WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

Pages:     | 1 || 3 |

«В ЕС ТН ИК НАЦИОНАЛЬНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА “ХПИ” Сборник научных трудов 40’2009 Тематический выпуск «Химия, химическая технология и экология» Издание основано Национальным техническим ...»

-- [ Страница 2 ] --

А виходячи з того, що для технологій виробництва личкувальної кераміки зростає потреба в якісній кварц-польовошпатовій сировині, метою даної роботи є встановлення можливості застосування в технології керамічних плиток для підлоги нового матеріалу – відходів флотації Вольногорськ-Волинського кар’єру Малишевського родовища.

Проблема дослідження. Тенденцією останніх років є широке застосу-вання у будівництві щільно спеченої кераміки, а саме: плиток для підлоги, керамограніту, клінкерної цегли, яку у великій кількості імпортують в Україну і для виробництва якої необхідним компонентом є кварц-польовошпатова сировина.

Встановлено [3], що ступінь спікання керамічних виробів залежить від хімічного складу сировинних матеріалів шихти, зокрема, підвищений вміст суми оксидів (R2O + RO) 3 мас. % при оптимальному співвідношенні цих оксидів сприяє одержанню керамічних виробів підвищеної щільності з мінімальним водопоглинанням. Необхідний вміст оксидів R2O забезпечується присутністю кварц-польовошпатової сировини, а вміст лужноземельних оксидів RO потребує вводу додаткових видів сировинних матеріалів.

У зв’язку з цим, значний інтерес для технології щільноспечених керамічних матеріалів представляє кварц-польовошпатова сировина, що містить комплекс оксидів (R2O + RO), а саме, відходи гірничо-здобувної галузі. При використанні такої сировини утворюються легкоплавкі евтектичні розплави у вигляді алюмокальцієвих силікатних стекол, що знижує температуру спікання матеріалів, значно зменшує коефіцієнт усадки маси підчас випалу, та підвищує їх міцносні характеристики.



Експериментальна частина. Обов’язковим компонентом складів керамічних мас є глиниста сировина, що надає матеріалу початкової форми та наступної міцності за рахунок утворення мулітової або шпінелевидної фази при термообробці.

В даному дослідженні як пластичну сировину використано глину «Веско-Гранітік». В якості флюсуючої сировини нами досліджено новий матеріал

– відхід гірничо-збагачувального виробництва Вольгогорськ-Волинського кар’єру (в подальшому – відхід).

Дослідження проводилися на композиціях із сировинних компонентів, хімічний склад яких наведено в табл. 1.

–  –  –

За літературними даними [3], керамічна маса для виготовлення плиток для підлоги на основі каолініто-гідрослюдистої глини має містити комплексний плавень з такими характеристиками:

- (RO + R2O + Fe2O3) повинна складати 8 – 15 %;

- (RO + R2O) повинна дорівнювати 6 – 13 %,

- співвідношення RO/R2O має складати від 3 до 1.

За таких умов можна очікувати утворення щільноспеченої кераміки з водопоглинанням не більше 4 % вже при температурі випалу 1100 оС.

Враховуючи вищенаведені вимоги, для досліджень нами був запропонований склад маси для керамічної плитки, в якій компоненти знаходилися в таких межах: глина «Веско-Гранітік» – 30 – 60 мас. %; відхід збагачення – 40 – 70 мас.%.

Для забезпечення формування щільноспеченого керамічного матеріалу за відносно невеликий інтервал часу розплав флюсуючих компонентів при температурі випалу повинен мати в’язкість в межах (10 2 – 10 3) Пас та поверхневий натяг не більше за 0,3 Н/м [4].

З метою теоретичної оцінки властивостей розплаву, що утворюється при випалі досліджуваної сировини, за методикою [4] були розраховані показники його в’язкості та поверхневого натягу, що складали відповідно (lg) = 2,05 Пас та 0,356 Н/м при температурі ліквідусу.





Прогнозування випальних характеристик наведених складів мас було оцінено за оксидним вмістом і співвідношенням плавнів у хімічному складі мас (табл. 2).

–  –  –

З даних таблиці видно, що всі склади мас відповідають зазначеним співвідношенням оксидів [3].

Але склади П-1 та П-2 містять значну кількість лужноземельних оксидів, що негативно впливає на ширину інтервалу випалу та стійкість до деформації, зважаючи на кількість розплаву, що утворюється в процесі випалу [5].

Склади мас П-3 та П-4 в більшій мірі відповідають оптимальним співвідношенням оксидів і сприяють формуванню щільно спеченого матеріалу при температурах випалу керамічних мас в межах 1150 – 1200 °С.

Досліджувані зразки виготовляли в лабораторних умовах за технологію, що максимально відповідає промисловим вимогам. Керамічні маси одержували сумісним мокрим помелом сировинних компонентів в кульових млинах до залишку на ситі 900 отв/см2 – 0,15 %. З отриманого порошку при вологості 6,5 % пресували зразки на гідравлічному пресі при питомому тиску 30 МПа.

Випал проводили при температурах 1000, 1100, 1200 °С і тривалості випалу 60 хвилин.

Для отриманих зразків були визначені: водопоглинання, поруватість, щільність, значення яких дозволили обрати склад П-3 в якості оптимального для виготовлення плиток для підлоги.

Для нього додатково визначені показники втрати маси при витиранні, морозостійкості та межі міцності при вигині (табл.3).

–  –  –

З даних табл. 3 витікає, що оптимальні показники фізико-механічних властивостей мають зразки з маси П-3. Фазовий склад зразків був встановлений за допомогою рентгенофазового аналізу і показав наявність в них зміцнюючих фаз, а саме, кварцу та муліту в присутності значної кількості польовошпатової фази типу олігоклазу (рис. 1).

Цей фельдшпатоид був виявлений у складі вихідної сировини [6] і зберігається у випалених зразках плиток.

Мікроструктуру зразків оптимального складу П-3, випалених при температурі 1200 °С впродовж 60 хвилин, було досліджено на свіжому зламі плитки за допомогою растрового електронного мікроскопу РЕММА-101А.

Аналіз зображення дозволяє зробити висновок про формування щільної структури кераміки з мінімальною кількістю пор (рис. 2).

2, град

–  –  –

Висновки.

Таким чином, дослідженнями встановлено можливість застосування відходів Вольногорськ-Волинського гірничо-збагачувального виробництва в якості комплексної кварц-польовошпатової сировини для одержання щільно спечених керамічних виробів, які відповідають ГОСТ 6787-01 «Плитки керамічні для підлоги».

Новий вид сировини дозволяє еквівалентно замінити імпортну польовошпатову сировину в складах керамічних мас при збереженні якості та зменшеній собівартості продукції.

Список літератури: 1. Касымов А.М. Современное состояние проблемы образования и накопления промышленных отходов в Украине / [А.М. Касымов, О.Е. Леонова, Ю.А.Кононов и др.] // Экология и промышленность. – 2007. – № 2. – С. 46 – 51. 2. Шпирько Н.В. Использование кремнеземсодержащего отхода Вольногорского ГМК для получения силикатного вяжущего / Н.В. Шпирько,

В.Т. Малый, С.В. Василенко // Вопр. химии и хим. технологии. – 2003. – № 3. – С. 68 – 70. 3. Павлов В.Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики / В.Ф. Павлов. – М.:

Стройиздат, 1977. – 270 с. 4. Федоренко Е.Ю. К вопросу о прогнозировании технологических свойств фельдшпатоидных пород в строительном материаловедении / Е.Ю. Федоренко // Керамика: наука и жизнь. – 2008. – № 2. – С. 49 – 57. 5. Бережний А.С. Фізико-хімічні системи тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів: Навчальний посібник / [А.С. Бережний, Я.М. Пітак, О.Д. Пономаренко, Н.П. Соболь.] – Київ: НМК ВО, 1992. – 172 с. 6. Лісачук Г.В. Будівельні матеріали на основі кварц-польовошпатової сировини / [Г.В. Лісачук, О.Ю. Федоренко, Л.О. Білостоцька та ін.] // Керамика: наука и жизнь. – 2009. – № 9. – С. 45 – 49.

–  –  –

УДК 504.064.4; 658.567 В.И. УБЕРМАН, канд. техн. наук, А.Н. АЛЕКСАНДРОВ, УкрНИИЭП Л.А. ВАСЬКОВЕЦ, канд. биол. наук, НТУ «ХПИ»

ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРМАНГАНАТА КАЛИЯ

И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ УТИЛИЗАЦИИ

Шлами виробництва перманганату калію у кількості 100 тис. т більше 25 років зберігаються в безпосередній близькості від оз. Сасик–Сіваш (АР Крим). Досліджується проблема утилізації цих відходів як добрив та ґрунтових меліорантів. Вивчено технологічне походження шламів, їх сучасний склад та властивості. Визначено, що шлами не включають органічні речовини, слаборозчинні у воді, містять широкий перелік важких металів (ВМ), з яких лімітуючими є Mn, Ni, Sr. Шлами мають клас небезпеки IV. На підставі сучасних вітчизняних та європейських вимог пропонуються природоохоронні критерії для визначення можливості безпосереднього внесення шламів у ґрунт під сільськогосподарські культури: вміст ВМ та ризик передозування. Визначено, що шлами не можуть прямо вноситися у ґрунт без додаткової переробки. Рекомендований у попередніх дослідженнях спосіб внесення має високий (17–18%) ризик передозування.

100 thousand tons of sludge from potassium permanganate production in Saki chemical plant (Crimea AR) more than 25 years is disposed on temporary site in immediate proximity to Sasyk–Sivash lake. The problem of the sludge utilizing as fertilizers and for chemical reclamation of soils is considered. Industrial origin, contemporary components and properties of the sludge is studied. It is founded the sludge is inorganic substance poorly soluble in water, it includes many of heavy metals (HМ), from which Mn, Ni, Sr is limiting ones, and it is characterized as IV class of danger. Environmental criteria to find the possibility for direct inclusion the sludge into agricultural soils such as HM content and risk of overdosing is proposed based on modern EC and Ukrainian claims. It is established the sludge without previous additional treatment do not be directly included into a soil. It is assessed high (17–18%) risk of overdosing for the direct inclusion method proposed in previous researches.

1. Общая задача исследования и ее актуальность.

Технический марганцовокислый калий (KMnO 4) – перманганат калия (ПМК) – производился на Сакском химическом заводе (г. Саки, Крым) с 1973 г. Выпуск продукции сопровождался образованием отходов – шламов ПМК до 10.5 тыс. т в год.

Одновременно предприятие выпускало бромистый метил (метила бромид) CH3Br, сульфат меди (медный купорос) CuSO45H 2O, сульфат натрия (Na2SO4), перекись водорода (H 2O2). Заводские шламонакопители емкостью 20 тыс. т на городской территории вблизи промплощадки были заполнены до 1976 г. Затем на основании временного разрешения и без оформления землепользования шламы вывозились для хранения в отработанные глиняные карьеры на мысе Красном оз. Сасык-Сиваш (Сакский район, Лесновский с/с).

Шламохранилище расположено в непосредственной близости от глухой плотины между северным (пресным) и южным (соленым) отсеками этого озера. Размещение прекращено в 1985 г. Накоплено около 100 тыс. т шламов (в ячейках шламонакопителей на заводской территории 362 т, в шламонакопителях – 20 тыс. т, в карьерах – 79616 т).

В настоящее время СГХЗ находится в заключительной стадии ликвидации, наличие в его собственности шламов ПМК препятствует окончанию этой процедуры. Длительное существование открытого шламохранилища на специально не приспособленной территории вблизи озера, сельскохозяйственных земель и населенных пунктов является фактором экологической опасности. Опасность многократно возрастает в связи с размывом прилегающих берегов озера, периодическим подъемом уровня воды в северном отсеке, риском затопления шламохранилища. Удаления шламов ПМК является важной и актуальной задачей.

2. Анализ последних исследований и публикаций, в которых начато решение проблемы.

С 1984 до 01.03.1990г. сырые шламы использовались как вторичное сырье при производстве безобжигового кирпича и цемента на Бахчисарайском цементном заводе. Предложен простой способ получения жидкого стекла с использованием отходов ПМК [1]. Достигнуты положительные результаты в направлении агрохимического использования шламов ПМК как удобрений и почвенных мелиорантов [2, 3]. Разработаны [3] «Временные рекомендации по прямому использованию промышленных отходов (шламов) Сакского химзавода под сельскохозяйственные культуры», в которых указывается: «Марганцевый шлам может быть применен в качестве марганцево-калийного удобрения и мелиоранта на дерново-подзолистых почвах (кислых) без предварительной подготовки (смешивания, нейтрализации и т.п.). На данном типе почв марганцевый шлам является дополнительным источником калия, марганца и многих микроэлементов, мелиорантом, способным смещать реакцию (рН) в сторону подщелачивания. Марганцевый шлам применяется в сухом виде, путем равномерного распределения по поверхности почвы с последующей его заделкой с помощью сельскохозяйственных орудий перед севом, посадкой культур.

Шламы используются в качестве микро–макроудобрений на дерновоподзолистых (кислых) почвах под сельскохозяйственные культуры. Калийшлам в рекомендованных дозах (60 – 120 кг/га К2О д.в.) вносится под основную обработку почвы (зяблевую) с осени или ранней весной при подготовке почвы к севу, посадке сельхозкультур. Вносимый шлам в рекомендованных дозах не превышает нормативы (ПДК) содержания тяжелых металлов (химических веществ) в почве. Калий-шлам может быть внесен весной в виде корневой подкормки дозой 30 – 60 кг/га К2О д.в. в междурядья овощных, пропашных культур с последующей их заделкой». Отмечается, что такое внесение способствует повышению урожая более чем на 35 %, а качество продукции не ухудшается. Прямой характер использования шламов открывает путь практическому вывозу шламов из хранилища на поля. Возможности использование марганца и марганецсодержащих промышленных отходов, включая шламы обогащения руд, в качестве микроудобрений давно известны и хорошо изучены [4, 5]. В качестве альтернативы утилизации органами местного самоуправления разработан проект рекультивации территории шламохранилища. В настоящее время наиболее привлекательной для республиканских и местных органов власти представляется агрохимическая утилизация.

3. Нерешенные части общей проблемы.

Принимая во внимание более, чем 25-летнюю продолжительность хранение шламов ПМК в условиях природных воздействий, отсутствие контроля за вывозом шламов после 1999 г.

и современные требования экологической безопасности, к нерешенным следует отнести:

1) определение фактического состава и свойств шламов в хранилище, включая класс опасности;

2) разработку критериев для оценки пригодности шламов к агрохимическому использованию;

3) определение возможности, требований и условий предварительной подготовки шламов в хранилище к прямому внесению в почву.

