Aplinkai palankus fosfatavimo liekanų tvarkymas

(Patentų apžvalga)
Fosfatavimo nuosėdų ir dumblo utilizavimo problema nuolat sprendžiama įvairiais būdais visame pasaulyje. Kadangi kristalinio (cinko) fosfatavimo metu susidaro daug nuosėdų, tai visi mano laisvai prieinamuose šaltiniuose surasti nuosėdų šalinimo būdai aptaria šio proceso nuosėdų perdirbimą.
Kristalinio (cinko) fosfatavimo dumblo (sauso) sudėtyje (bendruoju atveju) yra 20% geležies, 10% cinko, 1 – 3 % mangano, <1% nikelio ir 50-55% fosfatų. Amorfinio fosfatavimo nuosėdų sudėties turimuose šaltiniuose nepavyko rasti. Tačiau galima daryti išvadą, kad jose turėtų būti geležies ir fosfatų, o taip pat, priklausomai nuo panaudoto preparato, molibdeno ir fluoridų pėdsakų. Kadangi amorfinis fosfatavimas plačiai derinamas su tepalo šalinimo operacija, tai dumble gali būti įvairios kilmės ir sudėties priemaišų, apie kurias turimuose šaltiniuose taip pat nebuvo jokios informacijos. Aptariant nuosėdas, susidariusias po tirpalų neutralizavimo, galima pasakyti, kad jose be aukščiau paminėtų komponentų dar yra didelis kiekis kalcio fosfatų, kalcio hidroksido ir kalcio sulfato.

Iš įvairių metodų, pasiūlytų fosfatavimo dumblui perdirbti dažniausiai siūlomi pirometalurginiai metodai – redukcinis sukepinimo procesas, kurio metu atgaunami metalai cinkas, geležis ir nikelis bei natrio fosfatas; šlapi cheminiai procesai, kuriuose reikalingi komponentai iš fosfatavimo nuosėdų išplaunami rūgštimis ir šarmais ; ėsdinimas mineralinėmis rūgštimis ir kt.

JAV patente 5 350 517 aprašomas procesas, kuriame fosfatavimo dumblas tirpinamas azoto rūgštyje, geležis selektyviai ekstrahuojama skystinės ekstrakcijos būdu, o tokiu būdu gautas ekstraktas panaudojamas cinko fosfato tirpalui gaminti. Naudojamas ekstrahentas 2-etilheksilo alkoholio ir fosforo rūgšties tirpalas žibale.

Didžiosios Britanijos patente 1545515 siūloma panaudoti mineralines rūgštis cinko ir fosfato jonų ekstrahavimui iš fosfatavimo dumblo ir po to ekstraktą panaudoti fosfatavimo tirpalui ruošti. Be to, šis patentas taip pat siūlo šarmu išplauti fosfato jonus iš neištirpusių liekanų, kuriose yra geležies ir fosfato jonų, tokiu būdu lieka tik geležies turinčios atliekos. Šarminiame skystyje esantys fosfatai nusodinami cinko fosfato pavidalu ir gali būti panaudoti fosfatavimo tirpalų gamybai.

JAV patente 5 376 342 aprašomas procesas, kurį sudaro tokios stadijos: (1) dumblo ištirpinimas fosforo rūgštyje; (2) neištirpusių kietųjų medžiagų filtravimas; (3) geležies fosfato nusodinimas ir atgavimas ir (4) pridėjimas į cinko fosfato turinčią skystą fazę reikalingų metalų ir gauto tirpalo panaudojimas fosfatavimo vonios papildymui. Šiame procese išsodintas geležies fosfatas gali būti panaudojamas kaip priedas į gyvulių pašarus.

Fosfatavimo dumblo maišymas su šarminiu tirpalu, mišinio džiovinimas ir sukepinimas 500-1300ºC temperatūroje dalyvaujant reduktoriams dumble esančius fosfatus paverčia į tirpias fosfatų druskas, redukuoja cinką ir geležį į metalinį būvį ir išgarina cinką iš reakcijos zonos. Plaunant sukepintus papločius vandeniu gaunami tirpūs fosfatai ir geležis. Toks procesas pateiktas JAV patente 3 653 875. Šis procesas komerciškai nebuvo realizuotas dėl savo brangumo ir savo daugialaipsniškumo. Be to, perdirbimas užtrunka maždaug vieną dieną, dėl ko jis negali būti pritaikytas nuolatiniam medžiagų atgavimo procesui.

