Investigations of the Temperature Influence on Formation of Compounds from the BTEX Group During the Thermal Decomposition of Furan Resin / Badania wpływu temperatury na powstawanie związków z grupy BTEX podczas termicznego rozkładu żywicy furanowej

Spoiwa organiczne stosowane w odlewnictwie bazujące na żywicach syntetycznych, z jednej strony wpływają na uzyskanie przez masę formierską odpowiednich właściwości technologicznych a w konsekwencji tego otrzymania dobrych odlewów, a z drugiej w procesach odlewniczych stanowią źródło lotnych związków organicznych (LZO). Wraz z żywicami syntetycznymi stosowane są również ich utwardzacze, których dodatek stanowi wprawdzie niewielki procent w stosunku do masy żywicy, ale związki uwalniane w trakcie ich termicznego rozkładu mogą negatywnie oddziaływać na środowisko naturalne. Zarówno żywice jak i utwardzacze dopiero pod wpływem temperatury towarzyszącej zalewaniu formy ciekłym metalem generują szkodliwe lotne związki organiczne, w tym związki z grupy BTEX. Badania wpływu temperatury na rodzaj oraz ilość związków organicznych powstających podczas termicznego rozkładu wybranych spoiw i utwardzaczy oraz ich mieszanin, pozwalają określić zarówno zakres temperatur najbardziej charakterystycznych dla uwalniania szkodliwych związków, jak również dokonać porównania ich emisji z wybranych materiałów

Emission of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) from the furan moulding sands with addition of the reclaim

In this paper, the results of decomposition of a moulding sand with furfuryl resin also on a quartz matrix and with additions of a reclaimed material, under industrial conditions, are presented. Investigations of the gases emission in the test foundry plant were performed according to the original method developed in the Faculty of Foundry Engineering, AGH UST. The dependence of the emitted PAHs and BTEX group substances and ignition losses on the reclaim fraction in a moulding sand are of a linear character of a very high correlation coefficient R2. On the bases of the derived equations, it is possible to determine the amount of the emitted hazardous substances from the moulding sand containing the known fraction of the reclaim

Selection of conditions for thermal decomposition process of styrene butadiene rubber for BTEX compounds analysis

Stale zaostrzające się przepisy dotyczące gospodarowania odpadami, inicjują poszukiwania wydajnych i przyjaznych środowisku naturalnemu metod ich przerabiania i unieszkodliwiania. Opracowywane technologie powinny być bezpieczne zarówno dla pracowników jak i dla środowiska. Z tego względu, zasadne jest tworzenie systemu monitorowania tych procesów i identyfikowanie etapów, w trakcie których mogą powstawać szkodliwe związki organiczne. Bardzo poważny problem stanowi składowanie zużytych opon samochodowych. Wymusza on poszukiwanie wydajnego i przyjaznego środowisku naturalnemu sposobu ich przerabiania i unieszkodliwiania. Obecnie za najbardziej korzystne ekonomicznie rozwiązanie, uważa się wykorzystanie do unieszkodliwiania zużytych opon samochodowych procesów termicznego rozkładu. W wyniku działania na gumę wysokiej temperatury następuje rozkład usieciowanego elastomeru styrenowo-butadienowego, co prowadzi do powstania związków niskocząsteczkowych między innymi z grupy BTEX (benzen, toluen, etylobenzen, ksyleny). Związki te uwalniane w formie gazowej oddziałują szkodliwe na środowisko naturalne i człowieka. Dlatego należałoby stworzyć odpowiednie zaplecze analityczne do kontroli i monitoringu uwalnianych w trakcie tego procesu związków organicznych. W związku z tym za cel pracy przyjęto stworzenie stanowiska laboratoryjnego do prowadzenia procesu termicznego rozkładu gumy styrenowo-butadienowej i analizę związków powstających w trakcie tego procesu. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów emisji związków BTEX podczas termicznego rozkładu próbek gumy styrenowo-butadienowej, prowadzonego w zakresie temperatury od 500°C do 1100°C.Constantly stricter waste management regulations, initiate research focused on finding more efficient and environmentally friendly ways to recycle waste. Developed technologies should be safe both for employees and the environment. For this reason, it is advisable to create a system for monitoring these processes and identify the steps during which harmful organic compounds may form. A very serious environmental problem is the storage of used car tyres. It forces a search for an efficient and environmentally friendly way to recycle them. Currently, thermal decomposition processes are considered to be the most economically advantageous solution for the disposal of used car tyres. As a result of the effect of high temperature on rubber, the crosslinked styrene-butadiene elastomer is degraded, resulting in the formation of low molecular weight compounds, such as the BTEX group (benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes). These compounds, released in gaseous form, are harmful to the environment and humans. Therefore, appropriate analytical facilities for the control and monitoring of organic compounds released during this process should be created. The aim of the work was to create a laboratory stand for thermal decomposition of styrene-butadiene rubber and analysis of components formed during this process. The article presents the results of BTEX compounds emission measurements during thermal decomposition of styrene-butadiene rubber samples, conducted at the temperature range from 500°C to 1100°C

