Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблема образования производственных отходов и способы их обезвреживания 12
1.1. Отходы органической природы 12
1.1.1. Образование отработанных смазок 12
1.1.2. Обезвреживание отработанных смазочных материалов 14
1.1.3. Образование отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей 17
1.1.4. Обезвреживание отработанных СОЖ 20
I...1..5. Образование осадков от мойки автотранспорта 27
1.1.6. Обезвреживание осадков 28
1.1.7. Образован ие отработанных моющи х растворов 32
1.1.8. Обезвреживание отработанных моющих растворов 34
1.2. Отходы неорганической природы 36
1.2.1. Образование отходов производства кремния 36
1.2.2. Утилизация, отходов производства кремния 38
1.2.3. Образование золы от ежи гани я углей 40
1.2.4. Утилизация золы от сжигания углей 41
ГЛАВА 2. Методы и объекты исследования, основная идея работы 45
2.1. Методы и методики исследования, применяемые в работе 45
2.1.1. Дифференциально-термический анализ 45
2.1.2. Определение содержания нефтепродуктов 45
2.1.3. Определение содержания ионов тяжелых металлов 46
2.1.4. рН - метрия..: 47
2.1.5. Определен не п рочности получен 11 ых материалов 47
2.1.6. Ситовый анализ 47
2.2. Объекты исследования .48
2.2.1. Отработанная смазка буксового узла 48
2.2.2. Отработанная смазочно-охлаждающая жидкость 48
2.2.3. Осадок очистных сооружений от мойки автотранспорта 49
2.2.4. Железосодержаїди й отход 51
2.2.5. Отход производства кремния 51
2.2.6. Зола-унос от сжигания, углей Ирша-Бородинекого месторождения 53
2.3. Использование гелеобразования в геоэкологии 54
2.3.1. Классификация гелей 54
I 2.3.2. Способы получения, гелей 54
2.3.3. Использование гелеобразования для обезвреживания загрязнений и утилизации отходов разной природы 61
ГЛАВА 3. Предлагаемые средства для очистки металлических поверхностей 66
3.1. Классификация моющих средств .66:
3.1.1. Щелочные соеди н ей и.я 71
. 3.1.2. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) 73
3.1.3. Технические мосощие средства (ТМС) 74
3.1..4. Органические растворители 75:
3.1.5. Растворяюще-эмульгирующие средства 76
3.1.6. Эмульсионные составы. 77
3.1.7. Очищающие жидкости на основе кислот 78
3.2. Характеристика сырья, применяемого для производства моющих средств 79
3.2.1. Жидкое стекло 79
3.2.2. Ортофосфорная кислота 81
3.2.3. Уксусная кислота 81
3.2.4. Лимонная кислота 82
3.3. Новые моющие средства 82
3.3.1. Определение моющей способности моющих средств 82
3.3.2. Определение качества очистки поверхности 83
3.3.3. Постановка модельного эксперимента по загрязнению металлических пластинок нефтью и нефтепродуктам и 83
3.3.4. Оценка действия моющих средств при очистке
металлических поверхностей 84
3.4. Промышленное внедрение 89
ГЛАВА 4. Обезвреживание отходов при производстве фосфатных вяжущих 93
4.1. Традиционные фосфатные материалы 93
4.2. Характеристика сырья, применяемого для производства строительных материалов 97
4.2.. Глина Кембрийская 97
4.2.2. Песок строительный 98
4.3. Фосфати ые отходосодержащие вяжущие 98:
4.3.1. Фосфатные вяжущие на основе отходов органической природы 99
4.3.1.1. Фосфатные вяжущие на основе отработанной смазки буксового узла 100
4.3.1.2. Использование СОЖ при производстве фосфатных вяжущих 104
4.3.1.3. Использование осадка от мойки автотранспорта в фосфатных вяжущих 107
4.3.1.4. Фосфатные вяжущие на основе отработанных моющих растворов 112
4.3.2. Фосфатные вяжущие на основе отходов неорганической природы 1.13
4.3.2.1. Фосфатные вяжущие на основе отхода производства кремния 115
4.3.2.2. Фосфатные вяжущие на основе золы-унос 11.8
4.3.3. Термически устойчивые фосфатные вяжущие на основе отходов
органической и неорганической природы 122
4.4. Применение полученных отходосодержащих. материалов 123
4.5. Статистическая обработка экспериментальных данных 125
4.5.1. Расчет статистических характеристик результатов эксперимента 125
