Регенерація та альтернативне використання відпрацьованих піщано-рідкоскляних сумішей, які структуровані дегідратацією рідкого скла
DOI:
https://doi.org/10.15407/steelcast2026.02.046Ключові слова:
піщано-рідкоскляні суміші, гідрорегенерація, водостійкість, силікатні манжети, дегідратація, ресурсозбереження, вторинна сировинаАнотація
Актуальність. Актуальність роботи обумовлена необхідністю зниження екологічного навантаження, зумовленого відпрацьованими формувальними сумішами ливарного виробництва, та розроблення високоефективних низькоенерговитратних ресурсозберігаючих технологій їх регенерації.
Отримані результати. Встановлено, що водостійкість піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані за рахунок дегідратації, має інверсійний характер залежності від вмісту рідкого скла та тривалості ПМЗ-структурування, що обумовлено конкуренцією процесів формування та дегідратації силікатних манжет. Показано, що руйнування структури у воді має дифузійно-кінетичну природу і визначається температурою, об’ємом води та вмістом зв’язувального. Запропоновано параметр ΘПМЗ, який узагальнює вплив складу та режимів структурування на властивості системи. Встановлено, що міцність, водостійкість і тривалість гідрорегенерації описуються монотонними експоненційними залежностями з асимптотичним виходом на насичення від параметра ΘПМЗ. Отримано аналітичну модель для оцінки витрати нейтралізуючого реагенту з похибкою не більше 10 %. Показано можли- вість ефективної гідрорегенерації з обмеженим об’ємом води та повторного використання суміші.
Наукова новизна. Вперше введено узагальнений безрозмірний параметр ΘПМЗ, який інтегрує кількість рідкого скла та ступінь його дегідратації і визначає структурний стан піщано-рідкоскляної суміші, що структурована за рахунок дегідратації, та комплекс її властивостей. Встановлено єдину закономірність взаємозв’язку між міцністю, водостійкістю та тривалістю гідрорегенерації через параметр ΘПМЗ, що інтерпретується як перколяційного типу перехід у структурі міжзеренного силікатного каркаса.
Практичне значення. Отримані результати дозволяють оптимізувати режими ПМЗ-структурування і гідрорегенерації піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані за рахунок дегідратації, забезпечуючи зниження витрат води, енергії та зв’язувального при збереженні рівнів необхідних їм технологічних властивостей.
Завантажити
Посилання
Sgarlata, C., Ariza-Tarazona, M. C., Paradisi, E., Siligardi, C., & Lancellotti, I. (2023). Use of Foundry Sands in the Production of Ceramic and Geopolymers for Sustainable Construction Materials. Applied Sciences, 13(8), article 5166. https://doi.org/10.3390/app13085166
Gedik, A., Lav, A. H., & Lav, M. A. (2018). Investigation of alternative ways for recycling waste foundrysand: an extensive review to present benefits. Canadian Journal of Civil Engineering, 45(6), 423-434. https://doi.org/10.1139/cjce-2017-0183
Mhaya, A. M., Shahidan, S., Goel, A., & Huseien, G. F. (2024). Effect of metakaolin content and shape design on strength performance of lightweight rubberized geopolymer mortars incorporated slag-waste glass powders. Construction and Building Materials, 432, article 136500. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136500
Boukherroub, T., D’amours, S., & Rönnqvist, M. (2018). Sustainable forest management using decision theaters: rethinking participatory planning. Journal of Cleaner Production, 179, 567-580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.01.084
Kirchherr, J., Reike, D., & Hekkert, M. (2017). Conceptualizing the circular economy: An analysis of 114 definitions. Resources, Conservation and Recycling, 127, 221-232. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.09.005
Domingues, L. G. F., Dos Santos Ferreira, G. C., & Pires, M. S. G. (2022). Physicochemical and microbiological characteristics of waste foundry sand used in landfills. Environmental Monitoring and Assessment, 194(10), article 725. https://doi.org/10.1007/s10661-022-10355-7
Penkaitis, G., & Sígolo, J. B. (2012). Waste foundry sand: Environmental implication and characterization. Geologia USP. Série Científica, 12(3), 57-70. https://doi.org/10.5327/Z1519-874X2012000300004
Fore, S., & Mbohwa, C. (2010). Cleaner production for environmental conscious manufacturing in the foundry industry. Journal of Engineering, Design and Technology, 8(3), 314-333. https://doi.org/10.1108/17260531011086180
Novák-Szabó, T., Sipos, A. Á., Shaw, S., Bertoni, D., Pozzebon, A., Grottoli, E., Sarti G., Ciavola P., Domokos G., & Jerolmack, D. J. (2018). Universal characteristics of particle shape evolution by bed-load chipping. Science. Advances, 4(3), article eaao4946. https://doi.org/10.1126/sciadv.aao4946
Meena, M., Kumar, H., Chaturvedi, N. D., Kovalev, A. A., Bolshev, V., Kovalev, D. A., et al. (2023). Biomass Gasification and Applied Intelligent Retrieval in Modeling. Energies, 16(18), article 6524. https://doi.org/10.3390/en16186524
Xie, J., & Zhu, Yo. (2020). Association between ambient temperature and COVID-19 infection in 122 cities from China. Science of The Total Environment, 724, article 138201. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138201
