Способ и состав для обеспыливания
Изобретение относится к области способов и составов, применяемых для предотвращения выноса зернистых материалов, хранящихся в контейнерах с открытым верхом, в частности в открытых вагонах-хопперах, грузовиках, в виде отвалов, а также в контейнерах для хранения/транспортировки. Способ включает нанесение связующего состава на открытую поверхность отвала, содержащего первый компонент и второй компонент, причем по отдельности первый и второй компоненты обладают вязкостью менее 100 сП. Однако при смешивании они образуют состав, обладающий вязкостью более чем 10000 сП, причем первый и второй компоненты состава по отдельности наносят на отвал, при этом они не контактируют до момента их нанесения на поверхность материала. Состав включает отвал с открытой поверхностью, содержащий зернистый материал, склонный к формированию пылевых частиц при перемещении, обработке или контакте, и связующий состав, нанесенный на открытую поверхность, включающий комбинацию регулятора вязкости и карбоксиметилцеллюлозу, причем связующий состав обладает вязкостью, превышающей 10000 сП. Технический результат изобретения заключается в получении связующего состава, предотвращающего нежелательное пылевое загрязнение. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.
Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится к области способов и составов, применяемых для предотвращения выноса зернистых материалов, хранящихся в контейнерах с открытым верхом, в частности в открытых вагонах-хопперах, грузовиках, в виде отвалов, а также в подобных контейнерах для хранения/транспортировки. Техника обработки грузов зернистых материалов (в особенности угля и железной руды) с помощью связующего средства (иногда называемого коркообразующим веществом) уже известна, она обеспечивает образование защитного покрытия на поверхности, что позволяет удержать ценные материалы, а также предотвратить распространение пыли. Предшествующие связующие средства кроме прочих документов описаны в Патенте США №5441566. Эти связующие средства включают латексы, нефтепродукты и резины на основе сосновой смолы. Иные связующие средства включают фенолальдегидную смолу, смешанную с полиизоцианатом в присутствии катализатора (описание дано в Патенте США №5244473), щелочную фенолоальдегидную смолу (описание дано в Патенте США №5089540) и стирол во влагопоглощающем растворителе (метилэтилкетон), поливинил ацетат и воду (описание дано в Патенте США 5487764). Описание дополнительных пылеподавляющих средств дано в Патентах США №5181957 и 5747104, 5648116, Опубликованной заявке на патент США под номером 2009/0189113 А1, а также в Опубликованных заявках на договор о патентной кооперации под номерами 02/12574 А1, 2010/110805 А1 и 2009/023652 А1.
К сожалению, многие из этих связующих средств могут стать причиной того, что зернистые материалы начинают удерживать слишком большое количество влаги, что ведет к снижению ценности и эффективности. В случае с углем повышенное содержание воды приводит к снижению теплоты сгорания топлива и повышению вероятности самопроизвольного возгорания угля, спровоцированного окислением воды. К тому же связующие средства проявляют тенденцию к образованию легко крошащихся покрытий, склонных к раскалыванию и рассыпанию при усадке и смещении зернистых материалов при хранении и перемещении. Проблемы, вызванные ломкостью связующих покрытий, усугубляются при хранении материалов в условиях температурных переходов через нулевую отметку. Это происходит потому, что влага, появляющаяся при замерзании или таянии, провоцирует движение материала, что приводит к растрескиванию связующего покрытия.
При использовании связующих материалов, известных до даты заявленного изобретения, также возникает ряд проблем при использовании их в условиях зимы, из-за которых их применение усложняется и становится потенциально неэффективным. Это происходит вследствие того, что точка замерзания таких веществ, как правило, близка к температуре замерзания воды, а при замерзании они обычно теряют свои полезные свойства. Хуже того, связующие покрытия, известные до даты заявленного изобретения, при заморозке теряют свои полезные свойства, которые не восстанавливаются даже после оттаивания. Это сильно ограничивает условия, при которых возможно применение этих связующих покрытий.
Таким образом, становится ясно, что существует значительная потребность в создании принципиально новых способов и составов для связывания поверхностей зернистых материалов, хранящихся или транспортируемых в контейнерах с открытым верхом. Не предполагается, что уровень техники, описанный в настоящем разделе, представляет собой признание того, что какие-либо патенты, публикации или иные источники информации, называемые в настоящем документе «Предшествующий уровень техники» по отношению к настоящему изобретению, являются таковыми, если только они отдельным образом не обозначены в качестве таковых. Также настоящий раздел не должен трактоваться таким образом, будто был проведен поиск или что не существует иной релевантной информации, определенной в соответствии с Сводом федеральных правил США, Раздел 37, § 1.56(a).