JAV patente 5 273 667 pasiūlytas procesas, kuris numato fosfatavimo dumblo surinkimą, jo nusausinimą filtruojant, džiovinimą padidintoje temperatūroje, kol drėgmės kiekis liks mažesnis kaip 10% ir išdžiovinto dumblo smulkinimas iki dalelių dydžio sijojamų per 20 numerio sietą. Išdžiovintas ir sumaltas fosfatavimo dumblas yra puikus priedas, tepalams naudojamiems metalų apdirbimo, metalų formavimo pramonėje, bei pramoniniam tepimui.

JAV patente 4 986 977 siūloma fosfatavimo dumblą apdoroti vandeniniu šarmo tirpalu, kol pH bus daugiau kaip 10, tokioje terpėje iškris geležies hidroksido nuosėdos. Geležies hidroksidas atskiriamas, o vandeninė fazė parūgštinama iki pH 7 – 10, tokioje terpėje iškrenta cinko hidroksidas. Trečiajame tirpale yra šarminių metalų druskos praktiškai be fosfato jonų. Nors šis metodas ir yra tiesioginio fosfatavimo dumblo šalinimo patobulinimas, tačiau jis nepanaikina atliekų šalinimo problemos. Maža to, trečiajame vandeniniame tirpale gali būti nedideli toksiškų teršalų kiekiai, kurie gali labai apsunkinti kietų liekanų utilizavimą ar šalinimą. Procesas yra sudėtingas ir reikalaujantis daug laiko, o geležies fazė būna užteršta sunkiaisiais metalais, dėl ko negali būti panaudota kaip priedas gyvulių pašarams.

JAV patente 5 198 020 aprašomas cinko šalinimo iš fosfatavimo proceso dumblo būdas. Fosfatavimo proceso dumblas maišomas su priedais, kurie su fosfatavimo proceso dumble esančiais fosforo turinčiais komponentais sudaro į šlaką panašius geležies, kalcio ir/arba bario junginius. Mišinys redukuojančioje aplinkoje reaguoja ne mažesnėje kaip 800ºC temperatūroje. Pirminis mišinio aglomeravimas arba granuliavimas būtų palankesnis proceso vykdymui.Geležies junginių susidarymui pageidautina temperatūra ne žemesnė kaip 900ºC, geriau 1000ºC, geriausia ne žemesnė kaip 1100ºC. Tinkamiausias priedas – metalurgijos dulkės.Geležies junginių susidarymui geriausia parinkti , kad Fe:P molinis santykis būtų 1,0, jei reakcijos temperatūra ≤950ºC; kai reakcijos temperatūra tarp 950 ir 1050ºC – 1,5; ir ne mažiau 2,0, kai reakcijos temperatūra ≥ 1050ºC. Kalcio ir/arba bario junginių susidarymui Ca:P arba Ba:P molinis santykis turi būti didesnis kaip 1,5. Šiuo metodu vertingos fosforo ir cinko turinčios medžiagos transformuojamos į tinkamas naudojimui formas.

Jefferson Caponero ir Jorge A.S. Tenorio savo straipsnyje aprašo laboratorinius tyrimus, kuriuose fosfatavimo dumblas panaudojamas klinkerio gamyboje. Buvo paruošiami klinkerio žaliavos ir fosfatavimo dumblo mišiniai. Šie mišiniai buvo deginami elektros krosnyje 1450ºC temperatūroje 10 minučių. Tyrimo rezultatai parodė, kad klinkerizacijos procesas nesutrinka pridėjus iki 7,0% dumblo. Netipinių fazių susidarymas nebuvo pastebėtas pridedant iki 5% dumblo.

Patricia de Oliveira Gifffoni ir Lisete Celina Lange tyrė galimybę fosfatavimo dumblą panaudoti keraminių blokų ir plytų gamyboje siekiant sumažinti fosfatavimo atliekų poveikį aplinkai ir taupyti gamtines žaliavas. Atlikta bandinių analizė parodė, kad rekomenduojamas fosfatavimo dumblo kiekis gali būti 10% molio masės. Darbo rezultatai taip pat parodė, kad plytos, kurių sudėtyje yra 10% fosfatavimo dumblo, nekelia jokio pavojaus aplinkai.

Fosfatavimo dumblo perdirbimas yra užpatentuotas ir Japonijoje.
Patente JP6016403, kaip nurodyta angliškoje santraukoje, aprašomas metodas, kuriame fosfatavimo dumblas disperguojamas vandenyje ir sumaišomas su H tipo stipriai rūgštine katijonitine derva. Vėliau kieta ir skysta tirpalo fazės atskiriamos, gautas tirpalas koncentruojamas ir iš jo ekstrahuojant tirpikliais gaunama švari fosforo rūgštis. Iš tirpalo gaminamas fosfatavimo preparatas, arba sumaišius su disperguojamomis kalcio druskomis gaunamas kalcio fosfatas.