4.5.2. Анализ достоверности результатов эксперимента 125
4.5.3. Проверка распределения результатов по нормальному закону 126
4.5.4. Расчет доверительных границ и выбор уровня значимости 127
4.6. Прочие материалы, полученные в работе 135
4.6.1. Глииофосфатный материал, обладающий нейтрализующими свойствами 1.35
4.6.2. Глииофосфатный материал с радиационно-защитны.ми свойствами.. 136
ГЛАВА 5. Экономическая и экологическая эффективность 141
5.1. Определение величины предотвращенного экологического ущерба окружающей природной среде от снижения загрязнения отходами 141
5.2. Экономич.еская эффективность ,-,.1.45
Общие выводы.. 148
Литература 150
Приложения
- Отходы органической природы
- Методы и методики исследования, применяемые в работе
- Классификация моющих средств
- Характеристика сырья, применяемого для производства строительных материалов
Введение к работе
С каждым годом промышленность наращивает обороты и, увеличивая количество производимой продукции, тем самым увеличивает количество своих отходов, что способствует все большему загрязнению планеты. Значительную часть отходов производства и потребления предприятия вынуждены передавать на полигоны для захоронения, что связано с большими материальными затратами для предприятия и дополнительной нагрузкой на окружающую среду.
Поэтому необходим ресурсосберегающий и экологически обоснованный подход к организации промышленного производства. При этом наиболее рациональна такая организация промышленных комплексов, при которой отходы одного производства являются сырьем для другого [1,2, 3, 4]. В промышленности и на транспорте ежегодно скапливаются % огромном, объеме разнообразные отходы. Предприятия тратят миллионы на их вывоз и захоронение, хотя случается, что содержание полезных элементов в этих отходах выше, чем в природных ресурсах. Внедрение малоотходного и ресурсосберегающего производства позволяет снизить нагрузку на окружающую среду.
Проблема загрязнения окружающей среды опасными отходами
производства сейчас активно обсуждается экологами всего мира. В первую
очередь это касается утилизации отработанных нефтепродуктов,
накапливающихся в о кружаю идей среде. Ежегодно поверхность земного шара
загрязняется порядка 30 млн. т нефтепродуктов [134]. Согласно
официальным данным [135], в настоящее время в России нуждается в
рекультивации 1,2 млн. га земель, пострадавших от различных типов
загрязнений, включая и нефтяные. Не меньше степень загрязненности и в
других странах. В частности, можно указать, что в Германии планируется
подвергнуть очистке около 250 тыс. га земли, загрязненной нефтью и
нефтепродуктами [136].
Достаточно большую опасность по воздействию на окружающую среду представляют собой жидкие и пастообразные отходы 3-его и 4-ого классов опасности, к которым относятся: отработанные технические масла, смазочно-охлаждагощие жидкости (СОЖ) и осадки очистных сооружений от мойки автотранспорта. При хранении и сборе этих нефтесодержащих отходов возможна их утечка в грунт, а также возгорание обработанных технических масел. Попадая в почву, и ефтесо держащие отходы нарушают нормальное соотношение в ней углерода и азота, приводят к дефициту кислорода, азота и фосфора, т.е. вызывают значительные физико-химические изменения микроэлементного состава почвы, ее водно- воздушного и окислительно-восстановительного режимов [10, I I, 12].
Нефтесодержащие отходы и нефтепродукты образуются при транспортировке сырой нефти и продуктов ее переработки, эксплуатации; различных машин и механизмов, в первую очередь транспорта. Около 65% выбросов нефтепродуктов в окружающую среду составляют сбросы от железнодорожного и автомобильного транспорта |"5|.
На каждом транспортном предприятии используются смазочные материалы, основной функцией которых является уменьшение трения движущихся деталей машин и механизмов, а также, моющие средства, необходимые для очистки нефтезагрязненных поверхностей.
