BADANIE POZOSTAŁOŚCI SUBSTANCJI NIEORGANICZNYCH NA POWIERZCHNI ZREGENEROWANEJ OSNOWY

Transkrypt

1 13/3 Archives of Foundry, Year 2002, Volume 2, 3 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2002, Rocznik 2, Nr 3 PAN Katowice PL ISSN BADANIE POZOSTAŁOŚCI SUBSTANCJI NIEORGANICZNYCH NA POWIERZCHNI ZREGENEROWANEJ OSNOWY M. ŁUCARZ 1 Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa, Katedra Maszyn i Urządzeń Odlewniczych, Kraków, ul. Reymonta 23 STRESZCZENIE W artykule przedstawiono wyniki badań, których celem było określenie pozostałości substancji nieorganicznych w regeneratach po regeneracji termicznej i mechanicznej ściernej. Substancje nieorganiczne były sztucznie wprowadzane do składu masy rdzeniowej poddawanej regeneracji w kolejnych fazach stosowania zregenerowanej osnowy. Analiza uzyskanych wyników wskazuje na kumulację zanieczyszczeń wprowadzanych w kolejnych cyklach sporządzania masy oraz ich silne przyleganie do osnowy ziarnowej. Key words: thermal reclamation, mechanical reclamation, sand testing 1. WPROWADZENIE Zużyta masa formierska i rdzeniowa, będąca największym odpadem przemysłu odlewniczego po złożeniu na wysypisku stanowi znaczne źródło zanieczyszczeń, które mogą negatywnie wpływać na środowisko. Zanieczyszczenie masy może między innymi wystąpić w wyniku przechodzenia metali ciężkich z ciekłego metalu do masy formierskiej i rdzeniowej, a następnie ich wypłukiwanie przez wody atmosferyczne do otoczenia. Innym źródłem zanieczyszczającym osnowę ziarnową może być żywica, bądź utwardzacz. Obecnie rozwój spoiw żywicznych jest bardzo dynamiczny, a nowe ich kompozycje mogą zawierać coraz więcej domieszek o charakterze nieorganicznym i szkodliwości dotychczas nieokreślonej. Wobec powyższego istotne jest poznanie mechanizmu kumulowania się zanieczyszczeń oraz określenie metody i sposobu 1 dr inż, eumar@agh.edu.pl

2 98 postępowania w celu przeciwdziałania nadmiernemu gromadzeniu się szkodliwych substancji na powierzchni ziarn lub w ogólnej masie osnowy ziarnowej poddawanej zabiegom regeneracji. Ma to istotne znaczenie tak z punktu widzenia zapewnienia stabilnych właściwości masy formierskiej i rdzeniowej przy ponownym wykorzystaniu regeneratu w procesie technologicznym, jak również w momencie złożenia zużytej masy na składowisku. 2. CEL BADAŃ ORAZ SPOSÓB ICH REALIZACJI W celu poznania mechanizmu kumulowania się zanieczyszczeń wykonano badania wprowadzając w sposób kontrolowany w kolejnych cyklach sporządzania masy rdzeniowej o określonym składzie po 0,1% w stosunku do żywicy każdego z wymienio - nych dalej tlenków metali: PbO, CuO, ZnO, CdO. Analizą objęto ziarna zregenerowanej cieplnie osnowy, stosowanej w kilku kolejnych cyklach przygotowania mas świeżych na bazie regeneratu. Dla wybranej liczby cykli wykorzystania osnowy ziarnowej dodatkowo wykonano uzupełniającą regenerację mechaniczną zakładając, że procesy ścierne spowodują usunięcie zanieczyszczeń z powierzchni ziarn i poprawę jej jakości. Masę sporządzano w mieszarce laboratoryjnej wstęgowej, mieszając najpierw osnowę lub regenerat z określonymi tlenkami metali przez 1 minutę, następnie dodawano utwardzacz mieszając przez kolejną 1 minutę, a po dodaniu żywicy - przez 3 minuty. Rdzenie do badań wytrzymałościowych sporządzano w technologii hot-box przetrzymując je sekund w rdzennicy podgrzanej do temperatury 220 C. Badania wytrzymałościowe realizowano po 1 godzinie od wyjęcia rdzenia z rdzennicy. Regenerację termiczną prowadzono w regeneratorze doświadczalnym (RT), z palnikiem gazowym skierowanym na powierzchnie masy, z czasowo włączaną fluidyzacją w celu wymieszania złoża. Zakres temperatury uzyskiwanych w regeneratorze wynosił C. Regenerację mechaniczną, uzupełniającą zabieg wypalania, realizowano w doświadczalnym regeneratorze odśrodkowym z bezudarową pobocznicą obwodową. Każdorazowo regenerat poddawany był 10 cyklom regeneracji w trójsegmentowym układzie urządzenia. Uzyskany regenerat mielono do postaci pudru i oznaczano w nim metale metodą ASA w celu bezwzględnego określenia śladowych ilości metali. 3. ANALIZA WYNIKÓW Wyniki badań przedstawione w niniejszej pracy oraz publikacjach [1, 2, 3] wskazują, że dodatek tlenków metali do regeneratu w kolejnych cyklach przygotowania masy powoduje systematycznie zanieczyszczenie regeneratu, co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości masy. Zastosowanie zabiegu regeneracji mechanicznej po regeneracji termicznej powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych masy sporządzonej na osnowie regeneratu. Ponieważ stwierdzono poprawę właściwości wytrzymałościowych masy po zabiegu dodatkowej regeneracji mechanicznej przeprowadzono analizy porównawcze