–  –  –

Низкая степень изученности шламов допустима лишь при ориентировочных расчетах и увеличивает риск ошибок в оценке опасности. При расчетах учитывалось, что летучесть ингредиентов шламов ПМК, ионных неоргани ческих соединений в щелочной среде, пренебрежимо мала. Растворимости определялись по справочным источникам. Для MnO2, основной формы существования марганца в шламах ПМК, растворимость принята равной нулю.

Растворимость соединений ванадия 10.7 г/100 г воды (25°C) определена для KVO3 – формы существования ванадия в щелочной среде (растворы и расплавы КОН – основной реагент технологии СГХЗ). Растворимость K 2CrО4 – формы, существующей в щелочной среде, – 62.9 г/100 г воды. Растворимость ZnO составляет 0.00016 г/100 г воды (20 °С).

Из табл. 3 следует, что ведущие индексы токсичности соответствуют ингредиентам шламов, определенным в данном исследовании и ранее не принимавшимся во внимание. Масса шламов ПМК в хранилище, как по отдельным точечным, так и по усредненным пробам, характеризуется оценочным расчетным КО IV (малоопасные отходы).

9. Критерии непосредственной применимости шламов ПМК в растениеводстве.

Основное требование изложено в ГОСТ 17.4.3.04-85: использование отходов промышленности в качестве удобрений и химических мелиорантов разрешается после детального изучения их химического состава, не допуская внесения в почву отходов, содержащих тяжелые металлы. Этот критерий служит запретом для прямого, без предварительной технологической переработки, внесения шламов ПМК в почву.

По требованиям ДСанПіН 2.2.7.029-99 подобное использование разрешается лишь «после изучения влияния … на санитарное состояние почвы и смежных сред, биологической оценки сельхозпродукции (эксперимент на животных)».

В условиях сближения украинского экологического законодательства с законодательством Европейского Союза критерии применимости должны соответствовать принципам последнего. В [8] содержится требование: внесение отходов в почву, приводящее к сельскохозяйственному или экологическому улучшению, не должно причинять опасности здоровью человека, должно проводиться без использования процессов и методов, опасных для окружающей среды, в частности, без риска для водных объектов, атмосферного воздуха, почвы и животных.

Для обеспечения экологической безопасности, исключения риска нарушения установленных (первичных) гигиенических и экологических критериев и норм, используются вторичные качественные и количественные критерии внесения. Вторичные критерии применяются в двух видах:

1) ограничения на дозы тяжелых металлов (Дтм, кг/га), вносимых с отходами;

2) ограничения на уровень содержания вносимых тяжелых металлов в массовых долях (Стм, мг/кг).

Вторичные критерии основаны на фактическом (Фтм) и нормативном (ПДКтм) содержании тяжелых металлов и их влиянии на объекты окружающей среды, в частности, почву (экологические критерии), на продукцию растениеводства (хозяйственные критерии). Дтм применяется с целью не превышения ПДК веществ в почве (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001). Стм позволяют избегнуть рисков передозировок и обеспечить режим устойчивого продолжительного экологически безопасного землепользования [9]. Уровневые критерии использованы в [10 – 13].

В силу большого разнообразия промышленных отходов специальные вторичные критерии для шламов ПМК в европейском и украинском экологическом законодательстве отсутствуют.

Близкие Стм установлены в комплексе нормативных актов и технических документов, регулирующих использование осадков сточных вод в качестве удобрений, и приведены в табл. 4. В случае превышения Стм содержание данного металла в непосредственно используемых шламах должно быть снижено путем специальной технологической подготовки, например, производства микроудобрений на основе действующего вещества, смешивания шламов с макроудобрениями либо мелиорантами почв и др. [5, 11].

Таким образом, основываясь на приоритетности требований украинских документов, в совокупность экологических критериев при рассмотрении пригодности шламов ПМК для непосредственного использования в качестве удобрений должны быть включены следующие Стм, мг/кг сухого вещества:

СSr300, CPb750, CHg15, CNi200, CCr750, CMn2000, CZn2500, CCu1500, CCo100, СFe25000. Приведенные уровни Стм приняты в Украине и являются минимальными из величин в столбцах 2 и 4 табл. 4.

Сравнение данных в табл. 2 с критериальными Стм позволяет утверждать о несоответствии шламов ПМК в хранилище требованиям к непосредственному внесению в почву по следующим компонентам: Mn, Ni, Sr.

Cодержания этих веществ во вносимых шламах требуют снижения соответственно в 63, 8, 3 раза. Лимитирующим является марганец. Это означает, что шламы должны подвергаться предварительной технологической переработке.

10. Критерий риска для почвы.

Внесение ТМ со шламами ПМК в почву является фактором (и источником) риска, на фоне которого действуют другие источники.

Характеристикой этого фактора служит использованный ассимилирующий потенциал почвы (степень исчерпания допустимой дозы) за период T количества (раз) внесений ТМ в почву со шламами как мелиорантами и удобрениями без учета севооборотов:

RODтм(Т) = 100 %, если Rтм 1; RODтм(Т) = 100Rтм %, если Rтм 1, где: Rтм(Т) = Дтм.факт(Т)/Дтм.доп.

Нормирующей, предельной, принимается общая (суммарная) доза по ГОСТ Р 17.4.3.07-2001 и [13]:

–  –  –

В этих соотношениях: 0.8ПДКтм – допустимый уровень загрязнения почвы ТМ (может приниматься 0.7 – 0.8 ПДК); Фтм – фактическое содержание ТМ в почве до периода Т внесения шламов, мг/кг сухой почвы; Стм – содержание ТМ в шламах, мг/кг сухой массы; 3000 – масса обрабатываемого слоя почвы в пересчете на сухое вещество, т/га; Дтм.факт(Т) – накопленная доза за период Т.

Учитывая, что MnO2 хуже остальных форм марганца в почве усваивается растениями [5], для простоты предполагается полное закрепление и накопление Mn в почве, не рассматривается его усвоение урожаем и вынос в другие природные среды.

При нормативном уровне общего марганца CMn=2000 мг/кг из табл. 3 для дерново-подзолистых почв: суглинистой почвы Московской области (средняя ФMn(1) = 695 мг/кг, рН = 3.7 – 5.1 [4]) и глеевой почвы Западной Украины (ФMn(2) = 670 мг/кг [4]), мощного чернозема Харьковской области (ФMn(3) = 840 мг/кг, рН = 5.6 [4]), получается соответственно ДMn.доп(1) = 757.5, ДMn.доп(2) = 795, ДMn.доп(3) = 540 и ДMn.уд = 225 т/га.

При максимальном уровне фактического содержания общего марганца в шламах ПМК CMn=125000 мг/кг (табл. 2) для указанных почв аналогичным образом получается ДMn.доп(1) = 12.1, ДMn.доп(2 )= 12.7, ДMn.доп(3) = 8.6 и ДMn.уд = 3.6 т/га.

В случае одноразового применения шламов с рекомендованной в [3] дозой 120 кг/га подвижного калия в почву должно вноситься ДMn.факт(1) = 2.14 т/га шламов ПМК из хранилища СГХЗ, т.е. меньше ДMn.уд.

Это означает, что на дерново-подзолистых почвах Московской и Закарпатской областей RMn(1)(1) = 18 и RMn(1)(2) = 17 %, а RODMn(1)(6) = RODMn(2)(6) = 100 %, т.е. ДMn.доп исчерпается через Т(1 )= 5 – 6 и Т(2) 6 внесений соответственно.

Причиной передозировки после прекращения внесения шламов может стать, например, применение на той же почве обычных минеральных удобрений (двойной суперфосфат содержит Mn 455 мг/кг, извлекаемого

0.1 н. HCl [4]).

Уровни использования допустимой дозы RODMn(1) = 17 – 18 % не могут считаться удовлетворительными для устойчивой продолжительной эксплуатации сельхозугодий.

В США внесение тяжелых металлов с оросительной водой рассчитывается на постоянное (продолжительность не менее 100 лет) и ограниченное (20 лет) использование [9]. По аналогии значение RODMn(1) 1% следует рассматривать как неприемлемое.

11. Выводы, рекомендации и перспективы дальнейших исследований.

Шламы производства ПМК на СГХЗ более 25 лет находятся в не обустроенном котловане вблизи водных и сельскохозяйственных объектов, населенных пунктов.

Шламы засорены и, вероятно, частично смешаны с другими производственными отходами.

Свежие шламы ранее утилизировались в производстве строительных материалов.

Шламы из хранилища слаборастворимы в воде, не включают органические вещества, содержат широкий спектр тяжёлых металлов в концентрациях, превышающих ПДК для почв: Mn в 54 – 83, Ni в 14 – 41, Cu в 67 – 90, Zn в 10–21, Co в 12–18 раз, характеризуются ориентировочным расчетным классом опасности для почв IV (малоопасные отходы).

При непосредственном использования шламов ПМК в растениеводстве и внесении в почву без технологической переработки следует учитывать не только дозовые ограничения, но и уровни содержания ТМ в шламах. Последнее требует снижения концентрации ТМ перед внесением шламов в почву не менее 63 раз (по марганцу), т.е. специальной технологической подготовки, и приобретения шламами статуса минерального удобрения.

Предложенный критерий позволяет утверждать о высокой степени использования допустимой дозы ранее разработанным способом прямого внесение неподготовленных шламов ПМК в почву. Исследования утилизации шламов ПМК в растениеводстве следует дополнить направлением, исключающим непосредственное внесение в почву и обеспечивающим снижение содержания ТМ во вносимых удобрениях или мелиорантах.

Список литературы: 1. Пат. 2023665 Российская Федерация, МПК С 01 B 33/32. Способ получения жидкого стекла / Овчинников И.П., Лавринев П.Г., Лушпаева П.П. (UA); заявитель и патентообладатель Крымский институт природоохранного и курортного строительства (UA).

– № 4938874/26; заявл. 24.05.1991; опубл. 30.11.1994, Бюл. № 23. 2. Исследовать удобрительные и мелиорирующие действия шламов Сакского химического завода на кислых почвах Подмосковья:

Отчет о НИР (промежуточ.) Моск. обл. НТО сельск. х-ва / Рук. А.М. Воробьев. – М., 1989. – 45 с.

3. Разработать технологию прямого использования промышленных отходов Сакского химзавода под сельскохозяйственные культуры и установить их токсикологическое действие на продукцию:

Отчет о НИР (промежуточ.) Крым. тер. отдел ЦИНАО / Рук. А.М. Воробьев. – М., 1989. – 69 с.

4. Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения / М.В. Каталымов. – М.: – Л.: Химия, 1965.

5. Федюшкин Б.Ф. Минеральные удобрения с микроэлементами: Технология и применение / Б.Ф. Федюшкин. – Л.: Химия, 1989. – 272 с. 6. Попова А.С. Технология получения перманганата калия / А. Попова, В. Писный. – М.: НИИТЭхим, 1988. – 83 с. 7. Фиошин М.Я. Электросинтез окислителей и восстановителей / М. Фиошин, М. Смирнова. – (2–е изд.). – Л.: Химия, 1981. – 212 с.

8. Directive 2006/12/EC of the European Parliament and the Council of 5 April 2006 on Waste (Text with EEA relevance) // Official Journal L 114, 27.04.2006. – P. 9 – 21. 9. Ягодин Б.А. Агрохимия / [Б.А. Ягодин, П.М. Смирнова, А.В. Петербургский и др.]; под ред. Б.А. Ягодина. – [2–е изд.]. – М.:

Агропромиздат, 1989. – 639 с. 10. Council Directive 86/278/EEC of 12 Julу 1986 on the protection of the environment and particular of the soil, when sewage sludge is used in agriculture // Official Journal L 181, 04.07.1986. – P. 6 – 12. 11. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения: СанПиН 2.1.7.573-96. 12. Правила приймання стічних вод підприємств у комунальні та відомчі системи каналізації населених пунктів України (затв. наказом Держбуду України 19 лютого 2002 р. № 37, зареєстр. у Мiнiстерствi юстицiї України 26 квiтня 2002 р. за № 403/6691). 13. Добриво із осадів стічних вод. Технічні умови : ТУУ 20476-93.

– Харків:

1994. – 18 с. – (Нормативний документ Держжитлокомунгоспу України. Технічні умови).

–  –  –

УДК 691.3 А.Н. ПЛУГИН, докт. хим. наук; Ал.А. ПЛУГИН, аспирант, А.А. ДУДИН, О.С. БОРЗЯК, магистр, А.А. ПЛУГИН, докт. техн. наук, Д.А. ПЛУГИН, канд. техн. наук, Украинская государственная академия железнодорожного транспорта

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОКОВ УТЕЧКИ

И БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ НА ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ,

РАСПОЛОЖЕННЫЕ ВОЗЛЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ

ЖЕЛЕЗНОДОРЖНЫХ ПУТЕЙ

Досліджений вплив струмів витоку і блукаючих струмів від рейок на конструкції будівель і споруд залізниць, електрифікованих постійним струмом – мости, водопропускні труби, станційні будівлі, пасажирські платформи і так далі Експериментально встановлені величини потенціалів, які наводяться на них. Розроблена лабораторна установка і досліджений вплив тривалої циклічної електричної дії на бетон і цементний камінь.

There were researched the influence of leakage currents and stray currents from rails on buildings and constructions of railways, which are electrified by direct current, in particular, bridges, culverts, station buildings, passenger platforms etc. Also there were experimentally set the quantities of potentials which are pointed on these buildings. The laboratory setting was developed and influence of lasting cyclic electric affecting is explored concrete and cement stone Известно, что токи утечки и блуждающие токи от рельсов электрифициованных постоянным током железных дорог вызывают электрокоррозию металлических конструкций и арматуры железобетонных конструкций.

Однако эксплуатация зданий и сооружений возле электрифицированных железных дорог показывает, что в конструкциях из бетона и каменной кладки повреждения также образуются намного быстрее, чем вдали от источников тока. Авторы предположили, что блуждающие токи могут ускорять повреждение бетона и раствора каменной кладки, снижать долговечность зданий и сооружений и приводить к увеличению затрат на их содержание и ремонт.

Исследование влияния токов утечки и блуждающих токов на здания и конструкции железных дорог позволит установить критерии опасности коррозии, разработать меры по защите от нее, повышению долговечности зданий и сооружений и снижению затрат на их содержание и ремонт.

Целью исследования является установление коррозионного влияния блуждающих токов на бетон и раствор каменной кладки и обоснование мер по их защите от электрокоррозии.

Задачи исследований: обзор литературных данных и разработка гипотезы о коррозионном влиянии блуждающих токов на бетон и раствор каменной кладки; разработка методов исследований; натурное обследование зданий с повреждениями возле электрифицированных железных дорог; экспериментальное исследование влияния электрического тока на бетон; установление критериев опасности коррозии; разработка мер по защите от электрокоррозии.

Обзор литературных данных. В [1] показано, что в железобетонных конструкциях, подвергающихся воздействию электрического тока, возле арматуры бетон подвергается деструкции.