Применяемые сегодня способы и средства очистки металлических поверхностей, несмотря на значительный прогресс в этой области, все же не соответствуют растущим требованиям ггрои.зводства и охраны окружающей среды. Необходимо повышать качество очистки, снижать энергоемкость и трудозатраты, экологически совершенствовать эти процессы.
Главной задачей геоэкологии является решение проблемы раци о н ал ы і о го и сп ол ьзо ва н и я и р и роди ы х ресурсо в, п редотвращен ие их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, совмещение техногенного и биогеохимических круговоротов веществ.
Использование техногенного сырья позволяет решить одновременно несколько важнейших задач: обеспечить экономию природных сырьевых и топлшзно-энергети ческих ресурсов, повысить эффекта ви ость производства, улучшить экологический баланс страны, сократить отвод земель под карьеры и отвалы.
Исследования по главе 3 проводились в рамках конкурса грантов ПГУПС (2006 г.) по теме «Гелесодержащие моющие средства для железнодорожного транспорта.».
Цель работы - совершенствование технологий обезвреживания загрязнений и утилизации отходов разной природы с использованием к р е м 1-і е гел ео б р а з у і о щ и х с и сі 'е м.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие
основные задачи исследования: fe
определить природные и техногенные системы, способные образовывать кремиегель и исследовать экозащитные свойства этих систем для геоэкологии;
разработать технологии обезвреживания и утилизации отходов разной природы на основе гелеобразования;
- провести опытно-п ромы шлейное внедрение предложенных технологий
обезвреживания загрязнений и утилизации отходов разной природы.
Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:
1. Определены необходимые условия кремнегелеобразования для
геоэкологической защиты окружающей среды - би и ар и ость системы и
соблюдение соотношения Кд" > Кд - констант диссоциации
взаимодействующей, кислоты, Кд~, и кремниевой кислоты, Кд .
2. Разработаны кремнегелеобразующие составы моющих средств для очистки
поверхностей от нефтезагрязнений на основе растворов силиката натрия и
кислот, не содержащие ПАВ, не требующие нагрева и обладающие высокой
моющей способи остью.
3. Предложены. технологии утилизации нефтезагрязненных и
кремнеземсодержащих отходов в глинофосфатные камнеобразующие
системы за счет образования кремнегеля из алюмосиликатов.
4. Он ти м и зи ро на і -і о соотн о ш єни е ор га н о-м и и ер ал ь и ы и отход-
глинофосфатная композиция (кг/т), обеспечивающее стандартную прочность
материалов, используемых в строительстве.
П ра кім ч еска я цеп и ость:
С учетом кремнегелеобразования разработаны технологии обезвреживания нефтезагрязнений и безопасной утилизации отходов, позволяющие освободить площади, занимаемые под складирование отходов. Разработанные новые технические моющие средства ПЕЛЕС 1 и ГЕЛЕС 2 использованы для отмывки загрязненных поверхностей в ООО «Скал», в локомотивном депо ТЧ-8, в моторно-вагонпом депо ТЧ-20. с последующей утилизацией отработанных растворов в глинофосфатные системы. На предложенные в работе глинофосфатные материалы и технические моющие средства получены санитарно-эпидемиологические заключения и разработан пакет разрешающих документов в виде ТУ и рекомендаций, по применению. Полученные отходосодержащие глинофосфатные материалы использованы в соответствии с разработанными техническими условиями и технологическими регламентами для укрепления грунтов в депо ТЧ-8 и ТЧ-15 Октябрьской железной дороги, для реставрации пола на территории ЖЭУ № 21 ОАО «Жилкомсервис № 3 Калининского района», для благоустройства придомовой территории ЖЭУ .Nil 21 ОАО «Жилкомсервис № 3 Калининского района», для изготовления площадки под контейнеры для ТБО на территории войсковой части 22966, для благоустройства территории войсковой части 151.96. По материалам диссертационной работы получен патент и положительное решение на изобретение.
