Способ получения вяжущего для дорожного покрытия

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО ДЛЯ ДОРОЖНОГО. ПОКРЫТИЯ, включающий стадии нейтрализации отхода коксохимического производства, содержащего кислую c soлкy сернокислотной очистки бензола, водным раствором щелочного реагента, отделения водного слоя и смешения нейтрализованного отхода с пластификатором, отличающийся тем, что, с целью повьшения качества вяжущего, в качестве отхода используют отвалы коксохимического производства, которые после нейтрализации промывают водой, отделяют водный слой, остаток обезвоживают выпариванием при нагревании и смешивают с 8-40 мае. % пластификато (Л ра. с 2. Способ по П.1, отличающ Ий с я тем, что в качестве пластификатора используют каменноугольную, смолу, антраценовое масло и маловязкие каменноугольные дегти. САд 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ВСЮ С 10 С 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

1 с ц а М 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

re ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ H ОТКРЫТИЙ (2I) 3578020/23-04 (22) 08.02.83 (46) 15.09.84. Бюл. 9 34 (72) З.Г.Зубко, В.А.Золотарев, Т.А.Заднепровская, А.С.Непомнящая и О.В.Канивец (7 1) Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украины и Украинский ордена "Знак Почета" научно-исследовательский углехимический институт (53) 665.637(088.8) (56) 1. Чен Н.Г. Исследование свойств смол, получаемых из отходов коксохимпроизводства. — "Металлургия и горнорудная промышленность". 1973, Р 2, с. 41-42.

2. Авторское свидетельство СССР

N 358350, кл. С 10 С 1/00, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР

1Ф 558930, кл. С 10 С 1/00, 1975.

4. Авторское свидетельство СССР

К - 419544, кл. С 10 С 1/04, 1971 (прототип).

„„SU„„1113400 А (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО

ДЛЯ ДОРОЖНОГО. ПОКРЫТИЯ, включающий стадии нейтрализации отхода коксохимического производства, содержащего кислую смолку сернокислотной очистки бензола, водным раствором щелочного реагента, отделения водного слоя и смешения нейтрализованного отхода с пластификатором, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения качества вяжущего, в качестве отхода используют отвалы коксохимического производства, которые после нейтрализации промывают водой, отделяют водный слой, остаток обезвоживают выпариванием при нагревании и смешивают с 8-40 мас. X пластификатора.

2. Способ по п. t, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве пластификатора используют каменноугольную. смолу, антраценовое масло и маловязкие каменноугольные дегти. 1113400

Изобретение относится к технике переработки кислых отходов коксохимического производства с получением вяжущего для дорожных покрытий и может быть использовано в коксохимичес- .5 кой и химической промьппленности.

В настоящее время на действующих коксохимических предприятиях имеются кислые и другие отходы, которые накапливаются в отвалах, расположенных 10 вблизи коксохимзаводов. Эти отвалы представляют собой смесь продуктов конденсации и полимеризапии от пооцесса переработки каменноугольной смолы, сырого бензола и коксового .газа, а также содержат кислую смолку, сульфокислоты бензольных углеводородов, свободную серную кислоту,. фусы, сульфат аммония, соли и окислы различных металлов, мелкие классы угля, грунтовую пыль и смолистые отложения от чистки аппаратуры и трубопроводов коксохимпроизводства.

Отвалы могут характеризоваться показателем рН водной вытяжки, который колеблется в пределах 1,9-6,5.

Утилизация этих отходов пока не нашла решения. Их сбрасывают в овраги, котлованы, карьеры, занимая огромные площади земли, что приводит к недопустимому загрязнению окружающей среды токсичными испарениями и вредными водорастворимыми веществами.

Известен способ переработки кислых смолок, образующихся при очистке 35 сырого бензола серной кислотой в смеси с кубовыми остатками его днстилляции, включающий стадии нейтрализации аммиачной водой, смешения

40 с хлорным железом или гипохлоритом кальция и термообработку с получением в качестве готового продукта вяжущего для цорожного покрытия 51J, Недостатками способа являются

45 сложность технологии его осуществления и ограниченность сырья — кубовых остатков ректификации сырого бензола, используемых более квалифицированно для получения инден-кумароновых смол, 50 а также в качестве поглотителя для очистки коксового газа от бензольных углеводородов и нафталина.