Ранее авторы выполнили теоретические исследования, которые хорошо согласовались с наблюдаемыми повреждениями бетонных и каменных водопропускных труб, мостовых опор, конструкций пассажирских платформ [2 – 6].

Были сделаны выводы:

- через сооружения, расположенные возле электрифицированных железнодорожных путей, при прохождении поездов с электрической тягой протекает электрический ток;

- на участках, электрифицированных постоянным током, этот ток являяется однонаправленным пульсирующим с длительностью импульса несколько минут;

- в конструкциях, эксплуатируемых в условиях обводнения или контактирующих с влажными грунтами, однонаправленный пульсирующий ток приводит к выносу гидроксида кальция из цементного камня бетона или раствора, выщелачиванию и карбонизации бетона;

- переменный электрический ток также ускоряет растворение продуктов гидратации цемента, в наибольшей степени в области критических частот;

- критическими являются частоты: для гидроксида кальция – около 80 Гц, для гидросиликатов кальция – около 550 Гц, для гидромоносульфоалюмината кальция - около 40 Гц, для эттрингита – около 100 Гц [4];

- переменный ток промышленной частоты 50 Гц, протекающий через бетон, приводит к растворению гидроксида кальция и гидромоносульфоалюмината кальция;

- деструктивное воздействие электрического тока значительно увеличивается в конструкциях, которые контактируют с водой или омываются ею (на водотоках); для зданий и сооружений деструктивное воздействие электрического тока значительно увеличивается в условиях водонасыщенных грунтов оснований.

Разработана схема протекания блуждающих токов через конструкции зданий (рис. 1). Анализ этой схемы показывает, что ток протекает через конструкции цоколя и фундамента при наличии разности потенциалов между цоколем и удаленной точкой земли, при этом повреждениям могут подвергаться цоколь и фундамент здания [8]. При наличии такой разности потенциалов следует ожидать ускорение развития повреждений. Кроме того, ток протекает через бетонные, железобетонные, каменные конструкции зданий и сооружений к ближайшим точкам заземления оборудования и заземляющим (зануляющим) шинам.

Методы исследований. О протекании электрического тока через конструкции судили по наличию на их поверхности электрических потенциалов.

Возникновение потенциалов на конструкциях зданий при прохождении поездов исследовали прямыми измерениями в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2. Измеряли синхронно разность потенциалов «рельс – удаленная точка земли» и «конструкция – удаленная точка земли». Измерение проводили в неповрежденных местах конструкций и в местах, имеющих повреждения. О критерии коррозионной опасности судили, сопоставляя имеющиеся повреждения с величинами потенциалов. Возникновение потенциала на конструкциях зданий, расположенных на различном расстоянии от рельсового пути, при разной погоде исследовали как в натурных условиях, так и на экспериментальном участке пути, искусственно подавая на него постоянный и переменный потенциал.

Рис. 1.

Схема протекания тока через конструкции здания, расположенного возле электрифицированного постоянным током железнодорожного пути:

1 электрифицированный путь; 2 здание; 3 сырой подвал;

4 горизонтальная гидроизоляция; 5 – заземленное электрооборудование;

6 уровень грунтовых вод; 7 атмосферные осадки;

8 блуждающий ток, преобладающий в сухую погоду;

9 блуждающий ток, преобладающий в сырую погоду Влияние на бетон электрического тока, эквивалентного току от электрифицированного рельсового пути (току утечки и блуждающему току) при прохождении поездов исследовали с помощью специально сконструированной лабораторной установки. Лабораторная установка (рис. 3) представляет собой ячейку 1 полиэтиленовую емкость размером 400400 мм, высотой 200 мм.

Исследовали образец-куб 4 с размером ребра 100 мм из бетона состава:

Ц 167, Щ 1310, П 667, В 200 кг на 1 м3 (В/Ц = 1,2). Боковые грани образца на всю высоту покрывали в 2 слоя эпоксидно-каменноугольным составом ЗС-3 и слоем парафина, исключающего поверхностную проводимость.

Образец подвешивали к установленной сверху ячейки рамке таким образом, чтобы он на 1/9 высоты выступал из воды.

На верхнюю и нижнюю грани образца при его изготовлении накладывали электроды 3 в виде стальных пластин с 64 отверстиями диаметром 10 мм (суммарная площадь отверстий 50 % общей площади электрода, рис. 4).

–  –  –

Рис. 4. Конструкция образца и закладных электродов:

1 – электрод «+»; 2 – электрод «»; 3 – выпуск электрода «» над поверхностью воды; 4 – образец покрыт составом ЗС-3 и воском; 5 – отверстия в электроде Накладные электроды подключали к блоку питания 2: верхний к положительному полюсу, нижний к отрицательному. Блок питания в автоматическом режиме обеспечивал циклическое включение и отключение напряжения 40 В по режиму: 10 мин включено, 8 мин отключено. Такое циклическое электрическое воздействие приблизительно соответствует среднему потенциалу на рельсах и интервалам прохождения поездов, т.е. установленному режиму протекания тока утечки и блуждающего тока.

Под нижней гранью образца пропускали поток воды 6, входящий через перфорированную трубку 5 в нижней части ячейки, выходящий через отверстие в верхней части ее противоположной стороны, обеспечивающий наиболее интенсивный отвод продуктов выщелачивания и моделирующий контакт с грунтовой водой.

Для контроля использовали такие же образцы-кубы из бетона такого же состава. На контрольный образец № 1, помещенный в лабораторную установку, воздействовали только протоком воды, не оказывая электрического воздействия, а на контрольный образец № 2 воздействовали только стоячей водой, не оказывая воздействия ее протоком и электрического воздействия.

Показания тока, сопротивления, подаваемого напряжения и остаточной разности потенциалов на электродах автоматически регистрировались с дискретностью 2 с с помощью цифровых мультиметров Sanwa PC-510, интерфейса с ПК и программного обеспечения Sanwa PC-Link (рис. 3). Сохраненные в ПК данные дополнительно обрабатывали, строя графики изменения указанных величин в течение длительного времени. Данное циклическое электрическое воздействие на образец оказывали в течение 3600 ч, что соответствует 11500 циклам. Для железнодорожного пути с интенсивным движением количество проходящих поездов около 50 в сутки. Поскольку каждый цикл соответствует прохождению одного поезда, указанное воздействие на образец соответствует 8 месяцам эксплуатации бетонной или железобетонной конструкции, через которую проходит ток утечки или блуждающий ток с электрифицированного железнодорожного пути. После завершения длительного циклического электрического воздействия на исследуемый образец и соответствующих воздействий на контрольные образцы в течение также 3600 ч с образцов удаляли накладные электроды и с помощью специальной установки по методике [11] исследовали безнапорную водопроницаемость бетона. После окончания исследования безнапорной водопроницаемости из каждого образца вырезали по 8 образцов-кубиков с размером ребра 40 мм: 4 из верхней и 4 из нижней зон образца и определяли их прочность на сжатие сограсно ГОСТ 10180. При этом масштабный коэффициент получили экстраполяцией и приняли равным = 0,781.

С нижней грани образца, подвегнутого длительному электрическому воздействию, отбирали корродированный цементный камень и подвергали его физико-химическим исследованиям: рентгенографазовому анализу с помощью модернизированного рентгеновского дифрактометра ДРОН-3 и анализу инфракрасных спектров поглощения с помощью ИК-Фурье-спектрометра Bruker Alpha. Спектры идентифицировали по [7].

Результаты экспериментальных исследований.

Полученные при натурных исследованиях результаты измерений потенциалов на рельсе и на поврежденном месте цоколя здания вокзала на участке постоянного тока представлены на рис. 5.

Из рис. 5 видно, что при прохождении поездов с электрической тягой на рельсе возникает потенциал до +22 В, при этом потенциал на поврежденном месте цоколя здания достигает +1,8 В, а его характерные изменения во времени совпадают с изменениями потенциала на рельсе. Значения потенциалов на неповрежденных местах цоколя имели существенно меньшие значения, чем в поврежденных.

В других случаях отмечались потенциалы на рельсе:

постоянного тока до +90 В, переменного до 65 В, при этом в сырую погоду на конструкциях зданий и сооружений, близкорасположенных к рельсовым участкам постоянного тока до +9 В, переменного тока до 8 В (рис. 6).

Такие величины потенциалов на конструкциях значительно превышали величины, измеряемые в сухую погоду.

U, B Uр-з Uк-з

–  –  –

Рис. 6. Изменение потенциала на рельсе (Uр-з) и стальной обойме водопропускной трубы (Uк-з) во времени при прохождении поездов Результаты лабораторных исследований представлены на рис. 7 13.

–  –  –

Рис. 7. Кинетика изменения тока I в в образце бетона в начале (верхняя серая кривая) и в конце (нижняя черная кривая) каждого цикла при длительном циклическом электрическом воздействии Разность тока, проходящего через образец в начале и конце каждого цикла (рис. 8), общее уменьшение тока (рис. 8) и увеличение электросопротивления образца (рис. 9) в результате длительного воздействия на него свидетельствуют о том, что за каждый цикл и в течение всего времени воздействия из образца выносятся катионы Са2+, являющиеся результатом растворения продуктов гидратации под действием электрического тока и потока воды. Также было отмечено, что после отключения питания разность потенциалов на электродах образца не исчезает мгновенно, а уменьшается постепенно в течение нескольких минут с величины 2,0 2,4 В до 0,4 0,6 В.

На рис. 10 представлены графики изменения сопротивления экспериментального образца (подвергаемого электрическому воздействию с протоком воды), контрольного № 1 (с протоком воды без электровоздействия) и контрольного № 2 (без протока воды и электровоздействия).

I,мА

–  –  –

Рис. 8. Кинетика изменения разницы между током в образце в начале и в конце каждого цикла при длительном циклическом электрическом воздействии Сопротивление основного образца после окончания исследования составило 30000 Ом, контрольного № 1 – 1000 Ом, контрольного № 2 существенно не изменилось и осталось в пределах 400 Ом. Это говорит о том, что электрическое воздействие и проток воды в несколько раз интенсифицируют выщелачивание Са(ОН)2 из образца, а столь значительное изменение сопротивления основного образца, вероятно, свидетельствует о существенном снижении концентрации катионов Са2+ и анионов ОН в капиллярно-пористой системе образца.

На основании этих данных возможно рассчитать общее количество вынесенного из образца заряда и Са(ОН)2 (катиона Са2+):

–  –  –

где Q – вынесенный из образца заряд катионов Са 2+, Кл ; М – молекулярная масса Са(ОН)2, 74 г/моль; F – число Фарадея, 9,65104 Кл/моль.

Результаты расчёта и графики изменения вынесенного заряда из образца бетона при длительном циклическом электрическом воздействии будут представлены в последующих публикациях.

Результаты исследования безнапорной водопроницаемости образцов представлены на рис. 11.

35400,00 R, Ом 30400,00 25400,00 20400,00 15400,00 10400,00 5400,00

–  –  –

Рис. 11. График безнапорной водопроницаемости бетонных образцов Как видно из рис. 11, контрольный образец № 1 через 270 ч испытания имел наибольшую водопроницаемость, несколько меньшую основной исследуемый образец, а контрольный № 2 намного меньшую, что свидетельствует о растворении цементного камня в бетоне как от действия водного потока, так и от совместного действия приложенного напряжения и протока воды. Вместе с тем, вначале графика (до 120 часов) водопроницаемость основного образца была несколько выше, чем контрольного образца № 1.

Однако, после 120 ч (11 сут) испытания водопроницаемость основного образца стала меньше, чем контрольного образца № 1, что может быть обусловлено частичной кольматацией его пор гидроксидом железа Fe(OH)3 или образованием железосодержащих продуктов гидратации (рис. 12). Следовательно, действительная водопроницаемость основного образца может быть существенно выше, чем на графике. Это свидетельствует о его значительно более высокой пористости за счет растворения части цементного камня в результате длительного циклического электрического воздействия.

Данные рис. 13 свидетельствуют о существенно меньшей прочности бетона основного исследуемого образца, подвергнутого длительному циклическому электрическому воздействию в зоне контакта с водой, по сравнению с контрольным образцом № 1, находившимся в потоке воды без подачи напряжения, на 21 % и по сравнению с контрольным образцом № 2, находившимся в стоячей воде, на 18 %.

–  –  –

Рис. 13. Прочность бетона на сжатие R после 3600 ч циклического электрического воздействия в зоне контакта с воздухом и водой Более высокие значения прочности основного образца в верхней зоне также обусловлены, вероятно, кольматацией пор гидроксидами железа от коррозии верхнего электрода, подключенного к положительному полюсу и являющегося анодом (рис. 12), что не наблюдается в контрольном образце № 1, находившемся в потоке воды (рис. 12).

Эти данные следует исключить из-за влияния искусственно внесенного в эксперимент фактора.

Результаты испытаний образцов на прочность и водопроницаемость, показывающие образование гидроксида железа в основном образце, свидетельствуют также о том, что наведение на арматуру железобетонных конструкций постоянного потенциала значительной величины, возможное для близкорасположенных от электрифицированного пути конструкций, депассивирует сталь под защитным слоем бетона.

Результаты физико-химических исследований продуктов коррозии, отобранных с нижней грани бетонного образца после 3600 ч циклического электровоздействия при напряжении 40 В представлены на рис. 14 15.

Рис. 14. Рентгенограммы цементного камня после 3600 ч циклического электрического воздействия На рентгенограмме продуктов коррозии линии с углами 2 и межплоскостными расстояниями для C3S 32°05' и 0,275 нм (2,78 ); 34°08' и 0,261 нм (2,61 ) и для С2S 33°04' и 0,219 нм (2,19, интенсивность 100 %) практически отсутствуют.

Это свидетельствует о полном удалении выщелачиванием из цементного камня бетона негидратированных частиц цемента.

Наряду с этим на рентгенограммах отсутствуют также линии, характерные для кристаллогидратов: гидроксида кальция Ca(OH)2 18°, 0,492 нм (4,92 ); 34°30', 0,263 нм (2,63 ); 47°10', 0,192 нм (1,92 ); гидромоносульфоалюмината кальция 3CaOAl2O 3CaSO419H2O 10°, 0,89 нм (8,9 ); 12°, 0,79 нм (7,9 ); 19°52', 0,446 нм (4,46 ); гидроалюмината кальция 4СaOAl2O313H 2O 11°, 0,79 нм (7,9 ).

Вместе с тем, рентгенограмма содержит интенсивные линии кальцита CaCO 3 0,304; 0,291; 0,201; 0,188 нм (3,04; 2,291; 2,099; 1,915; 1,879 ). Это свидетельствует также о выщелачивании из бетона кристаллогидратных продуктов гидратации. При выносе из бетона гидроксида кальция в поверхностных слоях разрушающегося бетона образовывался кальцит.

