способ получения противогололедного материала

Формула изобретения

Способ получения противогололедного материала на основе опок и хлорида кальция, отличающийся тем, что опоки размалывают до размеров частиц от 0,001 до 5 мм, перемешивают с хлоридом кальция в соотношении опока: CaCl₂=20:1 (по массе).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения противогололедных материалов (ПГМ) для содержания дорог в зимнее время. Полученный противогололедный материал обладает улучшенными физико-химическими термодинамическими свойствами по сравнению с известными.

Известно применение в качестве противогололедных материалов (ПГМ) хлористого натрия и хлористого кальция («ОДН. Требования к противогололедным материалам», разработанные Росавтодором Минтранса РФ, Москва, 2003, стр.7). Химические ПГМ выпускают в твердом, жидком и смоченном виде.

Для повышения противогололедного эффекта кристаллические ПГМ (NaCl) обогащают растворами 20-25% концентрации хлористых солей (чаще всего кальция и магния) в количестве 20-30% от массы ПГМ. Такие соли называют «смоченные». Недостатком данных ПГМ является необходимость дополнительного специального оборудования для предварительного увлажнения при использовании у предприятий-потребителей.

Известен способ удаления снежно-ледяных покрытий и противогололедный препарат «Кама» (патент РФ № 2044118, от 20.09.95), получаемый приготовлением смеси из хлоридов калия и натрия с последующим прессованием на валковом оборудовании, дроблением прессованной плитки до фракции 0,1-10 мм.

Недостатками данного способа получения препарата являются большие энергозатраты и недостаточная скорость плавления льда.

Композиции, состоящие из смеси хлоридов металлов (патент РФ № 2172331, 08.2001), получаемые путем измельчения смеси, предварительно проплавленной при температуре 680-800°С до достижения однородного состава и охлажденной, имеют недостаток - они эффективны при температуре воздуха до минус 6-9°С.

Применение хлоридов натрия и кальция известно и нашло применение в виде механических смесей, расплава, гранул, полученных прессованием. ПГМ на основе хлоридов кальция и натрия, полученный путем смешения, подогрева и последующего прессования, дробления (классификация ХНКМ ), производят по ТУ 6-01-05-100-2001 ОАО «Каустик», г.Волгоград. Недостатком данного способа получения препарата являются большие энергозатраты.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Опоки размалывают таким образом, что они содержат пыль - размеры частиц от 0,1 до 0,001-10%, частицы с размером от 0,1 до 0,5 мм - 10%, частицы с размером от 0,5-5 мм - 60%, частицы с размером от 5 до 10 мм - 20%. Хлорид кальция сухой, представляющий собой смесь частиц от 0,5 до 5 мм. Плотность опок и плотность хлорида кальция находятся примерно на одном уровне - 1,5 г/см³, поэтому при перемешивании опок и хлорида кальция их расслаивания не происходит. Хлорид кальция обладает высокой влагоемкостью и в виде твердой фазы насыщается водой из атмосферы, при этом твердые частицы соли расплываются и, при высокой влажности воздуха, получается жидкость. В присутствии сорбента - опок, обладающих высокой поглотительной способностью по отношению к воде, хлорид кальция остается в воздушно-сухом состоянии. Это означает, что смесь опок и хлорида кальция можно хранить в закрытых помещениях с умеренной влажностью достаточно долго. Это является одним из главных преимуществ использования опок с хлоридом кальция перед чистой солью хлоридом кальция.

ПГМ -1. Для условий средний полосы и Юга России в качестве ПГ M рекомендуются размолотые опоки, имеющие размеры частиц от 1,2 до 4 мм в поперечнике, при этом допускается наличие в материале пылевидных частиц на уровне 8-10%. При толщине слоя льда от 0,5 до 2,0 мм при температуре от 0 до -5°С норма внесения ПГМ составляет 0,5 кг/м².

Для условий, когда температура достигает значений от минус пяти до минус пятнадцати градусов по Цельсию, рекомендуется использовать ПГМ-2.

ПГМ-2 представляет собой смесь ПГМ-1 и сухого хлорида кальция (CaCl₂) в соотношении 20:1. Норма внесения ПГМ-2 составляет 0,7 кг/м².

Проведено сравнительное изучение ПГМ-1 и ПГМ-2 с известными материалами, используемыми в системе «антилед». Основу сравнительных характеристик составляют:

- температура, при которой материал находится в состоянии разжижения, т.е. температура, при которой еще не происходит замерзание материала - T₁ ;

- температура, при которой вся масса материала переходит в твердое состояние - Т₂;

- размокаемость материала, приводящая к образованию грязи на твердой поверхности Р. Оценивается баллами: 10 баллов - материал не разжижается даже в воде или в рассолах, гранулы остаются в твердом состоянии; в тех же условиях основная масса гранул с водой образует липкую грязь - 5 баллов - 50% гранул; 4 балла - 60% гранул; 2 балла - 80% гранул; 1 балл - 90% гранул; 0 баллов - 100% гранул.

