Теория и технология литейного производства. Формовочные материалы и смеси

фенолформальдегидофурановых смол – феноксипропилтриэтоксисилан (продукт 11-223); для карбамидоформальдегидофурановых смол – силан АГМ-9.

Расход связующего зависит также от качества используемых песков. Особое значение имеет содержание в песке щелочных оксидов, глины, пылевидных фракций и влаги. Применение некондиционных песков ведет к увеличению расхода смолы и катализатора в 1,5-2 раза. Снижение содержания в песках мелких фракций с 0,5 до 0,3% позволяет сократить количество связующего на 20-30%. При получении плакированных смесей «горячим способом» рекомендуется применение кислотной обработки песка. Такая обработка способствует смыванию с песчинок оболочки из примесей и позволяет снизить расход связующего на 20-30%. Наиболее эффективным средством снижения газовыделения из песчано-смоляных смесей, позволяющим зачастую и улучшить их технологические свойства, является все таки не связывание выделяющихся токсичных газов, а предотвращение причин их образования, т.е. создания таких связующих систем, которые не выделяли бы вредные для здоровья человека и окружающей среды вещества. Примером тому являются новые разработанные за рубежом и пока не нашедшие широкого применения технологии изготовления форм и стержней замораживанием, а также их специальных солевых практически не токсичных смесей.

Вместе с тем, учитывая весьма широкое применение песча- но-смоляных смесей, актуальным вопросом, связанным с защитой окружающей среды, является нейтрализация и обезвреживание ток-

352

сичных газообразных веществ (фенола, формальдегида, метанола, фурфурода и др.). Для этих целей применяются следующие методы очистки: физические (дожигание и каталитическое окисление), химические (абсорбционные), физико-химические (адсорбционные), физиологические (дезодорация), биологические. Каждый метод имеет свои особенности, преимущества и недостатки [27].

Из физических методов очистки наиболее эффективным является глубокое каталитическое окисление, применяемое при сложном составе газовой смеси. Сущность метода заключается в хемосорбционном улавливании и каталитическом окислении органических веществ (фенола, формальдегида, метанола и др.) при температуре 200-345 0С до воды и оксида углерода. В качестве катализаторов используются оксиды металлов переменной валентности – меди, хрома, кобальта, марганца, никеля, железа. Технологическая схема процесса достаточна проста, оборудование несложное, что обусловливает легкость обслуживания. Однако процесс этот энергоемок. При каталитическом окислении необходима тщательная очистка газа от пыли, которая снижает активность катализатора.

Традиционными методами очистки газовых выбросов от фенола и формальдегида являются абсорбционные и адсорбционные методы. При этом в качестве абсорбентов чаще всего используют водные растворы едкого натра, смеси серной и фосфорной кислот, растворы, содержащие уротропин. Преимущество указанного метода в возможности очистки большого количества газов, осуществлении непрерывного технологического процесса. Мокрая очистка позволяет очищать воздух как от химически вредных веществ,

353

так и от пыли, что невозможно при использовании более эффективного каталитического способа. Недостатком метода является образование сточных вод. Степень очистки абсорбционным методом обусловлено специфическим действием абсорбента.

Совершенствование абсорбционного метода очистки привело к созданию комбинированного метода, заключающегося в хемосорбции с последующим окислением. На первой стадии процесса абсорбент (раствор серной кислоты или едкого натра и озона) поглощает основную часть вредных примесей, на второй стадии окислитель – раствор перманганата калия или серной кислоты и озона – окисляет оставшуюся часть примесей.

Широкое распространение получил адсорбционный метод очистки газовых выбросов от вредных веществ. Его применение исключает образование сточных вод, не требует значительных энергозатрат, позволяет относительно малым количеством сорбента обрабатывать большие объемы газа. Основными адсорбентами являются активированный уголь, оксиды алюминия и марганца, молекулярные ситацеолиты, силикагель. Известны адсорбенты на основе активированного угля, пропитанного соединениями металлов, карбонатами меди и калия, нитратом хрома фторидами калия и натрия. Высокий адсорбционной способностью по отношению к фенолу и формальдегиду обладает пиролюзит. Недостаток метода – быстрое загрязнение и трудность регенерации адсорбентов, их низкая избирательность.