Рис. 15. Инфракрасные спектры поглощения цементного камня после 3600 ч циклического электровоздействия при напряжении 40 В (верхний спектр) и некорродированного цементного камня (нижний спектр) Однако на рентгенограммах проявляются линии, характерные для очень низкоосновных гидросиликатов кальция типа ксонотлита 6СаО6SiO2H2O 0,705 нм (7,05 ); 0,365 нм (3,65 ). Остальные возможные гидросиликаты кальция на рентгенограммах не проявились из-за их рентгеноаморфности.

На ИК-спектрах полосы поглощения, характерные для гидроксида кальция (около 3620 см1) или для других кристаллогидратов также не проявились.

Сильно уменьшилась широкая полоса в области высокоосновных и среднеосновных гидросиликтов кальция (800 1100 см1) и проявились полосы, характерные для самых низкоосновных гидросиликатов кальция: тоберморитоподобного 5CaO6SiO 25H2O 1635, 1206, 1173 1027, 675 610 см1; ксонотлита 5CaOSiO2H 2O 670 610 см1, остальные совпадали с тоберморитоподобными гидросиликатами кальция.

На рентгенограмме основного набора линий, характерных для кварца SiO2 20°48' и 0,426 нм (4,26 ); 26°38', 0,334 нм, 3,34 ; 36°30', 0,246 нм (2,46 ); 39°26', 0,228 нм (2,28 ); 50°18', 0,182 нм (1,82 ) не обнаруживается, что дополнительно подтверждает правильность идентификации продуктов растворения цементного камня и выводов о совместном действии электрического тока и обводнения на конструкции из бетона.

Таким образом, результаты физико-химических исследований показали, что при длительном воздействии пульсирующего постоянного тока и контакте с водой кристаллогидраты цементного камня полностью выщелачиваюся, сохраняются лишь гидросиликаты кальция очень низкой основности типа тоберморита и ксонотлита.

Выводы и рекомендации.

Возникновение на конструкциях зданий и сооружений при прохождении поездов постоянных электрических потенциалов, превышающих 1 В, обусловливает коррозионное повреждение цементного камня, бетона, раствора конструкций фундаментов, нижней части стен, ускоряющее их разрушение от попеременного замораживания и оттаивания и других факторов.

Наличие на конструкциях зданий и сооружений постоянных электрических потенциалов, превышающих 1 В, свидетельствует о неудовлетворительном состоянии электрической изоляции рельсового пути – неисправности и засоренности деталей изоляции рельсовых скреплений, неудовлетворительном состоянии железобетонных (засоренность отверстий для закладных болтов, трещины) и деревянных (трещины, гниль) шпал, засоренности балласта, а также о повышенной влажности грунтов [9].

В этом случае следует предпринять общие меры по повышению электрической изоляции рельсов, по обеспечению поверхностного водоотвода дождевых и талых вод, а также специальных мер по защите конструкций зданий и сооружений, в том числе специальных, разрабатываемых авторами статьи в зависимости от условий эксплуатации зданий и сооружений.

Список литературы: 1. Старосельский А.А. Электрокоррозия железобетона / А.А. Старосельский. – К.: Будівельник, 1978. – 198 с. 2. Плугин А.Н. Электрокоррозия железобетонных мостов и других искусственных сооружений / [А.Н. Плугин, А.А. Скорик, А.А. Плугин и др.] // Залізничний транспорт України. – 2004. – № 1. – С. 11 – 13. 3. Плугин А.Н. Электроосмотический перенос как фактор разрушения железобетонных и каменных опор железнодорожных мостов на водотоках / [А.Н. Плугин, А.А. Плугин, С.В. Мирошниченко и др.] // Зб. наук. праць ЛНАУ. Серія «Технічні науки». – Луганськ: ЛНАУ, 2007. – № 71 (94). – С. 189 – 196. 4. Плугин А.Н. Механизм электрокоррозии бетонных конструкций пульсирующим однонаправленным блуждающим током или током утечки / [А.Н. Плугин, А.А. Плугин, С.В. Мирошниченко и др.] // Науковий вісник будівництва.

– 2007. – Вип. 42. – С. 106 – 111. 5. Плугин А.Н. Механизм разрушения кирпичной кладки водопропускной трубы переменным блуждающим током или током утечки / [А.Н. Плугин, А.А. Плугин, О.С. Герасименко и др.] // Науковий вісник будівництва. – 2007. – Вип.42. – С. 112 – 119. 6. Плугин А.А. Теоретические предпосылки защиты бетонных, железобетонных и каменных конструкций от переменных токов утечки / [А.А. Плугин, А.А. Дудин, Ал.А. Плугин и др.] // Науковий вісник будівництва. – 2008. – Вип. 47. – С. 179 – 184. 7. Горшков В.С. Методы физико-химического анализа цементных материалов / В.С. Горшков, В.В. Тимашев, В.Г. Савельев. – М.: Высш. шк., 1981.

– 335 с. 8. Плугин А.Н. Блуждающие токи на конструкциях, зданиях и сооружениях, расположенных вблизи электрифицированных постоянным током участков железных дорог / [А.Н. Плугин, А.А. Плугин, О.А. Калинин и др.] // Проблеми надійності та довговічності інженерних споруд та будівель на залізничному транспорті: зб. наук. праць. – Х.: УкрДАЗТ, 2009. – Вип. 109.

– С. 131 – 143. 9. Плугин А.Н. Электрическое сопротивление железобетонных шпал с различными типами рельсовых скреплений / [А.Н. Плугин, Ал.А. Плугин, А.А. Дудин, А.А. Плугин] // Проблеми надійності та довговічності інженерних споруд та будівель на залізничному транспорті: зб. наук.

праць. – Х.: УкрДАЗТ, 2009. – Вип. 111. 10. Plugin A.N. Research of influence of leakage currents and stray currents on railways on buildings and constructions / [A.N. Plugin, A.A. Plugin, O. Plugin et al.] // 17th Internationale Baustofftagung. – Weimar: Ibausil, 2009. – Band 2. – P. 1-1145 – 1-1150.

11. Пат. 10183 UA, МПК 6 G01N15/08. Спосіб визначення водонепроникності бетону та виробів / А.М. Плугін, І.Г. Прокопова, Д.М. Косінов; заявитель и патентообладатель ХарДАЗТ.

– № 94042090. – Заявл. 15.04.94. – Опубл. 25.12.98. – Бюл. № 6.

–  –  –

УДК 544.022.347 А.А. ПЕСТИНА, канд. техн. наук, ХГУПТ Е.П. ПИВОВАРОВ, канд. техн. наук, ХГУПТ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕХИОМЕТРИИ РЕАКЦИЙ,

ПРОТЕКАЮЩИХ В СИСТЕМЕ

«АЛЬГИНАТ НАТРИЯ – СаСО3 – D-ГЛЮКОНО--ЛАКТОН»

В статті досліджено реакції, що протікають у системі «альгінат натрію – СаСО3 – D-глюконо-лактон» та встановлено їх стехіометрію.

Показано, що оптимальне співвідношення рецептурних компонентів, яке забезпечує необхідні структурно-механічні властивості продукту складає СаСО3:

D-глюконо--лактон = 1:2, AlgNa:CaCO3 = 4:1.

Reactions which are flows in the system «sodium alginate – CaCO3 – D-glucono--lactone» are investigated in the article and their stoiсhiometry are determined. It is determined that optimal correlation of receipt components whish gives optimal structurally-mechanical properties of the product is CaCO3 :Dglucono--lactone = 1:2, AlgNa:CaCO3 = 4:1.

Постановка проблемы в общем виде. В современных экономических условиях актуальными являются исследования, направленные на создание новых продуктов питания, обладающих улучшенными свойствами. Разработанный авторами реструктурированный полуфабрикат из дыни [1] – продукт принципиально новый на рынке Украины. Его основным достоинством является способность сохранять форму и текстуру в процессе технологической обработки, что дает возможность широко использовать его в составе кулинарной продукции. Разработке технологии реструктурированного полуфабриката из дыни предшествовали исследования, связанные с возможностью использования системы «альгинат натрия – СаСО3 – D-глюконо--лактон»

для структурирования дынного пюре. С этой целью были изучены реакции, протекающие в системе, а также влияние на них технологических факторов.

Анализ последних исследований и публикаций. Анализ последних исследований и публикаций показал, что в литературе отсутствуют данные по созданию реструктурированных продуктов на основе дынного пюре. Не представлены исследования по использованию для этой цели гелеобразующей системы «альгинат натрия – СаСО3 – D-глюконо--лактон». Не изучены основные принципы гелеобразования в этой системе.

Цель и задание статьи. Целью данной статьи является определение стехиометрии реакций, протекающих в системе «альгинат натрия – СаСО 3 – D-глюконо--лактон», что даст возможность обеспечить необходимые условия гелеобразования и получить продукт с заданными свойствами.

Изложение основного материала исследования. Согласно стехиометрии реакций, протекающих в системе «альгинат натрия – СаСО 3 – D-глюконо--лактон» [2] 1 моль СаСО 3 реагирует с 2 молями D-глюконо-лактона. Теоретически такое молярное соотношение должно обеспечить полное растворение карбоната кальция при сохранении в системе нейтрального значения рН, что может быть достигнуто при условии полного расходования протона водорода, образовавшегося в результате гидролиза D-глюконо-лактона, на растворение СаСО3, а не на изменение рН системы.

Для проверки данной гипотезы нами установлены закономерности растворимости фиксированной навески СаСО3 (m = 1,0 г) при изменении концентраций D-глюконо--лактона в пределах от 0,410-1 до 3,610 -1 моль/л при 20 °С (рис. 1).

–  –  –

Анализ результатов показывает, что с увеличением концентрации D-глюконо--лактона от 0,410 -1 до 2,410-1 моль/л увеличивается ионная концентрация кальция в растворе (кривая 1). При определенных соотношениях компонентов в раствор переходит 78 ± 2 % внесенного карбоната кальция.

Величина рН системы остается близкой к нейтральному и колеблется в пределах рН = 6,8 ± 0,1 до полного растворения навески.

Начиная с концентрации D-глюконо--лактона 2,410-1 моль/л происходит постепенное подкисление системы. Этот факт может иметь следующее объяснение: вероятно, что при данной концентрации (2,0 - 2,4)10-1 моль/л D-глюконо--лактона, соответствующей молярному соотношению компонентов СаСО3: D-глюконо--лактон близко 1 : 2, для полного растворения навески СаСО3 необходим определенный избыток ионов Н+. Поэтому дальнейшее добавление D-глюконо--лактона приводит к накоплению непрореагировавших ионов водорода, в результате чего рН системы монотонно понижается.

При концентрации 3,210-1 моль/л, что соответствует молярному соотношению СаСО3 : D-глюконо--лактон = 1 : 3 рН достигает значения близкого к 5,0, что существенно изменяет условия растворимости альгината натрия. Таким образом, можно констатировать, что при наличии СаСО3 в системе в виде нерастворимого избыточного компонента, растворение СаСО3 протекает при значениях рН близких к нейтральным. При полном растворении СаСО3 происходит относительное накопление избытка Н+, результатом чего является подкисление среды, фактически происходящее только после полного растворения навески соли. Из анализа данных следует предположить, что рациональным условием для растворения будет молярное соотношение компонентов 1 : 2, что по значениям рН совпадает с условием максимальной растворимости альгината натрия. Однако следует учитывать, что введение третьего компонента, а именно альгината натрия, может привести к полному растворению остаточного СаСО3, поскольку связывание ионов кальция третьим компонентом будет постоянно сдвигать равновесие вправо, что обеспечит полноту растворения соли. Естественным условием при этом является также присутствие D-глюконо--лактона, как донора Н +. Исходя из диаграммы растворимости [2], скорость растворения СаСО3 при значениях рН близких к нейтральному, будет низкая и значительно возрастать при сдвиге в кислую область.

Непрямым выводом из характера кривых, приведенных на рис. 1, является выполнение условия превышения концентрации СаСО 3 по потенциальному количеству ионов Са2+ над концентрацией D-глюконо--лактона по стехиометрическому соотношению Н+ и Са2+, что при любых условиях обеспечит стабильные нейтральные значения рН. Этот факт очень важен с точки зрения соблюдения условий растворимости альгината натрия [3].

Таким образом, в соответствии с экспериментальными исследованиями и стехиометрией приведенных реакций, молярное соотношение CaCO 3 :

D-глюконо--лактон = 1 : 2 является рациональным и принято нами для любых концентраций альгината натрия. Безусловно, что абсолютные величины должны быть подчинены концентрации альгината натрия в соответствии с принятой рецептурой. Данное соотношение обеспечивает нейтральное значение рН, в результате чего образуются гели с наиболее плотной и однородной структурой. Как показали экспериментальные данные, при изменении этого соотношения как в одну, так и в другую сторону, происходит ухудшение структуры геля вплоть до полного её разрушения. Основной причиной этого является то, что в результате увеличения концентрации одного из компонентов происходит увеличение скорости реакции, что негативно сказывается на структуре образовавшегося геля. Кроме того, при избытке D-глюконо-лактона часть ионов водорода остается непрореагировавшими, в результате чего рН системы понижается. При избытке CaCO 3 он также реагирует не полностью и частично остается в осадке.

Согласно литературным данным [4, 5], главным условием формирования геля необходимой структуры является относительное превышение концентрации ионов Ca2+ над концентрацией ионизированных остатков гулуроновой кислоты. В то же время, с технологической точки зрения, чтобы избежать синерезиса или уменьшить его, в системе должен быть избыток альгината натрия. Поэтому для формирования рецептуры важным является как определение концентрации альгината натрия, что есть условием получения продукта с необходимой текстурой, так и определение концентрации ионов кальция, связываемых им в результате гелеобразования, т.е. «емкости» альгината по кальцию. Для четкого прогнозирования соотношения нами в качестве источника ионов кальция использовалась его растворимая соль СаСl2, так как в рассматриваемой системе «альгинат натрия – СаСl2» однозначно можно определить количество ионов Са2+ в растворе. Результаты эксперимента представлены на рис. 2.

Исходя из того, что СаСl2 полностью растворим в воде, можно предположить, что точки перегиба на кривых, свидетельствующие о прекращении роста прочности геля при увеличении концентрации ионов Са2+, соответствуют стехиометрии реакции между альгинатом данной концентрации и Са2+, чему также соответствуют определенные значения G0упр.. В дальнейшем эти результаты могут быть использованы для оценки взаимодействия альгината натрия с СаСО3 в присутствии D-глюконо--лактона.

