способ получения серобитумных композиций с пониженной эмиссией сероводорода и диоксида серы

Формула изобретения

Способ получения серобитумных композиций с пониженной эмиссией сероводорода и диоксида серы путем совмещения асфальтобетонной смеси с серой, отличающийся тем, что, с целью уменьшения эмиссии сероводорода и диоксида серы, в асфальтобетонную смесь, нагретую до температуры 140-150°С, вводятся гранулы серы с геометрическими размерами не более 10 мм, полученные посредством гранулирования смеси, содержащей 86,21-90,50 мас.% порошкообразной серы с размерами частиц не более 0,5 мм, 9,05-12,93 мас.% органического компонента с температурой плавления не более 70°С (вещества, содержащие жирные кислоты или предельные углеводороды состава C₁₈ H₃₈ C₅₅H₁₁₂) и 0,45-0,86 мас.% нейтрализатора эмиссии (оксиды металлов или их смеси, образующие с указанными газами водонерастворимые или малорастворимые сульфиды и/или сульфиты), перемешивают в течение 30-60 с.

Описание изобретения к патенту

Способ получения относится к области производства композиций, содержащих битум и серу, которые могут быть использованы в дорожном и другом строительстве.

Известен способ получения асфальтобетона с добавкой серы [1], который заключается во введении серы (жидкой или комовой) в битумный котел, оборудованный мешалкой пропеллерного или шнекового типа, заполненный не более чем 0,75 его объема битумом, перемешивании смеси при температуре 130-140°С в течение 10 мин для жидкой серы или 20 мин для комовой серы. Далее приготовление асфальтобетонной смеси проводится обычным порядком.

Недостатком этого способа являются:

1) низкая температура асфальтобетонной смеси, содержащей добавку серы - 130-140°С - что снижает качество асфальтобетонного покрытия;

2) эмиссия сероводорода и диоксида серы при изготовлении смесей, их транспортировке и укладке.

Известен способ получения серобитумного вяжущего (патент № 2284304), предназначенный для приготовления дорожно-строительных материалов и заключающийся в смешении компонентов - расплавленного битума и серы при нагревании при температуре 140-180°С, причем в расплавленный битум предварительно добавляют 1-5 мас.% стирольно-дициклопентадиен-инденовой смолы или алкадиен-дициклопентадиен-инденовой смолы и 1-5 мас.% высокомолекулярных углеводородов - альфа-олефинов фракционного состава С₂₀-С₂₆ с температурой плавления 38-40°С и/или индустриального масла с вязкостью 5-50 мм²/с при 50°С и перемешивают в течение 0,5 часа, затем порциями добавляют серу в массовом соотношении с битумом 10-50:90-50, соответственно, и перемешивают еще 2 часа.

Недостатком этого способа являются:

1) высокие энергозатраты (температура 140-180°С) и сложность технологии получения серобитумного вяжущего (2-2,5 часа);

2) эмиссия сероводорода и диоксида серы при изготовлении серобитумного вяжущего.

Известен также состав вяжущего для приготовления асфальтобитумной смеси (патент № 2378209), позволяющий при его использовании повысить температуру размягчения бетона, понизить температуру хрупкости и устранить экологические и коррозионные проблемы. Это достигается использованием серы в составе вяжущего и применением гидроокиси трехвалентного железа, являющегося адсорбентом сернистых газов, который снижает выделение последних в процессе приготовления и укладки асфальта и одновременно снижает коррозионную агрессивность к технологическому оборудованию, повышает прочностные характеристики и улучшает экологическую обстановку. Вяжущее для приготовления асфальтобитумной смеси содержит, мас.%:

Битум	- 41-43
Сера	- 54-56
Масло минеральное	- 2,1-2,35
Известь	- 0,1-0,6
Гидроокись трехвалентного железа	- 0,2-0,5
КМЦ	- 0,02-0,03
Полимер	- 0,02-0,08

Недостатками указанного состава являются невысокая адсорбция сернистых газов гидроокисью трехвалентного железа и образование при взаимодействии с сернистыми газами воды, что недопустимо для технологии серобитумных материалов.

Наиболее близким к изобретению является способ снижения эмиссии сероводорода из литых сероасфальтовых смесей (патент США № 3960585 «Reducing H₂S-emission from hot cast sulfur-asphalt mixtures»), заключающийся во введении в битум, нагретый до температуры не более 150°С, органического компонента (тетраалкилтиурамдисульфид, цинкдиалкилдитиокарбамат, дифенилгуанидин) и катализатора окислительно-восстановительных процессов (йод, оксид и соли меди, оксид и соли железа, оксид и соли кобальта) с последующим добавлением серы. Указанные органический компонент и катализаторы окислительно-восстановительных процессов вводят в смесь в количествах, не превышающих 0,5% от массы смеси битума с серой. Наиболее эффективными понизителями (нейтрализаторами) эмиссии сероводорода являются хлориды железа: FeCl₂ ·4H₂O и FeCl₃·6H ₂O.

Недостатками указанного способа являются:

1) способ позволяет снизить эмиссию только сероводорода, однако практика приготовления и укладки сероасфальтобетонов показывает, что совместно с эмиссией сероводорода протекает эмиссия диоксида серы;

2) использование потенциально опасных для здоровья человека органических компонентов;

2) применение водорастворимых хлоридов железа, вызывающих коррозию оборудования и снижающих качество асфальтобетонных покрытий.