На защиту выносятся:
кремнегелеобразующие природные и техногенные системы и экозащитные свойства этих систем в геоэкологии;
научное обоснование технологии обезвреживания и утилизации отходов разной природы на основе гелеобразования;
- опытно-промышленное внедрение предложенных для геоэкологии
технологий обезвреживания загрязнений и утилизации отходов разной
природы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в ПГУПС: «Неделя Науки-2005», «Неделя Науки-2006», на Всероссийской научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном, транспорте» (Красноярск, 2005), на Всероссийской научно-практической конференции «Экономика природопользования» (Пенза, 2005), на И Всероссийской научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье» (Пенза, 2005), на Всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука, медицина: эколо го-экономический, аспект» (Пенза, 2005), на ежегодной XVII Международной Интернет -конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения. МИ.КМУС Пробмаш 2005, (Москва, 2005), на II Международной научно-технической конференции «Б и о повреждения и биокоррозия в строительстве» (Саранск, 2005), на V Международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2005), на Всероссийской Научно-технической конференции «Ресурсосберегаю щи е тех н ол о ги и н а жел ез и одорожн о м транспорте» (Красноярск, 2005). па VI Международной научной конференции «Наука и образование» (Белове, 2006), на научно-практической конференции «Повышение эффективности работы путевого хозяйства и инженерных сооружений железных дорог» (Екатеринбург, 2006), на IV Международной
научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2006), на IV Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2006), на Всероссийской, научно-технической конференции «Наука-производство-технологии-экология» (Киров, 2006), на III Всероссийской INTERNET-конференции (с международным: участием) «Проблемы экологии в современном мире» (Тамбов, 2006), 16 Internationale baiistofftagung 20-23 September 2006 (Weimar-Bunclesrepublik ).
По материалам работы опубликовано 28 печатных трудов.
//
Отходы органической природы
Как уже говорилось, при работе в машинах и аппаратах смазочные материалы соприкасаются с металлами, подвергаются действию окружающего воздуха, температуры, давления, электрического поля, естественного света и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств смазки: разложение, окисление, полимеризация и конденсация углеводородов, обугливание (неполное сгорание), разжижение горючим, загрязнение посторонними веществами и обводнение. В результате в смазочных материалах накапливаются асфальтосмолистые соединения, коллоидальные кокс и сажа, различные соли, кислоты, а также металлические пыль и стружка, минеральная пыль, волокнистые вещества, вода и т.д. При соприкосновении смазки с нагретыми частями машин происходит термическое разложение (крекинг), в результате которого образуются легкие летучие и тяжелые продукты.
Весь этот сложный процесс изменения физико-химических свойств смазочных материалов называется их старением. f Высокая экотоксичность, химическая агрессивность, сложный состав и. пониженная способность отработанных смазочных материалов к технологической переработке делают весьма непростым выбор направления их рециклинга (т.е. методов и конкретных технологий утилизации). Особенно актуальным выбор направления рециклинга отработанных смазочных материалов остается для России, где за последние годы объемы потребления смазочных материалов и образования отработанных смазок резко возросли.
Различают две группы методов утилизации отходов - методы утилизации отходов без переработки и методы утилизации отходов на основе переработки [9].
В состав первой группы входят механические и термические методы. Применение технологий утилизации отработанных смазочных материалов на основе механических методов (т.е. без изменения качественного состояния. отходов), таких как захоронение отработанных смазочных материалов или их использование в качестве антиадгезнвов, СОЖ, консервантов, и. т.д., представляет большую опасность для почвенных и водных экосистем и в законодательном порядке запрещено в большинстве развитых стран. Термические методы утилизации отработанных смазочных материалов заключаются в их сжигании (т.е. уничтожении) в отопительных установках в качестве основного топлива или добавки к котельному топливу (топочному мазуту). Но сжигание предварительно неочищенных смазочных материалов сопровождается образованием большого количества золы и высокотоксичных, отходящих газов, в которых могут содержаться даже такие суперэкотокси канты, как хлорированные диоксины. Применение этих методов приводит к очень сильному загрязнению атмосферы, в связи с чем, они также находятся под запретом. В настоящее время в США, Канаде и странах Европейского союза реци кл и н г отработа и н ы х с м азо ч и ы х м атери ал о в и ра ктнчески полностькі обеспечивается методами утилизации на основе переработки 5]. Данная: группа включает физико-химические, термохимические и биологические методы. Технологии на основе физико-химических методов дают возможность получать регенерированные (очищенные) масла, которые можно использовать в качестве антиадгезивов, СОЖ или добавок к котельному топливу. Однако применение в технологиях, использующих физико-химические методы удаления различных примесей и загрязнителей, больших объемов растворителей, кислот, коагулянтов или других хемоактивных реагентов приводит к образованию столь же значительных количеств кислых шламов, загрязненных сорбентов, различных трудноути л и з и руем Ы X отходо в.
