Утилизация гальваношламов в антикоррозионный пигмент

2
Содержание
с.
Реферат 3
Список сокращений 4
Общая характеристика работы 5
1. Литературный обзор 10
Выводы из литературного обзора 39
Цели и задачи исследований 41
2. Объекты и методы исследований 42
3. Исследование состава и свойств гальваношламов 53
4. Получение антикоррозионных пигментов из ГШ и исследование их свойств 66
4.1. Исследование влияния технологических параметров на ингибирующее действие пигмента 66
4.2. Исследование состава пигмента и малярно-технических характеристик 87
4.3. Исследование влияния катионов тяжелых металлов на защитные свойства пигмента 93
5. Испытания АКП из ГШ в лакокрасочных композициях и техникоэкономическое обоснование работы
5.1. Испытания АКП в составе грунтовок 102
5.2. Разработка технологической схемы и технологических 113 рекомендаций для проектирования производства по переработке ГШ в антикоррозионные пигменты
5.3. Эколого-экономическое обоснование работы 134
Общие выводы по диссертационной работе 146
Список использованных литературных источников 147
Приложения: 159
1. Акты промышленных испытаний грунтовок
2. Гигиенический сертификат
3
РЕФЕРАТ
ГА ЛЬВ АНОШЛАМЫ, ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, УТИЛИЗАЦИЯ, АНТИКОРРОЗИОННЫЕ ПИГМЕНТЫ, УСКОРЕННЫЕ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ, ИНГИБИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ, ЛАКОКРАСОЧНЫЕ КОМПОЗИЦИИ.
Диссертация изложена на 158 с., содержит 47 таблиц, 25 рис., состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 138 наименований, и приложений.
Объект настоящих исследований - гальваношламы, являющиеся основным источником поступления тяжелых металлов в окружающую среду. На основе наиболее типичных электрокоагуляционных и реагентных гальваношламов (ГШ) были получены антикоррозионные пигменты, способные заменить токсичные хромат стронция и силикохромат свинца в серийных грунтовках.
Раскрыт двойной механизм антикоррозионной защиты пигментов на основе ГШ, связанный с гидролизом пигмента в присутствии атмосферной влаги, вызывающим повышение pH под наполненным полимерным покрытием, и с появлением в пигменте на основе ГШ хромат-иона, пассивирующего поверхность металла.
В процессе амортизации материалов с использованием ГШ их воздействие на окружающую среду (ОС) будет существенно ниже по сравнению с исходными гидроксидами в связи с тем, что последние полностью превратились в оксиды с образованием единой кристаллической решетки ферритов. Поэтому полученные материаш стали нерастворимы в воде, за счет чего снизился класс их токсичности. В случае включения их в лакокрасочные композиции они дополнительно защищены от воздействия ОС полимерной оболочкой.
17
но улучшить качественные характеристики осадка, приближая его по малярнотехническим свойствам к коричневому железоксидному пигменту [33].
Коричневый железооксидный пигмент, полученный таким образом, по химическому составу представляет собой, в основном, оксид железа ¥^Оз с примесью оксидов тяжелых металлов, присутствующих в сточных водах. Оттенок также зависит от состава и условий получения пигмента [34].
В работе [35] исследовано влияние pH процесса электрокоагуляции на рентгенофазную структуру и величину частиц, образующихся при кристадизации и окислении оксигидроксидов и оксидов железа. Показано, что только при значении pH в конце процесса электрокоагуляции 7-8 в присутствии зародышей происходит интенсивное образование а - модификации оксигидроксида железа с величиной микрокристаллов 130-170 А. Продукт, полученный при использовании 5-10% зародышей а-РеООН и значении pH, равном 7-8, удовлетворяет требованиям, предъявляемым к коричневому железооксидному пигменту.
В ярославском филиале ГИПИ ЛКП проведено испытание образца железооксидного пигмента коричневого цвета, полученного путем модификации осадка, образующегося при очистке хромсодержащих сточных вод, в рецептуре краски МА-25 и эмали для пола ПФ-266. Отраслевой научно-исследовательской и технической лабораторией горьковского объединения “Российский научно-исследовательский институт местной промышленности ” этот же образец железооксидного пигмента был использован для изготовления казеиновых пигментных концентратов, которые испытывались при отделке кож хромового дубления для верха обуви в сочетании с акриловыми эмульсиями марки 1МБМ-3, латексом ДММА-65ГП и дисперсией МХ-30. Результаты испытаний показали, что свойства пигментного концентрата и покрытий на коже соответствовали основным требованиям кожевенной промышленности [36,37].
РХТУ им. Менделеева имеет большой опыт работы в области извлечения и разделения цветных и редких металлов, в том числе из отходов химических производств. Одной из последних разработок этого университета является технология получения высокодисперсных неорганических пигментов из гальванических отходов. Разработанная технология позволяет получать высокодисперсные порошки неорганических пигментов с определенным диапазоном фракционного состава (0,1-1,0 мкм) без применения помольных установок.
В основу технологии положен современный золь-гель метод, позволяющий синтезировать неорганические пигменты различного состава из водных раство-
18
ров неорганических солей металлов или суспензий гидроксидов металлов путем введения в них водорастворимых пептизирующих органических соединений. способствующих образованию устойчивых гелей, с последующей сушкой и термической обработкой до образования оксидов металлов [38].
На кафедре лаков и красок Казанского химико-технологического института разработаны два направления переработки отходов гальванических производств: переработка образовавшихся гальваношламов на станции нейтрализации по упрощенной технологии с получением цветных пигментов сравнительно невысокого качества и переработка гальванических растворов до станции нейтрализации с получением высококачественных пигментов. Последнее направление требует раздельного слива растворов различных металлов. Разработанные технологии опробованы на Канашском инструментальном заводе и на заводе НПО "Вакууммаш" [39].
Авторами [40] рассмотрена технология переработки шламов с высоким содержанием гидроксида железа. Разработан проект технологической установки по переработке, в состав которой входят фильтр-пресс, печь-сушилка, мельница и классификатор. Проведенные физико-химические исследования мелкодисперсного порошка, полученного по разработанной технологии, показывают, что он соответствует требованиям, предъявляемым к железооксидным пигментам.
С целью расширения сырьевой базы для лакокрасочного производства и утилизации многотоннажных отходов промышленности авторами [41] изучена возможность применения модифицированных осадков шламов гальванопроизводств предприятий машиностроения. Отходы образуются при очистке сточных вод гальванических цехов и представляют собой мелкодисперсные продукты, состоящие в основном из гидроксидов железа, кальция, титана, алюминия, хрома в различных соотношениях. Гранулометрический состав отходов 0,2 - 6 мкм. Изучены свойства противокоррозионной композиции в основе эпоксидной смолы ЭД-К. В полимерную композицию взамен ТЮ2 вводили 1, 3, 5 и 10% отходов. Установлено, что замена 10 % ТЮ2 на отходы увеличивает прочность покрытия к удару и изгибу в 1,5 раза. Адгезия такой композиции к металлической подложке остается неизменной. Химическую стойкость покрытия на основе разработанных композиций изучали в кислых и щелочных средах, в дистиллированной воде и в 5 % - ном МаС1. Результаты исследования показали, что некоторые из разработанных композиций, содержащие модифицированные отходы, обладают достаточной химической стойкостью как в кислых, так и в нейтральных средах. Применение гальваношламов в рецептурах лакокрасочных