Учебное пособие 1992

щая получать в качестве продуктов свинцовый глет, свинцовый сурик и технический свинец, а также сопутствующий - гипс.

В ходе выполнения работ была подана Заявка на патент «Способ электрохимического извлечения свинца из свинцовокислотных отходов аккумуляторных батарей». Авторы: А.В. Лешова, В.А. Небольсин, Б.А. Спиридонов, А.Ю. Воробьев.

УДК 624.131.7

ГЛУБОКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТСЕВОВ ДРОБЛЕНИЯ ГРАНИТНОГО ЩЕБНЯ

А.В.Овчинникова Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

E-mail: busia-zaya@mail.ru

Отсевы - побочный продукт производства гранитного щебня, полидисперсный рыхлозернистый материал крупностью до 10 мм, составляющий до 25…30 % от объема выпускаемой продукции, что в масштабах России означает около 11 млн. м3 ежегодно. Большая часть отсева сегодня остается невостребованной и в течение десятилетий накапливается в отвалах, что создает проблемы экологии и землепользования. Весьма актуальна эта проблема и для Воронежской области, где только ОАО «Павловскгранит» производит ежегодно до 2 млн. м3 отсева. В связи с этим, все более актуальной становится проблема эффективной утилизации отсева с решением экологических задач и возврата занимаемых отвалами земель в сельскохозяйственный оборот.

Цель проекта – повышение эффективности утилизации многотоннажных отходов горно-обогатительных предприятий за счет их глубокой переработки с извлечением и реализацией 100 % твердой фазы, суть которой состоит в многоступенчатой сепарации отсева для его разделения на фракции от макродо наноразмерного уровня в качестве целевого продукта.

Патентный поиск и анализ известных технических решений по сепарации рыхлозернистых материалов показал, что они не способны полностью реализовать поставленную цель.

В результате научных исследований и проектноконструкторских разработок предложена технология глубокой пе-

201

реработки отсева, принципиальная схема которой представлена на рис. Отличием технологии является то, что она обеспечивает не только разделение исходного сырья на фракции задаваемых размеров (каждая из которых имеет свое применение в строительстве и стройиндустрии), но и извлечение частиц субмикронных (нано) размеров, которые являются ценным сырьем для широкого диапазона других отраслей промышленности.

Существенное превышение стоимости продуктов глубокой переработки стоимости исходного сырья (отхода производства), а также то, что в процессе переработки материал не претерпевает никаких физико-химических превращений, требующих значительных затрат энергии, предопределяет потенциально высокую эффективность и рентабельность предлагаемой глубокой переработки гранитных отсевов.

1 – расходный бункер отсева; 2 - аппарат виброкипящего слоя; 3 – топка; 4 – инерционный виброгрохот; 5 - батарея циклонов; 6 – электромассклассификатор.

Принципиальная схема глубокой переработки

Разработанная инновационная технология глубокой переработки отсевов дробления является энерго- и ресурсосберегающей, экологически чистой, высокорентабельной и может быть востребована на рынке стройиндустрии, резинотехнической отрасли, электроники, медицины. Внедрение предлагаемой технологии обеспе-

202

чивает решение проблем утилизации многотоннажных отходов дробления горных пород, улучшение экологической ситуации в регионе, рекультивацию земель сельскохозяйственного назначения.

УДК 661.185

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ СОРБЕНТ

Ю.Г.Подрезова, А.В.Мельник Воронежский государственный университет инженерных технологий

E-mail: yulia-podrezova@yandex.ru

На сегодняшний день нефть и нефтепродукты стали одними из самых распространенных экотоксикантов. Техногенное загрязнение проявляется на всех уровнях – от локального до глобального и представляет серьезную угрозу. Токсикация является очень стойкой и распространяется на большие расстояния. Нефтепродукты образуют на поверхности воды тонкую пленку, а в толще воды они находятся в эмульгированном и растворенном виде. Тяжелые фракции, образующиеся в ходе естественного разложения в водоеме, загрязняют его дно.

Одним из перспективных решений в области очистки нефтезагрязненных вод является применение сорбционных технологий. Однако сдерживающим фактором использования сорбентов служит их относительная дороговизна. Поэтому актуальна задача создания эффективных и дешевых сорбентов для сорбции нефти и продуктов ее переработки.