Биологические методы утилизации: нефтесодержащих отходов, основанны:е на биохимическом окислении углеводородов, используются в основном при очистке загрязненных нефтепродуктами почв и водоемов. В силу достаточно продолжительного протекания биохимических процессов, специфичных свойств целевых продуктов 1-і других особенностей биологические методы пока не нашли широкого распространения в промышленной утилизации отработанных масел.
Таким, образом, необходим поиск новых малозатратных экологически безо п а.сн ы х тех пологи и ути л и за ци и. 1-І аи бол ее п ерсп екти в 1-і ым направлен ием использования указанных отходов является их применение в строительной промышленности, когда отходы одного производства, служат сырьем для другого.
Образование отработанных смазочмо-охлаждаютмх жидкостей Смазочно-охлаждакщие жидкости (СОЖ) применяются в процессах резания черных и цветных металлов на токарных, фрезерных и сверлильных станках, а также в шлифовальных операциях. Они оказывают непосредственное влияние на производительность и качество обработки металлов резанием. СОЖ позволяют отвести тепло от обрабатываемой детали и режущего инструмента, уменьшить силы трения на контактирующих поверхностях путем влияния на адгезию. Кроме того, они обеспечивают удаление из зоны резания продуктов износа инструмента, мелкой стружки и других отходов обработки. СОЖ. должны обладать не только хорошими функциональными свойствами, но и отвечать также эксплуатационным требованиям: нетоксичность, стабильность, бактери цидноегь, гигиеничность, антикоррозийность [17, 18].
Средний срок использования СОЖ колеблется от двух недель до полутора месяцев. Основными причинами замены смазочно-охлаждающих жидкостей при холодной обработке металлов являются наличие в них большого количества взвешенных веществ (металлическая пыль, сажа, частицы абразивных материалов), расслаивание СОЖ и их загнивание.
Методы и методики исследования, применяемые в работе
Для исследований разрабатываемых материалов использовался комплекс современных физик.о-м:еханически х и физико-химических методов, которые позволяют исследовать фазовые превращения, а также определить физические характеристики исследуемых материалов. 2.1.1. Дифференциально-термический анализ
Дифференциально-термический анализ выполнялся на дериватографе-35000 системы Ф. Паул и к, И. Паул и к и Л. Эрдей венгерского производства. Исследования проводились в инертных тиглях. Атмосфера в печи прибора воздушная, давление - атмосферное. Работа проводилась в интервале температур от 20 до 1000 градусов Цельсия со скоростью 10 градусов в минуту. Зависимость тепловых эффектов от температуры определяется по кривой ДТА, изменение массы от температуры по кривой TG и скорость изменения массы от температуры - по кривой DTG [39, 40, 41,42]. 2.1.2. Определение содержания нефтепродуктов
Определение количества растворенных нефтепродуктов в водных вытяжках из полученных материалов производилось методом ПК-фотометрии, Метол, основан на выделении эмульгированных и растворенных нефтепродуктов из воды экстракцией их четыреххлористым углеводородом, хроматографическом отделении нефтепродуктов от соединений других классов в колонке, заполненной окисью алюминия, и количественном их определении по интенсивности поглощения С-Н. связей метиленовых (-СН.2 -) и метальных (-СНз -) групп в инфракрасной области спектра (А=2930 см" или 3,4 мкм). Учет, входящих в состав нефтепродуктов ароматических углеводородов, не поглощающих в этой области, осуществляется с помощью специального искусственного стандарта, содержащего 25% бензола [43, 44, 45,46,47,48,49].