Краткое изложение сущности изобретения
Для удовлетворения давно ощущаемых, но нерешенных потребностей, определенных выше, по крайней мере один из вариантов осуществления изобретения состоит в том, чтобы применять его в качестве способа препятствующего выносу пыли с поверхности отвала зернистого материала. Способ включает нанесение связующего состава на открытую поверхность отвала. Связующий состав состоит из первого состава и второго состава. По отдельности первый и второй составы обладают вязкостью менее 100 сантипуазов, однако при смешивании они образуют состав, обладающий вязкостью более чем 10000 сантипуазов.
Первый и второй компоненты состава могут наноситься на отвал по отдельности, при этом компоненты не контактируют до момента их нанесения на поверхность метариала. Первый компонент может выступать в качестве регулятора вязкости. Второй компонент может выступать в роли гелеобразующего агента. Первый компонент выбирают из списка, в который входят следующие вещества: алкилирующие агенты, основания, моноэтаноламин, диэтаноламин, диэтаноламид кокосового масла, триэтаноламин, гидроксид калия, гидроксид натрия, карбонат калия, карбонат натрия, гидроксид аммония и 2-амино-2-метил-1-пропанол, а также любые сочетания этих веществ. Второй компонент выбирают из списка, включающего следующие вещества: неионные эфиры целлюлозы, метилцеллюлоза, метилгидроксиэтилцеллюлоза, метилгидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, натрий-карбоксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, карбоксиполиметилен, сополимер акриловой кислоты, карбокси виниловый полимер или любая комбинация вышеперечисленных веществ.
Отвал материала может находиться в контейнере с открытым верхом таким образом, что отвал оказывается выше стенок контейнера, а потеря массы с поверхности отвала выше стенок составляет менее 0,1%. В состав отвала может входить один из нижеперечисленных материалов: уголь, грязь, древесные опилки, сельхозпродукция, фрукты, удобрения, руды, минеральные руды, мелкозернистые материалы, песок, гравий, почва или иные пылеобразующие материалы, а также любое сочетание вышеперечисленных материалов. Отвал насыпного материала может располагаться в/на одном из нижеперечисленных контейнеров/объектов: железнодорожный грузовой контейнер, трюм, порт, шахта, железнодорожная станция, грузовик, дорога, промышленный объект, нефтеперегонный завод, металлургический завод, упаковочное предприятие, электростанция или любая комбинация вышеперечисленных контейнеров/объектов. Один или оба компонента наносят на поверхность отвала путем распыления. Компоненты можно распылять последовательно при помощи одной и той же распыляющей установки. Компоненты можно наносить в произвольном порядке: первый компонент можно наносить до и/или после второго компонента. Оба компонента можно наносить одновременно при помощи отдельных распыляющих установок.
В настоящем документе дано описание дополнительных особенностей и преимуществ, очевидность которых будет видна на основании подробного описания изобретения.
Краткое описание чертежей
Детальное описание изобретения дано ниже с особой опорой на иллюстрации, на которых:
На ФИГ. 1 представлен ряд фотографий, которые иллюстрируют, насколько эффективно изобретение предотвращает эрозию насыпанного зернистого материала.
В целях раскрыть сущность изобретения одноименные ссылочные номера на рисунках соответствуют одноименным характеристикам, если не указано иное. Чертежи приводятся исключительно в качестве пояснительных материалов, они никоим образом не предназначены ограничить использование изобретения проиллюстрированными воплощениями.
Подробное описание изобретения
Ниже приведены определения, призванные установить рамки толкования используемых в настоящем документе терминов и пунктов патентной формулы. Организация определений дана только для удобства, и никоим образом не предназначена для ограничения любое из определений какой-либо отдельной категории.
«Связующее средство» - под этим термином понимают материал, который при нанесении поверх субстрата из зернистого материала удерживает этот материал от рассыпания и тем самым препятствует образованию и выносу пыли.
«Зернистый материал» - под этим термином понимают материалы, склонные к формированию частиц пыли при обращении, обработке и контакте, включая, но не ограничиваясь следующими материалами: уголь, грунт, деревянные опилки, сельхозпродукция, фрукты, удобрения, руды. минеральные руды, мелкозернистые материалы, песок, гравий, почва, железо или иные пылеобразующие материалы или их сочетание.
«Субстрат» - под этим термином понимается отвал, содержащий зернистый материал, поверх которого наносят связующее вещество.
«Измельченный» - под этим термином понимают следующие состояния материала: порошкообразное, распыленное, смолотое или иным образом превращенное в материал, состоящий из мелких твердых частиц.
«Гранулометрия» - под этим термином понимают процесс измерения размера одного или нескольких зерен гранулированного и/или зернистого материала.
