Crystalline phases in the waste foundry sands based on quartz sand matrix

• Autorzy: Jonczy I. , Kamińska M. , Bilewska K. , Gerle A.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2018.3.1

Warianty tytułu

PL

Fazy krystaliczne w zużytych masach formierskich na osnowie piasku kwarcowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper characterizes the crystalline phases present in waste foundry sands prepared based on a quartz sand matrix. The main component of the examined waste is quartz, which is accompanied by its polymorphic forms: tridymite and cristobalite. In addition to quartz, iron oxides such as magnetite, hematite and occasionally wüstite, and grains represented by metallic iron precipitation and Cu-Zn-Pb polymetallic aggregates were found. A particular emphasis was placed on the magnetite present in relatively high amounts, characterized by variable chemical composition, associated with the presence of numerous admixtures of chromium and titanium, which may suggest presence of chromite and titanomagnetite.

PL

W odlewnictwie powszechnie odlewy wykonywane są w formach piaskowych. Sporządzone na bazie piasku masy formierskie stanowią mieszaninę, do której oprócz piasku kwarcowego dodawane są: woda, bentonit, pył węglowy oraz spoiwa nieorganiczne lub organiczne. Zużyte masy formierskie, w których udział piasku dochodzi do około 90%, są na ogół poddawane w odlewni wewnętrznemu odzyskowi (czyli regeneracji), ale część z nich trafia na składowiska. Odpady mas formierskich, których głównym składnikiem jest piasek kwarcowy, w swoim składzie często zawierają minerały reprezentujące tlenki różnych metali, ponadto mogą być w nich obecne drobne wytrącenia metaliczne. Z uwagi na ich obecność materiał ten może stać się wtórnym źródłem ich odzysku. W artykule scharakteryzowano, pod względem jakościowym, skład fazowy zużytych mas formierskich sporządzonych na osnowie piasku kwarcowego. Do badań ze zwałowiska pobrano 3 próbki materiału odpadowego charakteryzujące się odmienną barwą: szarą, brązowo-czerwoną i czarną, które poddano identyfikacji faz metodą dyfrakcji rentgenowskiej oraz rentgenowskiej analizie spektralnej w mikroobszarach; ponadto przy użyciu metod spektrometrycznych oznaczono zawartość wybranych metali występujących w odpadach. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że w składzie fazowym wszystkich analizowanych odpadów dominujący udział ma kwarc, obok którego oznaczono jego dwie polimorficzne odmiany: trydymit i krystobalit - ich obecność jest wynikiem przemian alotropowych dokonujących się w trakcie wykonywania odlewów w formach z mas kwarcowych. Oprócz kwarcu w odpadach występują dość znaczne ilości tlenków metali oraz wytrąceń metalicznych, co znalazło swoje odzwierciedlenie w udziale poszczególnych metali w składzie chemicznym odpadów. W próbce 1 obok dominującego żelaza w większych ilościach występują Cr i Mn, ponadto w pojedynczych analizach zaznacza się udział Ti. Pierwiastki te były również wskazane jako główne w składzie chemicznym faz tlenkowych oznaczonych podczas rentgenowskiej analizy spektralnej w mikroobszarach. Na podstawie tych badań oraz przy wykorzystaniu identyfikacji faz metodą dyfrakcji rentgenowskiej wśród faz tlenkowych wyróżniono: roztwór stały FeO-MnO-MgO, magnetyt, tytanomagnetyt, chromit, a także hematyt. Obok nich stwierdzono występowanie α-żelaza. W próbce 2 obok dość znacznej ilości żelaza zaznacza się obecność: Cu, Mn, Pb, Ti, V, Zn. Pierwiastki te są przede wszystkim związane z wtrąceniami metalicznymi, które obok kwarcu i faz tlenkowych żelaza (magnetytu, hematytu i sporadycznie występującego wüstytu) stanowią jeden z głównych składników próbki 2. Próbka 3 charakteryzuje się najwyższym, wśród badanych odpadów, udziałem Fe, któremu towarzyszą Mn i Cr. Rentgenowska analiza spektralna w mikroobszarach wykazała, że chrom tworzy własną fazę - chromit, natomiast mangan wchodzi w skład wytrąceń metalicznych żelaza. Podczas identyfikacji faz metodą dyfrakcji rentgenowskiej potwierdzono obecność α-żelaza, wykazano również dość znaczący udział magnetytu. Obecność w badanych odpadach domieszek magnetytu oraz wytrąceń metalicznych mogłaby wskazywać na potencjalne źródło ich pozyskiwania.