Нами изучена возможность создания сорбента, характеризующегося магнитными свойствами, на основе крупнотоннажных отходов производства минеральных удобрений и стали. Основными компонентами служили мел, химически осажденный и магнетит – шлак, модифицированные ПАВами.

Основные параметры сорбента (влагоемкость, нефтеѐмкость, плавучесть, насыпная плотность, токсичность) определены экспериментально.

Нефтеѐмкость сорбента устанавливали в статических условиях по образцам нефти, добытым в Волгорадской области. Отмечено, что в течение пяти минут контактирования нефти с ферромагнитным сорбентом, нефтеѐмкость достигает 20 г/г.

203

Ранее проведенными исследованиями показано, что с помощью химической модификации возможно изменить характеристики мела. Проводилась обработка смеси магнетита и мела различными ПАВами, с подбором оптимальных параметров модификации, с целью придания смеси гидрофобности.

При определении плавучести в нефтенасыщенном состоянии было установлено, что исследуемый сорбент обладает хорошей плавучестью - остаѐтся на воде более 100 часов, этого запаса достаточно для завершения всех операций по очистке поверхности и сбору отработанного сорбента.

Использовали стандартную методику (ГОСТ) для определения насыпной плотности, значение которой ( 0,94 кг/м³) находится в допустимом интервале.

Ведутся работы по регенерации сорбента и десорбции нефти с минимальными потерями для последующего применения.

Таким образом, по результатам проделанной работы можно сделать вывод о целесообразности применения ферромагнитного сорбента для локализации разливов нефти на водной поверхности.

УДК 678.5.06

РАЗАРБОТКА ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МУЛЬТИПОКРЫТИЙ ДЛЯ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ В ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ БИОПРОБ

А.А.Шуба Воронежский государственный университет инженерных технологий

E-mail: an-mishina@yandex.ru

Современным направлением в развитии мелкогабаритных сенсорных систем является разработка приборов для анализа малых проб (по массе и объему). Это достигается либо использованием одного специфического селективного сенсора для конкретного вещества (например, аммиак, сахароза и др.), либо сочетанием нескольких низкоселективных сенсоров, но при этом их число ограничено размерами устройства и сложностью обработки многомерных данных. В настоящее время широко используются различные наноматериалы для создания сенсорных систем, однако существу-

204

ют проблемы в получении аналитической информации (качественной и количественной), т.к. многие материалы не проявляют специфичность и селективность. Поэтому актуальна задача по разработке новых технических решений, приводящих к уменьшению геометрии прибора, а следовательно к повышению предела обнаружения веществ и адекватной оценке состояния биопроб за счет создания сенсоров-панелей на основе комбинированных покрытий из наноматериалов и тонкопленочных полимеров.

Цель работы - разработка дифференцирующих тонкопленочных мультипокрытий на основе полимерных сорбентов и наноматериалов для газовых сенсоров-панелей с применением их для анализа биопроб по газам-маркерам состояния.

На сегодняшний день во ВГУИТ научной группой профессора Т.А. Кучменко накоплены результаты исследований по изучению равновесных газовых фаз биопроб различного происхождения, в том числе по теме проекта: разработан прибор «МАГ-8», широко используемый для одновременного изучения сорбции веществ на нескольких сенсорах с индивидуальными покрытиями, применению и модифицированию нанопокрытий в том числе на основе многослойных углеродных нанотрубок, наноструктурированного серебра, палладия, модифицированных хемореагентами и полимерными фазами, оценке состояния биопроб по составу равновесной газовой фазы над ними; разработана универсальная программа регистрации и обработки многомерных данных от массива сенсоров; найдены алгоритмы управления возможностью детектирования и расширения круга решаемых задач без каких-либо значительных затрат.

Применения химических сенсоров на основе мультипокрытий, совмещенных со специальными компьютерными алгоритмами регистрации, обработки, принятия решений для оценки состояний биопробы позволяет проводить исследование и быстро получить информативные данные о состоянии объекта. Таким образом, потенциально возможна замена сложных и дорогостоящих лабораторных установок для первичной диагностики и оценки состояния миниатюрным прибором на основе трех сенсоров с комбинированными покрытиями.

