Oznaczanie związków BTEX w gazach powstających w trakcie termicznego rozkładu masy formierskiej ze spoiwem na bazie żywicy furanowej

• Autorzy: Kubecki M. , Holtzer M.

Warianty tytułu

EN

Determination of compounds from the BTEX group released in gas form during thermal decomposition of moulding sand with furan resin

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podczas całego procesu produkcji odlewów pracownicy narażeni są na niebezpieczne, szkodliwe i uciążliwe czynniki związane między innymi z emisją szkodliwych substancji. Głównym ich źródłem są masy z bentonitem i nośnikami węgla błyszczącego oraz spoiwa organiczne, oparte głównie na żywicach syntetycznych. W pracy skoncentrowano się na żywicy furanowej, ponieważ technologia na niej oparta pozwala na uzyskiwanie odlewów o dużej dokładności oraz umożliwia sporządzanie skomplikowanych form i rdzeni. Jednakże ze względu na strukturę utwardzonej żywicy furanowej, na którą składają się pierścienie furanowe oraz pierścienie benzenowe (w przypadku utwardzania jej kwasem paratoluenosulfonowym) w trakcie jej ogrzewania mamy do czynienia z emisją kancerogennego benzenu, szkodliwego toluenu oraz etylobenzenu i ksylenów (związki BTEX). Aby możliwe było opracowanie i wdrożenie procesów redukcji emisji tych związków organicznych, poprzez modyfikacje między innymi stosowanych przez przemysł odlewniczy spoiw i ich utwardzaczy, konieczne jest poznanie korelacji pomiędzy wspomnianymi składnikami a uwalnianymi z nich związkami organicznymi. Nie mniej istotne jest także zdefiniowanie zakresów temperatury, w którym szkodliwe związki mogą być uwalniane. Przesłanki te stały się podstawą dla realizacji niniejszej pracy, w ramach której określono ilości związków BTEX uwalnianych w trakcie termicznego rozkładu wybranej żywicy furanowej, jej utwardzacza na bazie kwasu paratoluenosulfonowego a także masy formierskiej przygotowanej na bazie tych składników. Stwierdzono, że z badanych materiałów najwięcej związków BTEX wydziela się z utwardzacza, a głównym składnikiem mieszaniny BTEX jest toluen. Ponadto określono zakres temperatury w którym związki z grupy BTEX uwalniane są z badanych materiałów w największych ilościach. Najbardziej optymalny zakres temperatury dla uwalniania benzenu z badanych materiałów to 900°C÷1100°C, natomiast w przypadku toluenu wynosi on 500°C÷900°C.

EN

During the entire process of cast production, the operators are exposed to hazardous, harmful and arduous factors related to, among others, the emission of harmful substances. Their main sources are mixes with bentonite and Wright coal carriers, as well as organic binders based mainly on synthetic resins. The study was focused on furan resin, since the technology based on it allows to obtain highly accurate casts and enables the production of complex moulds and cores. However, due to the structure of cured furan resin, which consists in furan rings and benzene rings (when curing with p-toluenesulfonic acid), during heating, carcinogenic benzene, harmful toluene as well as ethylbenzene and xylenes (BTEX compounds) are emitted. In order to enable the development and implementation of emission reduction processes for these organic compounds, through the modification of, among others, binders and their curing agents used in the foundry industry, it is necessary to study the relation between these components and the organic compounds they emit. It is also necessary to define temperature ranges at which the harmful compounds may be released. These factors became the foundation for the this study which consisted in the determination of the quantity of BTEX compounds emitted during thermal decomposition of the selected furan resin, its curing agent based on p-toluenesulfonic acid, as well as moulding sand based on these components. It was found that most of the BTEX compounds were emitted from the hardener and the main component of the BTEX mixture was toluene. Additionally, the temperature range at which BTEX compounds are released from the investigated materials in the highest quantities was determined. The optimum temperature range for the release of benzene from the tested materials is 900°C÷1100°C, while for toluene it is 500°C÷900°C.

Słowa kluczowe

PL

przemysł odlewniczy; masy formierskie; żywica furanowa; BTEX; emisja

EN

foundry industry; moulding sands; furan resin; BTEX; emission

• Wydawca: Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Prace Instytutu Metalurgii Żelaza
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 3
• Strony: 2--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kubecki M.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica w Gliwicach

autor

Holtzer M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Odlewnictwa

Bibliografia

• [1] M.G. Riberio, W.R. Filho, Risk assessment of chemicals in foundries: The international Chemical Toolkit pilot-project, Journal of Hazardous Materials, A136 (2006), s. 432-437.
• [2] M. Tobiszewski, J. Namieśnik, PAH diagnostic ratios for the identification of pollution emission sources, Environmental Pollution (2012), vol. 162, s. 110-119.
• [3] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 24 lipca 2012 r. w sprawie substancji chemicznych i ich mieszanin, czynników lub procesów technologicznych o działaniu rakotwórczym lub mutagennym w środowisku pracy (Dz. U. 2012 r., nr 147 poz. 890).
• [4] Dokument Referencyjny – Najlepsze dostępne techniki w kuźnictwie i przemyśle odlewniczym, Warszawa, Ministerstwo Środowiska, 2007.
• [5] Przewodnik w zakresie najlepszych dostępnych technik (NDT) – Wytyczne dla branży odlewniczej, Ministerstwo Środowiska, wrzesień 2005.
• [6] L. Jeng-Jong, T. Gwo-Sheng, Composition and yield of the pernicious and stench gases in furan resin sand model founding process, Environmental Engineering and Management Journal 20 (2) (2010), s. 115-125.
• [7] M. Holtzer, A. Kmita, S. Żymankowska-Kumon, A. Bobrowski, R. Dańko, Influence of the Hardener on the Emission of Harmful Substances from Moulding Sands with Furan Resin in the Pyrolysis Process, Archives of Foundry Engineering 16, (2016), s. 107-111.
• [8] M. Kubecki, Oznaczanie wybranych niebezpiecznych zanieczyszczeń powietrza, generowanych w procesie termicznego rozkładu mas formierskich z żywicami furanowymi, Praca doktorska, Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków 2015.
• [9] Z. Witkiewicz, J. Heter, Chromatografia gazowa, WNT, Warszawa 2009.
• [10] Z. Witkiewicz, Podstawy chromatografii, WNT, Warszawa.
• [11] Method TO-13A EPA/625/R-96/010b, Compendium of Methods for the Determination of Toxic Organic Compounds in Ambient Air, Research Triangle Park, NC, 1999.
• [12] H. Zhang, H. Zhao, Li X. Zheng, Liu., Y. Wang, Diminishing hazardous air pollutant emissions from pyrolysis of furan no bake binders using methane sulfonic acid as a binder catalyst, Journal of Thermal Analytical Calorimetry 116 (2014), s. 373-381.
• [13] Y. Wang, Y. Zhang, L. Su, L. Duan, C. Wang, T. Huang, Hazardous Air Pollutant Formation from Pyrolysis of typical Chinese Casting Materials, Environmental Science & Technology 45 (2011), s. 6539-6544. ISSN 0013-936X.

Uwagi

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