Han, B., Jin, X., Xiang, X., Rui, S., Zhang, X., Jin, Z., & Zhou, Yi. (2021). An integrated evaluation framework for Land-Space ecological restoration planning strategy making in rapidly developing area. Ecological Indicators, 124, article 107374. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.107374
Amin, K. M., & Mufti, N. A. (2012). Investigating cooling curve profile and microstructure of a squeeze cast Al–4%Cu alloy. Journal of Materials Processing Technology, 212(8), 1631-1639. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2012.02.017
Jiang, Zh., Sun, Zh., & Wang, P. (2006). Internal relative humidity distribution in high-performance cement paste due to moisture diffusion and self-desiccation. Cement and Concrete Research, 36(2), 320-325. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005.07.006
Morgado, E. (2004). Influence of light-soaking and annealing on electron and hole mobility–lifetime products in a-Si:H. Journal of Non-Crystalline Solids, 338-340, 386-389. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2004.03.004
Fan, Z. T., Huang, N. Y., & Dong, X. P. (2004). In house reuse and reclamation of used foundry sands with sodium silicate binder. International Journal of Cast Metals Research, 17(1), 51-56. https://doi.org/10.1179/136404604225020551
Wan, H., Yuan, L., & Zhang, Y. (2020). Insight Into the Leaching of Sodium Alumino-Silicate Hydrate (N-A-S-H) Gel: A Molecular Dynamics Study. Frontiers in Materials, 7, article 56. https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00056
Dupuis, R., Pellenq, R., Champenois, J.-B., & Poulesquen, A. (2020). Dissociation Mechanisms of Dissolved Alkali Silicates in Sodium Hydroxide. The Journal of Physical Chemistry C, 124(15), 8288−8294. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c01495
Lu, Jj., He, W., Yang, L., & Wang, H. (2023). Reclamation of CO2 sodium silicate used sands by steam leaching. China Foundry, 20, 537-544. https://doi.org/10.1007/s41230-023-1174-y
Qiu, Yo., Pan, H., Zhao, Q., Zhang, J., Zhang, Ya., & Guo, W. (2022). Carbon dioxide-hardened sodium silicate-bonded sand regeneration using calcium carbide slag: The design and feasibility study. Journal of Environmental Chemical Engineering, 10(3), article 107872. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107872
Arias-Gaviria, J. (2019). Adoption of sea water air conditioning (SWAC) in the Caribbean: Individual vs regional effects. Journal of Cleaner Production, 227, 280-291. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.155
Mehta, V. (2024). Sustainable approaches in concrete production: An in-depth review of waste foundry sand utilization and environmental considerations. Environmental Science and Pollution Research, 31(16), 23435-23461. https://doi.org/10.1007/s11356-024-32785-1
Park, C.-L., Kim, B.-G., & Yu, Yo. (2012). The regeneration of waste foundry sand and residue stabilization using coal refuse. Journal of Hazardous Materials, 203-204, 176-182. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.11.100
Ismail, A. A. M., Kannadasan, K., Pichaimani, P., Arumugam, H., & Muthukaruppan, A. (2020). Synthesis and characterisation of sodium silicate from spent foundry sand: Effective route for waste utilization. Journal of Cleaner Production, 264, article 121689. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121689
Qiu, Yo., Pan, H., Guo, W., Xue, C., & Zhao, Q. (2024). Feasibility of using pretreated sodium silicate-bonded waste foundry sand as fine aggregates for construction mortar. Journal of Building Engineering, 86, article 108878. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.108878
García, G., Cabrera, R., Rolón, J., Pichardo, R., & Thomas, C. (2024). Systematic review on the use of waste foundry sand as a partial replacement of natural sand in concrete. Construction and Building Materials, 430, article 136460. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136460
Method for manufacturing casting molds and rods from a liquid glass mixture: pat. 122538 Ukraine: МPК В22С 9/10, 9/12. № а 201901350; announced 11.02.2019; published 25.11.2020, Bul. № 22. 7 p. [in Ukrainian].
Solonenko, L., Repyakh, S., & Uzlov, K. (2021). Mold and rod mixtures structuring by steam-microwave solidification method. Metal Journal, (2), 23-31. https://www.researchgate.net/publication/360219604_STRUKTURUVANNA_FORMUVALNIH_TA_STRIZNEVIH_SUMISEJ_ZA_SPOSOBOM_PARO-MIKROHVILOVOGO_ZATVERDINNA [in Ukrainian].
Solonenko, L. I. , Repiakh, S. I., Uzlov, K. I., Mamuzich, I., Bilyi, O. P., & Kimstach, T. V. (2021). Water resistance of structured sand-sodium-silicate mixtures. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 41-46. https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-4/041
Burkowicz, A., Galos, K., & Guzik, K. (2020). The Resource Base of Silica Glass Sand versus Glass Industry Development: The Case of Poland. Resources, 9(11), article 134. https://doi.org/10.3390/resources9110134
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Л.І. Солоненко, С.І. Реп’ях, О.П. Білий
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