«Стабильная эмульсия» - под этим термином понимают эмульсию, в которой капли материала, рассеянные в жидкости-носителе, которые либо оседают с образованием двух или более фазовых слоев, отталкивающихся друг от друга с помощью потенциального барьера, потенциальный барьер моет обладать значением 20 kТ, период полуразрушения эмульсии может составлять несколько лет. Полезные общие описания эмульсий и стабильных эмульсий приведены в «Энциклопедиия химической технологии» Кирк-Отмера, издание четвертое, том 9, стр. 397-403.
«Поверхностно-активное соединение» - широкий термин, который включает в себя анионные, неионные, катионные и цвиттер-ионные ПАВ. Полезные общие описания поверхностно-активных веществ приведены в издании Кирк-Отмер «Энциклопедия химической технологии», Издание Третье, том 8, стр. 900-912, а также в издании «Эмульсификаторы и очищающие агенты» МакКатченса, оба источника включены в настоящий документ посредством ссылки.
"Водорастворимый" означает, что материал растворяется в воде не менее чем на 3% по весу при 25°С.
В том случае, если вышеуказанные определения или наименование, упомянутые где-либо в настоящей заявке противоречат значению (явному или подразумеваемому), которое обычно используется, приводится в словаре или указывается в источнике, включенном в настоящую заявку посредством ссылки, термины, используемые в заявке и пунктах патентной формулы трактуются в соответствии с общепринятым определением, словарным определением или определением, включенным посредством ссылки. В свете вышесказанного в случае, если термин можно понять, только если он трактуется на основании словаря, то, если определение этого термина можно найти в издании «Энциклопедиия химической технологии» Кирк-Отмер, издание пятое, (2005), (Издательство «Уайли, Джон и Сыновья, Инк.»), на основании этого определения следует трактовать термин, используемый в пунктах формулы.
По крайней мере, одно из воплощений изобретения состоит в нанесении гелевого связующего вещества на поверхность зернистого материала. Гелевый связующий состав включает два или более компонента, по отдельности обладающих вязкостью менее 100 сантипуазов (рекомендуемая вязкость: <60 сантипуазов), однако состав, полученный при смешивании этих компонентов, обладает вязкостью, превышающей 10000 сантипуазов. Составные компоненты контактирует друг с другом не раньше, чем они будут нанесены на зернистый материал.
В рамках по крайней мере одного из воплощений изобретения в состав связующего средства входит регулятор вязкости. Репрезентативными примерами регуляторов вязкости являются в частности следующие вещества: алкилирующие агенты, основания, моноэтаноламин, диэтаноламин, диэтаноламид кокосового масла, триэтаноламин, гидроксид калия, гидроксид натрия, карбонат калия, карбонат натрия, гидроксид аммония и 2-амино-2-метил-1-пропанол, а также любые сочетания этих веществ. В рамках по крайней мере одного из воплощений изобретения в качестве регулятора вязкости применяют растворимое основание и/или растворимые щелочные вещества органические и/или неорганические.
В рамках по крайней мере одного из воплощений изобретения один из составов включает в себя гелеобразующий агент. Репрезентативными примерами гелеобразующих агентов являются в частности следующие вещества: неионные эфиры целлюлозы, метилцеллюлоза, метилгидроксиэтилцеллюлоза, метилгидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, натрий-карбоксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, карбоксиполиметилен, сополимер акриловой кислоты, карбокси виниловый полимер или любое сочетание вышеперечисленных веществ. В рамках по крайней мере одного воплощения изобретения в качестве гелеобразующего агента выступает карбоксилсодержащий полимер и/или полимеры-производные целлюлозы, и/или в качестве такого агента выступает пленка и/или волокнообразующий материал.
Компоненты можно наносить в произвольном порядке. Также можно проводить несколько перемежающихся и/или одновременных нанесений двух составов.
Один или более составов могут в дальнейшем включать растворитель и/или жидкость-носитель (включая, но не ограничиваясь, воду).
На ФИГ. 1 показан пример эффективности изобретения. На ФИГ. 1 видно, что нанесение контрольного состава (воды) полностью неэффективно с точки зрения предотвращения эрозионных потерь зернистого материала с поверхности отвала железной руды. В тех же условиях образец пласта железной руды, обработанный карбоксиметилцеллюлозой в концентрации 0,2% после нанесения триэтаноламина в концентрации 0,5% (1,9 г/м2 после 11,9 г/м2), продемонстрировал эффективный уровень устойчивости при идентичном эрозионном воздействии на зерничый материал.
