Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica	Wydział Odlewnictwa	Skład zespołu: Andrzej Kwiecień Krystian Malecki Jakub Matys Bartłomiej Ryński Krzysztof Magda
Laboratorium Ochrona Środowiska
Temat ćwiczenia: Oznaczanie gazotwórczości mas formierskich i rdzeniowych.	Data wykonania ćwiczenia: 28.11.2011r.	Data oddania sprawozdania:

1.Wstęp teoretyczny:

Wielopierścieniowe Węglowodory Aromatyczne (WWA)
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) stanowią liczną grupę związków

o budowie pierścieniowej, charakteryzujących się zbliżonymi własnościami fizykochemicznymi.

W stanie czystym WWA występują w postaci bezbarwnych, białych, jasnożółtych lub

jasnozielonych kryształów. Związki te słabo rozpuszczają się w wodzie, znacznie lepiej

w rozpuszczalnikach organicznych. Wiele spośród nich wykazuje zjawisko fluorescencji, co wykorzystywane jest przy ich ilościowym oznaczaniu.
WWA są śladowymi składnikami pewnych naturalnych kopalin, powstają w procesach pirolizy substancji organicznych zachodzącej w wielu procesach przemysłowych,

a także w warunkach niepełnego ich spalania. Stąd wynika wszechobecność WWA w środowisku człowieka. Dość powszechnie występują w niektórych surowcach przemysłowych i ich produktach. Należą do nich np. smoła węglowa, pak węglowy, oleje mineralne, smoła pogazowa, asfalty, sadze i olej kreozotowy.
Większość WWA występuje w powietrzu w postaci par lub aerozoli. WWA znajdujące się w powietrzu osadzone są na pyle o równoważnej średnicy ziarna, wynoszącej około 0,5 nm. W celu uwolnienia ich z pyłu zebrane próby poddawane są ekstrakcji benzenem, cykloheksanem lub innym rozpuszczalnikiem. Stężenie frakcji rozpuszczalnych w cykloheksanie lub benzenie (nazywanych również substancjami smołowymi, smolistymi lub frakcją benzenową/cykloheksanową) jest, oprócz stężeń pyłu i poszczególnych

WWA, parametrem charakteryzującym stopień zanieczyszczenia powietrza. WWA występują także w olejach, asfaltach, smołach i ich pochodnych oraz w sadzy.

BTEX
Związek ten jest akronimem dla benzenu, toluenu, etylobenzenu i ksylenu. Te związki to tylko niektóre z lotnych związków organicznych (VOC) znajdujących się w pochodnych ropy naftowej, takich jak benzyna. Toluen, etylobenzen i ksylen mają szkodliwy wpływ na ośrodkowy układ nerwowy.

2. Metodyka działań.

Badania wykonane przez nas na zajęciach laboratoryjnych w zakresie emisji gazów zostały przeprowadzone według metody opracowanej na Wydziale Odlewnictwa AGH.

Rys. 1 Schemat stanowiska do oznaczenia objętości wydzielanych gazów (gazotwórczość) i emisji BTEX

Walcowa kształtka o średnicy 50 [mm], spełniająca rolę rdzenia (4) wykonana z badanej masy zostaje oblana (3) całkowicie ciekłym stopem odlewniczym (standardowo jest to żeliwo), wprowadzonym do formy przez układ wlewowy (6). Forma wykonana jest z klasycznej masy z bentonitem na osnowie kwarcowej (2). W badanej kształtce (4) jest zamocowana stalowa rurka (7) o prześwicie 5 [mm] i średnicy zewnętrznej 10 [mm], przeznaczona do odprowadzania gazów. Drugi koniec rurki (7) jest podłączony giętkim przewodem (10) ze szklaną butlą (11) napełnioną wodą destylowaną i zamkniętą szczelnie gumowym korkiem (12). Butla (11) umieszczona jest na wadze (16), co umożliwia pomiar objętości oraz kinetykę wydzielania gazów podczas wykonywania pomiaru. Waga sprzężona jest z komputerem (17) rejestrującym zmianę masy cieczy w czasie w butli. Pomiędzy stalową rurką (7) a giętkim przewodem (10) umieszczona jest szklana rurka z węglem aktywnym, na którym są absorbowane składniki organiczne gazów wydzielających się z poszczególnych mas. W rurce znajdują się dwie warstwy węgla aktywnego oddzielone od siebie warstwą wełny szklanej. Pierwsza warstwa węgla aktywnego: jest warstwą pomiarową, natomiast druga sekcja jest warstwą kontrolną. Analizie poddawane są obie warstwy węgla aktywnego. Warstwa węgla aktywnego z zaabsorbowanymi substancjami organicznymi jest poddawana ekstrakcji w dwusiarczku węgla. Po odpowiednim przygotowaniu próbka ekstraktu jest wprowadzona na chromatograf gazowy.

Analiza jest prowadzona z zastosowaniem detektora płomieniowo-jonizacyjnego (FID). Analizowana jest zawartość następujących gazów (w zależności od badanego spoiwa): NH₃, HCN, SO₂, H₂S, fenol, BTEX (benzen, toulen, etylobenzen i ksyleny), formaldehyd, CO. Opisana metoda służy również do badania emisji pyłów i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA). Wówczas na drodze emitowanych gazów umieszczane są sączki, na których osadzają się pyły. Następnie z pyłów tych ekstrahowane są WWA.

3. Emisja gazów z masy formierskiej (mg/próbkę) – 28.11.2011r.

Desorpcja węgla aktywnego dwusiarczkiem węgla.

Warstwę adsorpcyjną A (analityczną) desorbowano V₁= 4 ml CS₂, warstwę B (zabezpieczenie) desorbowano V₂=1 ml CS₂.

Masą badaną była masa z bentonitem.

Oznaczenie próbki	Masa próbki [g]	Objętość gazów [dm^3/próbka]	Emisja gazów [mg/próbka]
			Benzen
I	172,91	3,004	56,349
II	175,84	3,811	55,898
III	176,33	2,429	24,456
IV	163,52	3,270	1,3304

4. Kinetyka i dynamika wydzielania gazów.

4.1. Wykres kinematyki wydzielania się gazów:

4.2. Wykres dynamiki wydzielania się gazów:

5. Wnioski

Związkiem który wydzielił się w najmniejszych ilościach z badanej masy jest etylobenzen, natomiast największa wartość pod względem wydzielanego gazu osiągnął benzen.
Z powyższych wykresów odczytujemy zależność z której wynika ze początkowo gazy wydzielają się bardzo szybko, a po pewnym czasie szybkość wydzielania spada.