воды, отработанные технические растворы и электролиты.

Сточные воды гальванических производств содержат большое количество тяжелых металлов, таких как цинк, хром, никель, свинец, медь и др. Эти вещества и большинство их соединений являются токсичными и представляют опасность для окружающей среды, поэтому сточные воды гальванических производств должны быть очищены от этих загрязнителей. Основным методом, применяемым для этого является реагентный, так как он является наименее затратным и легко осуществимым. Этот метод заключаются в добавлении в сточные воды специальных веществ, например, карбоната кальция, которые реагируют с тяжелыми металлами с образованием нерастворимых соединений, которые впоследствии осаждаются и удаляются из очистных аппаратов и сооружений в виде осадка, так называемого гальванического шлама, который собирается в специальных шламонакопителях. В гальваническом шламе тяжелые металлы и их соединения содержатся в концентрированном виде, а значит гальванический шлам представляет еще большую опасность для окружающей среды и его необходимо утилизировать.

Тяжелые металлы могут быть извлечены из гальванического шлама путем выщелачивания с последующим использованием в металлургических отраслях промышленности, однако это трудоемкий процесс, который не получил в настоящее время широкого применения. Относительно широко гальванические шламы используются в качестве добавок в производстве различного рода строительных материалов: стекла, керамики, асфальта, гипсовых смесей, бетона, керамзита и др., что связано с простотой технологии.

Данная работа посвящена получению керамического материала строительного назначения с использованием гальванического шлама в качестве добавки.

Работа проводилась с применением сырьевых материалов Владимирской области.

Основным компонентом шихты являлась глина Суворотского месторождения Владимирской области, состав которой представлен следующими соединениями (в масс. %): SiO2 = 67,5; Al2O3 = 10,75; Fe2O3 = 5,85; CaO = 2,8; MgO = 1,7; K2O = 2,4; Na2O = 0,7. Данная глина отличается низким содержанием оксида алюминия, обладает числом пластичности 5,2 и относится к малопластичным (по ГОСТ 9169-75) [1], а следовательно, введение добавок в состав шихты будет целесообразным, так как получение качественных изделий только на основе малопластичной глины невозможно.

В качестве первой добавки в шихту использовался гальванический шлам предприятия ОАО "Завод" Автоприбор" (г. Владимир), представляющий собой продукт реагентной очистки сточных вод гальванических производств карбонатом кальция. В состав данного шлама входили следующие соединения (в масс. %):

Zn(OH)2 ? 11,3%; SiO2 ? 7,08%; Ca(OH)2 ? 16,52%; Cr(OH)3 ? 9,31%; (Fe2+)Cr2S4 ? 4,17%; СаСО3 ?40,25 %; CaO ? 3,45%; ZnO? 2,41%; Cu(OH)2 ?2,38%; Ni(OH)2 ? 2,62%; Mn(OH)2 ? 0,64%; Pb(OH)2 ? 0,14%

гальванический керамический шлам добавка

Наличие в составе относительно большого количества соединений цинка, хрома, никеля и меди в виде гидроксидов подтверждает токсичность данного шлама [2], который относится ко 2 - 3 классу опасности.

Дополнительной добавкой в шихту являлась борная кислота марки В-2, соответствующую ГОСТ 18704-78. Борная кислота повышает прочностные характеристики керамики [3, 4] и снижает миграцию из нее тяжелых металлов при использовании гальванического шлама в качестве добавки [1, 2, 5].

Образцы для определения свойств керамического материала на основе исследуемых составов получали при формовочной влажности 8 масс. %, удельном давлении прессования и температуре обжига 1000 оС.

У образцов по стандартным для керамических материалов методикам определяли плотность (с, кг/м3), прочность на сжатие (усж, МПа), водопоглощение (В, %) и теплопроводность (л, Вт/м•оС).

В связи с токсичностью применяемых добавок образцы разрабатываемого керамического материала проверялись на экологическую безопасность при помощи методики определения смертности дафний Daphnia magna Straus под действием токсических веществ, присутствующих в водной вытяжке из исследуемых образцов по истечении 96 часов [6].

Так как введение гальванического шлама приводит к снижению экологической безопасности материала, а введение борной кислоты в относительно небольших количествах препятствует миграции тяжелых металлов, содержащихся в гальваническом шламе, на первом этапе исследований в состав шихты вводилась только борная кислота с последующей проверкой получаемого материала по указанной методике [6]. Было установлено что при введении в состав шихты до 5 масс. % борной кислоты наблюдается гибель менее 50 % дафний, что подтверждает экологическую безопасность получаемого керамического материала.

В связи с тем, что при введении гальванического шлама экологическая безопасность керамики неизбежно снизиться, было принято решение ограничить количество вводимой в состав шихты борной кислоты 2,5 масс. %.