Установка для определения эмульгированных и растворенных нефтепродуктов включает в себя: анализатор нефтепродуктов АН-025 [50], экстрактор [51] и блок питания для перемешивающего устройства [52]. В качестве адсорбента других классов органических соединений в хроматографической колонке используется оксид алюминия ч.д.а., II степень активности, ТУ 6-09-426, обладающий необходимой селективностью, достаточной механической прочностью, химической инертностью к компонентам смеси [53, 54]. Перед употреблением оксид алюминия прокаливают в муфельной печи при температуре 600С в течение 4 часов.
Измерение массовой концентрации нефтепродуктов производится в концентратомере ИКН-025. Концентрация нефтепродуктов в воде вычисляется по формуле (2.1.): С =- . , мг/дм" (2.1.) V где Си;!М - содержание нефтепродуктов в элюате, измеренное на приборе, мг/дм" ; В - объем: экстракта, пошедшего на анализ, дм" ; V - объем пробы воды, взятой для определения, дм ; К - коэффициент разбавления элюата.
Для двух параллельных определений получают два значения концентрації Q и С? и рассчитывают среднее арифметическое: С JSllLU (9 9) 2.1.3. Определение содержания ионов тяжелых металлов
Содержание ионов тяжелых металлов определялось методом атомно-абсорбционной спектрофотометрин на атомио-абсорбционном спектрометре (ААС) фирмы Perkin Elmer (США) модель РЕ-305. Основой метода является поглощение слоем паров элемента монохроматического света, длина волны которого соответствует линии поглощения [55]. В качестве источника света в ААС используется стабилизированный излучатель - лампа полого катода, дающая узкие спектральные линии определяемых элементов. Определение тяжелых металлов проводилось в пламени горючей газовой смеси ацетилен -воздух. Метод имеет пределы, обнаружения - 10 6 - 10"7 % (масс); экспрессность определения - 5 - 10 сек.; воспроизводимость - 0,5 - 2%. Определение концентрации ионов металлов проводилось согласно методике [56].
Измерение водородного показателя рН проводилось с помощью цифрового рЫ-метра типа EhWRO в 30% суспензии с точностью 0,01. Показания регистрировались после установки равновесия, которое наступало через 6 минут. Физико-механические характеристики материалов определялись по стандарти ы м методи кам. Основи ые фи зи ко-техн и ческие характеристики, фосфатных материалов определялись согласно ГОСТ 1.01.80 - 90.
Определение прочности материала состоит в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы материалов при их статистическом нагружен и и с постоянной скоростью роста нагрузки и последующем вычислении, напряжений при этих усилиях в предложении упругой работы материала.
Для определения прочности при сжатии изготавливались образцы размером 4x4x16 см. Испытания образцов проводились на прессе со шкалой 0-1000 кг, погрешность измерений ±2,5 кг.
Классификация моющих средств
Одним из обязательных процессов на ремонтных участках транспортных подразделений является использование моющих средств для отмывки металлических нефтезагрязненных поверхностей. Объем работ по очистке поверхностей от нефтепродуктов в различных транспортных подразделениях составляет от 10 до 50 млрд. м" в год [128].
В процессе производства и эксплуатации практически все агрегаты, узлы и детали на транспорте подвергаются загрязнению, причинами которого являются: утечка топлива и смазки, налипание дорожной пыли и копоти, остатков перевозимого груза и продуктов износа ходовых частей подвижного состава, коррозия металлов, остатки отработанной смазки в узлах трения, продукты термического разложения топлива в дизелях и т.п. Загрязнения представляют собой многокомпонентные образования, обладающие разнообразными физико-механическими, адгезионными свойствами и химически м составом.
Процесс удаления эксплуатационных загрязнений опасен в экологическом отношении, т.к. является источником образования сильнозагрязненных сточных вод, вредных парогазовых выбросов в атмосферу, нефтеотходов, повышенной загазованности рабочей зоны и пожароопасное [149].
Поэтому необходимо создание новых эффективных моющих средств безопасных в геоэкологическом отношении.
Для удаления с очищаемых поверхностей жиров, минеральных масел, нефтепродуктов, металлической пыли и других загрязнений на промышленных предприятиях применяют моющие средства.
