'Zwykłym sposobem utylizacji odpadów lakierniczych jest ich spalanie, najgorszym sposobem jest ich składowanie. Sposób ten nie powinien być jednak stosowany do spalania odpadów, w wyniku którego mogą się tworzyć substancje szkodliwe dla otoczenia…'

Kolumny dofinansowane przez WFOŚiGW w Katowicach

Produkowane w wielu zakładach np. elementy sprzętu oświetleniowego są malowane białą emalią poliestrową. Elementy po naniesieniu emalii wraz z zawieszkami kierowane są do pieca lakierniczego. Po wysuszeniu i zdjęciu elementów polakierowanych z zawieszek w sposób mechaniczny usuwany jest z nich utwardzony lakier stanowiący bezużyteczny odpad. Odpad ten jest pakowany w worki foliowe, które składowane są w przeznaczonych do tego celu wiatach magazynowych. Składowisko stanowi poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Emalię stanowi żywica poliestrowa mogąca zawierać monomer styrenu, katalizator nadtlenkowy (rozłożony) oraz biel tytanową jako pigment (tlenki tytanu). Żywice usieciowane, podobnie jak i inne związki orgaliczne, ulegają ciągłej degradacji – szczególnie w okresie wiosenno- letnim – z wydzielaniem substancji toksycznych. Składowane odpady lakiernicze oraz z bieżącej produkcji w workach polietylenowych ulegających również starzeniu, ciągły przyrost ich masy stanowi poważny wymagający szybkiego rozwiązania problem ekologiczny i techniczny.
Zwykłym sposobem utylizacji odpadów lakierniczych jest ich spalanie, najgorszym sposobem jest ich składowanie. Sposób ten nie powinien być jednak stosowany do spalania odpadów, w wyniku którego mogą się tworzyć substancje szkodliwe dla otoczenia.
Próbki odpadu lakierniczego poddano analizie termicznej i termo grawimetrycznej, wykorzystując Derivatograph-C. Próbkę odpadu lakierniczego dokładnie rozdrobniono, analizy wykonano w tyglu kwarcowym. Przykładowy deriwatogram odpadu lakierniczego przedstawiono na rys. 1. Badano próbki o masie 100 mg, przy standardowej szybkości ogrzewania 10 deg/min. Od temperatury 300°C do 450°C (krzywa TG) obserwuje się najszybszy ubytek masy. Krzywa DTG (różniczka dTG/dT) osiąga ekstremum w temperaturze 373°C. Podczas analizy obserwowany jest znaczny efekt egzotermiczny (krzywa DTA), którego maksimum występuje w temperaturze 300°C, związany ze spalaniem się związków organicznych. Na krzywej DTA obserwuje się także minima (efekty endotermiczne) związane z destrukcją żywicy poliestrowej i innych związków organicznych oraz z odparowaniem produktów rozkładu. Następne maksimum związane z niewielkim efektem egzotermicznym stanowi rezultat spalenia się produktów rozkładu i koksiku tworzącego się podczas rozkładu. W temperaturze od 500°C do 830°C nie obserwuje się efektów cieplnych; także ubytki masy są nieznaczne. W temperaturze 850°C następuje dalszy rozkład związany z ubytkiem masy i wyraźnym efektem egzotermicznym wywołanym spalaniem się cząsteczek węgla i skoksowanych związków organicznych. Powyżej 950°C nie obserwuje się ubytku masy (krzywa TG stanowi linię poziomą). Całkowity ubytek masy analizowanych próbek odpadu lakierniczego wahał się w granicach 54 mg. Analiza jakościowa produktu stałego wykazała obecność około 99% wag. tlenku tytanu, resztę stanowiły zanieczyszczenia (np. krzemionka). Nie stwierdzono obecności ołowiu i kadmu oraz innych metali ciężkich. Spalanie w warunkach analizy deriwatograficznej żywicy poliestrowej i innych związków organicznych okazało się całkowite.
Pozytywne wyniki utylizacji odpadu uzyskane z analizy deriwatograficznej potwierdzono w doświadczeniach spalania odpadu lakierniczego przeprowadzonych na próbkach o znacznie większej masie. Do spalenia użyto materiału rozdrobnionego o wymiarach ziaren od 3 do 5 mm.