–  –  –

Так, с учетом этих данных было определено стехиометрическое соотношение AlgNa:CaCO3 для системы «альгинат натрия – СаСО 3 D-глюконо-лактон» при фиксированном молярном соотношении СаСО3: D-глюконо-лактон = 1 : 2 и различных концентрациях альгината натрия. Кривые, представленные на рис. 2, характеризуют сложную зависимость модуля упругости от концентраций альгината натрия и Са2+ при гелеобразовании. Первоначально для всех концентраций альгината при увеличении в системе концентрации Са2+ идет нарастание модуля упругости, скорее всего за счет более полного насыщения карбоксильных групп альгината ионами кальция. Достигнув максимума, модуль упругости больше не меняется, что по-видимому объясняется полнотой прохождения реакции. Образующаяся точка перегиба, вероятно, характеризует концентрацию насыщения карбоксильных групп и позволяет рассчитать соотношение компонентов, которое может быть принято как параметр рецептур разрабатываемых изделий. Следует отметить, что при всех концентрациях альгината точка перегиба на кривых соответствует массовому соотношению AlgNa : CaCO3 = 4 : 1, что свидетельствует о достижении в этой точке стехиометрии данной реакции. Это позволило нам в дальнейшем зафиксировать соотношение AlgNa : CaCO3 для технологических разработок на уровне 4 : 1 г/г.

Линию 4, проведенную через точки перегиба, можно условно принять за прямую, очерчивающую геометрическую закономерность стехиометрического равновесия при данных условиях для данных значений концентраций альгината натрия.

С использованием регрессионного анализа для концентраций альгината натрия 1,0 %...2,0 % получено уравнение этой прямой:

–  –  –

При помощи этого уравнения можно получить значение модуля упругости, отвечающего стехиометрическому соотношению компонентов AlgNa : CaCO3 при любом значении концентраций этих компонентов.

Выводы.

Таким образом, на основании проведенных исследований определены стехиометрические соотношения компонентов в реакциях, протекающих в системе «альгинат натрия – СаСО3 – D-глюконо--лактон», а именно:

• СаСО3 : D-глюконо--лактон = 1 : 2 (моль),

• AlgNa : CaCO3 = 4 : 1(г).

Полученные результаты позволяют грамотно подобрать состав рецептурных компонентов реструктурированного полуфабриката из дыни и смоделировать технологический процесс его производства.

Список литературы: 1. Пестіна Г.О. Технологія реструктурованого напівфабрикату з дині / Г.О. Пестіна, Є.П. Пивоваров // Прогресивні техніка та технології харчових виробництв ресторанного господарства і торгівлі: зб. наук. праць. – Харків: ХДУХТ, 2006.

– Вип. 1. – С. 40 – 49. 2. Пестіна Г.О. Гелеутворення в системах на основі альгінату натрію /

Г.О. Пестіна // Обладнання та технології харчових виробництв: темат. зб. наук. праць. – Донецьк:

Дон ДУЕТ, 2005. № 12 (1). – С. 173 – 178. 3. Пестіна Г.О. Вивчення умов розчинності компонентів системи «альгінат натрію СаСО3 D-глюконо--лактон» / Г.О. Пестіна, Є.П. Пивоваров // Прогресивні техніка та технології харчових виробництв ресторанного господарства і торгівлі: зб.

наук. праць. – Харків: ХДУХТ, 2008. – Вип. 1. – С. 400 – 406. 4. Haug A. Correlation between chemical structure and physical properties of alginates / [A. Haug, S. Myklestad, B. Larsen et al.]. // Acta.

Chem. Scand. – 1967. – Vol. 21. – P. 768 – 778. 5. Grant G.T. Biological interaction between polysaccharides and divalent cations: the egg box model / [G.T. Grant, E.R. Morris, D.A. Rees et al.] // FEBS Lett. – 1973. – Vol. 32. – P. 195 – 198.

УДК 535.372 Н.А. АВРАМЕНКО, В.В. ЛЕВЕНЕЦ, канд. физ.-мат. наук, А.П. ОМЕЛЬНИК, Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ

ДЕТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЛИНИЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ

ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ

3,4-БЕНЗПИРЕНА И 1,12-БЕНЗПЕРИЛЕНА В ОРГАНИЧЕСКИХ

РАСТВОРИТЕЛЯХ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Детально вивчені лінії в діапазоні 400 – 470 нм у квазілінійчатых спектрах флуоресценції поліциклічних ароматичних вуглеводнів 3,4-бензпірена й 1,12-бензперілена в н-гексані й ацетоні при температурі 77К. Описано методику й установку стаціонарної люмінесцентної спектроскопії на основі двох монохроматорів. Установлений ступінчастий вигляд мультиплетів у контурах смуг ліній. Наведено таблиці енергій в окремих контурах БФЛ+ФК ліній, амплітудних і інтегральних величин інтенсивностей для даних умов вимірів.

Lines over the range 400 – 470 nanometers in quasilinear spectra of fluorescence of polycyclic aromatic hydrocarbons 3,4-benzpirena and 1,12-benzperilena in n-geksane and acetone are in details studied at temperature 77К. The technique and installation of stationary luminescent spectroscopy on the basis of two monochromators is presented. It is installed steping an aspect of multiplets in contours of strips of lines. Tables energy in separate contours NFL+FW of lines, peak and integrated magnitudes intensityes for the given conditions of measurements are resulted.

Введение.

Необходимость изучения ПАУ связана с широким распространением этих веществ в окружающей среде и влиянием их на здоровье человека.

Главный источник ПАУ в экологии – сжигание органических веществ в производственной сфере и автотранспорт.

Среди ПАУ выделяется ряд веществ по степени снижения канцерогенности, подробно рассмотренной в [1], где причины канцерогенности связываются с определенными центрами биохимической активности молекул этих веществ.

Одним из самых опасных считается 3,4-бензпирен (БП) (1-й класс опасности) из-за степени канцерогенности и широким распространением в окружающей среде.

В связи с этим для БП выработаны предельно допустимые концентрации (ПДК), составляющие для атмосферного воздуха 0,001 мкг/м3, воздуха рабочей зоны – 0,15 мкг/м3, воды – 0,005 мкг/л, почвы – 20 мкг/кг [2, 3]. Широко известным эффективным методом [4 – 6] для изучения структуры сложных органических молекул в задачах экологического мониторинга и исследования канцерогенности является метод измерения индуцированной люминесценции. В частности, значительное распространение получил метод на основе эффекта Шпольского [7, 8] – получение квазилинейчатых спектров (КЛС) флуоресценции и фосфоресценции молекул в твердых растворах при низких температурах (например, температурах жидкого азота и гелия).

На основе измерений в таких условиях с помощью этого эффекта в литературе приводятся виды спектров, данные по длинам волн и интенсивностям люминесценции различных органических молекул. Например, хорошо известен атлас [9], а также работа [10], где для большого числа ПАУ приведена информация об основных положениях линий и их примерных интенсивностях в КЛС при низких температурах. Приведенная в [9, 10] информация позволяет проводить удовлетворительный качественный и количественный анализ, при котором вначале проводится идентификация вещества ПАУ по двум-четырем линиям люминесценции, после чего методами внешнего стандарта или внутренних добавок вычисляется концентрация по величине интенсивности одной из этих линий. Однако для решения задачи изучения молекулярных механизмов степени канцерогенности ПАУ необходимо детальное исследование строения молекул этих веществ.

Одной из сторон решения этой задачи является изучение люминесцентных и абсорбционных характеристик для определения различных физических параметров сложной органической молекулы. Поэтому в данной работе поставлена задача уточнения местоположения и интенсивностей линий люминесценции ПАУ на примере флуоресценции БП и 1,12-бензперилена (БПЛ) в органических растворителях при 77 К.

Экспериментальная часть.

Для измерения флуоресценции использованы растворы стандартов 3,4-бензпирена и 1,12-бензперилена (Quality Assurance Materials Bank) с концентрацией 0,125 мкг/мл ( 510-7 моль/л БП(С20Н 12) и 4,510 -7 моль/л БПЛ(С22Н 12)).

В качестве растворителей использовались н-гексан и ацетон. Измерения флуоресценции проведены на установке стационарной люминесцентной спектроскопии на основе двух монохроматоров МДР-23, первый из которых был возбуждающим (осуществлял монохроматизацию возбуждающего излучения), второй – измеряющим.

Подробное описание установки приведено в [11].

Источник возбуждения – ультрафиолетовая лампа ДРТ-230, линия ртути 365,5 нм которой выделялась первым монохроматором для возбуждения флуоресценции стандартного раствора ПАУ в пробирке, находящейся в стеклянном сосуде Дьюара в жидком азоте.

Спектр флуоресценции регистрировался на выходе второго монохроматора с помощью ФЭУ-100 (200 – 800 нм). В первом монохроматоре применена дифракционная решетка 1200- (200 – 500 нм) с максимальной концентрацией энергии в районе 250 нм, во втором – 1200- (350 – 1000 нм) с концентрацией энергии в районе 500 нм. Входная и выходная щели первого монохроматора для получения максимальной интенсивности линии возбуждения были полностью открыты (2,2 мм).

Входная щель второго монохроматора – 1 мм, выходная для наилучшей деталировки спектра – 0,04 мм, то есть спектральная линейная ширина щели составляла 0,052 нм, а энергетическая ширина щели на линии 400 нм равна 3,25 см-1, на линии 450 нм – 2,57 см-1. Шаг сканирования был выбран 0,1 нм для оптимального соответствия по порядку величины со щелью.

Управление исполнительными механизмами, блоками питания и регистрирующими блоками осуществлялось программно-аппаратным комплексом, в состав которого входит модуль на основе микроконтроллера и программного обеспечения ПК. В связи с необходимостью в экологических задачах проводить измерения концентрации ПАУ в широком диапазоне от предела обнаружения 10 -11 г/мл до высоких концентраций 10 -5 г/мл программное обеспечение позволяет оперативно изменять число выборок аналого-цифрового преобразователя на каждом шаге решетки в диапазоне N АЦП = 1 30000.

Время на одну выборку АЦП составляет 0,1 мсек.

В наших измерениях выбрано N АЦП = 5000, что является оптимальным компромиссом между чрезмерным увеличением времени набора спектра и достижением наилучшей деталировки контуров линий и увеличения соотношения «сигнал-шум». С учетом диапазонов времени, необходимого на полный цикл измерения на одном шаге, реальная скорость сканирования для NАЦП = 5000 составляла 2 нм/мин. Спектральный фон измерялся на чистых растворителях при идентичных со стандартными растворами условиях и при полном исключении фоновых подсветок.

Результаты и обсуждение.

Общий вид полученных типичных спектров флуоресценции БП и БПЛ представлен на рис. 1 и рис. 2.

–  –  –

На всех приведенных рисунках стрелками указаны положения основных линий, приведенных в [9, 10].

Видно, что в приводимых в данной работе спектрах с достижением максимально возможной статистики набора для увеличения соотношения «сигнал-шум» получена более полная численность полос линий, их деталировка и интенсивность.

При идентификации положения линий выбраны следующие критерии.

Первый: критерий Рэлея, при котором две линии-полосы равной интенсивности считаются разрешенными, если величина «провала» между ними составляет не менее половины максимальных значений [6].

Второй: для разрешения линий достаточно просто наличие «провала»

между ними [6].

Третий: представление одной линии-полосы на склоне другой в виде «ступеньки». Все три критерия часто реализуются на практике, в качестве примера можно привести [12, 13].

–  –  –

где Апик – интенсивность полезного сигнала над фоном, Афон – интенсивность фона.

Для более удобного подробного рассмотрения спектры разбиты на отдельные участки, в рамках которых ограничиваются или отдельные полосы с мультиплетной структурой и явно выраженным максимумом, или широкие полосы с несколькими локальными близко расположенными максимумами, или широкие полосы с линиями малой и примерно равной интенсивности.

3,4-бензпирен.

Спектр БП в н-гексане (рис. 1а) разбит на 7 участков (что показано на рис. 3).

–  –  –

Как видно, в ацетоне по отношению к БП интенсивность отдельных линий БПЛ не столько уменьшается, сколько перераспределяется по «ступенькам» с ухудшением разрешения всей полосы мультиплета.

Выводы. Для установок стационарной люминесцентной спектроскопии измерения квазилинейчатых спектров люминесценции сложных органических веществ при низких температурах (эффект Шпольского) на примере твердых растворов 3,4-бензпирена и 1,12-бензперилена (представителей ПАУ) в н-гексане реализована возможность деталировки регистрации при температуре 77 К большего числа линий флуоресценции в диапазоне 400 – 470 нм в сравнении с известными данными за счет усовершенствования метода измерения. Выявлен ступеньчатый характер контуров линий флуоресценции. Составлены подробные таблицы энергий в отдельных контурах БФЛ+ФК линий, их амплитудных и интегральных величин интенсивностей.

Данный подход может расширить возможности изучения в определении структур сложных органических молекул с помощью данных люминесцентного анализа при низких температурах.

Список литературы: 1. Пюльман Б. Электронная биохимия / Б. Пюльман; [пер. с франц. Д. Арнольд]. М.: «Наука», 1966. 104 с. 2. Диордица В.А. Бенз(а)пирен и другие циклические ароматические углеводороды как загрязнители окружающей среды / В.А. Диордица, В.В. Левенец.

Харьков: ННЦ ХФТИ, 2004. 18 с. (Препринт / НАН Украины, Нац. науч. центр “Харьк. физ.техн. ин-т”; ХФТИ 2004-03). 3. Усиков Н.П. Спектрально-люминесцентный анализ бенз(а)пирена / [Н.П. Усиков, Н.А. Авраменко,В.В. Левенец и др.] // ВАНТ. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение». 1998. Вып. 5 (71). С.97. 4. Владимиров Ю.А. Физико-химические основы фотобиологических процессов / Ю.А. Владимиров, А.Я. Потапенко.

М.:

«Наука», 1989. 199 с. 5. Акимов И.А. Спектроскопия фотопревращений в молекулах / [под ред.:

И.А. Акимов, Ф.И. Вилесов и др.]. Л.: «Наука», 1977. 312 с. 6. Булычев А.А. Современные методы биофизических исследований / А.А. Булычев, В.Н. Верхотуров, Б.А. Гуляев. М.: «Высшая школа», 1988. 360 с. 7. Шпольский Э.В. Спектр флуоресценции коронена в замороженных растворах / Э.В. Шпольский, А.А. Ильина, Л.А. Климов // ДАН СССР. 1952. Т. 87, № 6.

С.935 938. 8. Романовская Г.И. Определение ароматических соединений в бинарных смесях по синхронным, асинхронным и контурным спектрам флуоресценции / Г.И. Романовская, С.В. Королев, О.А. Узикова // Журнал аналитической химии. 1992. Т. 47, Вып. 12. С. 1976 1982.