Несмотря на то, что сочетание по крайней мере нескольких из указанных гелеобразующих агентов и по крайней мере нескольких из указанных регуляторов вязкости не является новым, их эффективность в качестве связующего вещества для зернистых материалов оказалась новой и неожиданной. Согласно описаниям, приведенным, например, в Патентах США под номерами 8292973, 5248495, 7824665, 5679328, и 5804540 среди прочих, известно применение сочетания гелеобразующих агентов с регуляторами вязкости при производстве средств личной гигиены, таких как краска для волос, гель для рук, жидкое мыло для тела, гель для бритья. Способ их применения в производстве средств личной гигиены, однако, основан на их свойствах, являющихся нежелательными и неблагоприятными с точки зрения использования этих компонентов в качестве связующего средства для зернистых материалов.
Как указано выше, по отдельности два и более компонента обладают низкой вязкостью, а при их смешивании два компонента получают высокий уровень вязкости. Так как высокий уровень вязкости является принципиально важным свойством для средств личной гигиены, при таком использовании состав смешивают перед применением и почти всегда продаются в предварительно смешанном состоянии в одной упаковке. Поэтому при применении этих составов для связывания зернистых материалов важно, чтобы эти вещества при нанесении обладали низкой вязкостью. Это необходимо для того, чтобы связующие вещества можно было наносить при помощи общедоступных технических средств, например, при помощи штанги с распыляющими насадками. Если вязкость связующего состава слишком высока, то использование стандартных подающих насосов невозможно, а значит, стоимость нанесения такого вещества становится чрезмерно высокой и может даже превосходить объем средств, сэкономленный при устранении негативных последствий эрозии.
Более того основная цель добавления таких веществ в средства личной гигиены отличается от случая с связующими средствами, предотвращающими эрозию зернистых материалов. В случае со средствами личной гигиены, таких как гель для волос, материал наносится на мягкий гибкий субстрат (волосы), который не подвергается эрозии, на них материал наносится для формирования определенной формы с исключительно эстетической целью. В таком случае средство наносится на волосы в таком количестве, которое необходимо для создания поддерживающей основы для укладки. В рамках же настоящего изобретения субстрат (например, руда) обладает высокой жесткостью и ему не требуется подобная «каркасная» поддержка, поэтому средство можно наносить только на поверхность материала в качестве покрытия, а не основы. Дополнительно, в отличие от волос, субстраты из зернистых материалов подвергаются эрозии. В результате, тот факт, что применение вышеупомянутых составов, используемых в средствах личной гигиены, возможно в столь несхожей ситуации, не был очевиден.
Также особенно полезное следствие того, как наносятся материалы, проявляется в их применении в качестве связующего средства, которое, однако, неинтересно с точки зрения производства средств личной гигиены. В рамках по крайней мере одного из воплощений изобретения, где один или оба состава, являющихся маловязкими жидкостями, наносятся на поверхность, сформированную мелкими частицами (включая в частности уголь и/или железную руду), а жидкость(-и) по крайней мере частично впитывается. Когда смешивание компонентов приводит к резкому увеличению вязкости, формируется толстый слой геля, который частично проникает в слой материала. Этот слой геля обволакивает некоторое количество частиц. В результате вместо того, чтобы формировать покрытие, которое в основном снаружи окружает отвал, связующий состав окружает куда больший слой зернистого материала также и под поверхностью отвала. Напротив, если получаемый гель наносить в виде геля, получаемый в результате защитный слой был бы гораздо более поверхностным и тонким, так как абсорбция геля на том же типе поверхности более ограничена. Другими словами, жидкости с низкой вязкостью могут проникать внутрь зернистого материала в отличие от геля. В рамках по крайней мере одного из воплощений распределение геля внутри слоя материала приводит к тому, что связующее средство становится менее ломким, чем это достигается при более поверхностном нанесении.
Компоненты состава можно наносить в жидкой форме при помощи штанги с распылителями, на которую установлена одна или несколько распыляющих головок. В рамках по крайней мере одного из воплощений состав наносится в соответствии с любым из способов или при помощи любого из устройств и их комбинаций, указанных в Патентах США №5441566, 5622561.
В рамках по крайней мере одного из воплощений при контакте гелеобразующий агент выступает в качестве растворителя для вещества, регулирующего вязкость. В рамках по крайней мере одного из воплощений при контакте регулятор вязкости выступает в качестве растворителя для гелеобразующего агента. В рамках по крайней мере одного из воплощений при контакте гелеобразующий агент и регулятор вязкости образуют азеотропную смесь. В рамках по крайней мере одного из воплощений изменение вязкости происходит отчасти по причине действия регулятора вязкости, который провоцирует изменения в структуре гелеобразующего агента.
Составы могут наноситься в сочетании с любым из составов в соответствии с любым из способов, а также любым способом в целях решить любую из проблем, упомянутых в одном или более нижеприведенных документах: Патенты США 8465667, 8298439, 5714387, 5181957, 4417992, Заявки на международный патент WO 2010/085435, WO 2010/045448, WO 2008/100921, WO 2006/041581, Опубликованные заявки на Патент США 2010/0090160, 2009/0127499, 2008/0190160, 2006/0284137, 2006/0078685, Германский патентный документ DE 2912326, и в любой их комбинации.