Patente JP8053771, kaip nurodoma santraukoje anglų kalba, aptariamas metodas, kuriuo fosfatavimo dumblas paverčiamas netirpiu baziniu geležies fosfatu. Tirpalas, kuriame yra 50 % (pagal masę) fosfatavimo dumblo, apdorojamas aukštoje uždarame inde 150ºC temperatūroje ir esant 4 kg/cm2 slėgiui. Po apdirbimo nuosėdos nufiltruojamos, gautas bazinis geležies fosfatas aplinkosauginiu požiūriu yra nepavojingas.

Šarminio nuriebinimo tirpalo neutralizavimas

Apdorojamas atvėsintas tirpalas, nes dalis neemulguoto tepalo išplaukia į paviršių tirpalui vėstant ir nusistovint. Tada reikia tirpalą parūgštinti sieros arba fosforo rūgštimi iki maždaug pH 1-2. Tokioje terpėje suyra tepalo emulsija ir visas buvęs emulguotas tepalas išplaukia į paviršių. Tepalą reikia pašalinti arba perpumpuoti tirpalą per tepalo gaudyklę (žinoma, jei prie vonios yra įrengta tokio tipo tepalo gaudyklė). Kai tepalas pašalintas, tirpalą reikia pašarminti gesintomis kalkėmis iki pH maždaug 7-8 (nes tik nuotekas su panašiu pH galima išleisti į kanalizaciją). Šarminant gesintomis kalkėmis visi tirpale esantys karbonatai ir fosfatai (kurie paprastai būna visuose nuriebinimo preparatuose) iškrenta į nuosėdas. Taip pat į nuosėdas iškrenta kalcio sulfatas (jei tirpalas buvo rūgštintas sieros rūgštimi).
Jei tirpalą rūgštintume druskos rūgštimi, emulsija suskiltų, tačiau nuotekose atsirastų chloridų, kuriuos sunku pašalinti. Beje, šarminti natrio šarmu irgi netikslinga, nes natrio druskos yra tirpios.
Susidariusias nuosėdas galima nufiltruoti įvairių tipų filtrais, arba dekantuoti ar atskirti kitokiais būdais, o nuskaidrėjusį skystį galima išleist į kanalizaciją.
Nuotekose lieka PAM, tačiau šiuolaikiniuose tepalų šalinimo preparatuose naudojamos biologiškai suyrančios PAM, todėl didelių problemų dėl į kanalizacijos tinklus patekusių detergentų neturėtų būti. ( Tiesą sakant, nuotekų tyrimo laboratorijos neturi metodų PAM išmatuoti).
Susidariusiose nuosėdose vis dar lieka šiek tiek tepalo, dėl to jos laikomos pavojingomis atliekomis ir turi būti perduotos pavojingų atliekų tvarkytojui.

Dažymo kabinos apšvietimas

Daugelyje dažymo kabinų apšvietimas suprojektuotas visiškai netinkamai. Kalbu ne apie bendrą kabinos apšviestumą (kai kuriose jų yra pakankamai šviesu), o apie tai, kad dažniausiai būna netinkamas šviesos kritimo kampas. Daugeliu atvejų dažytojas negali įvertinti savo darbo kokybės, nebent žiūrėtų iš visiškai arti, nedideliu kampu į paviršių taip, kad matytų iš pistoleto išeinantį dažų srautą.
Teko matyti, kaip dažytojai prikiša veidą prie pat paviršiaus, o tuo metu pistoletas pučia pro šalį. Kaskart, kai tik pistoletas nukreipiamas pro šalį, dažai nepatenka ant gaminio, padidėja dažų nuostoliai.
Kai kuriose kabinose iš viso ant kabinos sienų nėra pritvirtintų lempų. Jų vietoje naudojami pakabinami šviestuvai su sprogimui saugiais gaubtais, tačiau jie kabo ne aukščiau kaip 1 m virš kabinos grindų. Kai kur ant liuminescencinių lempų nėra gaubtų,o patys vamzdeliai padengti storu dažų sluoksniu. Dėl to kabina silpnai apšviesta, o dažytojas negali matyti apačioje esančių dažytinų paviršių.
Praktikoje dėl to reikia perdažyti broką, susinaudoja daug dažų, atsiranda papildoma tarša,darbo sąnaudos ir gamybos išlaidos.
Kaip blogo kabinos apšvietimo pasekmė, atsiranda dažymo defektai, tokie kaip nenudažytos vietos, netolygus dažų sluoksnis arba per stora danga. Be to, pro šalį išpurkšti dažai didina bendrąjį ploto vienetui sunaudotų dažų kiekį.

