Фосфати натрію є принципово новими зв’язувальними матеріалами для ливарного виробництва. У наших попередніх дослідженнях визначено фізико-хімічні особливості їх отримання [1], а також комплекс основних показників стрижневих сумішей з ними [2]. Відзначено високу міцність, на рівні з синтетичними смолами і рідким склом, а також низьку схильність до утворення пригару на виливках із сталі та чавуну.

З іншого боку, фосфати натрію є водорозчинними, і теоретично можливим є вилучення стрижнів із виливків за допомогою води. В такому разі слід унеможливити потрапляння цих фосфатів до водних екосистем, що призводить до ряду відомих негативних наслідків [3, 4]. Це можливо реалізувати у два способи: забезпечити систему захисту від витоку шкідливих речовин, або дослідити можливості повторного використання фосфатів натрію.

Для отримання фосфатного зв’язувального компонента використано ортофосфорну кислоту концентрацією 85% (1 мас. ч.) та триполіфосфат натрію Na₅P₃O₁₀ технічної чистоти (5 мас. ч.), суміш із яких витримано протягом 1 год при температурі 150 ^оС. Після хімічної взаємодії матеріал складається із триполіфосфату натрію Na₅P₃O₁₀ та двозаміщеного пірофосфату натрію Na₂H₂P₂O₇.

До складу суміші увійшло 5% вказаного ЗК, 5% води, решта – кварцовий пісок. Зразки попередньо сушили в лабораторній камерній електропечі при температурі 150 ^оС. Після цього їх нагрівали в муфельній печі до різних температур від 400 до 900 ^оС, з витримкою 30 хв.

Після охолодження зразки було поміщено в холодну воду. Спершу розміщували зразки, які було нагріто до 400 ^оС, та визначали тривалість їх знеміцнення у воді. Момент знеміцнення фіксували, коли зразки руйнувались у водному середовищі без додаткового навантаження, після доторкання до них. Після цього в воді розміщували зразки, які було нагріто до 500 ^оС, і всі наступні партії.

Установлено, що зразки суміші, нагріті до температур 400 і 500 ^оС, повністю знеміцнились у холодній воді впродовж 1…2 хв. Після нагрівання до температур в межах 600…700 ^оС зразки розчиняються впродовж 5 хв. Зразки, нагріті до 800 ^оС, знеміцнюються впродовж 10…15 хв, нагріті до 900 ^оС – за 30…40 хв.

Це означає, що для виливків із будь-яких сплавів, незважаючи на високу залишкову міцність цієї суміші, можна рекомендувати вилучення стрижнів водним способом.

Стрижневу суміш після нагрівання та витримки у воді перевірено на предмет повторного зміцнення. Наявність у складі оборотної суміші залишків зразків, які були нагріті до різних температур, наближає дослідження до реальних умов, у яких стрижні прогріваються нерівномірно. Результати визначення міцності зразків наведено на рис. 1.

Рис. 1. Порівняльна діаграма міцності базової та оборотної сумішей

Із порівняльної діаграми стає очевидним, що після повторного виготовлення зразків міцність суміші майже ідентична початковим показникам. Це означає, що наявні у складі зв’язувального компонента фосфати натрію після високотемпературного нагрівання, незважаючи на ряд фізико-хімічних перетворень у їхньому складі, здатні зберігати свою зв’язувальну здатність. Це дає змогу повторно використовувати оборотну суміш після вилучення стрижнів водним способом.

Встановлений ефект сприяє економії зв’язувального компонента, а головним чином – його ізоляції в замкненому циклі виробництва без потрапляння у водні екосистеми. Для повторного виготовлення стрижнів добавка свіжого зв’язувального компонента має бути мінімальною.

В результаті проведених досліджень вперше підтверджено можливість повторного використання зв’язувального компонента, зокрема фосфатів натрію, в складі стрижневих сумішей.

Література:

1. LiutyiR., TyshkovetsM., LiutaD., SheikoO. Physical and chemical fundamentals of sodium phosphate use in foundry production // Physicsandchemistryofsolidstate. - 2020. - V. 21, N4. - Р. 756-763.

2. Liutyi R., Petryk I., Tyshkovets M., Myslyvchenko O., Liuta D., Fyodorov M. Investigating sodium phosphate binders for foundry production // Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 2022. –https://doi.org/10.1016/j.aime.2022.100082

3. Крижановський Є.М. Дослідження тенденцій використання фосфатних миючих засобів [Електронний ресурс]  / [Крижановський Є.М., Гурко О.В., Жак А.В.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.1. – С.216–219.

4. Почапський В. Є. Дослідження впливу фосфатів синтетичних миючих засобів на процеси евтрофікації / В. Є. Почапський, С. О. Осипенко // Міжнародна науково-практична конференція «Екологічні проблеми навколишнього середовища та раціонального природокористування в контексті сталого розвитку». –  Полтава, 2019. – С. 90–94.