В рамках по крайней мере одного из воплощений зернистый материал представляет собой подсыхающий шлам. Обычно в промышленных условиях зернистый материал сильно смешивается с водой или иной жидкостью, в результате чего образуется шлам. Из шлама необходимо удалить часть воды или всю воду перед проведением последующих операций. При просушивании (при использовании технологии по удалению воды или путем испарения жидкости в результате воздействия тепла, солнца и т.п.) часть или весь высушенный шлам может начать пылить. Состав можно наносить на поверхность шлама для подавления пылевыделения. Состав можно наносить на материал, находящийся в состоянии шлама, на частично или полностью сухой материал, а также на любое сочетание материалов в указанных состояниях. В рамках по крайней мере одного из воплощений изобретения шлам представляет собой красный шлам, получаемый при добыче и/или переработке бокситов.
Изобретение можно наносить на субстрат любого гранулометрического состава. В рамках по крайней мере одного из воплощений изобретение наносят на субстрат, в гранулометрический состав которого входят зерна одного или нескольких размеров в диапазоне от 1 нм до 10 м. Изобретение можно наносить на материалы, состоящие из гранул.
В рамках по крайней мере одного из воплощений состав предотвращает рассеивание пыли, включающей частицы карбоната натрия. В рамках по крайней мере одного из воплощений состав наносится на шлам, оставленный высыхать в пруде-накопителе или в ином пруде, бассейне, водоеме, а также в ином приемной фильтрующей, просушивающей или процеживающей емкости. В рамках по крайней мере одного из воплощений зернистый материал представлен в виде железной руды.
В рамках по крайней мере одного из воплощений состав наносится во время формирования отвала. Когда зернистый материал наливают или вываливают для формирования отвала или штабеля, часть материала формирует облака взвешенной в воздухе пыли. Такое может произойти, например, при погрузке материала в открытый железнодорожный контейнер, автосамосвал, хранилище, силос или корабельный трюм. Состав можно наносить на материал до и/или в течение того времени, как его наливают или вываливают для формирования отвала. В рамках по крайней мере одного из воплощений материал движется по конвейерной ленте до сброса, а состав наносится на материал в то время, как он движется по конвейеру. В рамках по крайней мере одного из воплощений состав также действует в качестве вещества, придающего липкость, который удерживает материал в форме крупных глыб, менее склонных к отрыву пыли.
Без ограничения со стороны какой-либо конкретной теории или дизайна изобретения, или объема притязаний, предусмотренного в толковании пунктов патентной формулы, можно полагать, что при смешивании двух составов образуется гелевая матрица, обеспечивающая наилучшие связующие характеристики. Связывающие вещества можно разделить на три категории: 1) жесткие (обычно полимеризованные) слои по типу панциря; 2) клеящие составы, не формирующие слоя, но удерживающие частицы за счет склеивания; и 3) промежуточные продукты, образующие слой, обладающий свойствами геля.
Преимущество жесткого слоя состоит в том, что меньше подвержено ветровой эрозии, с другой стороны оно легче раскалывается под воздействием вибраций и механических нагрузок, может приводить к потере ценного материала. Вещества, которые удерживают частицы вместе путем склеивания, обычно не подвержены воздействию вибрации и механических нагрузок, однако эти вещества могут испаряться или проникать в руду, а затем терять свои свойства. Изобретенный гелеподобный слой сочетает в себе преимущества обоих предыдущих категорий, он не разрушается под воздействием ветра или вибрации, а также устойчив к высушиванию или стеканию.
Однако гели не используются по той причине, что распылять гель напрямую на поверхность отвала зернистого материала экономически невыгодно из-за их высокой вязкости, требующей использования насосов очень высокого давления. Изобретение позволяет пользователям воспользоваться преимуществами гелевых покрытий без сопутствующих недостатков путем распыления двух или более различных маловязких жидкостей, которые реагируют друг с другом с образованием геля только после нанесения их на поверхность материала. В рамках по крайней мере одного из воплощений получившийся гель не является клеем. В рамках по крайней мере одного из воплощений получившийся гель представляет собой клей.