На следующем этапе экспериментальных исследований в состав шихты на основе исследуемой глины, содержащей 2,5 масс. % борной кислоты, вводился гальванический шлам через каждые 0,5 масс. %. При достижении содержания гальванического шлама свыше 3 масс. % была зафиксирована гибель более 50 % дафний, поэтому для последующего определения исследуемых свойств были выбраны составы, содержащие до 3 масс. % гальванического шлама включительно. Результаты измерения свойств разрабатываемого керамического материала представлены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1. Зависимость плотности и прочности на сжатие разрабатываемого керамического материала от содержания гальванического шлама в составе шихты

Рисунок 2. Зависимость водопоглощения и теплопроводности разрабатываемого керамического материала от содержания гальваношлама в составе шихты

Из полученных данных следует, что плотность и прочность на сжатие разрабатываемого керамического материала уменьшаются с увеличением количества гальванического шлама в составе шихты. Это можно объяснить тем, что при температурах 900 - 1000 оС во время проведения обжига происходит разложение карбоната кальция и гидроксидов, содержащихся в гальваническом шламе, с образованием диоксида углерода и паров воды, что приводит к повышению количества пор и пустот в объеме материала. Это также приводит к понижению теплопроводности и повышению водопоглощения.

На рисунках 1 и 2 приведены результаты определения свойств только для керамических материалов, полученных на основе составов, в которых количество гальванического шлама не превышает 3 масс. %. Это связано с тем, что при проведении исследований у данных керамических материалов наблюдалась гибель менее 50 % дафний, что подтверждает экологическую безопасность материала.

При более высоких количествах гальванического шлама в составе шихты экологическая безопасность материала не обеспечивается.

Из проведенных исследований следует, что при использовании исследуемой глины с добавлением 2,5 масс. % борной кислоты и до 3 масс. % гальванического шлама может быть получен экологически безопасный керамический материал. Таким образом, использование данного состава позволит утилизировать токсичный промышленный отход и сократить уровень загрязнения окружающей среды.

Получаемый керамический материал может быть использован в качестве стеновых строительных изделий в строительстве зданий малой и средней этажности, так как обладает достаточными для этой области применения прочностью на сжатие и водопоглощением. Плотность разрабатываемого материала позволяет получать изделия средней массы, а теплопроводность сравнима со средней теплопроводностью стеновых керамических изделий.

Список литературы

1. Воробьева А.А., Виткалова И.А., Торлова А.С., Пикалов Е.С., Панов Ю.Т. Оптимизация состава шихты для производства строительной керамики с использованием гальванического шлама и стекольного боя // Бутлеровские сообщения. 2016. Т. 47. № 8. С. 93-98.

2. Сухарникова М.А., Пикалов Е.С. Исследование возможности производства керамического кирпича на основе малопластичной глины с добавлением гальванического шлама. Успехи современного естествознания. 2015. № 10. С.44-47 - URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35648

3. Марьин В. К., Кузнецов Ю. С., Новокрещенова С. Ю. Опыт утилизации промышленных отходов в Пензенской области // Экология и промышленность России. 2005. № 5. С. 28 - 33.

4. Абдрахимов В. З., Колпаков А. В. Инновационные направления использования кальцийсодержащего нанотехногенного сырья: осадок отхода сточных вод, отхода пыли-уноса асфальтобетонных заводов, шлама от водоочистки воды и гальванического шлама в производстве кирпича // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. № 8. С. 41 - 46.

5. Сухарникова М.А., Пикалов Е.С. Санитарно-гигиеническая оценка керамического кирпича с добавлением гальванического шлама // Успехи современного естествознания. 2016. № 1-0. С. 31-34 - URL: http://www.naturalsciences.ru/ru/article/view?id=35736

6. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. Федеральный реестр ФР.1.39.2007.03222 // Алексей Кощеев. Просто и доступно о сложном. URL: http://www.koshcheev.ru/wp-content/uploads/2012/07/Petrik-FR-1-392007-03222.pdf

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Технологии гальванических покрытий. Обзор систем водоснабжения и водоотведения. Характеристика очистных сооружений и технология обезвреживания сточных вод гальванического цеха ОАО "Электоромашина". Разработка схемы доочистки общезаводсткого стока.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 13.01.2015

  • Влияние гальванических производств на окружающую среду. Описание общеобменной вентиляционной схемы. Оборудование для нанесения гальванических покрытий. Стационарная ванна. Бортовые отсосы. Виды отсосов от ванн. Фильтр для гальванических производств.

    реферат [26,5 K], добавлен 25.11.2008

  • Понятие и назначение гальванического покрытия металлов, этапы проведения данного процесса. Характеристика сточных вод, образующихся в результате гальваники, методы их очистки. Выбор оборудования, описание и критерии выбора технологии очистки сточных вод.

