Ежегодная Международная конференция "Сотрудничество для решения проблемы отходов"


Главная страница
Сведения об авторах

 

Использование титансодержащей пыли, уловленной в рукавных фильтрах, для производства лакокрасочных изделий

Сущинский А. Д., Рябчикова Н. Ф., Гурьянова Т. П., Поплавский Ю. В., Шкляр В. В., Поплавская В. И., Государственный научно-исследовательский и проектный институт титана, Запорожье, Украина

В условиях химических и металлургических производств для защиты от коррозии оборудование, эксплуатируемое в агрессивных средах, покрывают специальными химически стойкими материалами на основе эпоксидных, акриловых, хлорвиниловых и других полимерных материалов, используемых в качестве связующего. Значительное влияние на свойства полимерных покрытий оказывают пигменты, входящие в состав лакокрасочного материала. В настоящее время в рецептурах химически стойких грунтовок и эмалей используют дорогостоящую пигментную двуокись титана.

Пыль отходящих газов руднотермических печей, выплавляющих титановые шлаки, улавливают в циклонах (откуда возвращают в процесс выплавки) и рукавных фильтрах. Пыль из рукавных фильтров можно использовать при производстве лакокрасочных изделий, однако в настоящее время ее вывозят в отвалы, что наносит ущерб окружающей среде.

Сырье для производства высококачественных и конкурентоспособных лакокрасочных материалов должно удовлетворять следующим требованиям: иметь высокую дисперсность, низкую маслоемкость, высокую атмосферостойкость, низкую плотность; содержать минимальное коли­чество водорастворимых примесей; быть дешевым и доступным.

Для изучения возможности утилизации пыли из рукавных фильтров при производстве лакокрасочных изделий авторы исследовали ее химический, гранулометрический составы, физические и технологические свойства. Оценено соответствие полученных результатов требованиям к пигментам, используемым в рецептурах грунтовок и эмалей.

Изучение химического состава проводили на образцах, отобранных в течение месяца при выгрузке пыли из бункеров рукавного фильтра. Результаты исследований приведены в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав пыли, уловленной в рукавных фильтрах

Номер пробы Химический состав пыли, мас. %
TiO2 Fe2O3 SiO2 MnO Аl2O3 CaO ZnO MgO Сr2О3 P2O5 Прочее
1 48 22 17 1,4 2,0 0,5 0,5 2,4 0,3 0,14 5,76
2 46 24 17 1,3 1,8 0,6 0,5 2,2 0,4 0,14 6,06
3 50 20 18 1,5 1,9 0,8 0,5 2,4 0,1 0,14 4,66
4 49 20 18 1,4 2,1 0,9 0,5 2,5 0,2 0,15 5,25
5 47 22 19 1,3 2,1 0,8 0,4 2,5 0,3 0,14 4,46
6 49 23 16 1,5 1,8 0,6 0,4 2,7 0,1 0,14 4,76
7 49 23 19 1,4 1,8 0,7 0,4 2,6 0,3 0,14 1,66
8 46 21 19 1,6 1,9 0,8 0,5 2,7 0,4 0,15 5,95

 

Пыль состоит в основном из оксидов титана, железа и кремния. При плавке одного и того же сырья химический состав пыли практически не меняется, что имеет существенное значение при составлении рецептур лакокрасочных композиций и производстве покрытий. Особенно важно, что в состав пыли входит до 19 % диоксида кремния с высоким показателем поверхностной активности. Это дает возможность исключить из рецептур антиседиментационные добавки (например, дорогостоящий аэросил), которые необходимы для предотвращения образования осадка в готовом продукте.

На качество лакокрасочных покрытий большое влияние оказывают размер и форма частиц пигмента или наполнителя.

Высокодисперсные материалы равномерно распределяются в пленкообразующих веществах, что улучшает качество продукта.

Результаты исследований гранулометрического состава пыли представлены в табл. 2.

Таблица 2

Фракционный состав пыли, уловленной в рукавных фильтрах

Номер пробы Количество частиц, мас. %
Размер частиц, мкм
Менее 1 1–5 5–10 10–15
1 10,0–12,0 71,3–72,1 16,1–17,3 0,2–0,5
2 9,3–11,8 74,3–75,3 17,1–18,3 0,3–0,4
3 10,4–11,5 72,4–75,1 15,3–16,2 0,4–0,5

Пыль содержит до 87,3 % частиц размером менее 5 мкм, 15,3–18,3 % частиц 5–10 мкм и не более 0,5 % частиц 10–15 мкм.