Моющие средства (МС)- многокомпонентные смеси веществ, водные растворы которых применяют для очистки различных поверхностей от загрязнений. Современные моющие и обезжиривающие средства должны обладать сложным комплексом свойств, необходимых для удовлетворения постоянно растущих требований промышленного, строительного и ремонтного производств [57]: 1. иметь высокую очищающую способность, позволяющую при ограниченных энергозатратах достигнуть регламентированной ГОСТом степени чистоты поверхности машин, и деталей. 2. проявлять очищающую способность по отношению к различным типам загрязнений независимо от природы, и условий формирования последних. 3. проявлять пассивирующее действие или быть коррозионно инертными по отношению к деталям, изготовленным из черных и цветных металлов и сплавов. 4. иметь длительный «срок службы», обеспечивать возможность, многократного и интенсивного использования. 5. быть взрывобезопасными, негорючими" и нетоксичными. 6. иметь несложную технологию применения. 7. не оказывать вредного влияния на защитные покрытия, а в ряде случаев, наоборот, удалять их с поверхности деталей. 8. способствовать уменьшению количества и улучшению качества сточных вод различных предприятий, подвергаться регенерации и утилизации. 9. обеспечивать качественную очистку деталей на предприятиях с ограниченной мощностью источников теплоснабжения, т.е. проявлять очищающее действие при низких температурах. 1.0. обладать высокой, экономической эффективностью.
Для очистки поверхностей изделий и деталей применяют моющие и очищающие средства, различающиеся механизмом процессов очистки [58], классификация которых представлена в таблице 3.1.1.
Выбор способа очистки и группы моющих средств зависит от многих факторов: вида загрязнений, необходимой чистоты поверхности, воздействия моющей среды на материалы поверхности, наличия моечного оборудования, его конструкции и степени механизации, санитарно-гигиенических и экономических требований. При выборе тех или иных средств необходимо проводить испытания на конкретных деталях и выявлять оптимальные технологические условия получения очистки требуемо го качества.
Моющее действие состоит в удалении жидких и твердых загрязнений с поверхности и переводе их в моющую жидкость в виде растворов или дисперсий. Моющее действие проявляется в сложных процессах взаимодействия загрязнений, моющих сред и поверхностей. Определяют моющее действие процессы физико-химической адсорбции, смачивание, эмульгирование, ценообразование и стабилизация [59, 62 j.
Процессы адсорбции уменьшают прочность загрязнений на металлических поверхностях в пограничных слоях, уменьшают сопротивляемость загрязнений механическим, воздействиям, способствуют увеличению диспергирования и образованию микротрещин на поверхности материала, что, в конечном счете, ускоряет удаление загрязнений [60].
При контактировании твердых тел и моющих средств на поверхности твердого тела имеется пограничный слой, молекульг которого не уравновешены с жидкой средой, поэтому пограничный слой обладает избытком свободной энергии или адсорбционной активностью. Избыток свободной энергии определяет поверхностную энергию или натяжение.
Известно, что вдоль поверхности жидкости действуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся сократить эту поверхность. Поверхностное натяжение измеряют работой, которую необходимо затратить для увеличения поверхности жидкости на 1 см2.
Характеристика сырья, применяемого для производства строительных материалов
Для приготовления моющих средств, предназначенных для очистки металлических поверхностей применяют синтетические ПАВ (алкилсульфаты, алкансульфонаты, сульфонаты карбоновых кислот, их эфиров и амидов, ал к и л ар и сульфонаты, алкилфосфаты, оксиэтилированиые алкилфенолы, оксиэл илированные высшие жирные спирты, алканоламиды).
Поверхностно-активными веществами (ПАВ) называются вещества, понижающие поверхностное натяжение раствора.
Поверхностно-активные вещества - это полярные органические соединения. Полярность ПАВ обусловлена строением молекул, состоящих из двух различных по своим свойствам частей. Одна часть молекулы является гидрофобной (водоотталкивающей) и способствует растворению! ПАВ в масле, а другая гидрофильной и способствует растворению ПАВ в воде. Гидрофобная часть молекулы состоит из остатка углеводородной цепи обычно длиной из 10-18 углеродных атомов. Гидрофильность ПАВ объясняется наличием карбоксильной группы СООН, гидроксильной ОН, сульфатной OSO.-?, сульфонали ой SO;, или аминогруппы NH2.
