Твердый антигололедный состав и способ удаления льда с поверхности дорог
Изобретение относится к химической промышленности и касается антигололедных составов для снятия снежно-ледного покрова с дорожного полотна. Состав содержит 22,5-45,0% хлорида кальция, 50,0-77,0% цеолита или природного песка, 0,5-5,0% триэтаноламина. Технический результат: повышение эффективности удаления льда с дорожной поверхности за счет изменения способа действия, снижение степени коррозии при значительной экономии хлористого кальция, состав экологически чист. 2 табл.
Изобретение относится к химической промышленности и касается антигололедных составов, преимущественно для снятия снежно-ледяного покрова с дорожного полотна.
Антигололедные реагенты применяются как для предотвращения образования, так и разрушения уже образовавшегося льда. В качестве таких реагентов широко известны неорганические соли такие, как хлориды натрия, кальция и магния. Для эффективного удаления льда требуется высокая концентрация хлоридов, что обуславливает коррозию металлических конструкций и кузовов автомобилей.
Известен состав для предотвращения наледи на дорогах, содержащий основу - речной песок и добавку - хлорид натрия (Инструкция по охране природной среды при строительстве автомобильных дорог. ВСН8-89 - Минавтодор, Москва, 1989, с.14). Содержащийся в такой пескосоляной смеси хлорид натрия коррозионно-активен, кроме того, при высоких концентрациях имеет свойство подавлять рост растений. Способ применения данного состава относится к комбинированному, то есть плавящее действие соли дополняется фрикционным свойством песка. Фрикционно-химический способ борьбы с обледенением не позволяет полностью удалять толстые слои льда с дорожной поверхности, кроме того, требуемая дозировка состава составляет 200-300 г/м2, что приводит к излишнему содержанию песка на дороге, необходимости его удаления, засорению ливневой канализации, пыли на дорогах.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является твердый антигололедный состав, содержащий хлорид кальция и фосфатную добавку до 5 мас.% (хлористый кальций фосфатированный (ХКФ, ТУ 2152-057-05761643-2000).
Недостатком данного состава является высокая коррозионная активность, вызванная невысокой плавящей способностью.
При создании изобретения ставилась задача получить антигололедный состав, обладающий высокой способностью удалять снежно-ледяные отложения с дорожного полотна и низкой степенью коррозии, снизить количество плавящего вещества.
Это достигается тем, что в хлорид кальция, дополнительно вводят цеолит или природный песок и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Хлорид кальция | 22,5-45,0 |
| Цеолит (или песок) | 50,0-77,0 |
| Триэтаноламин | 0,5-5,0. |
При этом компоненты не просто смешиваются, как в случае получения фрикционно-химических материалов, а происходит пропитывание цеолита или песка хлористым кальцием с введенным ингибитором коррозии и получение устойчивых комочков. Введение цеолита (песка) и триэтаноламина позволяет повысить эффективность состава, снизить степень коррозии, значительной снизить расход хлорида кальция за счет изменения принципа действия реагента.
Предлагаемый состав и способ применения позволяет эффективно удалять достаточно толстые слои замерзшей воды (не менее 10 мм). В химических и фрикционно-химических реагентах плавящий агент непосредственно взаимодействует со льдом и начинает растворяться с началом реагирования, что мешает ему глубоко проникнуть вглубь льда. При этом действие ограничивается непосредственно проплавленным количеством льда. Вместе с тем, эффективнее содействовать разрушению и отлипанию льда от дорожного покрытия. В предлагаемом составе цеолит или песок служит не только как фрикционный агент (для повышения сцепления колес автомобилей с обледеневшим дорожным полотном), но и как носитель плавящего агента, позволяющий плавящему веществу постепенно выделяться из носителя. Сам носитель (комочек цеолита или слипшегося песка) при этом постепенно углубляется вглубь ледового слоя и содействует разрушению льда и отлипанию его от дорожного покрытия. По мере проникновения носитель разрушается до песчинок и начинает действовать как фрикционный материал.