Применение традиционных абсорбционных и адсорбционных методов ограничено сложным составом и переменной концен-

354

трацией вредных примесей в газовых выбросах литейных цехов. Для очистки воздуха от дурнопахнущих веществ (сероводо-

рода, меркаптанов, аммиака, аминов, альдегидов и кетонов) может быть использован метод дезодорации. При распылении небольших количеств душистых эмульсий активные вещества, входящие в их состав, соприкасаются с дурнопахнущими примесями и нейтрализуют их, либо конденсируют и осаждают. В качестве дезодорантов использую душистые эмульсии, озон и 0,5-10%-ный раствор перекиси водорода, щелочной раствор окиси хлора. В последние годы все более широкое применение получают биологические способы очистки воздуха от вредных примесей. Они основаны на обработке отходящих газов водой с последующей биологической очисткой особой популяцией микробов.

Широкая химизация литейного производства привела к тому, что необходимо постоянно применять меры по улучшению экологической ситуации не только внутри литейного цеха, но и за его пределами, в частности, в местах складирования отработанных формовочных и стержневых смесей, а также при эксплуатации оборотной воды в системах гидрогенерации. В обработанных, особенно, песчано-глинистых смесях содержатся остатки фенола, карбоновых кислот, формальдегида. При этом фенолы, хорошо растворяясь в воде, при неправильном хранении отвальных стержневых смесей, способны проникать в артезианские источники и водоемы, что может сделать эти водные ресурсы непригодными для использования.

По своему составу и степени воздействия на окружающую

355

среду отработанные формовочные и стержневые смеси подразделяются на три категории опасности:

I - практически инертные; это смеси, содержащие в качестве связующего глину, бентонит, цемент;

II - отходы, содержащие биохимически окисляемые вещества; это смеси после заливки, связующим в которых являются синтетические и природные композиции;

III - отходы, содержащие слаботоксичные, малорастворимые в воде вещества; это жидкостекольные смеси, неотожженные песчано-смоляные смеси, смеси, отверждаемые соединениями цветных и тяжелых металлов.

При отдельном складировании или захоронении полигоны отработанных смесей, следует располагать в обособленных, свободных от застройки местах, которые допускают осуществление мероприятий, исключающих возможность загрязнения населенных пунктов, зон массивного отдыха и источников водопользования, а также объектов рыбохозяйственного назначения. Полигоны следует размещать на участках со слабо фильтрующими грунтами (глина, сулинок, сланцы). Сточные воды литейных цехов, в первую очередь, участков гидроочистки, электрогидровыбивки, гидрорегенерации песков могут содержать некоторое количество фенола, формальдегида и других вредных веществ. Такие воды перед сбросом в водоемы должны подвергаться биологической или другим видам очистки. Содержание вредных веществ в сточных водах после очистки перед сбросом их в водоемы не должно превышать предельно допустимых концентраций в воде водоемов.

356

Сточные воды с повышенной кислотностью необходимо предварительно нейтрализовать до рН = 6-8.

Наиболее радикальными мерами по снижению экологической опасности отходов литейного производства являются:

использование смесей либо не содержащих, либо включающих минимальное количество токсичных компонентов;

широкое использование систем регенерации формовочных песков с целью их многократного применения в составах формовочных и стержневых смесей;

вторичное использование отработанных формовочных и стержневых смесей в составах для изготовления кирпичей, тротуарных плиток, строительных материалов и т.д.

357

ЛИТЕРАТУРА

1.Петриченко А.М. Книга о литье. – Киiв: Технiка. 1972. – 277 с.