Metalizuotų miltelinių dangų atsparumas

Yra keletas faktorių, kurie turi įtakos metalizuotų miltelinių dangų atsparumui. Iš gamintojo pusės, įtaką dangos atsparumui turi: panaudoto metalinio pigmento rūšis, jo procentinis kiekis gatavame produkte, o taip pat efekto pagrindą sudarančių dažų gamybos būdas ir receptūra. Iš dažytojų pusės, visų pirma, panaudota dažymo sistema - vienasluoksnė arba dvi-sluoksnė. Planuojant metalizuotos miltelinės dangos atlikimą pirmiausiai reikia nuspręsti, kokį atsparumą turi turėti užbaigta danga. Metalizuotų dangų atveju tai turi esminės įtakos dažymo kainai. Brangiausia išgauti atsparumą atmosferos veiksniams, ypač ultravioletiniams spinduliams.
Jei metalizuota miltelinė danga turi būti atspari trynimui, įbrėžimams, cheminėms medžiagoms (pvz. žmogaus prakaitui), galima pasirinkti du būdus. Dvisluoksnės dangos: metalizuoti dažai plius skaidrus lakas, arba viensluoksnės dangos panaudojant architektūroje naudojamus lauko dažus. Skaidrus lakas, kaip išorinis sluoksnis, neabejotinai yra geresnė apsauga nuo dangos dilimo, tačiau labai sumažina jos elastingumą. Be to visada egzistuoja pavojus, kad skaidraus lako sluoksnis atšoks nuo pagrindo sluoksnio. Be to, reikia pastebėti, kad skaidrus lakas nesaugo pagrindinių dažų nuo ultravioletinių spindulių.
Pasirinkus viensluoksnę architektūrinių dažų dangą yra kitaip. Žinome, už ką mokame. Didesnę dažų kainą atsveria puikios eksploatacinės savybės. Geri architektūriniai dažai, atsparūs atmosferos veiksniams ir ultravioletiniams spinduliams, turi kokybę užtikrinančius sertifikatus. Europoje tokius dažus sertifikuoja dvi organizacijos - šveicarų QUALICOAT ir vokiečių GSB.

Paviršiaus paruošimo metodų pasirinkimas

Dažytų dangų apsauginės savybės pirmiausiai priklauso nuo dažų sąveikos su pagrindu, t.y. nuo tarp jų susidarančių ryšių tipo ir intensyvumo. Būtina skystų dažų dangos susiformavimo sąlyga - pagrindo paviršiaus drėkinimas.
Siekiant užtikrinti ryšius tarp skirtingų medžiagų, šiuo atveju tarp dažų ir metalo, būtinas jų kontaktas. Kadangi jėgos, užtikrinančios metalo ir polimero fizinius ir cheminius ryšius veikia 0,5 nm atstumu (maždaug lygiu vandens molekulės skersmeniui), tai kontaktas galimas tuomet, kai atstumas tarp skystų dažų ir metalo bus ne didesnis kaip 0,5 nm. Be dažų savybių, kontaktui įtakos turi dažomo paviršiaus švarumas ir reljefas. Kuo agresyvesnė aplinka, kurioje bus eksploatuojama dažų danga, tuo kruopščiau reikia paruošti paviršių.
Paviršiaus paruošimo tikslas - pašalinti bet kokius teršalus, tiesiogiai trukdančius dažų kontaktui su pagrindu, o taip pat sukurti reljefą, didinantį tikrąjį kontakto paviršių.
Paviršiaus paruošimas prieš dažymą apima tokias operacijas:
- paviršiaus defektų šalinimas
- tepalinių ir riebalinių teršalų šalinimas
- korozijos produktų šalinimas
- kitų teršalų (chloridų, dulkių, abrazyvo likučių ir kt.) šalinimas
Teršalams šalinti ir reikiamam paviršiaus šiurkštumui sukurti dažniausiai naudojami mechaniniai, cheminiai, rečiau terminiai, metodai.
Konkretus paviršiaus apdirbimo metodas pasirenkamas įvertinant tokius faktorius:
- reikalingą švarumo lygį ir nustatytą paviršiaus šiurkštumą;
- medžiagą ir pradinę jos būklę;
- reikalaujamą dažų dangos ilgaamžiškumą, atsižvelgiant į eksploatacijos sąlygas;
- turimą įrangą, medžiagas, matavimo priemones, personalą;
- ekonominį tikslingumą.