В прошлом была только одна попытка использования двухфазного нанесения связующего вещества на зернистый материал, способ описан в Патенте РФ № RU 2303700 - Способ закрепления пылящих поверхностей хранилищ отходов обогащения железных руд, автор Сергеев С. и др. (2007). В Патенте № RU 2303700 описан способ, при котором субстрат с частицами железной руды сначала обрабатывали сначала суспензией мела, а затем серной кислотой. В оригинальном способе используются совершенно иные вещества. Также применение оригинального способа не ограничено нанесением на железную руду. В рамках по крайней мере одного из воплощений способ не включает в себя нанесение главным образом какого-либо количества (или по большому счету какого-либо количества) мела на поверхность зернистого материала. В рамках по крайней мере одного из воплощений способ не включает в себя нанесение главным образом какого-либо количества (или по большому счету какого-либо количества) серной кислоты на поверхность зернистого материала. В рамках по крайней мере одного из воплощений способ не включает в себя нанесение главным образом какого-либо количества (или по большому счету какого-либо количества) кислоты на поверхность зернистого материала. В рамках по крайней мере одного из воплощений зернистый материал не является железом.
Изобретение обладает рядом неожиданных преимуществ по сравнению с использованием смеси мела и серной кислоты, указанной в Патенте РФ № RU 2303700. Обработка материала смесью мела и серной кислоты, указанной в Патенте РФ № RU 2303700, приводит к образованию хрупкого гипсового слоя, жесткого и склонного к растрескиванию. Такое покрытие не сохраняет целостности при транспортировке в железнодорожных контейнерах, так как оно ломается под воздействием вибраций и механических нагрузок. Изобретение же, напротив, защищает зернистый материал, так как оно формирует гибкий (гелевый) покрывающий слой, который гораздо лучше противостоит вибрациям и механическим нагрузкам.
В дополнении к вышесказанному изобретение гораздо безопаснее способа, описанного в Патенте РФ № RU 2303700, так как оно не требует использования серной кислоты. Распыление серной кислоты является крайне опасной операцией. При применении этого способа возникают проблемы безопасности окружающей среды, людей, железной дороги (коррозия) и даже самого процесса. Зернистые материалы могут реагировать с кислотой и частично растворяться. При использовании этого способа может образоваться облако взрывоопасного газа (водород), и опасность возрастет во много раз. Таким образом, изобретение гораздо безопаснее и практичнее, чем способ, описанный в Патенте РФ № RU 2303700.
В рамках по крайней мере одного из воплощений сразу же после нанесения первой жидкости распыляют вторую жидкость, реагирующую с первой, в результате чего формируется гелевый слой прямо на поверхности отвала.
В рамках по крайней мере одного из воплощений гель формируется от 1 секунды до 5 часов после того, как два или более компонента состава контактируют друг с другом.
В рамках по крайней мере одного из воплощений гель наносится непосредственно на поверхность отвала. В рамках по крайней мере одного из воплощений гель наносится в объеме, недостаточном для обеспечения клейкости, существенной для защиты отвала от эрозии, но, так как состав представляет собой гель, он все равно эффективно защищает поверхность материала от эрозии. Как правило, клеящие составы также обладают высокой вязкостью приблизительно 4000-10000 сантипуазов. По этой причине нанесение клеящих составов является трудоемким, и клеящие материалы, как правило, растворяют в растворителе (обычно в воде), а затем наносят. В связи с этим возникают определенные ограничения для применения получаемых концентраций, так как наносимый раствор обычно обладает вязкостью всего 10-100 сантипуазов в момент нанесения. Вязкость разработанного геля напротив может достигать значений в 50000 сантипуазов (и даже выше), даже несмотря на то, что его наносят на поверхность материала путем распыления.
В рамках по крайней мере одного из воплощений изобретения получаемый слой связывающего вещества применяется в такой дозировке, при которой клеящий состав был бы гораздо более хрупким и подверженным раскалыванию по сравнению с гибким гелевым покрытием.
В рамках по крайней мере одного из воплощений использование составов приводит к снижению потери массы в пределах от 0,001 до 100% по сравнению с использованием связывающего состава клеевого типа, по сравнению с использованием связывающего состава полимерного типа, по сравнению с использованием воды и/или по сравнению с отсутствием какого-либо связывающего средства. Как видно на ФИГ. 1 до 21,3% (и возможно больше) объема груза может быть утрачено вследствие эрозионного отрыва частиц. Согласно оценкам, например, потери руды в железнорудной промышленности при железнодорожной транспортировке вследствие эрозионного отрыва составляют по меньшей мере 1,17%. Применение настоящего изобретения серьезно снизит объемы этих потерь.
В рамках по крайней мере одного из воплощений хотя бы один из компонентов состава обладает вязкостью от 1 до 100 сантипуазов (а возможно - от 50 до 100 сантипуазов), рекомендуемая вязкость составляет от 1 до 50 сантипуазов, а наиболее предпочтительной является вязкость от 1 до 10 сантипуазов до контакта с другим компонентом состава.
В рамках по крайней мере одного из воплощений при контакте два компонента состава образуют вещество с вязкостью от 1000 до 10000 сантипуазов, а рекомендованная вязкость этого вещества - от 10000 до 40000 сантипуазов, а наиболее предпочтительной является вязкость от 13000 до 17500 сантипуазов.
