Розробка полімерних композитів поліфункціонального призначення з високим вмістом червоного шламу

Автор(и)

  • Любов Іванівна Мельник Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-5139-3105
  • Валентин Анатолійович Свідерський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-4457-6875

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.317952

Ключові слова:

червоний шлам, полімерний композит, технологенні наповнювачі, промислові відходи, питома

Анотація

Червоний шлам (ЧШ) є одним із масштабних побічних продуктів виробництва глинозему, що створює значні екологічні виклики через його високу лужність, токсичність та великий обсяг накопичень. Об’єктом даного дослідження є полімерний композит на основі стирол-бутадієнової водної дисперсії з ЧШ і шамотом (Ра2) як наповнювачами при їх високих концентраціях (до 90 мас.%). Основною проблемою, що вирішувалася, є пошук ефективних способів використання ЧШ як вторинної сировини для підвищення ефективності його утилізації та створення багатофункціональних матеріалів із регульованими властивостями.

В ході дослідження встановлено, що ЧШ має нерегулярну пластинчасту структуру з високою активною поверхнею, яка сприяє утворенню відкритої пористої структури композитів, тоді як Ра2 формує щільну матрицю завдяки вмісту алюмосилікатів. Інфрачервоний спектральний аналіз підтвердив наявність функціональних груп (OH, Si–O, Al–O), які забезпечують взаємодію наповнювачів із полімерною матрицею. Термогравіметричний аналіз показав, що ЧШ і Ра2 мають схожу поведінку при нагріванні. Механічні випробування виявили, що композити з ЧШ демонструють високу пластичність і здатність до поглинання енергії, тоді як композити з Ра2 характеризуються більшою жорсткістю та міцністю (модуль пружності до 129,8 МПа). 

Отримані результати свідчать, що вибір типу та концентрації наповнювачів дозволяє ефективно регулювати властивості композитів. Запропонований підхід забезпечує можливість утилізації промислових відходів та створення багатофункціональних матеріалів для застосування у будівництві, захисних покриттях і виробництві конструкційних елементів, що витримують значні навантаження

Біографії авторів

Любов Іванівна Мельник, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічної технології композиційних матеріалів

Валентин Анатолійович Свідерський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра хімічної технології композиційних матеріалів