Evaluation of the influence of the reclaimed addition on the amount of compounds from BTEX group, generated during pouring molten metal into the form

Postępujący rozwój przemysłu i zaostrzające się światowe przepisy w zakresie ochrony środowiska, wymagają poszukiwania nowych, czystych technologii bądź modyfikacji technologii dotychczas stosowanych. Zapewnić one powinny zachowanie odpowiednich parametrów technologicznych przy jednoczesnym zmniejszeniu uciążliwości procesu dla środowiska. Przemysł odlewniczy, który odnotowuje w światowej technice produkcyjnej stały i dynamiczny rozwój, coraz szerzej wykorzystuje proces regeneracji zużytych mas formierskich i rdzeniowych w celu ograniczenia ilości składowanych odpadów. W efekcie przy wytwarzaniu form i rdzeni jako substytut świeżego piasku, w ilości sięgającej nawet do 90%, stosuje się osnowę po recyklingu mas. Stosowanie dodatku regeneratu może jednak wpływać na zwiększenie, w stosunku do mas formierskich przygotowanych na osnowie świeżego piasku, ilości szkodliwych związków organicznych emitowanych z procesów odlewniczych. Dlatego też celem badań było określenie wpływu dodatku regeneratu na ilość benzenu, toluenu, etylobenzenu i ksylenów (BTEX) emitowanych w trakcie zalewania form ciekłym metalem. Badania prowadzono na zaprojektowanym dla celów pracy stanowisku badawczym. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów emisji związków BTEX uzyskane dla mas formierskich przygotowanych na świeżym piasku oraz mas z dodatkiem 50 i 90% regeneratu.The development of the industry and exacerbation of global rules on environmental protection, require a search for new, clean technologies or modification of previously used. They should ensure maintaining of relevant technological parameters while reducing process harmfulness for environment. The foundry industry, which notes in the global manufacturing technique steady and rapid development, uses more and more widely the used molding mass reclamation process to reduce the amount of landfilled waste. As a result, 90% of recycled mass can be added during preparation of molds and cores. Addition of the regenerate can affect an increase, relative to the molding prepared on the base of fresh sand, of harmful organic compounds emitted from casting process. Therefore, the aim of this study was to determine the effect of reclaimed sand addition on the amount of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) emitted during pouring metal into form. The paper includes the results of measurements of emission of BTEX compounds, obtained form molding sand prepared on the basis of fresh sand and on 50 and 90% reclaimed addition

Determination of compounds from the BTEX group released in gas form during thermal decomposition of moulding sand with furan resin