3 Ilość metalu, ppm 99 regeneratu po regeneracji termicznej i dodatkowej regeneracji mechanicznej. W publikacji [3] stwierdzono ponadto, że dodawane sukcesywnie w kolejnych cyklach przygotowania masy do regeneratu tlenki metali nie wykazywały zwiększonego przechodzenia ich do roztworów wodnych. Stwierdzono wręcz przeciwny efekt, polegający na tym, że w wyniku wielokrotnej obróbki termicznej z masy wymywała się coraz mniejsza ich ilość. Wobec tego regenerat po obróbce termicznej poddano zabiegowi uzupełniającej regeneracji mechanicznej ściernej. Zauważono tendencję do coraz mniejszej ilości wymywanych metali dla zwiększającej się liczby wykorzystania osnowy ziarnowej, jakkolwiek większa ich ilość była oznaczana w roztworach wodnych po regeneracji mechanicznej ściernej. W celu określenia bezwzględnego składu zanieczyszczeń nagromadzonych w regeneracie przeprowadzono metodą ASA, oznaczenie śladowych ilości metali w analizowanych regeneratach. Na rysunku 1 przedstawiono wyniki analizy przeprowadzonej w celu stwierdzenia obecności metali w regeneratach po określonej liczbie cykli regeneracji termicznej. Można stwierdzić, że w większości analizowanych próbek następowało zwiększenie udziału zanieczyszczeń w regeneracie po kolejnych cyklach przygotowania masy z sztucznie wprowadzanymi tlenkami metali. Zastosowanie dodatkowej regeneracji mechanicznej i klasyfikacji pneumatycznej nie spowodowało w sposób znaczący zmniejszenia ich ilości w badanych regeneratach (por. rys. 1 i 2). 60 po 1 cyklu regeneracji termicznej 55 po 5 cyklach regeneracji termicznej 50 po 9 cyklach regeneracji termicznej , Pb Cu Zn Cd Rys. 1. Określenie ilości metali ciężkich w regeneracie, po określonej liczbie cykli regeneracji termicznej, z wprowadzonymi dodatkowo do składu masy tlenkami metali. Fig. 1. Determination of heavy metals concentration in reclaimed sand after different number of thermal reclamation cycles.

4 Ilość metalu, ppm po 1 cyklu regeneracji termicznej i dodatkowej mechanicznej po 5 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowej mechanicznej po 9 cyklach regeneracji termicznej i dodatkowej mechanicznej , Pb Cu Zn Cd Rys. 2. Określenie ilości metali ciężkich w regeneracie, po określonej liczbie cykli regeneracji termicznej i uzupełniającej regeneracji mechanicznej. Fig. 2. Determination of heavy metals concentration in reclaimed sand after different number of thermal reclamation and additional mechanical reclamation cycles. Rys. 3. Zdjęcia skaningowe regenerowanej osnowy Jaworzno Szczakowa po 9 cyklach regeneracji termicznej, pow. 500x (lewa strona) i 1000x (prawa strona). Fig. 3. Scanning pictures of reclaimed sand Jaworzno Szczakowa after 9 cycles of thermal reclamation. Magnification 500x (left side) and 1000x (right side). Ponieważ uzyskane wyniki z obu analiz wskazywały na brak znaczących efektów oczyszczających regeneracji mechanicznej wykonano zdjęcia skaningowe regeneratów w różnym stanie obróbki. Porównując rysunki 3 i 4 można stwierdzić wyraźny przyrost zanieczyszczeń w nierównościach powierzchni ziarna po zastosowaniu dodatkowej regeneracji mechanicznej.