Посилання

  1. Ahmed, S., Meng, T., Taha, M. (2020). Utilization of red mud for producing a high strength binder by composition optimization and nano strengthening. Nanotechnology Reviews, 9 (1), 396–409. https://doi.org/10.1515/ntrev-2020-0029
  2. Power, G., Gräfe, M., Klauber, C. (2011). Bauxite residue issues: I. Current management, disposal and storage practices. Hydrometallurgy, 108 (1-2), 33–45. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.02.006
  3. Liu, S., Guan, X., Zhang, S., Dou, Z., Feng, C., Zhang, H., Luo, S. (2017). Sintered bayer red mud based ceramic bricks: Microstructure evolution and alkalis immobilization mechanism. Ceramics International, 43 (15), 13004–13008. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.07.036
  4. Zhang, M., Zhao, M., Zhang, G., Mann, D., Lumsden, K., Tao, M. (2016). Durability of red mud-fly ash based geopolymer and leaching behavior of heavy metals in sulfuric acid solutions and deionized water. Construction and Building Materials, 124, 373–382. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.07.108
  5. Liu, R.-X., Poon, C.-S. (2016). Utilization of red mud derived from bauxite in self-compacting concrete. Journal of Cleaner Production, 112, 384–391. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.09.049
  6. Mišík, M., Burke, I. T., Reismüller, M., Pichler, C., Rainer, B., Mišíková, K. et al. (2014). Red mud a byproduct of aluminum production contains soluble vanadium that causes genotoxic and cytotoxic effects in higher plants. Science of The Total Environment, 493, 883–890. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.06.052
  7. Mesgari Abbasi, S., Rashidi, A., Ghorbani, A., Khalaj, G. (2016). Synthesis, processing, characterization, and applications of red mud/carbon nanotube composites. Ceramics International, 42 (15), 16738–16743. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.07.146
  8. Liu, Y., Naidu, R. (2014). Hidden values in bauxite residue (red mud): Recovery of metals. Waste Management, 34 (12), 2662–2673. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2014.09.003
  9. Liu, W., Yang, J., Xiao, B. (2009). Review on treatment and utilization of bauxite residues in China. International Journal of Mineral Processing, 93 (3-4), 220–231. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2009.08.005
  10. Mukiza, E., Zhang, L., Liu, X., Zhang, N. (2019). Utilization of red mud in road base and subgrade materials: A review. Resources, Conservation and Recycling, 141, 187–199. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.10.031
  11. Abdel-Raheem, M., Santana, L. M. G., Cordava, M. A. P., Martínez, B. O. (2017). Uses of Red Mud as a Construction Material. AEI 2017, 388–399. https://doi.org/10.1061/9780784480502.032
  12. Carneiro, J., Tobaldi, D. M., Capela, M. N., Novais, R. M., Seabra, M. P., Labrincha, J. A. (2018). Synthesis of ceramic pigments from industrial wastes: Red mud and electroplating sludge. Waste Management, 80, 371–378. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.09.032
  13. Mi, H., Yi, L., Wu, Q., Xia, J., Zhang, B. (2021). Preparation of high-strength ceramsite from red mud, fly ash, and bentonite. Ceramics International, 47 (13), 18218–18229. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.141
  14. Chen, Y., Li, A., Jiang, S. (2024). Wettability and Mechanical Properties of Red Mud–Al2O3 Composites. Materials, 17 (5), 1095. https://doi.org/10.3390/ma17051095
  15. Melnyk, L., Svidersky, V., Chernyak, L., Dorogan, N. (2018). Aspects of making of a composite material when using red mud. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (92)), 23–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125702
  16. Hendricks, H. L., Buchanan, V. E. (2020). Effect of material parameters on the mechanical properties of chemically treated red mud HDPE composites. Polymers and Polymer Composites, 29 (8), 1126–1134. https://doi.org/10.1177/0967391120954064
  17. Bhat, A. H., Abdul, H. P. S., K., A. (2011). Thermoplastic Polymer based Modified Red Mud Composites Materials. Advances in Composite Materials - Ecodesign and Analysis. https://doi.org/10.5772/14377
  18. Melnyk, L. I. (2023). Kompozyt na osnovi system sopolimer – chervonyi shlam. Modern science: challenges of today. Bratislava, 6–38. Available at: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/67229
  19. Melnyk, L. I., Cherniak, L. P., Yevpak, V. V. (2024). Composites based on fly ash with different polymer matrixes. Scientific Notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences, 2 (1), 106–112. https://doi.org/10.32782/2663-5941/2024.1.2/18
  20. Melnyk, L. (2024). Formation of composite with variation of dispersity of filler and type of binder. Technical Sciences and Technologies, 1 (35), 198–203. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2024-1(35)-198-203
  21. Brunauer, S., Emmett, P. H., Teller, E. (1938). Adsorption of Gases in Multimolecular Layers. Journal of the American Chemical Society, 60 (2), 309–319. https://doi.org/10.1021/ja01269a023
  22. Bodnar, R. T. (2016). Ekspres-metod vyznachennia kraiovoho kuta zmochuvannia porystykh til. Metody ta prylady kontroliu yakosti, 1 (36), 30–38.
  23. Vovchenko, L., Matzui, L., Zhuravkov, A., Samchuk, A. (2006). Electrical resistivity of compacted TEG and TEG-Fe under compression. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 67 (5-6), 1168–1172. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2006.01.042
  24. Hubina, V. H., Kadoshnikov, V. M. (2005). Red mud from the Mykolaiv Alumina Plant – A valuable technogenic raw material. Geological and Mineralogical Bulletin, 2, 122–126.
  25. Palmer, S. J., Reddy, B. J., Frost, R. L. (2009). Characterisation of red mud by UV–vis–NIR spectroscopy. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 71 (5), 1814–1818. https://doi.org/10.1016/j.saa.2008.06.038
  26. Wang, Q., Wang, D., Chen, H. (2017). The role of fly ash microsphere in the microstructure and macroscopic properties of high-strength concrete. Cement and Concrete Composites, 83, 125–137. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.07.021
Розробка полімерних композитів поліфункціонального призначення з високим вмістом червоного шламу

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-27

Як цитувати

Мельник, Л. І., & Свідерський, В. А. (2024). Розробка полімерних композитів поліфункціонального призначення з високим вмістом червоного шламу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (132), 34–43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.317952

Номер

Том 6 № 12 (132) (2024): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Liubov Melnyk, Valentin Sviderskyy

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.