Техническая задача изобретения - усовершенствование технологии получения серобитумных композиций путем изменения способа введения серы и состава нейтрализатора эмиссии сероводорода и диоксида серы, что обеспечивает снижение эмиссии сероводорода и диоксида серы в процессе изготовления, транспортировки и укладки сероасфальтобетона.

Поставленная задача решается путем совмещения асфальтобетонной смеси, нагретой до температуры 140-150°С, с предварительно изготовленными гранулами серы с геометрическими размерами не более 10 мм, содержащими 9,05-12,93 мас.% органического компонента с температурой плавления не более 70°С и 0,45-0,86 мас.% нейтрализатора эмиссии.

В качестве органического компонента используются вещества, содержащие жирные кислоты или предельные углеводороды состава C₁₈ H₃₈ С₅₅Н₁₁₂, например: госсиполовую смолу, парафин, церезин, стеариновую кислоту и другие, а также обезвоженные отходы промышленности, содержащие указанные соединения, или их смесь.

В качестве нейтрализатора эмиссии сероводорода и диоксида серы используются оксиды металлов или их смеси, образующие с указанными газами водонерастворимые или малорастворимые сульфиды и/или сульфиты. К указанным оксидам металлов относятся: оксид марганца, оксид свинца (II), оксид висмута (III), оксид олова, оксид железа (II), оксид железа (III), оксид цинка, оксид меди.

Гранулы серы готовят следующим образом. Отдозированное количество оксидов металлов вводят в органический компонент (при необходимости нагретый до температуры плавления). Смесь тщательно перемешивают до получения однородной массы. Затем вводят отдозированное количество серы с размером частиц не более 0,5 мм. Полученную смесь перемешивают при температуре не более 80°С до получения однородной массы. Далее смесь охлаждают и при необходимости измельчают до частиц (гранул серы) размером не более 10 мм.

Полученные гранулы серы вводят в асфальтобетонную смесь с температурой 140-150°С. Наличие серы и органического компонента обеспечивает модификацию битума, что приводит к повышению показателей эксплуатационных свойств асфальтобетонного покрытия. Использование нейтрализаторов эмиссии обеспечивает снижение эмиссии сероводорода и диоксида серы в процессе изготовления, транспортировки и укладки асфальтобетонной смеси.

Таким образом, совокупность заявляемых существенных признаков изобретения обеспечивает достижение указанного технического результата.

Пример конкретного выполнения.

В смеситель с масляной рубашкой емкостью 20 л, оборудованный лопастной мешалкой, добавляют 14 кг госсиполовой смолы (ТУ 9147-141-00336562-2008) и 0,70 кг оксида цинка (ГОСТ 10262-73) и перемешивают 15-20 мин до получения однородной массы. Затем 5,7 кг полученной смеси госсиполовой смолы и оксида цинка загружают в смеситель-гранулятор периодического действия, оборудованный системой подогрева, добавляют 54 кг порошкообразной серы (ГОСТ 127-93) с размером частиц не более 0,5 мм, смесь подогревают до температуры 60-70°С, перемешивают и формуют гранулы в течение 3-5 мин. Гранулы серы в количестве, соответствующем уменьшению расхода битума (10-40%), добавляют в асфальтобетонную смесь, нагретую до 140-150°С, перемешивают в течение 30-60 с. Сероасфальтобетонную смесь транспортируют и укладывают на объекте.

Результаты экспериментальных исследований заявленного способа получения серобитумных композиций представлены в таблице 1.

Как видно из результатов испытаний, эмиссия сероводорода и диоксида серы из серобитумных композиций, нагретых до температуры 140-150°С, значительно ниже.

Таблица 1
Номер состава	Содержание, мас.%	Кратность снижения эмиссии
Битум	Сера	Органический компонент	Нейтрализатор	H2S	SO2
1	70,00	30,00	-	-	1,0	1,0
2	65,99	28,23	5,64 (парафин)	0,14 (оксид свинца)	1,2	1,4
3	67,90	29,05	2,90 (госсиполовая смола)	0,15 (оксид цинка)	12,6	49,3
4	67,90	29,05	2,90 (госсиполовая смола)	0,15 (оксид железа)	3,2	3,9
5	67,90	29,05	2,90 (госсиполовая смола)	0,15 (оксид цинка, оксид меди)	12,8	49,6
6	67,90	29,05	2,90 (госсиполовая смола + парафин)	0,15 (оксид цинка, оксид меди)	11,8	48,6
7	67,90	29,05	2,90 (госсиполовая смола + стеариновая кислота)	0,15 (оксид цинка, оксид меди)	13,6	45,6

Литература

1. Пособие по строительству асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов (к СНиП 3.06.03-85 и СНиП 3.06.06-88) - М., 1990.

2. Патент № 2284304, МКИ С04В 26/26 «Способ получения серобитумного вяжущего».

3. Патент № 2378209, МКИ С04В 26/26 «Состав вяжущего для приготовления асфальтобитумной смеси»

4. Патент США № 3960585, МКИ C08L 95/00 «Reducing H₂ S-emission from hot cast sulfur-asphalt mixtures».