9. Теплицкая Т.А. Атлас квазилинейчатых спектров люминесценции / Т.А. Теплицкая, Т.А. Алексеева, М.М. Вальдман. М.: изд-во МГУ, 1978. 177 с. 10. Алексеева Т.А. Спектро-флуориметрические методы анализа ароматических углеводородов в природных и техногенных средах / Т.А. Алексеева, Т.А. Теплицкая. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 216 с. 11. Авраменко Н.А. Люминесценция в экологических задачах определения полициклических ароматических углеводородов / [Н.А. Авраменко, В.А. Диордица, А.П. Омельник и др.]. // Вестник НТУ «ХПИ». 2008 № 10.

С.151 159. 12. Ладыгин В.Г. Флуоресценция, формы хлорофилла и число реакционных центров фотосистем I и II у CHLOROTICA мутантов Pisum sativum L / В.Г. Ладыгин // Биофизика. 2002.

Т. 47, Вып. 6. С. 1032 1043. 13. Персонов Р.И. Тонкая структура спектров люминесценции органических молекул при лазерном возбуждении и природа широких спектральных полос твердых растворов / [Р.И. Персонов, Е.И. Альшиц, Л.А. Быковская и др.] // ЖЭТФ. 1973. Т. 65, Вып. 5 (11). С. 1825 1836. 14. Соловьев К.Н. Дискретные спектры люминесценции больших органических молекул и их применения / К.Н. Соловьев, С.Ф. Шкирман // Журнал прикладной спектроскопии. 1991. Т. 54, № 3. С.383 395. 15. Арабей С.М. Электронные уровни и колебательная структура цис-формы цианпроизводного метилированного изобактериохлорина / С.М. Арабей, К.Н. Соловьев, С.Ф. Шкирман // Журнал прикладной спектроскопии. 1992. Т. 56, № 2. С.192 199. 16. Персонов Р.И. Возникновение тонкой структуры в спектрах флуоресценции сложных молекул при лазерном возбуждении / Р.И. Персонов, Е.И. Альшиц, Л.А. Быковская // Письма в ЖЭТФ. 1972. Т. 15, Вып. 10. С. 609 612. 17. Романовская Г.И. Определение ароматических соединений в смесях по синхронным квазилинейчатым спектрам фосфоресценции / Г.И. Романовская, М.Л. Литвина, А.К. Чибисов // Журнал аналитической химии. 1991. Т. 46, Вып. 4. С. 702 708. 18. Клименко В.Г. Квазилинейчатые спектры фосфоресценции диоксинов при 4,2К. Дибензо-n-диоксин / В.Г. Клименко, Р.Н. Нурмухаметов, Е.А. Гастилович // Оптика и спектроскопия. 1997. Т. 83, № 1. С. 92 96. 19. Клименко В.Г. Тонкоструктурная фосфоресценция и колебания 2,3,7.8-тетрахлордибензо-n-диоксина / В.Г. Клименко, Р.Н. Нурмухаметов, Е.А. Гастилович // Оптика и спектроскопия. 1999. Т. 86, № 2. С.239 246. 20. Соловьев К.Н.

Фотохимическая NH-перестройка изобактериохлоринов в матрицах н-алканов / К.Н. Соловьев, С.М. Арабей // Оптика и спектроскопия. 1997. Т. 83, № 4. С. 635 639.

–  –  –

УДК 641.35.004.12:637.356 С.В. СОРОКІНА, канд. техн. наук, В.В. ПОЛУПАН, студент-магістр, ХДУХТ, м. Харків

МОДЕЛЮВАННЯ КОМПЛЕКСНОГО ПОКАЗНИКУ ЯКОСТІ

КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТУ

Проведено комплексну оцінку якості кисломолочних продуктів із використанням методів кваліметрії – побудови ієрархічного дерева оцінки якості. Доведено, що застосування запропонованого методу оцінки якості кисломолочних продуктів дає можливість об'єктивно з використанням методів кваліметрії визначити їх якість.

Complex estimation of qualities of soul-milk products is conducted with the use of methods of kvalymetry are constructions of hierarchical tree of estimation of qualities. It is proved that application of the offered method of estimation of qualities of soul-milk products enables objectively with the use of methods of kvalymetry to define their qualities.

Постановка проблеми у загальному вигляді. Серед найважливіших проблем, які повинні вирішувати сьогодні наука і практика, особливе місце займає забезпечення населення повноцінними продуктами харчування. Це стосується й кисломолочних продуктів. Для вирішення завдань підвищення біологічної цінності кисломолочних продуктів необхідний подальший пошук нових видів добавок, які повинні сполучатися з молочної основою. До них відносяться добавки із нетрадиційної рослинної сировини у вигляді паст.

Великою популярністю користуються різні кисломолочні продукти, котрі можуть задовольнити найвишуканіший смак. Вони мають підвищену біологічну цінність та оригінальні органолептичні властивості. Рецептурні компоненти мають вирішальне значення під час формування структури кисломолочних продуктів, їх консистенції. Для споживчого сприйняття продукту важливе значення має його якість. Тому проблема створення єдиної концепції оцінювання кисломолочних продуктів є своєчасною та актуальною.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Згідно маркетинговому підходу, не існує єдиної якості для всіх. Кожному сегменту ринку відповідає свій, оптимальний для нього, рівень якості даного товару. В умовах ринку метою виробника є досягнення не високих технічних параметрів виробу, а лише такого рівня його якості, на який існує потреба у вибраному ринковому сегменті. В умовах ринку головного значення набуває не оцінка підприємством якості свого товару в порівнянні із стандартами або з товарами конкурентів, а загальна споживча оцінка властивостей товару. Якість визначає покупець і, отже, розглядати його необхідно з однієї точки зору: чи готовий за це платити споживач. А це припускає розгляд якості як ступені відповідності продукції вимогам споживача. Економічний аспект якості є для нас вирішальним серед інших, оскільки ґрунтується на його споживчій оцінці, а з переходом до ринку задоволеність споживача стає визначальним чинником комерційного успіху фірми, її основним завданням.

Для оцінки якості товарів сучасна наука і практика розробили систему кількісної оцінки властивостей товарів, які і дають показники їх якості. В даний час для оцінювання якості кисломолочних продуктів широко застосовуються методи кваліметрії.

Мета та завдання статті. Метою цього дослідження було створення комплексного показника якості, до якого б увійшли характеристики харчової і біологічної цінності, органолептичні, фізико-хімічні характеристики та характеристики нешкідливості, в узагальненому вигляді придатні для визначення якості харчових продуктів.

Виклад основного матеріалу досліджень.

Для комплексного оцінювання якості кисломолочних продуктів пропонується ієрархічне дерево оцінки якості в якому загальний комплексний показник якості кисломолочних продуктів може базуватись на наступних показниках якості:

– блок показників харчової та енергетичної цінності (К1) – за вмістом білків (Б), жирів (Ж), вуглеводів (В) та енергетичною цінністю (Е);

– блок органолептичних показників якості (К2) – консистенцією (К), смаком (С), запахом (З), кольором (КЛ);

– блок фізико-хімічних показників (К3) – масовою часткою сухих речовин (СР), титрованою (ТК) та активною кислотністю (АК), масовою часткою жиру (ЧЖ);

– блок показників нешкідливості (К4) – вмістом важких металів (ВМ), вмістом нітратів (Н).

Тоді загальне рівняння загального комплексного показника якості буде мати наступний вигляд:

К 0 = К1 М 1 + К 2 М 2 + К 3 М 3 + К 4 М 4 де К0 – загальний комплексний показник якості; К1, К2, К3, К4 – комплексні показники блоків якості; М1, М2, М3, М4 – коефіцієнти вагомості кожного з блоку показників.

Комплексний показник блоку показників харчової та енергетичної цінності має вигляд:

–  –  –

де Бі, Жі, Ві, Еі – значення показника і-го зразка (білків, жирів, вуглеводів, енергетичної цінності); Бк, Жк, Вк, Ек – значення відповідного показника контрольного зразка; МБ, МЖ, МВ, МЕ – коефіцієнти вагомості кожного з показників.

Аналогічно розраховується комплексний показник блоку органолептичних показників.

Комплексний показник блоку фізико-хімічних властивостей має вигляд:

–  –  –

казників на якість зразка; МСР, МТК, МАК, МЧЖ – коефіцієнти вагомості кожного з показників.

У загальному вигляді функції впливу окремих фізико-хімічних показників на якість мають нелінійний вигляд. Залежно від співвідношення різних значень показника до значення показника контрольного зразка, якість може поліпшуватися, погіршуватися чи набувати максимуму. Наприклад, титрована та активна кислотність впливають на смак продукту; збільшення титрованої кислотності призводить, з одного боку, до погіршання смаку, а з іншого – до зниження пластичності, що негативно впливає на якість. Збільшення вмісту вітаміну С призводить до підвищення харчової цінності, тобто якості кисломолочних продуктів, тому в комплексному показнику виражаємо лінійно.

Також аналогічно розраховується комплексний показник блоку нешкідливості.

Значення коефіцієнтів вагомості як для кожного блоку показників, так і всередині кожного блоку, так й в середині кожної групи показників повинно не перевищувати одиницю.

Конкретні значення коефіцієнтів вагомості визначаються емпірично. У дійсній моделі приймемо значення М1 = 0,3 (група показників енергетичної цінності); М2 = 0,3 (група показників органолептики); М3 = 0,2 (група фізикохімічних властивостей) та М4 = 0,2 (група нешкідливості).

Під час експертизи розроблених зразків нами були визначені наступні величини вагових коефіцієнтів всередині блоків показників якості:

для блоку харчової та енергетичної цінності: МБ = 0,3; МЖ = 0,2;

МВ = 0,1; МЕ = 0,4;

для блоку органолептичних показників: МК = 0,2; МС = 0,6; МЗ = 0,1;

МКЛ = 0,1;

для блоку фізико-хімічних показників: МСР = 0,2; МТК = 0,2; МАК = 0,2;

МЧЖ = 0,4;

для блоку нешкідливості: МВМ = 0,5; МН = 0,5.

У таблиці наведено значення показників та вагових коефіцієнтів, за якими розраховувалися комплексні показники якості для розроблених та контрольного зразків.

–  –  –

Значення розрахованого загального комплексного показника якості свідчить, що кращим за показником якості є розроблений зразок кисломолочного продукту „Вітамінка” – комплексний показник 0,73 (контроль – сметана виготовлена промисловим методом – лише 0,67, а другий зразок „Зернинка”

– 0,70), який можна рекомендувати для впровадження у виробництво.

Висновки. З проведених досліджень можемо зробити висновок, що запропонований метод оцінки якості кисломолочних продуктів дає можливість об'єктивно з використанням методів кваліметрії визначити їх якість.

Список літератури: 1. Литвинов О. П. Информация о товарах для потребителей в торговой сети / О. П. Литвинов // Стандарты и качество. 2002. № 5. С. 70 75. 2. Войтоловский В. Н. Управление качеством и сертификация в промышленном производстве: учебное пособие [для студ.

высш. учеб. завед.] / В. Н. Войтоловский, В. В. Окрепилов. СПб.: Изд-во СПбУЭФ, 1992. 165 с.

3. Войтоловский Н. В. Управление качеством продукции в условиях перехода к рынку: монография / Н. В. Войтоловский. СПб.: Изд-во СПбУЭФ, 1994. 156 с. 4. Гуць В. С. Визначення загального комплексного показника якості молочних десертів / В. С. Гуць // Молочна промисловість.

2004. № 2. С. 24 26.

–  –  –

УДК666.3-187 Е.Г. ЛЕДОВСКАЯ, С.В. ГАБЕЛКОВ, канд. физ.-мат. наук, Р.В ТАРАСОВ, Н.С. ПОЛТАВЦЕВ, Ф.В. БЕЛКИН, ННЦ «Харьковский физико-технический институт»

ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКА АМОРФНОГО ОКСИДА КРЕМНИЯ

Досліджено спосіб отримання високодисперсного порошку аморфного оксиду кремнію шляхом обробки розчину рідкого скла соляною кислотою і подальшого термічного розкладання осадку метакремнієвої кислоти H2SiO3, який утворився в результаті реакції. Методами термогравіметричного, диференціального термічного і рентгенофазового аналізів одержано результати досліджень процесів, що відбуваються при термообробці осадків. В інтервалі температур 200 – 800 С порошок є аморфним оксидом кремнію SiO2. При 820 – 840 С аморфний оксид кремнію кристалізується в єдину фазу – -кристобаліт.

The method of prepared high dispersed powder of amorphous SiO2 by processing of liquid glass solution by hydrochloric acid and further thermal decomposition of deposit of metasilicon acid H2 SiO3, formed as a result of reaction, has been investigated. Results of researches of occurring processes at heat treatment are presented by methods differential thermal analysis and X-ray diffraction analyses. In the range of temperatures 200 – 800 С the powder is amorphous SiO2. At temperatures 820 – 840 С amorphous SiO2 crystallizes in unique phase – -kristobalit.

Введение.

На сегодняшний день перед мировой ядерной индустрией остро стоит проблема безопасного и эффективного обращения с радиоактивными отходами, охраны человека и окружающей среды от различных вредных воздействий радионуклидов на природные объекты.

Один из способов изоляции радиоактивных отходов и конкретных радионуклидов – включение их в керамические матрицы, являющиеся аналогом природных радиационно- и коррозионностойких минералов. Среди различных силикатов, представляющих собой самый распространенный класс неорганических соединений в земной коре, наиболее радиационностойкие являются гранаты, кордиерит, циркон и другие [1].

Синтез минералоподобных керамических материалов наиболее успешно осуществляется при использовании наноразмерных исходных порошков в аморфном состоянии, которые отличаются повышенной реакционной активностью. Керамические материалы, полученные из этих порошков, имеют повышенные физико-механические, теплофизические свойства, коррозионную и радиационную стойкость. В этих соединениях основным и непременным компонентом является оксид кремния.

Существуют различные способы получения наноразмерных порошков, в том числе и оксида кремния [2 – 5]. Эти методы, в разной степени, успешно решающие задачу получения наноразмерных порошков, зачастую достаточно сложные, трудоемкие и энергозатратные. Несмотря на относительные колебания, господствующие на рынке энергоносителей тенденции свидетельствуют о постоянном росте цен на них. Поэтому главной задачей является выбор эффективного метода получения материала с высокими свойствами и с низкими затратами энергоресурсов.

Целью данной работы является изучение возможности получения наноразмерного порошка аморфного оксида кремния при малых энергозатратах из доступных и не дорогих исходных компонентов.

Методика и техника эксперимента.

В качестве исходных материалов использовались жидкое стекло Na2SiO3 (ГОСТ 13078-81), соляная кислота HCl (ГОСТ 3118-77) и дистиллированная вода (ГОСТ 6709-72).

Получение аморфного высокодисперсного порошка оксида кремния осуществлялось воздействием на раствор жидкого стекла соляной кислотой, многократной отмывкой полученного осадка метакремниевой кислоты H2SiO3 от образовавшейся в результате реакции соли NaCl, сушкой образовавшегося геля, размолом полученного ксерогеля и последующей термической обработкой.