Известен способ получения вяжуще-. го для дорожного покрытия из каменноугольных масел и кислых смолок со

55 значительным содержанием серной кислоты путем термической обработки их смеси при 200-320 С L21.

Недостатком указанного способа термической переработки кислых смолок является значительная коррозия оборудования из-за совместного воздействия высоких температур и концентрации кислоты.

Известен также способ получения вяжущего для дорожного покрытия путем нейтрализации кислых смолок процессов ректификации и улавливания беизола коксохимических заводов с последующей обработкой суспеизией, состоящей из каменноугольного масла и порошкообразной извести при 8090 С L33.

Однако вяжущие, полученные таким способом, обладают низкими когезионными свойствами и недостаточной водоустойчивостью. . Наиболее близким к предлагаемому является способ получения вяжущего для дорожного покрытия путем нейтрализации отхода коксохимического производства — кислой смолки сернокислотной очистки бензола — 227-ным водным раствором аммиака или 45Х-ным раствором сульфата аммония в смеси с антраценовым маслом, взятым в количестве 20-30 мас. 7., перемешивания полученной смеси, отстоя прн 80-90 С, отделения верхнего углеводородного слоя, содержащего раствор органической массы смолки в антраценовом масле, и нижнего слоя — водного раствора аммиачных солей органических суль. фокислот. Углеводородный слой, содержащий около 50Х воды, дистиллируют в кубе с отбором бензольной фракции.

Оставшийся масляный слой вновь обрабатывают пластификатором — антраценовым маслом в присутствии воздуха, далее отстаивают. Полученный после отстоя масляный слой может быть использован в качестве сырья для производства вяжущего для дорожных покрытий c4).

Недостатком способа является низкое качество получаемого вяжущего.

Цель изобретения — повышение качества вяжущего.

Поставленная цель достигается путем нейтрализации отвалов коксохимического производства, содержащих кислую смолку сернокислотной очистки бензола, водным раствором щелочного реагента, последующей промывки полученного продукта водой, отделения водного слоя, обезвоживания остатка

1113400

Отвалы коксохимпроизводства, кото-45 рые используют в качестве исходного сырья, содержат, мас. Х:

Кислая смолка цеха улавливания химпродуктов

Кислая смолка цеха ректификации сырого бензола

Каменноугольная смола

Фусы

Фенолсодержащие масла

Отходы в виде угрероцистых и минеральных стложений от очистки аппаратуры и дре 10-20

7-50

2-40

4-8

10,0-18,0

О, 1-35

55 выпариванием при нагревании и дальнейшего смешения с 8 40 мас. и пластификатора.

Предпочтительно в качестве пластификатора использовать каменноугольную смолу, антраценовое масло и маловязкие каменноугольные дегти.

Предварительная обработка нейтрали. зованных отвалов коксохимпроизводства водой позволяет удалить водораство- 1О римые компоненты, а в,процессе обезвоживания выпариванием уплотнить углеродсодержащие соединения и получить вяжущее с упорядоченной структу.рой, что приводит при использовании этого связующего для дорожного покрытия к повышению его срока службы.

Способ осуществляется следующим образом.

B подогретые до 60-80 С отвальные gp отходы добавляют 30-50Х-ный водный раствор щелочи для нейтрализации до рН 6,5-7,8. Смесь перемешивают, в течение 20-30 мин до образования однородной массы, после чего ее про- 25 мывают водой. Для более полного отделения водорастворимых веществ промывку водой ведут при температуре массы 70-80 С до содержания в ней водо-. растворимых веществ не более 4 мас. X gp

После отстоя и отделения воды массу подвергают выпариванию для удаления остаточного количества воды, после чего в отходы добавляют в качестве пластификатора каменноугольное мас-З ло, каменноугольную смолу или дегти.

Количество добавляемого пластификатора регламентируют величиной заданной вязкости, которая может быть в пределах вязкости дегтя любой мар- 40 ки. Для дегтебетонных смесей горячего типа рекомендуется получать вяжуто щее вязкостью С, =50-120 с.

Химический состав отвалов следующий, мас. Ж:

Серная кислота 0.,5-20

Углеводороды 56-90

Нерастворимые вещества в толуоле 7-50

Зола 4Т18

- Вода 6-26 рН отвалов составляет 1-6,5

Плотность, кг/м ... 1150-1350

Фусы представляют собой кроме продуктов конденсации мелкие классы угля, золу, состоящую из окислов примерного состава SiOg, $0, Р Оэ, Ге Ой, А ОД, МпО, СаО, MgO и. др.