    курсовая работа [4,9 M], добавлен 24.11.2010

  • Определение основных требований к сырью для производства керамического кирпича. Состав и физико-химические свойства самой продукции, особенности управления качеством при ее производстве. Технологический контроль при производстве кирпича керамического.

    курсовая работа [44,4 K], добавлен 28.09.2011

  • Изучение производства строительного керамического кирпича. Достоинства и недостатки технологических линий для производства керамического кирпича методом полусухого прессования и методом пластического формования. Естественная и искусственная сушка сырца.

    курсовая работа [36,8 K], добавлен 21.12.2011

  • Теплотехнические характеристики строительного керамического кирпича. Пределы прочности изделий при сжатии и изгибе. Изучение способов изготовления керамических изделий. Расчет оборудования, расхода сырья и полуфабрикатов, списочного состава работающих.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 01.03.2014

  • Механизм образования гальванических покрытий. Разработка технологического процесса участка никелирования для детали "Направляющая": характеристика изделия, выбор вида и толщины покрытия; подбор оборудования; расчет себестоимости; техника безопасности.

    дипломная работа [356,4 K], добавлен 30.05.2013

  • Обоснование выбора способа производства керамического умывальника. Порядок приготовления шликерной массы. Выбор и расчет количества оборудования. Составление материального баланса производства. Методы испытаний керамического умывальника по ГОСТ 13449-82.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 28.10.2014

  • Описание и характеристика кирпича керамического. Производственные площади и специальное оборудование предприятия. Технологический процесс изготовления кирпича керамического и производственная структура. Организационная структура управления предприятием.

    курсовая работа [550,8 K], добавлен 07.05.2012

  • Классификация и назначение гальванических покрытий, а также характеристика механической, химической и электрохимической обработок поверхностей перед их нанесением. Требования к поверхностям и покрытиям. Устройство оборудования для гальванических операций.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 28.01.2010

  • Разработка технологии подготовки шлама с установкой сырьевых мельниц. Выбор и обоснование места проектирования цеха помола. Характеристика требуемой марки цемента, выбор сырьевых материалов. Обоснование метода подбора технологического оборудования.

    курсовая работа [652,3 K], добавлен 16.09.2014

  • Разработка технологии очистки сточных вод от гальванического и травильного производств. Расчет технологического оборудования (основных характеристик аппаратов водоочистки) и составление схемы очистки. Проектирование оборудования для обработки осадка.

    курсовая работа [255,6 K], добавлен 13.12.2010

  • Характеристика сырья, основных и вспомогательных материалов, используемых в процессе подготовки шлама. Системы и виды производственного освещения. Требования безопасности в шламовом и аффинажном участке. Назначение противопылевого респиратора "Лепесток".

    отчет по практике [194,8 K], добавлен 13.03.2015

  • Сведения о керамическом граните, его физико-механические свойства. Способы производства и подготовки шихты. Характеристика сырья и материалов, входящих в состав массы керамического гранита. Требования к упаковке, хранению, транспортировке изделий.

    отчет по практике [545,3 K], добавлен 13.03.2016

  • Химический состав сырья для изготовления керамических изделий, характеристика глинистых и добавочных материалов. Выбор технологического оборудования и схемы производства. Сравнение пластического и полусухого методов формования керамического кирпича.

    курсовая работа [559,3 K], добавлен 22.03.2012

  • Структура и свойства антифрикционных гальванических покрытий. Влияние процессов трения на структуру гальванических покрытий Pb-Sn-Sb. Технические рекомендации по повышению износостойкости пары прения подпятник – планшайба аксиально-поршневого насоса.

    дипломная работа [5,7 M], добавлен 08.12.2012

  • Получение прочих строительных материалов из пород Экибастузского угольного месторождения. Технология производства керамики и значение керамического кирпича из вскрышных пород для реализации программы жилищного строительства Республики Казахстан.

    статья [18,8 K], добавлен 24.03.2015

  • Свойства материалов систем цирконий–кислород, цирконий-азот, алюминий-азот. Экспериментальное получение керамического композиционного материала на основе системы AlN-ZrO2-ZrN с повышенным уровнем электро-, теплопроводности, механических свойств.

    дипломная работа [9,2 M], добавлен 11.09.2012

  • Описание основных характеристик объекта контроля. Обзор методов измерения толщины гальванического покрытия. Разработка структурной схемы установки, расчёт погрешности и определение требований к ее компонентам. Выбор СИ и вспомогательного оборудования.

    курсовая работа [65,4 K], добавлен 16.11.2009

  • Технологическая схема производства керамического кирпича, ассортимент и характеристика выпускаемой продукции, химический состав сырьевых материалов, шихты. Перечень оборудования, необходимого для технологических процессов цеха формования, сушки и обжига.

    курсовая работа [873,5 K], добавлен 09.06.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.