Взаимодействие жидкого стекла с соляной кислотой описывается следующей реакцией:

Na2SiO3 + 2HCl 2NaCl + nH 2SiO3 Метакремниевая кислота, выпавшая в осадок после взаимодействия жидкого стекла с соляной кислотой, представляет собой гидрогель, имеющий коэффициент преломления такой же, как и у дистиллированной воды. При достаточно высоком уровне воды в прозрачном сосуде осадок не виден на фоне стекла и жидкости. Поэтому, отмывка дистиллированной водой требует осторожности и аккуратности. Отмывка от хлорида натрия проводилась дистиллированной водой до рН равного 6,5 – 7. Переувлажненный гель сушили при слабом подогреве (30 – 40 С) в течение 40 – 48 часов. Осадок, который представлял собой матовые чешуйки силикагеля, подвергали измельчению и размолу в шаровой мельнице в течение 10 часов и в дальнейшем просеиванию на сите с ячейкой 100 мкм. После размола материал представлял собой белый высокодисперсный порошок.

Термическое разложение осадка исследовали методом термогравиметрического/дифференциального термического анализа (ДТА/ТГ) на дериватографе Q-1500D в интервале температур 20 – 1000 С при скорости нагрева 12 С/мин. Изменение массы при термическом разложении осадка, загруженного в корундовые лодочки с равными навесками материала, исследовали в интервале температур 100 – 1000 С через каждые 100 С. Измерения проводились через каждые 15 минут до полного прекращения потери массы.

Фазовый состав определяли методом рентгеновского фазового анализа (РФА) на дифрактометре ДРОН-1,5 (излучение CuK, никелевый фильтр).

Экспериментальные результаты.

Изменение массы при термическом разложении осадка метакремниевой кислоты представлены на рис. 1. Эти исследования показали, что масса образца с течением времени при всех температурах термообработок уменьшается и через определенный промежуток времени становится постоянной.

При температуре 100 С масса образца достигает постоянной величины через 1,5 часа и составляет 52 мас % (здесь и далее мас %.) от исходной, для температуры 200 С – за 0,5 часа и составляет 51,3 %. За 0,25 часа при 300 С и при 400 С – 49,3 % и 48,3 %, соответственно.

При 500 С через 0,25 часа достигла такой же величины – 48,3 %.

Далее масса образца существенно не менялась и при температурах 600 – 1000 С за 0,25 часа составляла 46 % (на рис. 1 не приведены).

Результаты термогравиметрического дифференциально-термического анализа полученного осадка метакремниевой кислоты представлены на рис. 2.

–  –  –

На кривой ДТА, в интервале температур 20 – 355 С находится ярко выраженный острый эндотермический эффект с минимумом при 150 С.

В интервале температур 820 – 840 С наблюдается незначительный экзотермический эффект.

Вид термогравиметрической кривой свидетельствует о том, что потеря массы происходит в интервале температур от 20 С и до 700 С.

Основная потеря массы (27 %) происходит в интервале температур 20 – 200 С.

В интервале температур 200 – 700 С потеря массы не велика и составила 3 %.

Далее до 1000 С потеря массы на термогравиметрической кривой отсутствует.

Вид кривой ДТГ соответствует характеру потери массы.

На рис. 3 представлены дифрактограммы силикагеля метакремниевой кислоты после сушки и термообработки при температурах 200 С и 500 С.

Все три диффрактограммы содержат «гало», каждое из которых отличается угловым интервалом расположения, положением максимума и интенсивностью.

Рис. 2. Результаты ТГ/ДТА осадка метакремниевой кислоты На дифрактограмме (рис. 3) высушенного силикагеля наблюдается несимметричное гало, расположенное в угловом интервале 14 – 38, с максимумом примерно при 23,5.

С повышением температуры термообработки до 200 С наблюдается изменение формы «гало». Левая граница смещается в сторону больших углов, а правая в сторону меньших углов. Таким образом «гало» располагается в угловом интервале 16 – 30,5. Также наблюдается изменение положения максимума, который, в данном случае, расположен примерно при 21.

«Гало» имеет еще более не симметричную форму. Повышение температуры отжига до 500 С не приводит к изменениям дифракционной картины.

Положение «гало» (рис. 4) сохраняется до температуры отжига 800 С. При этом наблюдается только увеличение интенсивности «гало».

Повышение температуры отжига до 900 С приводит к началу кристаллизации аморфного вещества. На фоне «гало» отчетливо видны дифракционные отражения. Форма «гало» не изменяется за исключением смещения правой границы в сторону меньших углов не более чем на 0,5. Согласно литературным данным [6], при этой температуре отжига кристаллизуется SiO2 (-кристобалит). При повышении температуры отжига до 1000 С все аморфное вещество переходит в кристаллическую состояние.

–  –  –

Результаты и обсуждение.

Учитывая тот факт, что согласно ДТ/ТГ анализа (рис. 2) и кривым падения массы (рис.1), основная потеря массы наблюдается в интервале температур 100 – 200 С и по рентгено-дифрактометри-ческим данным изменяется форма и расположение «гало», можно предположить, что при температуре отжига 200 С метакремниевая кислота переходит в аморфный оксид кремния. В интервале температур 200 – 800 С аморфное вещество остается оксидом кремния SiO 2. Несмотря на незначительное падение массы в данном диапазоне температур, форма и положение «гало» не меняется.

При 820 – 840 С наблюдается начало кристаллизации -кристобалита из аморфного оксида кремния. Рентгеновские линии -кристобалита появились на фоне не изменившего формы «гало».

В работе [6] отмечается, что термическое разложение обезвоженной метакремниевой кислоты в отсутствие ионов щелочных металлов приводит к кристаллизации кристаболита, а в присутствии даже их небольших количеств, происходит образование тридимита. Наши исследования подтвердили, что термическое разложение хорошо отмытой метакремниевой кислоты в отсутствии ионов щелочных металлов, приводит к формированию аморфного оксида кремния с его последующей кристаллизацией в виде единственной фазы – -кристобалита.

Выводы.

Таким образом, исходя из результатов работы, можно сделать следующие выводы:

1. Получен высокодисперсный порошок аморфного оксида кремния, который может являться одним из основных компонентов для синтеза минералоподобных керамических материалов, таких как гранаты, кордиерит и др.

2. Из данных ДТ/ТГ и РФ анализов следует, что при термическом разложении осадка метакремниевой кислоты, в интервале температур 20 – 200 С формируется аморфный оксид кремния. В интервале температур 200 – 800 С аморфный оксид кремния SiO2 не претерпевает фазовых изменений.

3. В интервале температур 820 – 840 С аморфный оксид кремния кристаллизуется в единственную фазу – -кристобалит. Это подтверждает литературные данные о кристаллизации только -кристобалита в отсутствие иона щелочного металла.

Список литературы: 1. Дубровский В.Б. Радиационная стойкость строительных материалов / В.Б. Дубровский. – М.: 1977. – 257 с. 2. Махмоуд Абдель Кордиеритовая керамика из порошков, полученных золь-гель методом: aвтореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: спец.

05.17.11 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов» / Абдель Махмоуд.

– М.: 2006. – 20 с. 3. Lee Sang-Jin. Crystallization and Densification of Nano-Size Amorphous Cordierite Powder Prepared by a PVA Solution-Polymerization Route / Sang-Jin Lee, Waltraud M. Kriven // J.

Am. Ceram. Soc. – 1988. V. 81, № 10. – Р. 2605 – 2617. 4. Лазарев А.Н. Колебательные спектры и строение силикатов / А.Н. Лазарев. – Л.: Наука, 1968. – 345 с. 5. Будников П.П. Новая керамика / [П.П. Будников, И.А. Булавин, Г.А. Выдрик и др.] Москва, 1969. – 310 c. 6. Торопов Н.А. Диаграммы состояния силикатных систем. Двойные системы: справочник / под ред. Н.А. Торопов.

– М.:

– Л.: Наука, 1965. – C. 7 – 11.

–  –  –

УДК 666.596: 544.77.022 В.Г. САЛЬНИК, канд. техн. наук, ЗАТ «Славутський комбінат «Будфарфор»»

Н.О. ТКАЧ, канд. техн. наук, НТУ України «КПІ»

КОАГУЛЯЦІЙНЕ СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ

ВЛАСТИВОСТІ КАОЛІНУ KICK-2 Наведено результати досліджень складу, властивостей поверхні, особливостей коагуляційного структуроутворення та технологічних параметрів водних систем каоліну KICK-2 як сировини для виробництва кераміки методами литва.

The results of researches of composition, properties of a surface, features of the coagulation structures formation and technological parameters of water systems kaolin KICK-2 as raw material for manufacture of ceramics by casting are presented.

Вступ.

Розширення сировинної бази виробництва санітарної кераміки стало необхідною умовою оптимізації технологічного процесу особливо в зв’язку з диференціацією методів формування – стендовим литвом в гіпсові форми та литвом під тиском в синтетичні форми [1]. При цьому, зважаючи на рекомендації компаній-виробників нового обладнання, поширюється практика застосування нової для вітчизняних підприємств сировини, в тому числі глинистої [2 – 4]. Зважаючи на особливості процесів структуроутворення і технології литва санітарної кераміки, застосування нової сировини потребує більш поглибленого вивчення речовинного складу та фізико-хімічних властивостей, що стало метою нашої роботи.

–  –  –

Проба каоліну KICK-2 за вмістом 11,2 мас. % тонкодисперсних частинок фракцій 0,001 мм належать до групи грубодисперсних, а за загальним вмістом 61,65 мас. % частинок фракцій 0,01 мм – до середньодисперсних.

Гідрофільність і реологічні властивості дослідних каолінів.

В сучасній технології санітарної кераміки використовуються шлікерні маси, що відрізняються за хіміко-мінералогічним та гранулометричним складами, концентрацією частинок дисперсної фази. Особливості та характер утворення коагуляційних структур і технологічні параметри мас пов’язані з властивостями сировинних компонентів: гідрофільністю, дисперсністю, сорбційною активністю, здатністю до обміну іонами, набуханням та ін.

В глинистих системах важливим є взаємодія води з дисперсною фазою.

Енергетична ненасиченість поверхневих молекул глинистих частинок обумовлює інтенсивне притягнення молекул дисперсійного середовища з утворенням мономолекулярного шару води. Адсорбована вода першого молекулярного шару є зв’язуваною і утримується найбільш міцно. Експериментально показано, що кількість зв’язуваної води зростає пропорційно величині питомої ефективної поверхні.

Вільною є вода, що іммобілізована в коагуляційній структурі, але вона тяжко витісняється внаслідок високої дисперсності системи. В гідрофобних суспензіях кількість іммобілізованої води відносно незначна і зростає при переході ло більш гідрофільних дисперсних фаз.

Змачуваність водою пов'язується з кристалохімічною будовою твердих тіл, молекулярною природою поверхні і наявністю на ній таких центрів чи радикалів, що приєднують до себе молекули води за допомогою водневих зв’язків. Отже вихідні властивості поверхні сировинних компонентів необхідно враховувати при практичному визначенні раціональних складів шлікерних мас для литва кераміки [6].

В цьому зв’язку експериментально встановлено (табл. 4), що дослідна проба каоліну KICK-2 відрізняється від глуховецького КС-1 більшими змочуванням при натіканні полярною (водою) і неполярною (бензолом) рідниною та коефіцієнтом ліофільності (0,183 і проти 0,123) при дещо меншій ефективній питомій поверхні (по воді).

–  –  –

Проведений нами аналіз дозволив виявити особливості деформа-ційних процесів водних систем дослідних каолінів [7 – 9].

При концентрації дисперсної фази близько 40 мас. % і вологості, що забезпечує необхідну технологічну плинність, суспензія глуховецького КС-1 характеризується розвитком швидкої еластичної 0’, повільної еластичної 2’ та пластичної 1’ деформацій, що відповідає V-му структурно-механічного типу, коли 1’ 2’ 0’ (табл. 5).

–  –  –

Із збільшенням концентрації дисперсної фази до 50 мас. % при зменшенні вологості має місце розвиток швидкої еластичної деформації (1,56108 проти 0,4010 8), що свідчить про зростання в водній системі каоліну найбільш міцних контактів частинок типу кут-кут, кут-ребро, ребро-ребро. В той же час незначне зменшення повільної еластичної деформації (0,67108 проти 0,58108) вказує на відносну стабільність контактів частинок типу площинакут, площина-ребро, площина-площина. Одночасно значно зменшується пластчна деформація (15,38108 проти 26,99108), що пов’язується з підвищенням стійкості та погіршенням плинності суспензії. Внаслідок вказаних змін водна система КС-1 переходить з V до IV-го структурно-механічного типу, коли 1’ 0’ 2’.

При цьому зростає умовний модуль деформації E (1,1410 -3 проти 0,7410-3), що свідчить про зміцнення коагуляційної структури за рахунок збільшення числа і контактів частинок в одиниці об’єму.

При однаковій з глуховецим КС-1 концентрації дисперсної фази (C) та вологості суспензія KICK-2 також відноситься до IV-го структурномеханічного типу, коли 1’ 0’ 2’, проте існує певна різниця в кількісних значеннях та співвідношенні різновидів деформації. Водна система KICK-2 відзначається меншим розвитком швидкої еластичної деформації 0’ (1,16108 проти 1,56108) і коефіціентом стійкості Ку = 0’/C (0,08 проти 0,18), меншим розвитком повільної еластичної деформації 2’ (0,3610 8 проти 0,58108) та значно більшим розвитком пластичної деформації 1’ (28,17108 проти 15,38108).

Таким чином при однаковій концентрації дисперсної фази суспензій у випадку KICK-2 в порівнянні з глуховецьким КС-1 із зменшенням ефективної питомої поверхні (30,74 проти 35,97 м2/г), збільшенням вмісту грубодисперсних частинок більших 0,01 мм (38,35 проти 11,95 %) значно зростає пластичність, зменшуються період істинної релаксації та стійкість коагуляційної структури.

Як свідчать результати аналізу реологічних властивостей (табл. 6) водна система глуховецького КС-1 із збільшенням дисперсної фази від 38,0 до 50 мас. % при зменшенні вологості характеризується значним зростанням умовної динамічної межі плинності Рк2, збільшенням найменшої пластичної (бінгамівської) в’язкості mХ та динамічної пластичності за Воларовичем.

При цьому відповідно до збільшення в’язкості mХ погіршується плинність суспензії (3,91 проти 6,66).

Очевидно, що водна система KICK-2 досягає приблизно рівних з КС-1 показників реологічних властивостей при суттєво більшій концентрації дисперсної фази (49,0 проти 38,0 мас.%), а при однаковій з глуховецим КС-1 концентрації дисперсної фази та вологості суспензія KICK-2 відзначається меншими Рк2, mХ, та значно більшою плинністю (6,25 проти 3,91).

