Спосіб використання твердої складової зварювального аерозолю

Реферат: Спосіб використання твердої складової зварювального аерозолю полягає у застосуванні дисперсного каталізатора для розкладу озону. Як каталізатор використовують тверду складову зварювального аерозолю, яка крім оксиду феруму(III) містить магнетит і манганохроміт, що разом складають каталітично-активну фазу. UA 107234 U (12) UA 107234 U UA 107234 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі захисту навколишнього середовища взагалі та зокрема у зварювальному виробництві. В результаті складних фізичних та хімічних процесів, які відбуваються під час зварювальних робіт, утворюються відходи у вигляді твердої складової зварювального аерозолю (ТСЗА), які не тільки забруднюють атмосферу робочої зони, але й накопичуються в зварювальних пристроях та на робочих місцях. Окрім ТСЗА в технологічному процесі утворюється газоподібна складова зварювального аерозолю (ГСЗА), яка визначається природою матеріалів, що використовуються під час зварювальних робіт, умовами та режимом зварювання. Найбільш поширеними газамитоксикантами є HF, SiF4, CO, NOx та О3. Серед перелічених газів-токсикантів озон (О3) є надзвичайно небезпечною речовиною - гранично припустима концентрація озону для робочої 3 зони складає 0,1 мг/м . Враховуючи хімічний склад електродів, можна стверджувати, що до складу ТСЗА входять компоненти, здатні поглинати газоподібні токсичні речовини. З урахуванням об'ємів і технологій зварювального та споріднених виробництв, а також використовуваних матеріалів важливими для вирішення являються питання не тільки зниження токсичного впливу ТСЗА та ГСЗА на навколишнє середовище та працюючий персонал, але й утилізації твердих відходів для отримання продукції промислового та побутового призначення. Досягнутий рівень техніки в галузі застосування твердих відходів різних підприємств характеризується наступними прикладами. Відомий спосіб використання ТСЗА для отримання каталізатора окислювальної конденсації метану [Власова Н.Н., Гаврилова Т.Н., Божок В.П., Матковский П.Е., Эннан А.А. - Нефтехимия. 1994. - Т. 20, № 9. – С. 648-652], який полягає в тому, що певна кількість ТСЗА змішується з керамікою та прожарюється при температурі >900 °C для формування стільникової структури. Недоліками каталізатору є те, що він виявляє активність тільки за умови високих температур (700-900 °C) та забезпечує тільки 19,2 % перетворення метану в С2-вуглеводні (С2Н4, С2Н6). Відомий спосіб використання ТСЗА як наповнювача полімерних композитних матеріалів [Патент 17837А Україна, 1997 /Еннан А.-А. Α., Іванченко П.О.], який полягає в тому, що полімер і ТСЗА змішували з подальшим гарячим пресуванням або литтям під тиском. Недоліком відомого композиту є те, що він не виявляє каталітичних властивостей в реакціях знешкодження токсичних газоподібних речовин. Відомий спосіб використання ТСЗА для виготовлення високодисперсного гідрофобного матеріалу (сорбенту) [Патент 10186А Україна, 1997/Еннан А.-А. А., Чистов О.С., Асаулова Т.О., Шихалієва Г.М.], що полягає в модифікації ТСЗА диметилдихлорсиланом в ультразвуковому полі, його механічному диспергуванні у водному середовищі з невеликою кількістю змочувача і зв'язуючої речовини, утворенні суспензії з подальшим формуванням та сушкою високопористих композиційних сорбційно-фільтруючих матеріалів (ВКСФМ). Недоліками відомого сорбенту є складна технологія його отримання та обмеженість використання - сорбент для видалення плівкових нафтових забруднень на поверхні води. Відомий спосіб отримання каталітичної композиції [CN102671688 А 20120919] для розкладу озону, яка складається із нанорозмірних частинок оксиду феруму(III) закріплених на поверхні цеоліту. Недоліком відомого способу є багатостадійність та висока температура (400 °C) отримання