5 101 Rys. 4. Zdjęcia skaningowe regenerowanej osnowy Jaworzno Szczakowa po 9 cyklach regeneracji termicznej i mechanicznej regeneracji bezudarowej, pow. 500x (lewa strona) i 1000x (prawa strona). Fig. 4. Scanning pictures of reclaimed sand Jaworzno Szczakowa after 9 cycles of thermal reclamation with 1 impactless mechanical cycles. Magnification 500x (left side) and 1000x (right side). 4. WNIOSKI W wyniku przeprowadzonych badań nasuwają się następujące spostrzeżenia: 1) Wprowadzane w kontrolowany sposób zanieczyszczenia do składu masy rdzenio - wej powodują ich sukcesywną kumulację w ogólnej masie regeneratu. 2) Pod wpływem obróbki termicznej zanieczyszczenia nieorganiczne wprowadzane do osnowy nie są oddzielane lecz przylegają do powierzchni ziarn, tym silniej im liczba cykli obiegu osnowy jest większa. Powyższe spostrzeżenie może wskazywać na przypiekanie się zanieczyszczeń do powierzchni ziarn. 3) Zastosowany zabieg dodatkowej regeneracji mechanicznej częściowo usuwa przywarte zanieczyszczenia, co powoduje w niewielkim stopniu przechodzenie ich do wyciągów wodnych. 4) Zastosowanie regeneracji mechanicznej i klasyfikacji pneumatycznej okazuje się być mało skuteczne w aspekcie zapobiegania kumulacji zanieczyszczeń nieorganicznych na powierzchni ziarn, ze względu na silne przyleganie produktów ścierania do powierzchni i braku możliwości ich usunięcia z ogólnej masy regeneratu. Zanieczyszczenia te głównie gromadzą się w nierównościach powierzchni ziarn. 5) Powierzchnia ziarn ulega starciu po regeneracji mechanicznej, ale w wyniku zastosowanych obróbek całkowita ilość zanieczyszczeń w regeneracie nie ulega zmniejszeniu. Regeneracja mechaniczna ścierna jest o tyle skuteczna, że oddziaływując na powierzchnię osnowy ziarnowej prowadzi do jej aktywizacji, co wpływa korzystnie na zwiększenie właściwości wytrzymałościowych masy z regeneratem.

6 102 LITERATURA [1] M. Łucarz: Analiza kumulowania się zanieczyszczeń na ziarnach osnowy w zależności od zastosowanej obróbki regeneracyjnej. Acta Metallurgica Slovaca, Ročnik 8, tom 1, 2002, s [2] M. Łucarz, J. Dańko, R. Dańko: Wpływ zanieczyszczeń nieorganicznych na właściwości masy sporządzonej na osnowie regeneratu. Acta Metallurgica Slovaca, Ročnik 8, tom 1, 2002, s [3] M. Łucarz, B. Grabowska, M. Holtzer: Badania modelowe wymywania metali ciężkich z regeneratów uzyskanych metodą termiczną. Acta Metallurgica Slovaca, Ročnik 8, tom 1, 2002, s SUMMARY INVESTIGATION OF RESIDUED UNORGANIC COMPONENTS ON THE RECLAIMED SAND GRAINS SURFACE In article the research aimed on determining the cumulation of unorganic contaminations on the reclaimed sand grains surface residued after thermal and abrasive mechanical reclamation has been presented. During the tests the controlled amount of unorganic components were introduced to used core sand and then subjected to different reclamation processes in experimental reclaimers after being used as a silica basis in new prepared sands. Results of the research indicates the cumulation of contamination and their strong binding to the sand grains after successive reclamation cycle. Acknowledgements This work was carried out under financial support of National Committee for Scientific Research No 7 T08B Recenzent: prof. dr hab. inż. Józef Dańko.