–  –  –

Отримані результати тестувань плинності водних систем дослідних каолінів погоджуються з викладеним вище аналізом структурно-механічних і реологічних властивостей (рисунок).

–  –  –

–  –  –

Очевидно, що водна система KICK-2 розріджується при суттєво більшій концентрації дисперсної фази та відповідно меншій вологості, ніж глухове цький КС-1.

При цьому суспензія KICK-2 досягає необхідної технологічної плинності 6 – 7 с по віскозиметру Енглера при вологості на 10,0 мас. % меншій, ніж суспензія каоліну КС-1 (відповідно при 50,0 проти 60,0 мас. %). Більший ступінь загусності суспензії KICK-2 у порівнянні з КС-1 (табл. 7) пов’язується, перш за все, з відзначеною вище меншою стійкістю (Ку), а не тиксотропним зміцненням, що також підтверджується меншим показником найбільшої пластичної в’язкості 1 (табл. 5).

–  –  –

Висновки:

1. Каоліни KICK-2 і КС-1 є продуктами мокрого збагачення, проте особливості вихідної сировини в випадку KICK-2 зумовлюють відмінності хіміко-мінералогічного складу та дисперсності – підвищений вміст польового шпату (мікрокліну), менший вміст каолініту, грубодисперсність.

2. Особливості структури і властивостей поверхні каоліну KICK-2 у порівнянні з КС-1 проявляються в більшій ліофільності та гідрофільності при меншій ефективній питомій поверхні.

3. За розвитком деформаційних процесів коагуляційна структура водних систем дослідних каолінів при однаковій концентрації дисперсної фази (C) та вологості відноситься до IV-го структурно-механічного типу, коли 1’ 0’ 2’, проте існує певна різниця в кількісних значеннях та співвідношенні різновидів деформації. Водна система KICK-2 відзначається меншим розвитком швидкої еластичної деформації 0’ і коефіціентом стійкості Ку = 0’/C, меншим розвитком повільної еластичної деформації 2’ та значно більшим розвитком пластичної леформації 1’.

4. Водна система KICK-2 досягає приблизно рівних з КС-1 показни-ків реологічних властивостей при суттєво більшій концентрації дисперсної фази (49,0 проти 38,0 мас. %), а при однаковій з КС-1 концентрації диспер-сної фази та вологості відзначається меншими Рк2, mХ, та значно більшою плинністю, що підтверджується результатами технологічних тестувань.

5. При приблизно рівній концентрації дисперсної фази за однаковий час литва більша маса відливки KICK-2 у порівнянні з КС-1 пояснюється відносно більшою питомою масою породоутворюючих мінералів.

Список літератури: 1. Сальник В.Г. Питання виготовлення санітарної кераміки литвом під тиском / В.Г. Сальник, В.А. Свідерський, Л.П. Черняк // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – Харків: – 2008. – № 3/1 (33). – С. 72 – 76. 2. Пищ И.В. Реологические свойства шликеров для производства санитарных керамических изделий / И.В. Пищ, Ю.А. Климош, Е.И. Гапанович // Стекло и керамика. – 2006. – № 8. – С. 14 – 16. 3. Михалев В.В. Каолины для производства санитарно-технических изделий / В.В. Михалев, А.С. Власов // Стекло и керамика. – 2006. – № 9.

– С. 17 – 21. 4. Михалев В.В. Свойства глин для производства санитарно-технических изделий / В.В. Михалев, А.С. Власов // Стекло и керамика. – 2007. – № 3. – С. 10 – 13. 5. Schwerdtner G. Kaolin Kemmlitz / G. Schwerdtner, H. Anger, M. Storr. – Free State of Saxony: Saxony State Office for Environment and Geology. – 2006. 6. Сальник В.Г. Властивості поверхні промислових каолінів / В.Г.

Сальник // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – Харків: – 2009. - № 1/4 (37). – С. 10 – 14. 7. Круглицкий Н.Н. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов / Н.Н. Круглицкий. – К.: Наукова думка, 1968. – 320 с. 8. Физико-химическая механика дисперсных минералов. / [С.П. Ничипоренко, Н.Н. Круглицкий, А.А. Панасевич, В.В.

Хилько]; под общ. ред. Круглицкого Н.Н. – К.: Наукова думка, 1974. – 246 с. 9. Ходаков Г.С. Реология суспензий. Теория фазового теченияи и ее экспериментальное обоснование / Г.С. Ходаков // РХЖ (Журнал. Рос. хим. общества им. Д.И. Менделеева). – 2003. – Т. XLVII, № 2. – С. 33 – 44.

–  –  –

УДК 504.37.054, 662.754 Ю.В. КРАВЦОВА, ОАО «УкрНИИхиммаш»

АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ

В статті розглянуто проблему забруднення атмосферного повітря внаслідок перманентного технічного та антропогенного впливу на навколишне середовище. Наведено статистичні данні росту викидів шкідливих речовин у атмосферу. Міри втручання на природу можуть створити такі проблеми екосистеми,як порушення середу генетичної передвизначенності самої людини. В звязку з цим, екологічний та нравственні імперативи повинні мати пріоритет у суспільстві.

In clause problems of pollution of atmospheric air owing to permanent technical and anthropogenous influence on an environment are considered. Statistical data of growth of emission of harmful substances in an atmosphere are cited. Measures of influence on the nature can create such problems ekosistems. As infringement of genetic predefiniteness of the person. In this connection economic and moral imperatives should have priority in a society.

Введение. Человеческое общество развивается за счет материальноэнергетических и информационных возможностей окружающей среды. Экологические проблемы эксплуатации автомобилей обусловлены потреблением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды. Современный кризис редуцентов соответствует развитому этапу научно-технической революции обратим и будет разрешен регулированием коэволюции: построением ноосистемы и ноосферы в будущем.

Постановка задачи. С каждым годом увеличивается количество автомобилей в Украине, табл. 1 и вредных выбросов в атмосферу, табл. 2.

–  –  –

Рис. 1. Рост вредных выбросов от стационарных и передвижных источников загрязнений Люди, животные и растения дышат воздухом в котором выбросы от источников загрязнений представляют собой по химическому составу [2] газовую фазу: сернистый ангидрит, окись углерода, окислы азота, кислород, фтористые соединения, сероуглерод, хлор, синильная кислота, ртуть, аммиак, мышьяк и его соединения, углеводороды (предельные и непредельные, ароматические), фенол, кислородсодержащие и азотсодержащие органические соединения и пр.; жидкую фазу: кислоты, щелочи, растворы солей, растворы жидких металлов и их солей, органические соединения,, кислородсодержащие и азотсодержащие органические соединения фенолы и пр.; твердую фазу: канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и пр. Из-за растворенных в атмосферной влаге промышленных выбросов идут кислотные дожди с рН5,6.

Развитие автомобилизации ведет к загрязнению населенной местности. Содержание и ремонт автотранспорта связаны не только с материальными затратами, но и загрязнением воды и почвы, табл. 3, [1]

–  –  –

Так в Харькове автомобили с бензиновым двигателем составляют 94 % и на их долю в общем загрязнении атмосферы автотранспортом приходится 85 % вредных выбросов: бенз(а)пирен NO х, формальдегид, фенол, пыль [3].

Оценка ущерба от загрязнений определяется экономическими и экологическими потерями: более быстрый износ инженерных сооружений от коррозии, искажение технологических процессов от загрязненного воздуха и воды; увеличение заболеваемости и снижение трудоспособности населения, ухудшение качества сельхозпродукции и др. последствиями, связанными с физическими, химическими, биологическими загрязнениями окружающей среды.

Контролировать состав отработавших газов автомобилей можно при помощи газоанализаторов стационарного или переносного типов.

Содержание СО2, СО, NО х,SО2, СН и других газов не должно превышать ПДК для каждого компонента в отдельности:

если Х ПДК, то Х є D 1, (1)

–  –  –

где D1 – диагноз неопасного значения компонента для окружающей среды, D2 – диагноз опасного значения компонента для окружающей среды.

Таким образом, состав отработавших газов и их концентрации можно идентифицировать как выходные параметры оценки топливной системы, как диагностические признаки экономичности топлива, рис. 2, табл. 4.

–  –  –

По графу (рис. 2) прослеживается влияние на состав отработавших газов состава топлива процесса сгорания. Физико-химические свойства топлива определяют расход топлива и воздуха. Стехиометрический коэффициент бензина для двигателей внутреннего сгорания 15. Но если воздух загрязнен, для обеспечения необходимого кислорода для сгорания топлива нужно подавать большее количество воздуха. Из этого следует, что автомобили загрязняют и потребляют атмосферный воздух с прогрессией. Смесь токсичных веществ, каждое из которых имеет концентрацию ниже ПДК, может оказаться в таком критическом состоянии, что добавка даже малого ядовитого компонента уменьшает содержание в ней кислорода, делает смесь токсичной.



Pages:     | 1 || 3 |
Похожие работы:

«RU 2 353 978 C1 (19) (11) (13) РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (51) МПК G09D 3/08 (2006.01) ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21), (22) Заявка: 2007123539/12, 18.06.2007 (72) Автор(ы): Чайкин Константин Юрьевич (RU) (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 18.06.2007...»

«Сергей Андронникович Павлович Знай и умей. Самодельные коллекции по ботанике и зоологии OCR – Черновол В.Г. http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=157267 Знай и умей. Самодельные коллекции по ботанике и зоологии: Ленинградское отделение Детгиза; Ленинград; 1961 Анно...»

«ИТОГИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. Самарская Лука. 2009. – Т. 18, № 4. – С. 70-77. УДК 504.4.062.2 ВОДНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА "ВОДЛОЗЕРСКИЙ" © 2009 А.В. Барсова* Национальный парк...»

«Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории ПЕРКОЛЯЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ПОСТСЕДИМЕНТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ В О...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ОСВОЕНИЮ...»

«1 Пояснительная записка Рабочая программа составлена с учетом Федерального Государственного стандарта, программы по биологии авторов И.Н. Пономарева, Н.М. Чернова ( Природоведение. Биология. Экология : 5 – 11 кл.: программы. М.: ВентанаГраф, 2010. – 17...»

«ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа по предмету "Технология" для средней ступени образования, 5, 6,7, 8 классов составлена на основе:Примерная программа по учебным предметам: Технология 5-9 классы(-М...»

«Т.А. Ларичев, В.П. Морозов, Т.Ю. Кожухова Химия: опорные конспекты и методические указания Учебное пособие Кемерово 2009 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО Кемеровский государственный у...»

«ИНС ТРУКЦИЯ Универсальная транспортная карта для забора, хранения и транспортировки биологических образцов для дистанционной лабораторной диагностики ООО "Биологическая среда", Российская Федерация, 1 1024, город Москва, улица Энтузиастов 2-я, дом 5 ОГЛАВЛЕНИЕ СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 3 НАЗНАЧЕНИЕ 3 ПРИНЦИП...»

«Образовательное учреждение высшего образования Тверской институт экологии и права Кафедра Уголовноправовых дисциплин РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ) СУДЕБНАЯ СТАТИСТИКА Направление подготовки 030900.62 "Юриспруденция" Профиль подготовки "о...»

«Математическая биология и биоинформатика 2015. Т. 10. № 2. С. 548–561. doi: 10.17537/2015.10.548 ===================ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ============ ==================ТЕХНОЛОГИИ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ============ УДК: 531:[617:681.518] Исследование механических характеристик костных тканей с помощью автоматизир...»

«ISSN 0536 – 1036. ИВУЗ. "Лесной журнал". 2008. № 6 11 УДК 630*181.65 В.И. Таранков, Е.Е. Мельников, В.В. Акулов, С.М. Матвеев Таранков Владимир Иванович родился в 1929 г., окончил в 1951 г. Воронежский лесотехнический институт, доктор биологических наук, профессор кафедры лесоводства Воронежской государственной лесотехнической академии....»

«ТВЕРСКОЙ ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ И ПРАВА Утверждено на заседании кафедры гражданско-правовых дисциплин Протокол № 4 от 05.11.2014 г. Зав. каф. Толстова И.А. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ И ЗАЩИТЕ ДИПЛОМНОЙ Р...»

«Пояснительная записка Настоящая программа по химии составлена для учащихся 10-11 классов биологического профиля на профильном уровне в объеме по 102 часа (3часа в неделю) Настоящая программа разработана на основе Примерных программ основного общего образования по химии (...»

«Теория вероятностей 1 лекция © Составитель: доцент кафедры медицинской и биологической физики Романова Н.Ю. Введение. Теория вероятностей – это математическая наука, изучающая закономерности случайных явлений. Математическая статистика – это наука об обра...»

«1. Цель освоения дисциплины Целью освоения дисциплины "Генетика" является формирование у студентов навыков генетического анализа на организменном и популяционном уровнях для сознательного управления процессами формообразования, биологического констру...»

«Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия "Биология, химия". Том 26 (65). 2013. № 4. С. 9-21. УДК 591.471.37:597/599 К МЕТОДАМ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ КОНЕЧНОСТЕЙ (ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ) Брошко Е.О. Институт зоологии им. И....»

«RU 2 372 210 C2 (19) (11) (13) РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (51) МПК B60C 11/00 (2006.01) B60C 1/00 (2006.01) ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21), (22)...»

«Руководство пользователя m2 AAD 03.13.02 RU содеРЖаНИе Предупреждение 1. Введение 2. Конструкция 2.1 Отдельные части прибора 2.2.1 Контрольный блок 2.2.2 Блок управления 2.2.3 Пиропатрон 3. Функция 3.1 Принцип действия 3.2 Функциональные режимы 3.2.1 STANDARD-mode (моде) 3.2.2 UP-mode (моде) 3.2.3 DOW...»

«Аннотация к программе по биологии для 11 класса (профильный уровень) Рабочая программа разработана на основании следующих документов: Федерального компонента ГОС среднего (полного) общего образования по биологии (2004 г.), Федеральн...»

«МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УТВЕРЖДАЮ Заместитель Министра здравоохранения – Главный государственный санитарный врач Республики Беларусь _И.В. Гаевский 23.12.2013 Регистрационный № 007-1013 МЕТОД ПРОВЕДЕНИЯ ПОЛИМЕРАЗНОЙ ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ...»

«Анастасия Парфенова Танцующая с Ауте Серия "Танцующая с Ауте", книга 1 OCR BiblioNet; Spellcheck – WayFinder; Вычитка – KLex (проект вычитки книг на Альдебаране) http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=119726 Аннотация Чт...»

«МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ УДК 539.211:544.723.23 МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЙ ТРАНСПОРТ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ П.П. Горбик1, И.В. Дубровин1, А.Л. Петрановская1, М.П. Турелик1, Л.П. Сторожук1, В.Н. Мищенко1, Н.В....»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.