Słowa kluczowe

EN

foundry sand; quartz sand; phase composition

PL

formy piaskowe; piasek kwarcowy; skład fazowy

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 21, nr 3
• Strony: 213--226
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., fot., wykr.

Twórcy

autor

Jonczy I.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology, Department of Applied Geology, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice

autor

Kamińska M.

• Institute of Non-Ferrous Metals, Department of Powder and Composite Materials, ul. Sowińskiego 5, 44-100 Gliwice

autor

Bilewska K.

• Institute of Non-Ferrous Metals, Department of Powder and Composite Materials, ul. Sowińskiego 5, 44-100 Gliwice

autor

Gerle A.

• Institute of Ceramics and Building Materials, Department of Refractory Materials in Gliwice, ul. Toszecka 99, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Pezarski F., Maniowski Z., Izdebska-Szanda E., Smoluchowska I., Praktyczne aspekty procesu regeneracji piasków z zużytych mas formierskich i rdzeniowych, Archives of Foundry - Archiwum Odlewnictwa 2004, 4/13, 171-176.
• [2] Faber J., Żmudzińska M., Latała-Holtzer M., Identyfikacja faz krystalicznych krzemionki w pyłach emitowanych z odlewni piaskowej metodą proszkową DSH, Prace Instytutu Odlewnictwa 2009, 1, 53-61.
• [3] Dańko J., Holtzer M., Dańko R., Criteria of an advanced assessment of the reclamation process products, Archives of Foundry - Archiwum Odlewnictwa 2010, 10/3, 25-28.
• [4] Holtzer M., Gospodarka odpadami i produktami ubocznymi w odlewniach, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2001.
• [5] Witek S., Witek A., Systemy regeneracji osnowy zużytych mas formierskich jako sposoby optymalnego zagospodarowania odpadu, Logistyka 2014, 4, 5048-5053.
• [6] Dańko J., Holtzer M., Dańko R., Problems of scientific and development research concerning the reclamation of used foundry sands, Archives of Foundry - Archiwum Odlewnictwa 2010, 10/4, 29-34.
• [7] Jonczy I., Fazy krzemianowe jako składnik odpadów po hutnictwie żelaza i stali, na przykładzie odpadów ze zwałowiska Huty Kościuszko, Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management 2009, 25/1, 19-34.
• [8] Jonczy I., Badania morfologii składników fazowych żużli stalowniczych przy wykorzystaniu mikroskopii skaningowej, Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 2012, 452, 87-100.
• [9] Jonczy I., Diversification of phase composition of metallurgical wastes after the production of cast iron and cast steel, Archives of Metallurgy and Materials 2014, 59/2, 481-485.
• [10] Bolewski A., Parachoniak W., Petrografia, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1982.
• [11] Kozłowski S., Surowce skalne Polski, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1986.
• [12] Malon A., Piaski formierskie, http://geoportal.pgi.gov.pl/css/surowce/images/2009/pdf/09_39 _piaski_formierskie.pdf
• [dostęp 23.04.2018].
• [13] Kowalski J.S., Technologiczne aspekty przemian temperaturowych kwarcowej osnowy piaskowej syntetycznej masy formierskiej z bentonitem, Monografia 394, seria Mechanika, Politechnika Krakowska, Kraków 2011.
• [14] Kowalski J.S., Thermal aspects of temperature transformations in silica sand, Archives of Foundry Engineering 2010, 3, 111-114.
• [15] https://stalblog.wordpress.com/2012/07/16/materialy-formierskie/
• [16] Saikaew Ch., Wiengwiset S., Optimization of molding sand composition for quality improvement of iron castings, Applied Clay Science 2012, 67-68, 26-31.
• [17] Joseph M.K., Banganayi F., Oyombo D., Moulding sand recycling and reuse in small foundries, Procedia Maufacturing 2017, 7, 86-91.
• [18] http://www.sandmix.pl/oferta/piaski-formierskie/
• [19] Mikulski S.Z., Kramarska R., Zieliński G., Rare earth elements pilot studies of the baltic marine sands enriched in heavy minerals, Gospodarka Surowcami Mineralnymi - Mineral Resources Management 2016, 32/4, 5-28.
• [20] Neymbwe K. J., Makhatha M. E., Mageza K., Waste foundry sand mineralogical characterization: the impact of cast alloy, casting temperature and molding additive on the nature waste foundry sand, Engineering Journal 2017, 21/7, 1-14.
• [21] Łuszczkiewicz A., Kaczmarek B., Ocena możliwości wydzielania minerałów ciężkich z piasków szklarskich z rejonu Białej Góry, Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii 1992, 25, 123-132.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).