Наибольшее значение для моющих процессов имеют коллоидные (мьшоподобные) ПАВ. Молекулы коллоидных ПАВ имеют развитые углеводородные радикалы и сильно гидрофильные полярные группы. В водных растворах коллоидные ПАВ имеют высокую поверхностную активность и способны образовывать, начиная с определенных концентраций, коллоидные агрегаты - мицеллы. Образование мицелл при критической концеї-гграции мицеллообразования (KKIV1) приводит к резкому изменению объемных свойств растворов ПАВ.
При К КМ моющее действие растворов ПАВ максимально. Величина ККМ зависит от структуры ПАВ, наличия щелочных добавок (электролитов), температуры раствора и для различных ПАВ составляет 1-10 г/л.
Для практических целей наиболее важна способность щелочных добавок значительно снижать ККМ. Это приводит к тому, что максимальное моющее действие растворов начинает проявляться при меньшем ККМ, а следовательно, и. при меньшем расходе ПАВ. Высокая поверхностная активность и способность к мицеллообразоваиию обеспечивают коллоидным ПАВ комплекс свойств, определяющих их моющее действие: смачивающую и стабилизирующую способности.
Ведь, для проявления моющего действия ПАВ должны обладать поверхностной активностью и высокой смачивающей способностью. Кроме того, они должны быть эффективными диспергаторами, стабилизаторами суспензий и эмульсий, а также вызывать солюбилизацию маслообразных загрязнений.
Водные растворы коллоидных ПАВ при концентрации выше ККМ способны поглощать значительные количества нерастворимых в воде веществ (масла, асфальтены и т.п.). При этом образуются прозрачные, устойчивые во времени растворы. Этот процесс называется коллоидным растворением, или солюбилизацией. Явление солюбилизации основано на способности мицелл ПАВ, поглощать гидрофобными углеводородными радикалами молекулы веществ, нерастворимых в воде.
Большое распространение в промышленности получили технические моющие средства (ТМС). Основу ТМС составляют ПАВ, активность которых повышена введением щелочных электролитов [6]. Обычно ТМС выпускают в виде сыпучего, гидроскоп и ч.н.о го белого или светло-желтого порошка. Растворы ТМС допускают очистку деталей из черных, цветных и легких металлов и сплавов.
Рабочие концентрации растворов ТМС зависят от загрязненности поверхности 1-і составляют 5-20 г/л. Наилучшее моющее действие растворов ТМС проявляется при температуре 80 - 85С. При температуре ниже 70С резко снижается моющая способность раствора и усиливается пенообразование. ТМС плохо удаляются биологическим путем из сточных вод, токсичны для бактерий активного ила, в результате чего нарушается биологическая очистка рек от загрязнений.
На железнодорожном транспорте широко применяются такие ТМС, как: - УБОН (универсальный безотходный отмыватель нефтепродуктов), представляющий собой смесь модифицированной натриевой соли полиакриловой кислоты, соды кальцинированной, г-геиоиогенного ПАВ (ТУ 2381-005-00205357-96); - ОБИС (отмыватель безотходный ингибирующий самоочищающийся) (ТУ 2381-001-00205357-99); - ФОРС (ТУ 2499-013-04643756-96).
Органические растворители - индивидуальные химические соединения или смеси, способные растворять образовавшиеся на очищаемых поверхностях загрязнения: и образовывать с ними однородные растворы переменного состава, включающие два или большее число компонентов.
Органические растворители широко применяются в очистной жидкостной технологии. Растворители применяют при подготовке поверхности для нанесения гальванических и лакокрасочных покрытий, клеев, удаления флюсов, паст, масел, смол, красок, лакокрасочных покрытий, углеродистых отложений. Для целей очистной жидкостной технологии наиболее широко применяются две группы органических растворителей: углеводороды, и хлорфторпроизводные углеводородов.