Глубина проникания предлагаемого состава вглубь льда значительно выше, чем у составов, применяемых в виде порошка, чешуек и т.п. При этом технология получения реагента не требует использования дорогого метода гранулирования, а также предусматривает как получение частично-, так и полностью обезвоженного хлорида кальция, который при воздействии на лед вызывает выделение тепла. Способ распределения гранул на рабочей поверхности ненасыщенный (состав реактива и нормы расхода в зависимости от погодных условий рассчитываются по данным таблицы 1).
Цеолит является очень распространенным (запасы Европейской части России составляют несколько сотен млн тонн) природным минералом, но не находящим в настоящее время широкого использования. К преимуществам использования как основы антигололедных средств необходимо отнести и высокую экологичность цеолита.
Природный песок - самый распространенный минерал. Обычно используется песок, имеющий не более 3% пылевидных, глинистых и других примесей.
Триэтаноламин производится на ОАО "Казаньоргсинтез" (ТУ 6-09-2448-91), относится к продуктам класса аминоспиртов и представляет собой бурую жидкость (d=1,124, ПДК 5 мг/м3).
Применяемый технический водный раствор хлорида кальция является отходом производства каустической соды (ГОСТ 450-77, массовая доля хлористого кальция не менее 32 мас.%, нерастворимый в воде остаток не более 0,15, мас.%, прочие неорганические соли в том числе хлорид магния не более 3 мас.%, d=1,38650).
Пример 1. Для приготовления 1 тонны реагента, состава хлорид кальция, цеолит (песок), триэтаноламин в соотношении 22,5:75:2,5, мас.%.
В емкость объемом не менее 1800 литров, помещенную над нагревательным элементом (марка значения не имеет), заливают 500 литров 32%-ного раствора хлорида кальция в воде, затем добавляют 22,2 литра триэтаноламина и 750 кг цеолита (песка). Смесь нагревают до температуры 175-360°С в течение 1 ч, затем охлаждают до температуры 70-90°С для последующего осушения в сушильной, вращающейся печи непрерывного действия марки СБ 1000. Дробление препарата осуществляют в барабанной мельнице (ГОСТ СТСЭВ 5177-85) до предпочтительных размеров 0,25-1 см в диаметре. Затем состав фасуют в полиэтиленовые упаковки, которые должны быть герметичны от попадания влаги.
Пример 2. Для приготовления 1 тонны реагента, состава хлорид кальция, цеолит, триэтаноламин в соотношении 45:50:5, мас.%.
Методика аналогична приведенной выше за исключением норм загрузок. Раствор хлорида кальция - 1000 литров, цеолит (песок) - 500 кг, триэтаноламин - 44,5 л.
Определение плавящих и отслаивающих снежно-ледовую массу свойств.
Испытания плавления льда и снежно-ледовой массы проводились в емкости с асфальтобетонной подложкой, площадью 0,03 м3 при температуре -7 и -16°С и толщине льда 5 и 10 мм. В качестве снежно-ледовой массы использовался мелко раздробленный лед. Реагенты перед испытаниями охлаждались до температуры льда. Время выдерживания составляло 3 часа. По окончании выдерживания смесь подвергалась умеренному механическому воздействию резиновым бруском, моделирующему движение автотранспорта. Разрушенный и отслоившийся лед убирался щеткой и определялась массовая потеря льда в зависимости от состава реагента и расхода хлорида кальция. Данные по результатам представлены в таблице 1 наряду со сравнительными данными прототипа -хлорида кальция фосфатированного (ХКФ).
Как видно из таблицы 1, для температур до -7°С и толщины снежно-ледовой массы до 10 мм оптимальным оказывается состав с соотношением CaCl2, цеолита (песка) и триэтаноламина 22,5:75:2,5 (мас.%), для температур близких к -16°С и толстой снежно-ледовой массе (около 10 мм) ориентировочное массовое соотношение компонентов должно быть 45:50:5 соответственно. Экономия расхода хлорида кальция в данных случаях в сравнение с использованием прототипа составляет 2-12,9 раза, причем экономичность препарата больше выражена при разрушении стекловидного льда.
Определение ингибирования коррозии.
Эксперименты проводились с трехкратным дублированием (для рекомендуемых концентраций) замеров потери массы образца стали 3 по методу, описанному в Методике испытаний противогололедных материалов, утвержденной государственной службой дорожного хозяйства министерства транспорта Российской Федерации, Москва, 2003 г., с.16.