Достоинства оценки состояния биопробы с помощью сенсоров с тонкопленочными мультипокрытиями: экспрессность определения (время измерения не более 10 мин, включая регенерацию

205

сенсоров матрицы); производительность – 6–8 анализов/час; многократное использование сенсоров без обновления селективного слоя (7000-10000 циклов сорбции/десорбции); специальное компьютерное обеспечение с возможностью контроля анализа на каждом этапе упрощает и существенно сокращает стадию принятия решения об изменении состава пробы и как следствие изменений состояния биообъекта. Возможно также расширение сферы применения сенсоров-панелей с тонкопленочными мультипокрытиями за счет адаптации и комбинации покрытий под конкретную диагностическую задачу, его унификации в узкой области.

УДК 677.02.001.5

НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЕ ФИЛЬТРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ ТОНКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ

О.Ю.Ящишина, А.Е.Кучерова, Е.А.Буракова, Ю.А.Герасимова, Тамбовский государственный технический университет

E-mail: ole4ka21ole4ka@mail.ru

Цель - создание опытно-промышленного производства импортозамещающих высокотехнологичных продуктов для сферы экологического мониторинга и охраны здоровья человека – фильтрующих материалов тонкой очистки газов с улучшенными характеристиками. Проект объединяет два принципиально отличающихся процесса тонкой очистки газов: аэрозольную фильтрацию и адсорбцию.

Наибольшее распространение для тонкой очистки воздуха от субмикронных аэрозольных частиц получили материалы из ультратонких волокон, поскольку при одинаковом сопротивлении потоку эти материалы обладают наибольшей эффективностью улавливания частиц по сравнению со всеми другими типами фильтровальных пористых перегородок.

Высокая степень очистки, как механической от взвешенных частиц, так и каталитической от летучих примесей, будет достигнута при использовании большого числа слоев волокон, покрытых структурой УНТ с заданными параметрами.

Кроме того, нанесение каталитических наночастиц в слое волокон с УНТ методом аэрозольной фильтрации делает волокнистые материалы самым перспективным носителем катализатора. Ведь поток

206

смеси газов, подвергающихся каталитическому превращению, обтекает именно те участки носителя, на которые осели каталитические наночастицы.

а) б)

Рис. 1. Волокна аэрозольного нанофильтра (а - тонкой очистки газа; б - аэрозольного катализа)

Применение: финишные фильтры для суперочистки газов, регенерируемые фильтры двигателей внутреннего сгорания, демистеры (туманоуловители) и т.д.

Другое перспективное направление - адсорбция веществ из смеси газов. Поверхностное наноуглеродное модифицирование таких сорбентов как активированный уголь, цеолит, керамика позволяет существенно повысить их физико-механические характеристики, активную удельную поверхность и т.д.

Рис. 2. Поверхность наномодифицированных сорбентов (а - цеолита; б - активированного угля)

В рамках проекта разработана технология модифицирования высокотемпературных материалов супертонкой очистки газов путем газофазного химического осаждения на них слоя УНТ (технологическая схема производства и оборудование для синтеза спроектированы ООО «НаноТехЦентр», г. Тамбов).

Получены и продиагностированы опытные образцы наномодифицированных материалов (кремниевые, кремнеземные, керамические волокна; активированный уголь, цеолиты, оксид алюминия) с различной структурой УНТ.

207

Достоинства - практическая реализация проекта возможна при незначительном переоборудовании функционирующих технологических линий.

Результаты проекта могут быть использованы в различных областях промышленности: химическая, атомная, транспортная, производство средств индивидуальной\коллективной ЗОД, производство высокоточной механики и микроэлектроники, фармацевтика, медицина и т.д.

Продукция должна сформировать новый сегмент рынка материалов тонкой очистки газов – материалы высшей ценовой категории, обладающие существенно улучшенными функциональными и эксплуатационными свойствами при сохранении стандартных типоразмеров и монтажных характеристик.

