Az ipari melléktermék tűzihorganyiszap cink-ferrit komponensének hasznosítása

Fekete Fanni IV. évf. BSc hallgató

Témavezetők: Dr. Szilágyi Imre Miklós tudományos munkatárs

BME Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék

MTA-BME Műszaki Analitikai Kémiai Kutatócsoport

Dr. Kótai László tudományos munkatárs

MTA TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet

A fémek korrózióvédelmére sokféle megoldás létezik: az egyik leghatékonyabb a cinkkel való bevonás, a horganyzás. A cink acél felületre való felvitelének egyik módja a tűzi mártó horganyzás. Az ezt megelőző tisztító felületkezelés, a sósavas pácolás során keletkezett fáradt páclé semlegesítésekor keletkezik a tűzihorganyiszap. Mivel a pácban maratják le a felületről a vas-oxidokat, és egyúttal visszapácolják a selejtes horganyzott árut, mindkét fém megtalálható az iszapban. TDK munkám során a tűzihorganyiszapból ammóniás mosás után kinyerhető cink-ferrit (ZnFe2O4) újrahasznosíthatóságának vizsgálatát tűztem ki célul.

A kísérletek során két ammónium, vas és szulfát ionokat tartalmú só (Mohr-só, (NH4)2Fe2(SO4)2 6H2O és vas(III)ammónium-timsó, NH4Fe2(SO4)2 12H2O) termikus bomlása során in situ képződő SO3 hatását vizsgáltam. Arra számítottam, hogy az SO3 szulfatálja a ZnFe2O4-ben lévő két fémet (Zn és Fe), amik így oldással elválaszthatók egymástól: a keletkező ZnSO4 jól oldódik vízben, míg az Fe2(SO4)3 rosszul. A sók és a cink-ferrit között lejátszódó reakciókat FTIR, ICP-OES és Mössbauer spektroszkópiával, XRD, TG/DTA-MS és SEM-EDX mérésekkel követtem nyomon.

Termoanalitikai (TG/DTA-MS) mérés segítségével felderítettem a sók termikus bomlását 800 °C-ig, és azonosítottam a bomlástermékeket oxidatív (levegő) és inert (He) atmoszférában. Ez alapján választottam ki a hőmérséklet tartományt (400-450 °C), amiken a sók és a cink-ferrit reakciója jó konverzióval végbemehet. Ennek megfelelően 400, 425 és 450 °C hőmérsékeleteken végeztem reakciókat cink-ferrit/Mohr-só és cink-ferrit/vas(III)-ammónium-timsó keverékeivel. A sók minden esetben feleslegben voltak; a reakciósorozatokat kétféle (1:1 és 1:5) cink-ferrit/só arányban is végrehajtottam.

Ezt követően vizes oldással a hevített reakciókeverékekből elválasztottam a vízoldható fázisokat, majd tömény sósavas oldást is végeztem. A mosóoldatok Fe, Zn és S tartalmát ICP-OES méréssel határoztam meg. A szilárd reakciótemékekben (közvetlenül hevítés, vizes oldás és savas oldás után) XRD-vel azonosítottam a fázisokat. A hevítés után a reakciókeverék Mössbauer spektrumát is felvettük.

A mérések alapján sikerült a cink-ferritet oldatba vinni. A legjobb konverziót (78 %) cink-ferrit/Mohr-só 1:5 arányú keverékének 425 °C-os hevítésével értem el. A reakció körülmények optimálásával további konverzió növelés valószínűsíthető.

szerző

Fekete Fanni
vegyészmérnöki
nappali

konzulens

Dr. Szilágyi Imre Miklós
egyetemi docens, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék

helyezés

II. helyezett