2.Бартон Р., Кэвендши Р., Ледерер Б. Атлас чудес света. – М.:

БММ АО. 1995. – 240 с.

3.Рубцов Н.Н. История литейного производства в СССР. – М.:

Машгиз, 1962. – 287 с.

4.Бех Н.И., Васильев В.А., Гини Э.И., Петриченко А.М. Мир художественного литья: История технологии. – М.: Металлург, 1997. – 272 с.

5.Бречко А.А., Великанов Г.Ф. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами. – Л.: Машиностроение, Ленинград-

ское отд-ние, 1982. – 216 с.

6.Берг П.П. Формовочные материалы. – М.: Машгиз, 1963. – 408 с.

7.Кукуй Д.М., Скворцов В.А., Эктова В.Н. Теория и технология литейного производства. – Минск: Дизайн ПРО, 2000. – 416 с.

8.Чуркин Б.С., Гофман Э.Б., Майзель С.Г. и др. Технология литейного производства. - Екатеринбург: Изд-во Урал.гос.проф.-

пед. Ун-та, 2000. – 662 с.

9.Жуковский С.С. Прочность литейной формы. – М.: Машино-

строение, 1989. – 288 с.

10.Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А. Кузин А.В. Формовочные процессы. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд.-ние, 1987. – 264 с.

11.Петриченко А.М., Померанец А.А., Парфенова В.В. Термостойкость литейных форм. – М.: Машиностроение, 1982. – 232 с.

358

12.Цибрик А.Н. Физико-химические процессы в контактной зоне металл-форма. – Киев: Наукова думка, 1977. – 211 с.

13.Кузьмин Н.Н., Кирюхина Т.Н., Болдин А.Н., Яковлев А.И., Поддубный А.Н. Формовочные песчано-глинистые смеси. –

Брянск: БГТУ, 2003. – 183 с.

14.Формовочные материалы и технология литейного производства: Справочник/ Под общ. ред. С.С.Жуковского. – М.: Машино-

строение, 1993. – 432 с.

15.Наседкин В.В., Кваша Ф.С., Стаханов В.В. Бентонит в промышленности России. - Москва: ГЕОС, 2001. – 136 с.

16.J.L.Lewandowski. Tworzywa na formy odlewnicze. – Krakow: Akapit, 1977. – 598 p.

17.Жуковский С.С., Лясс А.М. Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей. – М.: Машиностроение, 1978. – 224 с.

18.Сварика А.А. Покрытия литейных форм. – М.: Машинострое-

ние, 1977. – 216 с.

19.Валисовский И.В. Пригар на отливках. – М.: Машиностроение, 1983. – 192 с.

20.Дорошенко С.П. Получение отливок без пригара в песчаных формах. – М.: Машиностроение, 1978. – 208 с.

21.Давыдов Н.И. Противопригарные покрытия для песчаных стержней и форм // Литейщик России. – 2002. - № 4. – с.26.

22.Медведев Я.И., Валисовский И.В. Технологические испытания формовочных материалов. – М.: Машиностроение, 1973. – 309 с.

359

23.Дорошенко С.П., Ващенко К.И. Наливная формовка. – Киев:

Вища школа, 1980. – 176 с.

24.Степанов Ю.А., Семенов В.И. Формовочные материалы. – М.: Машиностроение, 1969. – 158 с.

25.Васин Ю.П., Васина З.М. Формовочные материалы и смеси. – Челябинск: ЧПИ, 1980. – 54 с.

26.Болдин А.Н., Яковлев А.И. , Соляков Д.А. Газовыделение из смесей горячего и холодного отверждения. – М.: Компания Спутник+, 2001. – 89 с.

27.Технический прогресс и условия труда при изготовлении стержней и форм в литейных цехах массового и крупносерийного производства: Обзорная информация. – М.: НИИНавтопром, 1986. – 44 с.

360