Investigations of the temperature influence on formation of compounds from the BTEX group during the thermal decomposition of furan resin

• Autorzy: Kubecki M. , Holtzer M. , Żymankowska-Kumon S.

Warianty tytułu

PL

Badania wpływu temperatury na powstawanie związków z grupy BTEX podczas termicznego rozkładu żywicy furanowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Organic binders applied in foundry plants based on synthetic resins, from the one side influence obtaining the required technological properties by the moulding sand and – in consequence – obtaining good quality castings, and on the other side are the source of volatile organic compounds (VOC). Together with synthetic resins their hardeners, which although added in very small amounts emit during their thermal decomposition substances negatively influencing the natural environment, are also used. Both, resins and hardeners only at the influence of high temperatures accompanying moulds pouring with liquid metal generate harmful volatile organic compounds including compounds from the BTEX group. Investigations of the temperature influence on the kind and amount of organic compounds formed during the thermal decomposition of selected binders and hardeners and their mixtures allow to determine temperature ranges the most favourable for emitting harmful substances as well as to compare their emission from the selected materials. The aim of this study was the determination the temperature influence on formation substances from the BTEX group, during thermal decomposition of the selected binder, its hardener and their mixture. The BTEX group emission constitutes one of the basic criteria in assessing the harmfulness of materials applied for moulding and core sands and it can undergo changes in dependence of the applied system resin-hardener. Investigations were carried out on the specially developed system for the thermal decomposition of organic substances in the temperature range: 500ºC – 1300ºC, at the laboratory scale. The investigations subject was the furan resin, its hardener and hardened furan resin. The assessment of the emission degree of the BTEX group in dependence of the system subjected to the temperature influence was performed, within the studies. The temperature range, in which maximal amounts of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes were emitted from tested materials – was defined. The qualitative and quantitative analysis of the BTEX group were carried out with using the gas chromatography technique coupled with the mass spectrometry (GC/MS).

PL

Spoiwa organiczne stosowane w odlewnictwie bazujące na żywicach syntetycznych, z jednej strony wpływają na uzyskanie przez masę formierską odpowiednich właściwości technologicznych a w konsekwencji tego otrzymania dobrych odlewów, a z drugiej w procesach odlewniczych stanowią źródło lotnych związków organicznych (LZO). Wraz z żywicami syntetycznymi stosowane są również ich utwardzacze, których dodatek stanowi wprawdzie niewielki procent w stosunku do masy żywicy, ale związki uwalniane w trakcie ich termicznego rozkładu mogą negatywnie oddziaływać na środowisko naturalne. Zarówno żywice jak i utwardzacze dopiero pod wpływem temperatury towarzyszącej zalewaniu formy ciekłym metalem generują szkodliwe lotne związki organiczne, w tym związki z grupy BTEX. Badania wpływu temperatury na rodzaj oraz ilość związków organicznych powstających podczas termicznego rozkładu wybranych spoiw i utwardzaczy oraz ich mieszanin, pozwalają określić zarówno zakres temperatur najbardziej charakterystycznych dla uwalniania szkodliwych związków, jak również dokonać porównania ich emisji z wybranych materiałów. Celem pracy było określenie wpływu temperatury na tworzenie się związków z grupy BTEX podczas termicznego rozkładu wybranego spoiwa, jego utwardzacza i ich mieszaniny. Emisja BTEX-ów stanowi jedno z podstawowych kryteriów oceny szkodliwości materiałów stosowanych do mas formierskich i rdzeniowych i może ulegać zmianie w zależności od rodzaju stosowanego układu żywica-utwardzacz. Badania prowadzono na specjalnie zaprojektowanym układzie do termicznego rozkładu substancji organicznych w zakresie temperatury 500–1300ºC w skali laboratoryjnej. Przedmiotem badań była żywica furanowa, jej utwardzacz oraz utwardzona żywica furanowa. W ramach badań dokonano oceny stopnia emisji BTEX-ów w zależności od układu poddawanego działaniu temperatury. Zdefiniowano zakres temperatur, w którym z badanych materiałów uwalniane są maksymalne ilości benzenu, toluenu, etylobenzenu i ksylenów. Analizę jakościową i ilościową BTEX-ów prowadzono z zastosowaniem techniki chromatografii gazowej połączonej ze spektrometrią masową (GC/MS).