Для испытаний используют 5%-ный водный раствор противогололедного препарата. Скорость коррозии определяют по формуле:
C=Δm/S·t,
где Δm - потеря массы образца, S - площадь пластины стали 3, м2, t - время, ч.
Данные испытаний и известные данные прототипа и похожих на него реагентов приведены в таблице 2.
Из таблицы 2 следует, что в зависимости от используемых концентраций CaCl2 в реагенте (по рекомендуемым данным таблицы 1) массовая концентрация триэтаноламина должна составлять 2,5-5%. Скорость коррозии препарата при этом в среднем на порядок ниже, чем у прототипа хлористого кальция фосфатированного (ингибитор - шлам ТПФ).
Таким образом, предлагаемый твердый антигололедный состав в зависимости от условий применения имеет в 2-12,9 раза большую эффективность в сравнение с прототипом, что позволяет соответственно экономить хлорид кальция, и очень низкую коррозионную активность (в 10 раз меньшую, чем у прототипа). Также предлагаемый состав значительно снижает количество песка по сравнению с пескосоляной смесью при значительном увеличении эффективности и экологичности.
Полученный состав прост в изготовлении и содержит дешевое сырье, а также распространенные природные минералы.
| Таблица 2. Данные экспериментов по определению ингибирования коррозии состава в сравнении данными прототипа ХКФ (состав - твердый остаток дистиллерной жидкости и шлам ТПФ), а также близких к нему составов. | |||||||||
| № примера | Состав компонентов, мас.% | Скорость коррозии, г/(м2·ч) | |||||||
| Твердый остаток дистиллерной жидкости | CaCl2 | Цеолит (песок) | Шлам ТПФ | Синтерол | ОП-7 | ОП-10 | Триэтаноламин | ||
| 1a | 100 | - | - | - | - | - | - | - | 0,540 |
| 2a | 99,0 | - | - | 0,5 | - | - | 0,5 | - | 0,020 |
| 3a | 97,5 | - | - | 2 | 0,5 | - | 0,5 | - | 0,008 |
| 4a | 96,0 | - | - | 3 | - | 0,5 | 0,5 | - | 0,007 |
| 5b | 97,2 | - | - | 3 | - | - | - | - | 0,07 |
| 6b | - | - | - | 8 | - | - | 1 | - | 0,06 |
| 7b | - | - | - | 2,5 | 0,3 | - | - | - | 0,05 |
| 8 | - | 22,5 | 77 | - | - | - | - | 0,5 | 0,0194 |
| 9 | - | 22,5 | 76,8 | - | - | - | - | 0,7 | 0,0185 |
| 10 | - | 22,5 | 76,5 | - | - | - | - | 1 | 0,0182 |
| 11 | - | 22,5 | 75,5 | - | - | - | - | 2 | 0,0076 |
| 12c | - | 22,5 | 75 | - | - | - | - | 2,5 | 0,0072 |
| 13 | - | 22,5 | 74,5 | - | - | - | - | 3 | 0,0072 |
| 14 | - | 45 | 54 | - | - | - | - | 1 | 0,0254 |
| 15 | - | 45 | 53 | - | . | - | - | 2 | 0,0138 |
| 16 | - | 45 | 52 | - | - | - | - | 3 | 0,0103 |
| 17 | - | 45 | 51 | - | - | - | - | 4 | 0,0097 |
| 18c | - | 45 | 50 | - | - | - | - | 5 | 0,0081 |
| 19 | - | 45 | 49 | - | - | - | - | 6 | 0,0082 |
| Примечания: a -, b - данные патентов RU №2009157, МПК С 09 К 3/18, 1991 и RU №2243248 С1, 7 С 09 К 3/18 соответственно. с - данные рекомендуемых составов. |
Твердый антигололедный состав, содержащий хлорид кальция, отличающийся тем, что дополнительно содержит цеолит или природный песок и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Хлорид кальция | 22,5-45,0 |
| Цеолит или песок | 50,0-77,0 |
| Триэтаноламин | 0,5-5,0 |
