Регенерація та альтернативне використання відпрацьованих піщано-рідкоскляних сумішей, які структуровані дегідратацією рідкого скла

UKR: Актуальність. Актуальність роботи обумовлена необхідністю зниження екологічного навантаження, зумовленого відпрацьованими формувальними сумішами ливарного виробництва, та розроблення високоефективних низькоенерговитратних ресурсозберігаючих технологій їх регенерації. Отримані результати. Встановлено, що водостійкість піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані за рахунок дегідратації, має інверсійний характер залежності від вмісту рідкого скла та тривалості ПМЗ-структурування, що обумовлено конкуренцією процесів формування та дегідратації силікатних манжет. Показано, що руйнування структури у воді має дифузійно-кінетичну природу і визначається температурою, об’ємом води та вмістом зв’язувального. Запропоновано параметр ΘПМЗ, який узагальнює вплив складу та режимів структурування на властивості системи. Встановлено, що міцність, водостійкість і тривалість гідрорегенерації описуються монотонними експоненційними залежностями з асимптотичним виходом на насичення від параметра ΘПМЗ. Отримано аналітичну модель для оцінки витрати нейтралізуючого реагенту з похибкою не більше 10 %. Показано можливість ефективної гідрорегенерації з обмеженим об’ємом води та повторного використання суміші. Наукова новизна. Вперше введено узагальнений безрозмірний параметр ΘПМЗ, який інтегрує кількість рідкого скла та ступінь його дегідратації і визначає структурний стан піщано-рідкоскляної суміші, що структурована за рахунок дегідратації, та комплекс її властивостей. Встановлено єдину закономірність взаємозв’язку між міцністю, водостійкістю та тривалістю гідрорегенерації через параметр ΘПМЗ, що інтерпретується як перколяційного типу перехід у структурі міжзеренного силікатного каркаса. Практичне значення. Отримані результати дозволяють оптимізувати режими ПМЗ-структурування і гідрорегенерації піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані за рахунок дегідратації, забезпечуючи зниження витрат води, енергії та зв’язувального при збереженні рівнів необхідних їм технологічних властивостей.

ENG: Relevance. The relevance of this work is driven by the urgent need to mitigate the environmental impact of spent foundry molding sands and to develop high-efficiency, low-energy, and resource-saving reclamation technologies. Results. It was established that the water resistance of sand-sodium silicate mixtures structured by dehydration exhibits an inversion-type dependence on the sodium silicate content and the duration of MW-structuring (microwave structuring). This behavior is attributed to the competitive processes between the formation and dehydration of silicate bridges (cuffs). It is shown that the structural degradation in water follows a diffusion-kinetic mechanism and is determined by temperature, water volume, and binder content. A generalized parameter ΘSMS, is proposed to synthesize the influence of composition and structuring regimes on the system's properties. It was found that strength, water resistance, and hydro-regeneration duration are described by monotonic exponential functions with asymptotic saturation relative to ΘSMS parameter. An analytical model for estimating the neutralizing agent consumption was developed with a margin of error within 10 %. The study demonstrates the feasibility of effective hydro-regeneration using limited water volumes and subsequent reuse of the mixture. Scientific Novelty. For the first time, a generalized dimensionless parameter ΘSMS has been introduced. This parameter integrates the sodium silicate dosage and its degree of dehydration, defining the structural state and the complex of properties of sand-sodium silicate mixtures structured by dehydration. A unified correlation between strength, water resistance, and hydro-regeneration duration via the ΘSMS parameter was established and interpreted as a percolation-type transition within the intergranular silicate framework. Practical Significance. The findings allow for the optimization of MW-structuring and hydro-regeneration regimes for dehydration-structured sand-sodium silicate mixtures. This ensures a reduction in water, energy, and binder consumption while maintaining the required level of technological properties.