Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Збірка доповідей XX Всеукраїнської наукової конференції аспірантів і студентів. Т.1 — Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ — 2010. - 243 с.
В Донбассе сосредоточены предприятия коксохимической, химической, машиностроительной промышленности, цветной металлургии и другие, деятельность которых привела к ухудшению экологической обстановки региона. На сегодняшний день отходы этих предприятий используются нерационально или скидываются в отвалы. Поэтому происходит поиск новых путей утилизации отходов предприятий, которые будут востребованы.
Коксохимия одна из отраслей промышленности, которая значительно загрязняет окружающую среду. В Донецкой области насчитывается 6 коксохимических заводов: Авдеевский КХЗ, «Маркохим», «Донецккокс», Ясиновский КХЗ, Макеевский КХЗ, Енакиевский КХЗ. Кроме выбросов токсичных веществ большую тревогу вызывают другие отходы коксохимических предприятий. Например, для окисления сернистого газа на этих предприятиях используют алюмокобальтмолибденовые катализаторы (например, катализаторы типа СГО-15К/Ф) в состав которых входит кобальт – вещество второго класса опасности (предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны — 0,5 мг/м3 согласно ГОСТ 12.1.005).
Оксид кобальта негативно влияет на кожу, дыхательные пути, органы пищеварительного тракта, кровообращения, сердечнососудистую и эндокринную системы. Кобальт принадлежит к веществам канцерогенам, фиброгенам, аллергенам и мутагенам и подлежит обязательной утилизации.
Кроме классической схемы переработки отработанных катализаторов в новые, также возможно использовать содержащийся в них кобальт для производства керамических пигментов.
Керамические пигменты – это высокодисперсные минеральные вещества, которые имеют определенный цвет и нерастворимые в воде, органических растворителях и пленкообразующих веществах. Имея высший коэффициент преломления, чем пленкообразующие вещества (масла, смолы, клеи), пигменты обеспечивают непрозрачность и цвет покрытия.
Наибольшее значение для получения красок имеют минеральные и органические пигменты. Существенное значение также имеют наполнители, которые применяются совместно с некоторыми интенсивными и дорогими пигментами. Керамические краски – окрашены минеральные вещества, стойкие при высоких температурах, используются для декорирования керамических изделий, глазури и стекла. Керамические краски представляют собой тонкодисперсные смеси минеральных пигментов с легкоплавким стеклом (надглазурные краски), с порошкообразной глазурью (подглазурные краски), а также окрашены легкоплавкие глазури (майоликовые краски).
В качестве минеральных пигментов могут быть использованы окислы и соли в основном поливалентных металлов (Fe, Pb, Co, Ni, Cr, Zn, Cu и др.). Они отличаются высокой химической стойкостью, светостойкостью и стойкостью к атмосферному влиянию, но их использование ограничено из-за влияния на стабильность расцветки, температуры и газового режима, при закреплении декора. Для устранения этого недостатка керамические пигменты производят на основе разных минералов с введением в них окрашивающих компонентов, с целью перевода их в нерастворимое состояние.
В данной работе был синтезирован пигмент на основе диопсида (CaO•MgO•2SiO2) с добавлением хромофора CoO. При выполнении работы для синтеза керамических пигментов готовилась шихта соответствующего состава. Использовались следующие сырьевые материалы для пигмента: SiO2 (вводился песком), CaO (вводился мелом), MgO (в чистом виде). Для уменьшения температуры синтеза добавлялся минерализатор в виде H3BO3. На начальной стадии для выявления необходимых концентраций хромофора, который обеспечивает цвет пигмента, он вводился чистым оксидом кобальта в количествах 0,1, 0,2 и 0,3 моль. Все компоненты дозировали весовым методом на аналитических весах, смешивали и измельчали в керамической ступке в лабораторных условиях.
Синтез пигментов осуществлялся в керамических лодочках, которые помещали в муфельную электрическую печь. Смесь спекалась в температурном интервале 1050-1150оС с выдержкой 30 минут. После обжига все образцы, обожженные при температурах выше 1100оС, имели землистую структуру и сиренево-фиолетовый цвет, а при 1150оС — остекловывались с темно-фиолетовой окраской, при более низких температурах синтез пигмента не происходил, на что указывало отсутствие окраски образцов. На основе полученных данных была определена оптимальная температура спекания, которая составляет 1100о -1150оС.
Для получения керамических красок образцы в определенном количестве, в мас.% ( 5, 7,5 и 10 сверх массы ) смешивали с флюсом (свинцово-боратное легкоплавкое силикатное стекло), глиной (5%) и измельчали до полного прохождения через сито 0056. Массу переносили на стекло (палитру), добавляли к ней в качестве клеящей добавки канифольно-скипидарную мастику и растирали до полной однородности. Готовую краску наносили кисточкой на глазурованную керамическую поверхность образцов мазками и давали высохнуть. Керамическое изделие с нанесенной на него краской подвергали обжигу при температурах 800о, 850о и 880оС (определение температуры закрепления краски). Образцы, обожженные при температуре 880оС, имели на своей поверхности трещины. В качестве оптимальной была выбрана температура 850оС. Анализ обожженного изделия при данной температуре показал, что интенсивность синего цвета нанесенных мазков увеличивается, с увеличением содержания в них оксида кобальта и увеличении температуры синтеза пигмента.
Аналогично были приготовлены составы (0,1, 0,2 и 0,3 моль) с использованием оксида кобальта, содержащегося в алюмокобальтмолибденовом катализаторе: синтез пигментов проводили при 1100о и 1150оС. По вышеописанному способу готовили и наносили краски на керамическое изделие, которые закрепляли при температуре 850 оС. Полученные образцы не вооруженным глазом можно было отличить от соответствующих образцов, полученных из оксида кобальта (II). Это обосновано тем, что чистота тона их окраски ниже, чем у изделий на основе оксида кобальта (II).
Таким образом, кобальт, содержащийся в отработанных катализаторах, что использовались в коксохимических производствах, пригоден для получения керамических красок. Кроме того, решается вопрос частичной утилизации отработанных катализаторов, тем самым удешевляется процесс производства керамических пигментов и красок.