Кислая смолка сульфатного отделения образуется при улавливании аммиака путем обработки коксового rasa серной кислотой за счет полимеризации непредельных соединений, содержащихся в газе, а также конденсации из газа каменноугольной смолы и др. веществ. Кислая смолка цеха ректификации является побочным продуктом при очистке сырого бензола от непредельных и сернистых соединений (в основном тиофена и его гомологов) и образуется в результате реакций полимеризации, сополимериэации, конденсации и сульфирования, протекающих при воздействии на сырой бензол концентрированной серной кислоты. Кислая смолка цехов ректификации представляет собой комплекс .иэ серной кислоты, сульфосоединений примесей бензола и углеводородов.

Кислые смолки являются основой смеси отходов в отвалах. Под влиянием внешней среды, отработанных кислот и щелочей, сливаемых в отвалы, в течение времени они уплотняются и некоторая часть их приобре1 тает нейтральный характер.

В качестве пластификаторов- раэжижителей рекомендуется применять каменноугольную смолу, антраценовое масло (фракция), маловяэкие дегти.

Физико-химические свойства пластификаторов приведены в табл. 1 °

Пример 1. 10 кг отвалов коксохимического производства Горловского завода, характеризующихся рН. 1,9 плотностью 1330 кгlм и содержащих, мас. 7.: серная кислота 8,0; углеводороды 82; в т.ч. нерастворимые вещества в толуоле 27,0; зола 4,0 и вода 6,0. Нагревают до о

60 С, после чего добавляют 1,2 кг

1113400

Нет

16,8

32,3

23,2

0,8

23,1

31,8

25,1

5 гидроокиси натрия в виде 30%-ного водного раствора и перемешивают смесь в течение 30 мин. К полученной нейтрализованной массе добавляют 5 л воды с температурой 70 С. Промывку водой ведут трехкратно. После отстоя и отделения ее продукт с влажностью

3,4 мас. % подвергают выпариванию в течение 40 мин, после чего в него (8.,3 кг) вводят пластификатор — ка- 10 менноугольную смолу в количестве

2,0 кг, что составляет 24 мас. % к подготовленным отходам. Смесь перемешивают в течение 20 мин при 80 С.

В итоге получают 10,3 кг вяжущего, 15 содержащего, мас. %; подготовленные отходы 81; пластификатор 19 и характеризующегося следующими показателями качества:

Вязкость Сц > c 87

Содержание нерастворимых в толуоле веществ, мас. %

Фракционный состав, мас. 7.: 25 до 1700С до 270ОС до 300 С

Температура размягчения по Кий, ОС 40, 30

Плотность,кг/м 1300

Зольность, мас. 7 3,4

Адгезия к граниту Хорошая

Температура хрупкостч -4 С

Выход продукта, мас. 7. 85

Пример 2. К 7,7 кг смеси смолистых отходов Горловского КХЗ той же характеристики добавляют 1,2 кг гидроокиси натрия в виде 30%-ного вод" ного раствора с последующим перемешиванием в течение 30 мин. После этого в полученную нейтрализованную массу добавляют 5 л воды, смесь подогревают и перемешивают. Через 5 мин после отстаивания воду сливают. Промыв-45 ку водой ведут трехкратно. После отделения воды продукт подвергают выпариванию. Продолжительность выпас ривания оставшейся влаги составляет

40 мин. В нейтрализованную промытую выпаренную смесь отходов в количестве 6,2 кг добавляют 2,3 кг антраценового масла. Смесь перемешивают в течение 20 мин при 80 С с получением вяжущего в количестве 8,5 кг, 55 содержащего, мас. 7.: подготовленные ртходы 73 и пластификатор 27. Потери от исходного сырья составляют

20 мас. % и имеют место за счет удаления из отходов нейтрализованных (водорастворимых и водовымываемых вецеств, выводимых из смеси отходов на этапе промывки водой и выпаривания, и рассчитываются от массы исходной отходов (в примере 7,7 кг).