Słowa kluczowe

EN

environment protection; moulding sand; synthetic resin; BTEX; thermal decomposition

PL

ochrona środowiska; masa formierska; żywica syntetyczna; BTEX; rozkład termiczny

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 13, iss. 2
• Strony: 85--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kubecki M.

• Institute for Ferrous Metallurgy, Chemical Analyses Laboratory, K. Miarki 12-14, 44-100 Gliwice, Poland

autor

Holtzer M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, Reymonta 23, 30-059 Kraków, Poland

autor

Żymankowska-Kumon S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, Reymonta 23, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Faber, J., Perszewska, K., Żmudzińska, M. & Latała-Holtzer, M. (2010). Identification of smells from casting processes using “e-nose”. Archives of Foundry Engineering. 10, 39-42.
• [2] Taulbee, D. N., LaFay, V., Dempsey, T., Neltner, S. Hill and Griffith Co., A method to measure benzene production during pyrolysis; results from testing of carbonaceous additives in foundry sands. Retrieved March 22, 2013 from http://web.anl.gov/PCS/acsfuel/preprint%20archive/Files/42_1_SAN%20FRANCISCO_04-97_0354.pdf.
• [3] Makhniashvili, Szewczyńska, M. & Ekiert, E. (2004). Iron casting – chemical hazards. Bezpieczeństwo Pracy, 12, 14-16.
• [4] Holtzer, M. (2011). World development tendencies in the field of moulding and core sands with regard to their environmental impact. Przegląd Odlewnictwa. 61(3-4), 112-121.
• [5] Bobrowski, A. & Holtzer, M. (2009). Assessment of environmental influence of bentonite and lustrous carbon carrier – in an aspect of gases emission. Archives of Foundry Engineering. 9, 21-24.
• [6] Lewandowski, J., Solarski, W. & Zawada, J. (1997). Air pollution by gases emitted from foundry moulds during their filling. Acta Mettalurgica Slovaca. 3, 598-602.
• [7] Wang, Y., Huang, H., Cannon, F.S., Voigt, R.C. et all (2007). Evaluation of volatile hydrocarbon emission characteristic of carbonaceous additives in green sand foundries. Environmental Science and technology. 41(8), 2957-2963. DOI: 10.1021/es0628295.
• [8] Lentini, J. J. & Armstrong, A. T. (1997). Comparison of the eluting efficiency of carbon disulfide with diethyl ether: the case for laboratory safety. ASTM International-Technical Note. 307-311, DOI: 10.1520/JFS14117J.
• [9] Kubecki, M., Bobrowski, A., Dańko, R., Grabowska, B., Holtzer, M. (2012). Analysis of BTEX compounds emitted during thermal degradation of alkyd resin used as a binder Archives of Foundry Engineering. 12(3), 119-124. DOI: 10.2478/v10266-012-0084-z.
• [10] Ji, S., Wan, L. & Fan, Z. (2001). The toxic compounds and leaching characteristics of spent foundry sands. Water, Air and Soil Pollution. 132(3-4), 347-364, DOI: 10.1023/A: 1013-207000046.
• [11] Kubecki, M., Spiewok, W. (2008). Development and implementation of methods for the identification and determination of volatile aromatic hydrocarbons (BTEX) in metallurgical waste, soil and water. Sprawozdanie Nr S0-0654/BC.
• [12] Kubecki, M., Holtzer, M., Grabowska, B.& Bobrowski, A. (2011). Development of method for identification of compounds emitted during thermal degradation of binders used in foundry. Archives of Foundry Engineering. 11, 125-130.