Если содержание фракции до 10 мкм превышает 60 %, материал обладает развитой поверхностью и способен создать устойчивую дисперсную систему с пленкообразующими веществами. С повышением дисперсности наполнителей и пигментов уменьшается степень расслаивания эмалей и красок, защитная пленка упрочняется, снижается ее проницаемость, повышается адгезия между подложкой и покрытием и т. д.

На рисунке показаны фотографии пыли при увеличении  ´ 60 и ´ 200.

Пыль, уловленная в рукавных фильтрах:

а — неуплотненная (´ 60); б — уплотненная (´ 200)

Уплотненная пыль представляет собой однородный мелкодисперсный материал, состоящий из частиц шарообразной формы. Она предпочтительнее иглообразной, при которой пигменты и наполнители осаждаются быстрее. Кроме того, при накрасках иглообразные частицы могут быть причиной образования полос, что ухудшает качество покрытий.

Изучены и другие свойства пыли, влияющие на качество лакокрасочного продукта. Результаты исследований представлены в табл. 3, где для сравнения приведены характеристики двуокиси титана согласно ГОСТ 9808-84 «Двуокись титана пигментная. Технические условия».

Таблица 3

Свойства пыли, уловленной в рукавных фильтрах, и двуокиси титана
 

Показатель

Пыль

Двуокись титана пигментная

Укрывистость, г/м2, не более

25

40

Маслоемкость, г/100 г пигмента

23

22—25

рН водной вытяжки

7,3

6—8

Насыпная плотность, кг/м3

440

2 000

Плотность, кг/м3

2 920

3 700—4 200

Содержание влаги, %, не более

0,3—0,6

0,5

Цвет

Коричневый

Белый

Содержание водорастворимых солей, %, не более

0,28

0,3

Остаток на сите с сеткой 0045, %, не более

0,04

0,15

 

Из табл. 3 следует, что по маслоемкости, рН водной вытяжки, содержанию водорастворимых солей, остатку на сите с сеткой 0045 пыль соответствует требованиям, предъявляемым к пигментной двуокиси титана.

Укрывистость пыли, характеризующая кроющую способность лакокрасочного продукта, ниже, чем двуокиси титана, что позволяет уменьшить расход лакокрасочного материала на единицу окрашиваемой поверхности по сравнению с материалами, содержащими в рецептуре двуокись титана.

В пыли присутствует до 19 % диоксида кремния, насыпная плотность которого значительно ниже, чем двуокиси титана. Наполнители с малой плотностью менее склонны к образованию плотных трудноперемешиваемых осадков при хранении эмалей и грунтовок.

Таким образом, установлено, что пыль соответствует требованиям, предъявляемым к пигментам и наполнителям, используемым в лакокрасочных композициях.

На основании проведенных исследований разработаны рецептуры защитных грунтовок и эмалей на основе пыли, уловленной в рукавных фильтрах. Результаты испытаний образца эмали и требования ГОСТ 6465-76 «Эмали ПФ-115. Технические условия» представлены в табл. 4.

 

Таблица 4

Результаты испытаний полученной эмали и требования ГОСТ 6465-76
 

Показатель

ГОСТ 6465-76 Образец эмали
Цвет пленки эмали Коричневый Коричневый
Внешний вид пленки После высыхания эмаль должна образовывать гладкую, однородную без расслаивания, оспин, потеков, морщин и посторонних включений поверхность. Допускается небольшая шагрень Соответствует требованиям ГОСТ 6465-76
Блеск пленки по фотометрическому блескомеру, % Не менее 56 59
Массовая доля нелетучих веществ, % 57—63 60,1
Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4, с 80—120 118,8
Степень разбавления до вязкости 28—30 с по вискозиметру ВЗ-4, % Не более 20 13,4
Степень перетира, мкм Не более 25 20
Укрывистость высушенной пленки, г/м2 Не более 40 40
Время высыхания при температуре (20 ± 2) °С, ч до степени 1 Не более 12 12
до степени 3 Не более 24 24
Эластичность пленки при изгибе, мм Не более 1 1
Прочность пленки при ударе на приборе У-1, см Не менее 40 40
Твердость пленки по маятниковому прибору, относительные единицы Не менее 0,25 0,25
Стойкость покрытия к статическому воздействию воды, ч Не менее 2 2
Стойкость покрытия к статическому воздействию 0,5%-го раствора моющего средства, мин Не менее 15 15

Одна из основных характеристик лакокрасочного покрытия — стойкость к статическому воздействию воды. При контакте с водой лакокрасочная пленка поглощает ее, что приводит к изменению цвета, набуханию, размягчению и разрушению покрытия. Большое влияние на водопоглощение пленки оказывает присутствие влаги в пигменте.

