Методические указания для проведения лабораторных и практических работ по предмету "Технология и оборудование по переработке твердых бытовых и промышленных отходов"

• Название: Методические указания для проведения лабораторных и практических работ по предмету "Технология и оборудование по переработке твердых бытовых и промышленных отходов"
• Дата: 01.02.2023
• Размер: 288.5 Kb.
• Имя файла: metodichka_tbo.doc
• Тип: Методические указания; #915743
• страница: 3 из 5

Переработка пиритных огарков с получением

цветных пигментов.

Цель работы: изучить основные методы переработки отходов сернокислотного производства с получением пигментов.

Оборудование и материалы: пиритные огарки, муфельная печь, сушильный шкаф, фильтры, ступка с пестиком, шаровая мельница.
Теоретическое обоснование
По происхождению различают природные и синтетические неорганические пигменты, по назначению - декоративные, декоративно-защитные, противокоррозион­ные и целевого назначения, к которым относят полиграфи­ческие, художественные, сигнальные (светящиеся), светотехнические, термоиндикаторные, бактерицидные, термостойкие и др. Природные неорганические пигменты (напр., железный сурик, мумия, охры, умбра) получают из минералов, а также их можно получить из техногенных отходов. В производстве синтетических неорганических пигментов используют следующие способы: химическое осаждение из водных растворов и суспензий (например, литопон, кроны, железная лазурь); прокаливание смесей твердых веществ (например, ультрамарин - из каолина и серы, Сг₂О₃ - из хромпика, ТiO₂ - из гидратированного диоксида титана TiO(OH)₂); реакциями в паровой или газовой фазе с последующей конденсацией продуктов реакций (ZnO - из Zn, ТiO₂ - из ТiCl₄, технический углерод - из природного газа).

Для придания пигментных свойств продукты синтеза и при­родные пигменты подвергают различным обработкам (например, промывке, фильтрации, водному размолу, сушке, измельчению, микронизации, модифицированию и др.). Модифицированные не­органические пигменты кроме основного красящего веществ содержат разно­образные добавки ПАВ и неорганических веществ (например, зародышей, модификаторов и стабилизаторов кристаллической структуры).
Так, разные марки пигментного ТiO₂ содержат до 4,5% SiO₂, 7,5% Аl₂О₃, 3% ZnO, снижающих фотоактивность, коагуляцию и флокуляцию, а также органические модификаторы. В так называемых оболочковых, или керновых (от нем. Kern - ядро) неорганических пигментах пигментные вещества образуют внешнюю обо­лочку частиц (10-30% общей массы), полученную осаж­дением на наполнитель (ядро), например, на тальк, каолин, белую сажу, пример оболочкового пигмента - силико-хромат Рb.

Модифицированием сначала неорганическими веществами, а затем ПАВ и микронизацией получают легкодиспергируемые пигменты. Макси­мальное практическое использование оптических свойств белых пигментов достигнуто созданием микрокапсулированных в органической поли­мерной оболочке (размер 0,4-0,6 мкм) частиц ТiO₂ (0,2-0,3 мкм) совместно с пузырьком воздуха. В этом случае повышается укрывистость пигмента и снижается их расход на 30% в водоразбавляемых красках.

Мировое производство неорганических пигментов (без технического углерода) составило 4,3-4,5 млн. т (1985); из них 2,3-2,6 млн. т ТiO₂, 0,57 млн. т синтетических железооксидных пигментов. В настоящее время мировое ежегодное потребление природного и синтетического железо-окисного пигмента — составляет 800 тыс. т. К 2010 г. его потребление превысит 1 млн. т, причем в Западной Европе его потребление составит более 30 процентов от этой цифры, в Северной Америке — чуть менее 30 процентов, еще чуть меньше — в Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Токсичные неорганические пигменты, содержащие Pb, Cr, Cd, заменяют экологически безвредными ферритами, титанатами, алюминатами. В Европе вступил в силу новый гармонизированный стандарт на пигменты для окрашивания строительных материалов на основе цементных и известковых связующих EN 12878, где содержатся правила проведения испытаний пигментов для установления их соответствия требованиям стандарта с привлечением независимой испытательной лаборатории.

Рассмотрим, основные технологические стадии получения минеральных пигментов из пиритных огарков и пыли сухих электрофильтров.

Железный сурик представляет собой оксид железа с примесью небольших количеств глинистых веществ и кварца. Содержание Fe₂O₃ в сурике составляет 75-87%. По цвету железные сурики делятся на темные и ярко-красные. Они обладают высокой укрывистостью (10-20 г/м²) и интенсивностью, свето-, атмосферо- и коррозионной стойкостью, а также стойки к действию щелочей и слабых кислот. В концентрированной соляной кислоте растворяются только при кипячении Железный сурик применяют очень широко для всех видов окрасочных работ (как покрывных, так и грунтовочных) и со всеми связующими – водными, масляными, нитролаками и для окраски цемента и асбоцемента. Размер частиц железного сурика составляет 0,2-30,0 мкм, средний размер 2-4 мкм.

Мумии делят на светлые и темные. Светлые мумии содержат 20-35% Fe₂O₃, темными – 30-75% Fe₂O_3. Цвет мумий колеблется от светлого до темного коричневато-красного. Мумии отличаются очень высокой свето-, атмосферо-, и коррозионной стойкостью; они стойки даже к действию химических агентов: в азотной и серной кислоте растворяются с трудом, в соляной кислоте полностью только при кипячении.

Охры представляют собой кристаллический гидроксид железа (III) с примесью большего или меньшего количества глины. По содержанию гидроксида железа (III) (в пересчете на Fe₂O₃) охры делятся на глинистые (12-20%) и железоокисные (до 70-75%). По цвету охры разделяются на светло-желтые, средне-желтые, золотисто-желтые и темные. Цвет охры зависит от содержания кристаллического гидроксида железа (III): в светлых охрах его содержится 12-25%, в средних – 25-40%, в золотистых - 40-75%. Однако прямой зависимости может не существовать, так как на цвет оказывают влияние структура и дисперсность гидроксида, а также присутствие примесей. Охры обладают свето- и атмосферостойкостью; они стойки также к действию щелочей и слабых кислот. В крепкой соляной кислоте соединения железа растворяются полностью. Охры наиболее дешевые и прочные пигменты, поэтому их широко применяют для всех видов красок, а также в цементной, асбоцементной, резиновой, бумажной, пластмассовой и др.

Технология их приготовления из производственных отходов может быть различной. Обычно для получения пигментов типа мумии и железного сурика ога-
рок при нагревании обрабатывают концентрированной серной кислотой. Полученный сульфат железа смешивают с алебастром, мелом, глиной и обжигают в печах. В зависимости от температуры обжига и выбранных добавок в результате химических взаимодействий получают пигменты различных оттенков. Недостатком такой технологии является присутствие в получаемых пигментах серы и ее соединений, вследствие чего краски на основе таких пигментов нельзя использовать для покрытия металлических поверхностей, поскольку сера способствует коррозии металла.

Разработана и технология минеральных пигментов, на основе которых получают краски, пригодные для покрытия всевозможных поверхностей, в том числе и металлических. Согласно этой технологии, исключающей использование серной кислотой, для приготовления пигмента типа железного сурика используют фракцию огарка 0,27-1,3 мм, наиболее богатую оксидом железа.