кінцевого продукту. Відомий спосіб використання ферумвмісних відходів [Экология и промышленность России, окт. 2008, с. 28-31] (найближчий аналог) полягає в отриманні мілкодисперсних гідроксидів і оксидів феруму шляхом фільтрування підземних джерел водопостачання Росії, що містять іони феруму у концентрації, яка значно перевищує рівень ПДК, та застосуванні їх у якості сировини для синтезу каталізатора розкладу озону. Недоліком відомого способу є ускладнена технологія отримання каталізатора розкладу озону, а саме 1) видалення ферумвмісного осаду у вигляді оксиду та гідроксиду феруму(IIІ); 2) змішування з цементом; 3) прожарювання при температурі 300-500 °C Такий каталізатор не забезпечує очищення повітря від мікроконцентрацій озону (1,03 1,5 мг/м ). Задачею, на вирішення якої спрямована кориснамодель, що заявляється, є створення способу використання твердих відходів зварювального виробництва у вигляді дисперсного каталізатора розкладу озону за умови початкової концентрації його в озоново-повітряній суміші 3 ~1,0 мг/м . Поставлена задача вирішується способом використання твердих відходів зварювального виробництва, який полягає у застосуванні дисперсного каталізатора для розкладу озону, і відрізняється тим, що як каталізатор використовується тверда складова зварювального аерозолю, яка крім оксиду феруму(III) містить магнетит і манганохроміт, що разом складають каталітично-активну фазу. Здійснюється спосіб наступним чином. Тверді відходи утворюються при зварюванні сталі електродами вітчизняного виробництва: АНО-4 (ISO 2560 E432R 21); УОНІ 1 UA 107234 U 5 10 15 13/55 (ISO 2560 Е434В20); ЦЛ-11 (ISO E19.9Nb B20), що відрізняються хімічним складом дроту та покриття, в зварювальній камері при сталих умовах (струм зворотної полярності І=140-150 А, напруга U=33 В, швидкість зварювання 4,5 мм/с). Зразки ТСЗА багаторазово випробовували в лабораторії кафедри неорганічної хімії та хімічної екології Одеського національного університету імені І.І. Мечникова на предмет використання у якості каталізаторів низькотемпературного розкладу озону. Проведено більше 50 експериментів, результати яких показали добру відтворюваність результатів випробувань (помилка не перевищувала 5 %). Умови випробувань були такими. Зразки ТСЗА-АНО-4, ТСЗА-УОНІ 13/55, ТСЗА -ЦЛ-11 масою 0,5 г рівномірно розміщували в термостатованому (20 °C) проточному реакторі вертикального типу. Через шар зразка пропускали озоно-повітряну суміш (ОПС) з вмістом озону 3 1,0 мг/м з об'ємною витратою 1 л/хв., лінійна швидкість 3,2 см/с, висота шару зразку в реакторі 3 мм, ефективний час контакту ОПС зі зразком 0,094 с. ОПС отримували за допомогою генератору озону "ИГ-1Ш", через який пропускали очищене повітря з об'ємною швидкістю 1 л/хв. Початкову (Cп ) та кінцеву (Cк ) концентрацію озону вимірювали за допомогою приладу O3 O3 3 "652 ЭХ 04" ("Аналітприлад", Україна) чутливістю 0,025 мг/м . Критерієм відбору найбільш ефективного каталізатора розкладу озону є час захисної дії каталізатора ( ГДК ) , тобто час впродовж якого кінцева концентрація озону не перевищувала 20 гранично-допустиму концентрацію для робочої зони (ГДКO  0,1мг м3 ) . 3 Порівняння часу захисної дії каталізаторів, отриманих запропонованим способом та способом найближчого аналогу, представлено в табл. 1. Таблиця 1 Cп , мг м3 O Зразок 3 Цементовмісний ферумоксидний каталізатор на основі відходів очистки стічних вод (прототип) ТСЗА-ЦЛ 11 (запропонований спосіб) ТСЗА-УОНІ 13/55 (запропонований спосіб) ТСЗА-АНО-4 (запропонований спосіб) 25 30 ГДК, хв. 1,0 20 1,0 1,0 1,0 160 600 >3000 Як видно з наведених даних, запропонований спосіб утилізації твердих відходів зварювального виробництва забезпечує отримання зразків дисперсного каталізатора розкладу озону, захисна дія яких збільшується в ряду ТСЗА-ЦЛ-11