ПРИМЕРЫ
Лучше понять вышеизложенное можно на основании нижеприведенных примеров, которые даны в настоящем документе в демонстрационных целях и никоим образом не предназначены для того, чтобы ограничить пределы применения изобретения. В частности, эти примеры представляют собой типичные примеры свойств, внутренне присущих настоящему изобретению, и эти свойства не ограничены строго определенными условиями, указанными в этих примерах. В результате необходимо понимать, что изобретение охватывает различные изменения и модификации образцов, приведенных в настоящем документе, и такие изменения и модификации можно производить без отступления от духа и объема изобретения и без преуменьшения его предполагаемых преимуществ. В связи с вышеизложенным предполагается, что подобные изменения и модификации будут учтены в прилагаемых пунктах патентной формулы.
Содержание воды в образце гранулированной железной руды составляло приблизительно 8%, также в состав образца входило несколько крупных частиц руды. Так как крупные частицы (30 мм) могут сильно препятствовать дисперсии пыли в лабораторных условиях за счет того, что они блокируют поверхность, образец гранулированной руды был предварительно просеян при помощи сита с ячейками размером 10 мм. После проверки размера частиц образец использовали в испытаниях без последующих модификаций.
Обеспыливающие вещества растворили в воде в концентрации, подходящей для распыления на поверхность слоя железной руды. Состав 1 был представлен в виде доступного для приобретения триэтаноламина и был растворен в воде до концентрации 0,2%. Состав 2 был представлен в виде доступной для приобретения карбоксиметилцеллюлозы и был растворен в воде до концентрации 0,5%. Состав 3 был представлен в виде доступного для приобретения диэтаноламида кокосового масла и был растворен в воде до концентрации 0,5%.
Составы были нанесены на пласты руды, помещенные в прямоугольные контейнеры. Размеры каждого контейнера (Ш×В×Г) составляют 24×10×6,5 см. Контейнеры наполняли необработанной гранулированной железной рудой до образования вытянутой пирамидальной горки материала над краем контейнера. Все углы насыпи проверили при помощи 45-градусного углового циркуль-измерителя.
После помещения в контейнер поверхность гранулированной железной руды равномерно опрыскали одним или обоими составами в разных концентрациях. В промышленных условиях обычное количество стандартного связующего обеспыливающего состава, распыляемого на поверхность одного железнодорожного контейнера с железной рудой, составляет 80 л в 1,5% концентрации. С учетом того, что площадь поверхности груза в контейнере составляет 22 м2, доза состава составляет 3,64 л/м2. При лабораторных испытаниях нанесение обеспыливающих составов старались выполнять наиболее близко к вышеуказанным условиям и дозировке объема жидкости по отношению к площади путем изменения концентрации наносимого состава.
Для того чтобы гарантировать, что каждый из пластов железной руды получает надлежащее количество связующего состава, только поверхность железной руды подвергалась обработке спреем. Любую каплю состава, попавшую на внешнюю поверхность контейнера, удаляли при помощи бумажного полотенца. Размер дозировки тщательно контролировался путем взвешивания пласта железной руды во время распыления состава до тех пор, пока не была достигнута окончательная расчетная масса.
После нанесения испытываемого обеспыливающего состава поверхность руды оставляли для просушки либо при комнатной температуре в вытяжном шкафу в течение ночи или в печи при температуре 110°С в течение 1 часа. После просушки контейнер с обработанной железной рудой подвергли испытанию на отрыв.
Приготовление образца
Содержание воды в используемом образце гранулированной железной руды составило приблизительно 8%, также образец содержал некоторое количество крупных частиц. Так как крупные частицы (30 мм) могут сильно препятствовать дисперсии пыли в лабораторных условиях за счет того, что они блокируют поверхность, перед использованием образец гранулированной руды был просеян при помощи сита с ячейками размером 10 мм. После проверки размера частиц образец использовали в испытаниях без последующих модификаций.
Обеспыливающие вещества растворили в воде в концентрации, подходящей для распыления на поверхность слоя железной руды. В некоторых случаях высокая вязкость конечной смеси не позволяла осуществить распыление состава, в таких случаях состав применяли путем струйного нанесения вязкого геля на поверхность пласта железной руды, а излишки состава полностью удалили.
Испытания на вынос пыли
Все эксперименты были проведены при использовании прямоугольных контейнеров. Размеры каждого контейнера (Ш×В×Г) составляют 24×10×6,5 см. Контейнеры наполняли необработанной гранулированной железной рудой до образования вытянутой пирамидальной горки материала над краем контейнера. Все углы насыпи проверили при помощи 4 5-градусного углового циркуль-измерителя.