Spalanie przeprowadzono używając gazu propan-butan jako czynnika podtrzymującego palenie. Krótkotrwałe dostarczanie ciepła inicjowało samoczynne palenie się próbki. Niewielka ilość czarnego dymu mogła świadczyć o występowaniu w badanym materiale węglowodorów o nienasyconych wiązaniach lub o charakterze aromatycznym. Całkowite spalenie próbki prowadzi do białego produktu stanowiącego łatwo rozpadające się grudki. Stały produkt spalenia poddano analizie jakościowej, stwierdzając w nim obecność jedynie tlenku tytanu. Znalazło to potwierdzenie także w wynikach analizy deriwatograficznej.
Pozytywny wynik próby utylizacji odpadu lakierniczego przez spalenie umożliwił zaproponowanie spalania tych odpadów w kotłowniach opalanych węglem kamiennym. Odpad lakierniczy w postaci dużych brył rzędu kilkunastu centymetrów nie nadaje się do bezpośredniego wykorzystania, ponieważ spalanie ich na ruchomym ruszcie mogłoby być niecałkowite. Analiza pracy pieca i szybkość przemieszczania się węgla na ruchomym ruszcie, a także badanie szybkości spalania się różnej wielkości ziaren odpadu lakierniczego pozwoliły na ustalenie, że ziarna poniżej 10 mm ulegają całkowitemu spaleniu po przemieszczeniu się na 70% „długości roboczej” części ruchomego rusztu. Do badań użyto węgiel kamienny spalany w kotłowniach z dodatkiem zmielonego odpadu lakierniczego w ilości 1% wag. odpadu o uziarnieniu do 10 mm. Badanie procesu spalania tak przygotowanej mieszaniny poprzedzone było obserwacjami spalania węgla kamiennego bez dodatku odpadu lakierniczego. Żużle z obu serii prób poddano analizie deriwatograficznej. Na rys. 2 przedstawiono przykładowy deriwatogram żużla powstającego podczas spalania węgla kamiennego. Badano próbki o masie 100 mg, stosując standardową szybkość ogrzewania, tj.10 deg/min. Analiza wyników wskazuje, że do temperatury 950°C masa żużla zmniejsza się o 16.2 mg, przy czym początek ubytku masy obserwuje się w temperaturze około 450°C. Przebieg krzywej termograwimetrycznej (TG) pozwala wnioskować, że ten ubytek masy związany jest z niecałkowitym spalaniem się części węgla kamiennego. Świadczy o tym niewielki efekt egzoenergetyczny na krzywej termicznej DTA w temperaturze około 500°C.
Dla porównania rezultatów procesu spalania węgla kamiennego w warunkach laboratoryjnych z procesem spalania realizowanym w kotłowni przeprowadzono w warunkach analogicznych do opisanych wyżej analizę termiczną i termograwimetryczną żużla tworzącego się podczas spalania węgla w kotłowni zakładowej na ruchomym ruszcie. Rezultaty przedstawiono na rys. 3. Porównanie przebiegu krzywych z rys. 2 i 3 wskazuje prawie identyczny charakter porównywanych próbek. Jedynie końcowy ubytek masy jest nieco większy i wynosi 17.3 mg z próbki 100 mg dla żużla pobranego z kotłowni zakładowej.
Ostatnim etapem badań były próby spalania mieszaniny węgla kamiennego i zmielonego odpadu lakierniczego. Dodatek odpadu wynosił 1% wag. w stosunku do masy węgla. W czasie badań nie obserwowano żadnych zakłóceń procesu spalania tak przygotowanej mieszaniny. Po całkowitym spaleniu otrzymane próbki żużla poddano analizie deriwatograficznej. Na rys. 4 przedstawiono przykładowo deriwatogram żużla tworzącego się w rezultacie spalenia mieszaniny węgla i odpadu lakierniczego. Analizę przeprowadzono w warunkach analogicznych opisanych jak wyżej. Przebieg krzywej na deriwatogramie żużla otrzymanego z mieszaniny jest bardzo podobny do przebiegu krzywych żużla węglowego z badań laboratoryjnych (rys. 2) i żużla z kotłowni zakładowej (rys. 3). Podobnie także kształtuje się ubytek masy i wynosi on 16 mg ze 100 mg próbki.
Przeprowadzono również techniczną próbę spalania zmielonego odpadu lakierniczego zmieszanego z węglem kamiennym (w ilości 1% wag. odpadu). Analiza ekstraktów wodnych żużla wykazała nieznaczny wzrost ilości tytanu, ale jest on nierozpuszczalny w wodzie, stąd też niewymywalny do środowiska.
Porównanie wyników badań procesu spalania pozwala stwierdzić, że dodatek odpadu lakierniczego w ilości 1% wag. w stosunku do masy węgla nie ma praktycznie wpływu na proces spalania węgla kamiennego.