ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Металлосодержащие промышленные отходы формируются в металлур­гической, машиностроительной, авиационной промышленности, гальваниче­ских производствах и занимают значительный удельный вес в общем объеме промышленных отходов, складируемых на почве.

Отработанные формовочные смеси (ОФС) до недавнего времени рас­сматривались как дешевый промышленный отход, используемый для изготов­ления строительных и дорожно-строительных материалов. Известно использо­вание ОФС для оснований дорожных одежд и цементогрунта, асфальтобетонов. На основе ОФС получают силикатный кирпич, растворы, стеновые камни.

Однако исследования показали, что использование ОФС представляет определенную опасность для окружающей среды в связи с содержащимися в них тяжелыми металлами.

Присутствующие в их составе свинец, хром, цинк, медь, кадмий, кобальт и другие, обладают высокой биологической и миграционной активностью.

Проникая в поверхностные и грунтовые воды, накапливаясь в растениях, они создают опосредованную опасность воздействия на организм человека.

Отработанные формовочные смеси образуются в литейном производстве и представляют собой пески, содержащие остатки органических и неорганиче­ских связующих компонентов.

ОФС используются в литейном производстве несколько раз. Вначале готовится, так называемая формовочная смесь №1 из кварцевого песка с добавлением бентонита и жидкого стекла. После использования смеси №1 образуется оборотная смесь, из которой при добавлении песка и глинистой суспензии получают смесь №2. В отработанную смесь №2 вводится песок, бентонит, крепитель КБЖ или ЛСТ и полученная смесь №3 снова поступает в производство, после чего образуется отход, называемый отработанной формовочной смесью или горелой землей, поступающей в отвалы.

В процессе заливки в форму металлы проникают в нее. При этом металл проникает в форму очень быстро до тех пор, пока движущаяся масса не застынет или пока на ее пути не встретятся мелкие поры, где капиллярное сопротивление превышает гидростатическое давление. На этот процесс сильно влияет склонность формовочной массы к сжатию и образованию трещин.

Спекание песка в процессе отливки формы ограничивается главным образом связующей глиной и выражается в округлении пор, число которых уменьшается, а размеры увеличиваются, что приводит к проникновению металла. Окисление железа на поверхности формы в начале процесса миграции металла действует противоположно: оксиды железа, главным образомfeoреагируют с формовочными песками, образуя вязкую кремнеземистую жидкость, которая стремится закупорить поры и препятствует дальнейшему проникновению металла.

Учитывая, что в процессе эксплуатации материалы с использованием ОФС могут подвергаться воздействию кислотных дождей, слабоминерализованных и грунтовых вод, в качестве модельных сред были приняты следующие: дистиллированная вода,naoh2,5%,naoh5%, КОН 15%, КОН 2,5%,mgcl₂2,5%,mgs0 ₄ 2,5%,na₂c0 ₃ 2,5%, СаСО ₃ 2,5%,k₂s0 ₄ 2,5%,na₂s0 ₄ 2,5%,h₂s0 ₄ 2,5%,hcl 0,1%.

Соотношение между ОФС и портландцементом в проводимых исследованиях составило 3:1. В работе использовался портландцемент марки ПЦ 400 ДО-Н Старооскольского цементного завода. Образцы готовились по стандартной методике и твердели в естественных условиях 28 суток. Высушенные до постоянной массы образцы помещали в модельные среды и выдерживали при температуре 20+2°С в течение 10 и 30 суток. Соотношение массы образцов и исследуемой среды составляло 1:10. Водные вытяжки обрабатывали в соответствие с методикой ПНДФ 14.1/2.22-95 и исследовали атомно-абсорбционным методом на спектрометре «Квант-АФА».

Через 10 суток экспозиции в дистиллированной воде содержание тяжелых металлов не превышало ПДК для вод поверхностных водоемов.

Экспозиция в течение 30 суток (см. табл.) вызвала существенное увеличение миграции тяжелых металлов.

Медь, никель, цинк и кобальт через месяц экспозиции в агрессивных средах обнаружены в предельно-допустимых концентрациях, что свидетельствует о способности цемента связывать данные соединения в составе цементных композиций.

Для свинца и железа наибольшая интенсивность миграции наблюдается в щелочные среды и зависит от концентрации naoh (см. рис.). Увеличение концентрации едкого натра вызывает миграцию РЬ иfeиз состава цементных композиций на ОФС.

Воздействие дистиллированной воды вызывает усиление миграции тяжелых металлов. Содержание в водных вытяжках РЬ и Сг ⁺⁶ превышает ПДК в 1,7 и 13 раз соответственно.

na₂co₃2,5% оказывает наибольшее влияние на миграцию хрома, серная кислота 2% концентрации - на миграцию железа. Причем содержание хрома в растворе углекислого натрия концентрации 2,5% превышает ПДК в 20 раз. Сравнение миграции тяжелых металлов в растворе хлористого магния и сернокислого магния показало, что большая вымываемость наблюдается для свинца в раствореmgcl₂, а хрома - вmgs0 ₄. Превышение ПДК вmgcl₂составило для РЬ - 5,6 раз, а в mgs0 ₄ для РЬ - 3,6, для Сг ⁺⁶- 2,3 раза.

Проведенные исследования цементных композиций на основе ОФС подтвердили необходимость контроля подвижных форм металлов в материалах с промышленными отходами.

Установленные особенности миграции тяжелых металлов в зависимости от рН среды и вида агрессивного воздействия позволяют получать экологически более чистые строительные материалы, улучшить состояние окружающей среды.

Миграция тяжелых металлов в агрессивные среды

Таблица

Зависимость миграции свинца и железа от концентрации naoh

Рис. Зависимость миграции свинца и железа из цементогрунта на ОФС

от концентрации едкого натра.

1 - свинец; 2 - железо.