- налипаемость материала на поверхность различных материалов - металла, резины, кожи, стекла, асфальта и бетона. Эта характеристика может быть обозначена Н. После того, как транспортное средство пройдет по поверхности материала «антилед», на означенных выше поверхностях появляются налипшие образования, которые в течение длительного времени, например 3-4 часов, не удаляют промыванием этих поверхностей водой. Общий балл, по которому оценивается данное свойство, равен 10. Для удаления с поверхности требуется механическая зачистка - 10 баллов; достаточно протирания ветошью с использованием воды - 5 баллов; протирание ветошью без использования воды - 2 балла; ссыпается и удаляется при движении 1 балл.

- токсичность и вред, наносимый окружающей среде впоследствии, т.е. после попадания талых и промывочных вод в почву и водоемы. Все зависит от степени засоления дороги. При концентрации солей больше 50000 мг на 1 дм³ воды - 10 балов; 5000 мг - 7 балов; 500 мг - 4 балла; 50 мг - 2 балла; 10 мг - 1 балл. В данном случае не рассматриваются индивидуальные свойства соли, т.е. это может быть хлорид натрия, хлорид кальция или хлорид калия. Для хлорида натрия коэффициент пересчета К=1; хлорида кальция К=0,3; хлорида калия К=0,3; ацетата натрия К=0,2; ацетата калия К=0,1. Таким образом, общая токсичность П определяется произведением коэффициента К и суммы баллов.

- весьма важным показателем является доступность средств обработки, т.е. материала «антилед». Естественно наиболее доступными являются обычный силикатный песок, красная глина, хлорид натрия, опоки, хлорид кальция, хлорид калия, ацетат натрия и, наконец, ацетат калия. Доступность обозначается через Д. Для самого доступного и дешевого материал Д=1, для наименее доступного и дорогого Д=10.

В таблице 1 приведены основные характеристики некоторых материалов, широко используемых в системе «антилед» по признакам, обозначенным выше.

Таблица 1 Характеристика основных материалов, используемых в системе «антилед»
Характеристики	Материал
Хлорид натрия	Хлорид кальция	Хлорид калия	Ацетат натрия	Ацетат калия	Песок	Глина	ПГМ-1	ПГМ-2
T1	-30°С	-40°С	-40°С	-40°С	-40°С	-	-	-5°С	-10°C
Т2	<30°С	<40°С	<40°С	<40°С	<40°С	-	-	-7°С	-15°C
Р	10	10	10	10	10	1	8	3	3
Н	10	10	7	5	5	1	10	2	2
П	10	3	3	2	1	-	-	-	2
Д	1	2	8	10	10	1	1	2	2

Из рассмотрения данных, приведенных в таблице 1, можно сделать заключение, что наилучшими компонентами в системе «антилед» являются ацетат калия, хлорид калия, ацетат натрия, ПГМ-1 и ПГМ-2. Вместе с тем, несмотря на явные преимущества по всем показателям, для ПГМ-1 и ПМГ-2 слишком высоки температуры затвердевания и нахождения в жидком состоянии.

Следует рассмотреть еще одну важную характеристику - способность вызывать усиленную коррозию, т.е. коррозию, которая возникает под воздействием материалов «антилед». Несомненно на первом месте из всех рассматриваемых материалов по способности вызывать усиленную коррозию стоит хлорид натрия. Вместе с тем, аналогично ведут себя хлориды кальция и калия, просто при массовом их использовании вносимое количество их на поверхность меньше, чем вносимое количество хлорида натрия. Были проведены испытания материалов, изготовленных из стали-3 и стали-2. Для этого образцы изделий - полоски 0,1×5×100 мм (20 шт.) помещали в боксы, в которых поддерживалась влажность 100%, и по дну бокса был засыпан один из представителей материала «антилед». В качестве материалов также использовались гвозди длиной 100 мм и канцелярские скрепки. Температура поддерживалась на уровне минус 5°С. На поверхность материала «антилед» насыпали тонкий слой раздробленного льда. Вся система выдерживалась в течение одного месяца. Параллельно проводили опыты в таких же боксах, но на дно которых насыпали тонкий слой льда. Образцы контрольные (без материала «антилед») и испытуемые вынимали из боксов и обрабатывали по методу, описанному в практикуме по физической химии (Шаталов А.Я., Маршаков И.К. Практикум по физической химии. М.: «ВШ», 1986, 224 с.). Определяли коррозию в процентах, (результаты опытов и расчетов приведены в таблице 2).

Таблица 2 Сравнительная характеристика материалов «антилед» по способности вызывать избыточную коррозию
Материалы	Хлорид натрия	Хлорид кальция	Хлорид калия	Ацетат натрия	Ацетат калия	Песок	Глина	ПГМ-1	ПГМ-2
Ст-2	2,50	2,50	2,50	0,1	0,10	0,10	0,10	0,10	0,5
Ст-3	2,55	2,55	2,55	0,11	0,11	0,10	0,10	0,10	0,5

В контроле коррозия составила 0,1%

Результаты, приведенные в таблицах 1 и 2, указывают на то, что в результате физико-химических и экологических исследований предлагаются новые материалы для системы «антилед» - опоки Астраханской области - как в чистом виде (ПГМ-1), так и в смеси с хлоридом кальция 20:1 (ПГМ-2).