Вяжущее характеризуется следующими показателями качества:

ВЯЗКОСТЬ С о, С

1о

93

Содержание нерастворимых в толуоле веществ, мас. % 20,3

Фракционный состав, мас. %: до 170ОС до 270 С до 300 С

Темцература размягчения по КиШ, С 43

Плотность, кг/м 1320

Зольность, мас. 7 3,3

Адгезия к граниту Хорслая

Температура хрупкости -6 C

Пример 3. 8,0 кг смеси смолистых отходов Горловского КХЗ, характеризующихся рН 1,9, нагревают до 60 С, добавляют 1,2 кг гидроокиси натрия в виде 307.-ного водного раствора, подвергают перемешиванию в течение 30 мин. После этого в полученную нейтрализованную массу добавляют

5 л воды, подогревают и перемешивают смесь. Через 5 мин, после отстаивания, воду сливают. Промывку водой проводят трехкратно. После слива воды продукт подвергают выпариванию для удаления оставшейся воды. Продолжительность выпаривания 40 мин, количество выпаренных отходов 6,5 кг.

В нейтрализованную, промытую, выпаренную смесь отходов добавляют в качестве пластификатора 1,6 кг дегтя марки Д-1. Смесь перемешивают в течение 20 мин при 80 С. В результате получают 8,1 кг вяжущего, содержащего 80 мас. % подготовленных отходов и 20 мас; % пластификатора.

Потери составляют 19,47. от массы исходной смеси отходов.

Характеристика свойств полученного вяжущего:

Ы

ВЯзкость Су>, у с

Содержание нерастворимых в толуоле веществ, мас. %

Фракционный состав, мас. %: до 170ОС

1113400

1,2

16,7

32,1

50 до 270ОС 18,4 до 300 С 28,9

Температура размягчения по КиШ, С 41

Плотность, кг/м 1310 5

Зольность, мас. % 3,3

Адгезия к граниту Хорошая

Температура хрупкости - 3 С

Пример 4. 8,0 кг смеси смолистых отходов Баглейского КХЗ, ха1О рактеризующихся рН 6,5, плотностью

1300 т/м и, содержащих, мас..%: серная кислота 0,8; углеводороды 87, в том числе нерастворимые 23; зола 2 и влага 10,2, нагревают до 60 С, 15 добавляют 8 r гидроокиси натрия в виде 30%-ного водного раствора. Количество щелочи для нейтрализации отходов составляет 1 мас. X. Отходы со щелочью перемешивают в течение 30 минЛ

После этого в полученную нейтрализованную массу добавляют 5 л воды, подогревают и перемешивают смесь. Через 5 мин, после отстаивания, воду сливают. Промывку водой ведут трехкратно. После слива воды продукт подвергают выпариванию. Продолжительность выпаривания 40 мин, количество подготовленных отходов составляет

6,6 кг. В нейтрализованную, промытую, 30 выпаренную смесь отходов добавляют при перемешивании 600 г каменноуголь ной смолы,что составляет 9 мас.% от количества отходов. При этом получают 7,2 кг вяжущего, содержащего

92 мас. % подготовленных отходов и

8 мас. % пластификатора. Потери составляют 18 мас. %.

Характеристика свойств полученного вяжущего: 40

<о

Вязкость, Сц, с

Содержание нерастворимых в толуоле веществ, мас. % 20,5 фракционный состав, мас. % до 170 С до 270 0 до 300 С

Температура размягчения по КиШ, С 34 Плотность, кг/м 1260

Зольность, мас. % 2,8

Адгеэия к граниту Хорошая

Температура хрупкости -8 С

Таким образом, в примерах 1, 2 и 3 проиллюстрирована возможность применения различных пластификаторов (каменноугольной смолы, антраценового масла и дегтя марки Д-1) к одному виду отвалов коксохимпроизводства, В примере 4 показана возможность получения вяжущего с применением в качестве исходного сырья отвалов коксохимпроизводства Баглейского КХЗ, несколько отличающихся по составу от отвалов Горловского КХ3.

В табл. 2 приведены экспериментальные данные, иллюстрирующие влияние пластификатора на качество вяжущего.

Опыты проведены с использованием отвалов Горловского КХЗ, подготовленных предлагаемым способом, и в качестве пластификатора — каменноугольной смолы.

Таким образом, оптимальная концентрация пластификатора при приготовлении вяжущего составляет 840 мас. X. При использовании концентрации ниже указанной ухудшается качество вяжущего по показателям адгезии к граниту и температуре хрупкости. При использовании более высокой концентрации ухудшается качество вяжущего по показателю вязкости, которая не обеспечивает необходимую прочность дорожного покрытия.