Согласно результатам испытаний, максимальная концентрация влаги в пыли, не оказывающая влияния на водостойкость покрытия, равна 0,6 %.

Исследовали стойкость эмали разработанной рецептуры в агрессивных средах. Визуальный осмотр металлических пластинок показал, что при выдержке 24 ч нанесенная на них лакокрасочная пленка в 5%-м растворе соляной кислоты не изменилась, в 0,5%-м растворе едкого натра незначительно посветлела, а в 5%-м — разрушилась.

Для испытания стойкости в атмосферных условиях эмаль разработанной рецептуры наносили на металлические образцы с корродированной поверхностью, а контрольные покрывали эмалью ПФ-115 коричневого цвета, приготовленной в соответствии с ГОСТ 6465-76. На 60 дней образцы помещали на крышу предприятия, которое является источником выбросов газов (НСl и др.), приводящих к выпадению кислых дождей. Температура воздуха изменялась от +10 до +45 °С. Результаты осмотра, проводимого через каждые 10 дней, показали, что уже через 2 месяца на покрытиях контрольных образцов образовались пятна ржавчины, а через 3 месяца они заняли почти всю поверхность. Покрытия эмали разработанной рецептуры остались без изменения.

Таким образом, по физико-химическим и защитным характеристикам полученная эмаль соответствует требованиям ГОСТ 6465-76 и не уступает эмали ПФ-115 коричневого цвета, а по стойкости в агрессивных средах превосходит ее.
 

Use of Titanium-rich Dust Collected in Bag Filters for the Production of Paints and Varnishes

Suschinskiy A. D., Ryabchikova N. F., Guryanova T. P., Poplavskiy Yu. V., Shklyar V. V., Poplavskaya V. I., State Titanium Research and Design Institute, Zaporizhzhya, Ukraine

The chemical and grain-size composition, and physical and processing properties of dust have been examined. The chemical-resistant enamel formulations featuring the use of titanium-rich dust collected in bag filters have been developed. The dust plays the dual role of pigment and filling material.
 

 

Главная страница

Сведения об авторах

Сущинский Алексей Дмитриевич, канд. хим. наук, директор НИИТитан, Государственный научно-исследовательский и проектный институт титана, пр-т Ленина, 180, Запорожье, 69035, Украина. Тел.: (061) 289-81-75, 289-91-33, факс (061) 289-91-30. E-mail
Pябчикова Нина Федоровна, вед. науч. сотр., Государственный научно-исследовательский и проектный институт титана, пр-т Ленина, 180, Запорожье, 69035, Украина. Тел. (061) 289-81-57, факс (061) 289-91-30.
E-mail
Гурьянова Татьяна Петровна, канд. техн. наук, зав. лабораторией электротермии, Государственный на­учно-исследовательский и проектный институт титана, пр-т Ленина, 180, Запорожье, 69035, Украина. Тел. (061) 289-81-55, факс (061) 289-91-30.
E-mail
Поплавский Юрий Владиславович, ст. науч. сотр., Государственный научно-исследовательский и про­ектный институт титана, пр-т Ленина, 180, Запорожье, 69035, Украина. Тел. (061) 289-81-66, факс (061) 289-91-30.
E-mail
Шкляр Владимир Викторович, ст. науч. сотр., Государственный научно-исследовательский и проектный институт титана, пр-т Ленина, 180, Запорожье, 69035, Украина. Тел. (061) 289-81-57, факс (061) 289-91-30.
E-mail
Поплавская Валентина Ивановна, науч. сотр., Государственный научно-исследовательский и проектный институт титана, пр-т Ленина, 180, Запорожье, 69035, Украина. Тел. (061) 289-81-56, факс (061) 289-91-30. E-mail


 

 

 

  Rambler's Top100


© Независимое агентство экологической информации
Последние изменения внесены 21.09.10