Podczas całego procesu produkcji odlewów pracownicy narażeni są na niebezpieczne, szkodliwe i uciążliwe czynniki związane między innymi z emisją szkodliwych substancji. Głównym ich źródłem są masy z bentonitem i nośnikami węgla błyszczącego oraz spoiwa organiczne, oparte głównie na żywicach syntetycznych. W pracy skoncentrowano się na żywicy furanowej, ponieważ technologia na niej oparta pozwala na uzyskiwanie odlewów o dużej dokładności oraz umożliwia sporządzanie skomplikowanych form i rdzeni. Jednakże ze względu na strukturę utwardzonej żywicy furanowej, na którą składają się pierścienie furanowe oraz pierścienie benzenowe (w przypadku utwardzania jej kwasem paratoluenosulfonowym) w trakcie jej ogrzewania mamy do czynienia z emisją kancerogennego benzenu, szkodliwego toluenu oraz etylobenzenu i ksylenów (związki BTEX). Aby możliwe było opracowanie i wdrożenie procesów redukcji emisji tych związków organicznych, poprzez modyfikacje między innymi stosowanych przez przemysł odlewniczy spoiw i ich utwardzaczy, konieczne jest poznanie korelacji pomiędzy wspomnianymi składnikami a uwalnianymi z nich związkami organicznymi. Nie mniej istotne jest także zdefiniowanie zakresów temperatury, w którym szkodliwe związki mogą być uwalniane. Przesłanki te stały się podstawą dla realizacji niniejszej pracy, w ramach której określono ilości związków BTEX uwalnianych w trakcie termicznego rozkładu wybranej żywicy furanowej, jej utwardzacza na bazie kwasu paratoluenosulfonowego a także masy formierskiej przygotowanej na bazie tych składników. Stwierdzono, że z badanych materiałów najwięcej związków BTEX wydziela się z utwardzacza, a głównym składnikiem mieszaniny BTEX jest toluen. Ponadto określono zakres temperatury w którym związki z grupy BTEX uwalniane są z badanych materiałów w największych ilościach. Najbardziej optymalny zakres temperatury dla uwalniania benzenu z badanych materiałów to 900°C÷1100°C, natomiast w przypadku toluenu wynosi on 500°C÷900°C.During the entire process of cast production, the operators are exposed to hazardous, harmful and arduous factors related to, among others, the emission of harmful substances. Their main sources are mixes with bentonite and Wright coal carriers, as well as organic binders based mainly on synthetic resins. The study was focused on furan resin, since the technology based on it allows to obtain highly accurate casts and enables the production of complex moulds and cores. However, due to the structure of cured furan resin, which consists in furan rings and benzene rings (when curing with p-toluenesulfonic acid), during heating, carcinogenic benzene, harmful toluene as well as ethylbenzene and xylenes (BTEX compounds) are emitted. In order to enable the development and implementation of emission reduction processes for these organic compounds, through the modification of, among others, binders and their curing agents used in the foundry industry, it is necessary to study the relation between these components and the organic compounds they emit. It is also necessary to define temperature ranges at which the harmful compounds may be released. These factors became the foundation for the this study which consisted in the determination of the quantity of BTEX compounds emitted during thermal decomposition of the selected furan resin, its curing agent based on p-toluenesulfonic acid, as well as moulding sand based on these components. It was found that most of the BTEX compounds were emitted from the hardener and the main component of the BTEX mixture was toluene. Additionally, the temperature range at which BTEX compounds are released from the investigated materials in the highest quantities was determined. The optimum temperature range for the release of benzene from the tested materials is 900°C÷1100°C, while for toluene it is 500°C÷900°C

Research on Selected Types of Lustrous Carbon Carriers After the High - Temperature Pyrolysis

For research purposes and to demonstrate the differences between materials obtained from the carbonaceous additives to classic green moulding sands, five lustrous carbon carriers available on the market were selected. The following carbonaceous additives were tested: two coal dusts (CD1 and CD2), two hydrocarbon resins (HR1 and HR2) and amorphous graphite (AG1). The studies of products and material effects resulting from the high-temperature pyrolysis of lustrous carbon carriers were focused on determining the tendency to gas evolution, including harmful compounds from the BTEX group (benzene, toluene, ethylbenzene and xylene). Moreover, the content of lustrous carbon (LC), the content of volatile matter and loss on ignition (LOI) of the carbonaceous additives were tested. The solid products formed during high-temperature pyrolysis were used for the quantitative and qualitative evaluation of elemental composition after the exposure to temperatures of 875oC in a protective atmosphere and 950oC in an oxidizing atmosphere. The conducted studies have indicated the necessity to examine the additives to classic green moulding sands, which is of particular importance for the processing, rebonding and storage of waste sand. The studies have also revealed some differences in the quantitative and qualitative composition of elements introduced to classic moulding sands together with the carbonaceous additives that are lustrous carbon carriers. It was also considered necessary to conduct a research on lustrous carbon carriers for their proper and environmentally friendly use in the widely propagated technology of classic green sand system

Badania wpływu temperatury na powstawanie związków z grupy BTEX podczas termicznego rozkładu żywicy furanowej

