Экология промышленного производства

Анализ факторов, влияющих на загазованность литейных цехов, позволил установить, что удельное газовыделение зависит в первую очередь от вида связующего материала стержневой смеси и вида технологической операции изготовления отливок (табл. 4.10 – 4.13). Как следует из приведенных сравнительных данных (табл. 4.10,

111

4.12), основная масса газов выделяется при заливке и охлаждении форм из ХТС. При этом абсолютные цифры отличаются на порядки. Аналогичная зависимость наблюдается и при анализе смесей, отверждаемых тепловой сушкой (табл. 4.11, 4.13).

Очень важный момент, который необходимо учитывать при анализе экологической ситуации в литейном цехе, – это не только количественный, но и качественный состав выделяющихся газов.

Таблица 4.10

Удельное газовыделение при изготовлении стержней и форм из ХТС

112

Окончание табл. 4.10

Примечание: *В качестве катализатора для всех карбамидных смол и КФФ-Л использовалась ортофосфорная кислота. Для всех фенольных – бензолсульфокислота;

**Содержание связующего в смеси – 3 мас.ч. на 100 мас.ч. песка, во всех остальных смесях – не более 2 мас.ч.

Таблица 4.11

Газовыделение Q* (мг/кг) и условная токсичность T при тепловом отверждении смесей (240 ºС)

Примечание: *В числителе – при отверждении смеси, а в знаменателе – при её охлаждении

113

Примечание: *В качестве катализатора для всех карбамидных смол и КФФ-Л использовали ортофосфорную кислоту; для всех фенольных – бензосульфокислоту.

**Содержание связующего в смеси – 3 мас.ч на 100 ч. песка, во всех остальных смесях – не более 2 мас.ч.

Таблица 4.13

Газовыделение Q* (мг/кг) и условная токсичность Т смесей теплового отверждения при термодеструкции

Примечание: *Температура отверждения 240 ºС, температура деструкции 1 000 ºС.

При использовании в качестве связующего фенолсодержащих смол (одним из основных токсичных компонентов является фенол) возникает проблема снижения фенол выделений на всех стадиях технологического процесса. С этой целью в смеси в качестве добавок используются химические соединения различных классов. Одни из них – щёлочи (30 – 40 % -процентный раствор), блокируя гидроксильную группу фенола, образуют соли – феноляты. Окислители – перманганат и персульфат калия, диоксид марганца и другие – превращают фенол при неполном окислении в малотоксичные кислоты (малеиновую, глиоксиловую); при полном окислении – в диоксид углерода и воду. Оксиды металлов в различных сочетаниях выполняют роль окислителя и адсорбента. Хлориды металлов образуют с

115

фенолом комплексные соединения. При этом прочность смесей возрастает на 40 – 45 %, что позволяет снизить содержание связующего в смеси примерно в 1,5 раза и сократить выделение токсичных веществ в воздух в два раза.

К аналогичному результату приводит использование в составах ХТС добавок таких материалов, как FeCl3, CuO, KMnO4, железная руда в количестве не более 1 % от массы наполнителя смеси.

Одним из важнейших путей снижения токсичности смесей является уменьшение содержания связующего путем повышения прочности смеси. Эта проблема решается с помощью силанизации смолы. Её содержание в ХТС может быть снижено до 1 – 1,5 %, для фенолоформальдегидофурановых 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 щёлочных оксидов, глины, пылевидных фракций и влаги. Применение некондиционных песков ведёт 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» применяется кислотная обработка 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 улучшить их технологические свойства, является всё-таки не связывание выделяющихся токсичных газов, а предотвращение причин их образования, т. е. создания таких связующих смесей, 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 песчаносмоляных смесей, актуальным вопросом, связанным с защитой окружающей среды, является нейтрализация и обезвреживание токсичных газообразных веществ (фенола, формальдегида, метанола, фурфурола и другие.). Для этих целей применяются следующие ме-

116

тоды очистки: физические (дожигание и каталитическое окисление), химические (абсорбционные), физико-химические (адсорбционные), физиологические (дезодорация), биологические. Каждый метод имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

Из физических методов очистки наиболее эффективным является глубокое каталитическое окисление, применяемое при сложной составе газовой смеси. Сущность метода заключается в хемосорбционном улавливании и каталитическом окислении органических веществ (фенола, формальдегида, метанола и др.) при температуре 200–345 ºС до воды и оксида углерода. В качестве катализатора используются оксиды металлов переменной валентности – меди, хрома, кобальта, марганца, никеля, железа. Технологическая схема процесса достаточно проста, оборудование несложное, что обусловливает лёгкость обслуживания. Однако процесс этот энергоёмок. 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 состоит в возможности очистки большого количества газов, осуществлении непрерывного технологического процесса. Мокрая очистка позволяет очищать воздух как от химически вредных веществ, так и от пыли, что невозможно при использовании более эффективного каталитического способа. Недостатком метода является образование сточных вод. Степень очистки абсорбционным методом обусловлена 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 оставшуюсячастьпримесей.

Широкое распространение получил адсорбционный метод очистки газовых выбросов от вредных веществ. Его применение исключает образование сточных вод и не требует значительных энергозатрат,

117

что позволяет относительно малым количеством сорбента обрабатывать большие объёмы 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. Высокой 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 концентрацией вредных примесей в газовых выбросах литейных цехов.

Для очистки воздуха от дурно пахнущих веществ (сероводорода, 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 дурно пахнущими примесями и нейтрализуют их либо конденсируют и осаждают. В качестве дезодорантов используют душистые эмульсии, озон и 0,5 – 10 % раствор перекиси водорода, щёлочной раствор оксида хлора. В последние годы всё 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 гидрорегенерации. В обработанных, особенно пес- чано-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 водоёмы, что может сделать эти водные ресурсы непригодными для использования.

По своему составу и степени воздействия на окружающую среду отработанные формовочные и стержневые смеси подразделяются на три категории опасности:

118

1)практически инертные – это смеси, содержащие в качестве связующего глину, бентонит, цемент;

2)отходы, содержащие биохимические окисляемые вещества – это смеси после заливки, связующим в которых являются синтетические и природные композиции;

3)отходы, содержащие слаботоксичные, малорастворимые в воде вещества, – это жидкостекольные смеси, неотожжённые песчаносмоляные смеси, смеси, отверждаемые соединениями цветных и тяжёлых металлов.

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

119

4.1.7.Выбросы в атмосферу при заливке и выбивке форм,

втермообрубных отделениях и на участках окраски отливок

На участках заливки и охлаждения форм в зависимости от типа применяемого связующего выделяются оксид углерода, формальдегид, метанол, аммиак оксиды азота и цианиды, фенол, бензол.

В табл. 4.14 приведены данные по выделению оксида углерода при заливке чугуна в разовые формы.

Таблица 4.14

Выделение оксида углерода при заливке чугуна в формы

Извлечение отливок из песчано-глинистых форм и освобождение их от отработанных формовочных смесей производится с помощью выбивающего оборудования и также сопровождается выделениями вредных компонентов в виде пыли, газов и паров. В общем виде на 1 т отливаемого металла отсасывается до 12 000 м3/ч загрязнённого воздуха, содержащего до 30 кг пыли, горелой земли и окалины. В табл. 4.15 приведены средние значения по выделению пыли на выбивных решётках наиболее часто встречающегося типа.

При очистке отливок основным вредным компонентом в аспирируемом от технологического оборудования воздухе является пыль. В табл. 4.16 приведены её удельные выделения при работе основных типов оборудования для разных способов очистки изделий.

120