В табл. 3 приведены сопоставительные данные показателей качества вяжущего, полученного по предлагаемому и известному способам в сравнении с базовым объектом. !

Данные табл. 3 показывают, что вяжущее, полученное по предлагаемому способу, характеризуется более высокими показателями вязкости, содержанием нерастворимых в толуоле веществ зольностью, смоляной составляющей, обеспечивающих получение асфальтобетонов на их основе с более высокими прочностными свойствами, водоустойчивостью и долговечностью в сравнении с базовым объектом. Из вяжущего, полученного согласно известному способу, асфальтобетон получить нельзя, и его используют для вспомогательных работ: подгрунтовки, пропитки, полупропитки

В табл. 4 приведены физико-механические свойства бетонов, полученных с использованием известного и предлагаемого вяжущих.

Таким образом, иэ приведенных .данных видно, что при использовании предлагаемого вяжущего получают бетон

10 1113400 более прочный и водоустойчивый. Высокая механическая прочность бетона со! структурированным вяжущим обеспечивает лучшие зксплуатационные свойства., что удлиняет срок службы дорожных покрытий.

Таблица1 зкие (Д-1

1200-1240

1100-1150

Вязкость, с

СД

5-70

5-20

3-4

1,3

0,3-0,5 18-20

8-11

Фракционный состав, мас. % до 170 0С

3-2 до 270 С до 300 С до 360 С

Зольность, мас. %, не более

0,08-0,1 Таблица 2

Содержание пластификатора в вяжущем, мас. %

7,0 8,0, 20,0, 40,0 45,0! о

Вязкость С,с . o

163

295

67* 30*

26,3

25,8.23,2

18,6 14,2

0,8

Отсутствует

12,3

Отсутствует

13,1

0,9

1,2 до 270 С

23,0

24,9

24,1

32,0

Плотность при 20 С, кг/м

Ф

Содержание воды, мас. %, не более

Содержание веществ, не .растворимых в толуоле, мас. %, не более

Наименование показателей

Содержание нерастворимых в толуоле веществ, мас. %

Фракционный состав, %i до 170 С

20-20

35-30

18,6 19, 1

28, 33,3!

2. . П о олже ие

1 f 13400 р д. и табл. 2 I

Баименование показателей Содержание пластификатора в вяжущем, мас. Х

2,0

40,, 45,0

20,0

8,0

Температура размягче= ния, С 61

40,0

1321 1320

1300

1280 1260

2,8 2,6

4,6

4,5

3,4

Адгезия к граниту

Неудов- Неудовлетвори- летворнтельная тельная

Хорошая

Удовлет.-Удовлетвори- норительная тельная

Температура хрупкости, С . +2

*При таком содержании пластификатора вязкость определяется при С

Т а б л и ц а 3 вязкость, с

С

5-20

50" 120

10-80

1,0

1,5 до 270 С

20

30

80

120

Содержание нафталина, мас. 7, не более 3

7-9

Следы

6,5 рН среды, не менее

Содержание водорастворимых соединений, мас. 7., не более

Содержание нерастворимых в толуоле веществ, мас. 7.

20

2-8 ность мас. 7

Плотность, кгlм

Зольность, мас. 7

<о

С

Фракционный состав, мас. 7, не более до 170 С до 300 С

Температура размягчения остатка после отбора фракции до 300 С, не более

Подвижная Подвижсистема ная сис не опре ма не делена определена

13 1 113400

Т а б л и ц а 4

Набухание, мас. Я

Водонасыщение, мас. Ж

Объемная масса, кгlмЗ

Вяжущее

Деготь марок Д-4, Д-5 (базовый вариант) 2400

1,23

3,60

По предлагаемому способу

2400

0,8

2,3

Продолжение табл, 4

Вяжущее озффициент водоустойКго /Ки

Предел прочности при сжатии, МПа, при температуре, С

20 20

Деготь марок Д-4, Д-5 (базовый вариант) О,?О

2,6

2,8

По предлагаемому способу

7,4

0,85

8,5

Составитель Е.Горлов

Редактор И .Рыбченко Техред М .Кузьма Корректор В .Бутяга

Заказ 6527/20 Тираж 488 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Деготь марки Д-6, Сз 80 с (базовый вариант) Деготь марки Д-6, С„> SO с (базовый вариант) Непригоден для приготовления дегтебетонных смесей