УДК 669.713.7

РАЗРАБОТКА ТОКОПРОВОДЯЩЕГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

А.В.Захаревский Тамбовский государственный технический университет

E-mail: san775469@yandex.ru

Работа относится к области технологии получения функциональных электропроводящих материалов в производстве медицинского оборудования, электроники и строительных материалов специального назначения. Производство новых функциональных материалов - актуальное направление, позволяющее значительно упростить технологию производства с применением таких материалов. Используемые на данный момент методы приданию полимерным композитам электропроводности основаны на внесении большого количества токопроводящих частиц в структуру полимерной матрицы. Как правило, этими частицами является графит и различные соединения титана, которые вносят в больших долях, обычно это 60-80%, что приводит к разупрочнению матрицы и снижению прочностных и эксплуатационных характеристик. Предлагаемый нами метод основан на более эффективном внесении углеродных нанотрубок, позволяющий добиться электропроводности порядка ома при внесении нескольких массовых процентов добав-

208

ки. Также нанотрубки оказывают упрочняющее воздействие, что может скомпенсировать падение прочности материала при использовании больших процентов внесения. При этом наш метод позволяет сочетать предложенные нами наполнители с традиционными, что не может положительно не сказаться на стоимости конечного продукта. Также применение углеродных нанотрубок является более экологичным из-за технологии их производства.

В наши дни промышленность ставит всѐ более жесткие требования к таким материалам, а именно это увеличение электропроводности с сохранением прочности. Однако, с развитием наноотрасли стали доступны уникальные материала, такие как углеродные нанотрубки, их развитая структура позволяет не только повысить электропроводность в близи малого процента наполнения, но и сохранить прочность, при внесении в полимерную матрицу. Так при внесении 6% (масс.) удалось увеличить электрическую проницаемость на девять

УДК 681.3

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ MAXIТERM

Д.Н.Галдин, В.А.Максименко Воронежский государственный технический университет

E-mail: dmgaldin@yandex.ru

В настоящее время во всѐм мире большое внимание уделяется различным аспектам энергосбережения. Одним из наиболее важных вопросов является сбережение тепловой энергии с помощью высокоэффективной теплоизоляции. Наиболее эффективным видом теплоизоляции является экранно-вакуумная, однако еѐ существенными недостатками являются большой вес, стоимость, низкая вибростойкость и сложность монтажа, что ограничило еѐ применение высокоответственной криогенной техникой. Широкое получили распространение теплоизолирующие материалы следующих видов: минералловатная теплоизоляция, пеностекло, пенополистирол ПС-БС и пенополиуретан.

Применение пенополиуретана в качестве теплоизоляции обусловлено многими факторами: одним из самых низких коэффициентов теплопроводности, способностью не впитывать и удерживать

209

в себе влагу, особенностью вспениваться непосредственно на объекте, заполняя всевозможные трещины, обеспечение высокой адгезии к любому основанию, большой интервал рабочих температур. Одним из способов нанесения материала на поверхность является напыление. При этом появляется возможность с легкостью обработать любые геометрические конструкции (выступы, арки, колонны). Технология напыления пенополиуретана позволяет получить бесшовный теплоизоляционный слой, надежно прикрепленный к основанию, там где укладка плитных теплоизоляторов не то что затруднительна но даже невозможна. Теплоизоляция из пенополиуретана получила широкое распространение в Европе и Америке.

Одним из существенных недостатком пенополиуретана является его низкая стойкость к УФ-лучам, вследствие чего нанесѐнному теплоизолирующему покрытию требуется качественная защита от солнечного излучения, приводящая к значительному увеличению стоимости работ.

Разработанный нами материал MaxiТerm предназначен для одностадийного получения высокоэффективной теплоизоляции, обладающей в несколько раз меньшим коэффициентом теплопроводности и всеми положительными качествами экранновакуумной теплоизоляции и пенополиуретана при низкой себестоимости.

Данный результат достигается тем, что в прочную вспенѐнную основу (пенополиуретан) добавлен высокодисперсный металлический порошок (размер частиц 5 – 50 мкм) с высокой отражательной способностью. При затвердевании пенополиуретан надѐжно закрепляет порошок, что определяет высокие механические характеристики материала. Поскольку застывший композитный материал MaxiТerm обладает высокой отражательной способностью, то его теплопроводность значительно снижается и поверхность не требует защиты от УФ.

В таблице приведены значения теплопроводности для различных видов теплоизоляционных материалов.

В настоящий момент на материал и способ его получения

210