Organic binders applied in foundry plants based on synthetic resins, from the one side influence obtaining the required technological properties by the moulding sand and – in consequence – obtaining good quality castings, and on the other side are the source of volatile organic compounds (VOC). Together with synthetic resins their hardeners, which although added in very small amounts emit during their thermal decomposition substances negatively influencing the natural environment, are also used. Both, resins and hardeners only at the influence of high temperatures accompanying moulds pouring with liquid metal generate harmful volatile organic compounds including compounds from the BTEX group. Investigations of the temperature influence on the kind and amount of organic compounds formed during the thermal decomposition of selected binders and hardeners and their mixtures allow to determine temperature ranges the most favourable for emitting harmful substances as well as to compare their emission from the selected materials. The aim of this study was the determination the temperature influence on formation substances from the BTEX group, during thermal decomposition of the selected binder, its hardener and their mixture. The BTEX group emission constitutes one of the basic criteria in assessing the harmfulness of materials applied for moulding and core sands and it can undergo changes in dependence of the applied system resin-hardener. Investigations were carried out on the specially developed system for the thermal decomposition of organic substances in the temperature range: 500ºC – 1300ºC, at the laboratory scale. The investigations subject was the furan resin, its hardener and hardened furan resin. The assessment of the emission degree of the BTEX group in dependence of the system subjected to the temperature influence was performed, within the studies. The temperature range, in which maximal amounts of benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes were emitted from tested materials – was defined. The qualitative and quantitative analysis of the BTEX group were carried out with using the gas chromatography technique coupled with the mass spectrometry (GC/MS).Spoiwa organiczne stosowane w odlewnictwie bazujące na żywicach syntetycznych, z jednej strony wpływają na uzyskanie przez masę formierską odpowiednich właściwości technologicznych a w konsekwencji tego otrzymania dobrych odlewów, a z drugiej w procesach odlewniczych stanowią źródło lotnych związków organicznych (LZO). Wraz z żywicami syntetycznymi stosowane są również ich utwardzacze, których dodatek stanowi wprawdzie niewielki procent w stosunku do masy żywicy, ale związki uwalniane w trakcie ich termicznego rozkładu mogą negatywnie oddziaływać na środowisko naturalne. Zarówno żywice jak i utwardzacze dopiero pod wpływem temperatury towarzyszącej zalewaniu formy ciekłym metalem generują szkodliwe lotne związki organiczne, w tym związki z grupy BTEX. Badania wpływu temperatury na rodzaj oraz ilość związków organicznych powstających podczas termicznego rozkładu wybranych spoiw i utwardzaczy oraz ich mieszanin, pozwalają określić zarówno zakres temperatur najbardziej charakterystycznych dla uwalniania szkodliwych związków, jak również dokonać porównania ich emisji z wybranych materiałów. Celem pracy było określenie wpływu temperatury na tworzenie się związków z grupy BTEX podczas termicznego rozkładu wybranego spoiwa, jego utwardzacza i ich mieszaniny. Emisja BTEX-ów stanowi jedno z podstawowych kryteriów oceny szkodliwości materiałów stosowanych do mas formierskich i rdzeniowych i może ulegać zmianie w zależności od rodzaju stosowanego układu żywica-utwardzacz. Badania prowadzono na specjalnie zaprojektowanym układzie do termicznego rozkładu substancji organicznych w zakresie temperatury 500–1300ºC w skali laboratoryjnej. Przedmiotem badań była żywica furanowa, jej utwardzacz oraz utwardzona żywica furanowa. W ramach badań dokonano oceny stopnia emisji BTEX-ów w zależności od układu poddawanego działaniu temperatury. Zdefiniowano zakres temperatur, w którym z badanych materiałów uwalniane są maksymalne ilości benzenu, toluenu, etylobenzenu i ksylenów. Analizę jakościową i ilościową BTEX-ów prowadzono z zastosowaniem techniki chromatografii gazowej połączonej ze spektrometrią masową (GC/MS)

Development of method for identification of compounds emitted during thermal degradation of binders used in foundry

The aim of the research was to develop a method for identification of compounds emitted during thermal degradation of binders used in foundry. Research were performed with the use of Certified Reference Materials mixtures of semi-volatiles compounds with furfuryl alcohol and aldehyde. Furfuryl-urea resin samples were also used. Station for thermal degradation of materials used in foundry was designed and made. Thermal degradation process conditions and gas chromatograph coupled with high resolution mass spectrometry operating conditions were established. Organic compounds emitted during degradation were identified. The paper briefly represents the range of study and the results obtained for furfuryl-urea resin thermal degradation. Significant information about volatile and semi-volatile organic compounds emitted in different temperatures is also discussed

Assessment of the Harmfulness of Moulding Sands with Alkyd Resin Subjected to the High Temperature Influence

Out of moulding sands used in the foundry industry, sands with organic binders deserve a special attention. These binders are based on synthetic resins, which ensure obtaining the proper technological properties and sound castings, however, they negatively influence the environment. These resins in their initial state these resins are not very dangerous for people and for the environment, thus under an influence of high temperatures they generate very harmful products, being the result of their thermal decomposition. Depending on the kind of the applied resin, under an influence of a temperature such compounds as: furfuryl alcohol, formaldehyde, phenol, BTEX group (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene), and also polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) can be formed and released. The aim of the study was the development of the method, selection of analytical methods and the determination of optimal conditions of formation compounds from the BTEX and PAHs group. Investigations were carried out in the specially designed set up for the thermal decomposition of organic substances in a temperature range: 500 – 1 300°C at the laboratory scale. The object for testing was alkyd resin applied as a binding material for moulding sands. The qualitative and quantitative analyses of compounds were performed by means of the gas chromatography coupled with the mass spectrometry (GC/MS)