После помещения в контейнер поверхность пласта гранулированной железной руды равномерно опрыскали одним из компонентов состава или их смесью в надлежащей концентрации. В промышленных условиях обычное количество стандартного связующего обеспыливающего состава, распыляемого на поверхность одного железнодорожного контейнера с железной рудой, составляет 80 л в 1,5% концентрации. С учетом того, что площадь поверхности груза в контейнере составляет 22 м2, доза состава составляет 3,64 л/м2. При лабораторных испытаниях нанесение обеспыливающих составов старались выполнять наиболее близко к вышеуказанным условиям и дозировке объема жидкости по отношению к площади путем изменения концентрации наносимого состава.
Для того чтобы гарантировать, что каждый из пластов железной руды получает надлежащее количество связующего состава, только поверхность железной руды подвергалась обработке спреем. Любую каплю состава, попавшую на внешнюю поверхность контейнера, удаляли при помощи бумажного полотенца. Размер дозировки тщательно контролировался путем взвешивания пласта железной руды во время распыления состава до тех пор, пока не была достигнута окончательная расчетная масса.
После нанесения испытываемого обеспыливающего состава поверхность руды оставляли для просушки либо при комнатной температуре в вытяжном шкафу в течение ночи или в печи при температуре 110°С в течение 1 часа. После просушки контейнер с обработанной железной рудой подвергли испытанию на вынос.
Уровень выноса пыли был определен на основании массы потерянного материала. После просушки контейнер с железной рудой был помещен на вибрационную платформу с целью симулировать ряд воздействий, которым подвергается железнодорожный контейнер с железной рудой при транспортировке. Уровень вибрации составлял 53,3 Гц с амплитудой 2,5 мм. Одновременно с этим контейнер с рудой подвергли воздействию потока воздуха комнатной температуры, соответствующего потоку скоростью 970 л/мин или ветру со скоростью 60,5 км/ч, подаваемого при помощи трубки диаметром 35 мм. Продолжительность каждого испытания составила 15 минут.
Вес пласта железной руды измерили до и после испытания обдувом, а эффективность обеспыливающих составов была определена на основании процентной доли потерянной в результате выноса частиц руды, замеренной по окончании испытания. Каждый контейнер с железной рудой сфотографировали до и после проведения испытания на вынос пыли. (Репрезентативные примеры вышеописанных фотографий показаны на ФИГ. 1)
Контрольные испытания
Для получения значимых контрольных показателей для испытаний на отрыв пыли было проведено два набора контрольных испытаний. В ходе первого испытания на поверхность руды распылили обычную воду. После этого контейнер оставили для просушки в вытяжном шкафе на одну ночь, затем контейнер подвергли воздействию потока воздуха скоростью 970 л/мин в течение 1 часа, что соответствует воздействию ветра скоростью 60,5 км/ч, подаваемого с помощью трубки диаметром 35 мм. Потерю массы железной руды измерили по прошествии 15 минут.
Второе испытание проводили тем же образом что и первое, только в этом случае поверхность руды предварительно сушили в течение одного часа в печи при температуре 110°С, а затем подвергли стандартным условиям испытания на отрыв пыли. В Таблице 1 даны результаты экспериментов.
Иные образцы, чьи характеристики были замерены по прошествии более чем 7 часов в условиях воздействия потока воздуха, продемонстрировали идентичный уровень устойчивости связующего средства. На основании данных можно сделать вывод о том, что изобретенная смесь непредвиденно эффективна в качестве связующего вещества для зернистых материалов.
Хотя настоящее изобретение может применяться в различных формах, в настоящем документе дано детальное описание особенно предпочтительных воплощений изобретения. Настоящее раскрытие сущности изобретения приводится исключительно в целях наглядно представить суть и свойства изобретения, оно никоим образом не предназначено ограничить использование изобретения только в виде проиллюстрированных воплощений. Все патенты, заявки на патенты, научные работы и любые иные материалы, упомянутые в настоящем документе включены в состав настоящего документа посредством ссылки во всей их полноте. Помимо всего прочего, изобретение охватывает все возможные комбинации некоторых или всех из различных воплощений, упомянутых, описанных в настоящем документе и/или включенных в его состав. Помимо всего прочего, изобретение охватывает все возможные комбинации, которые также в особенности исключают какое-либо или некоторые из различных воплощений, упомянутых, описанных в настоящем документе и/или включенных в его состав.
Вышеприведенное раскрытие сущности изобретения является пояснительным, но не исчерпывающим. Настоящее описание преподносит множество вариантов и альтернатив для среднего специалиста в данной отрасли. Все эти альтернативы и варианты подразумеваются к включению в объем притязаний патентной формулы, где термин «включающий» означает «включающий помимо прочего». Специалисты, знакомые с уровнем техники, могут выявить иные эквиваленты конкретных воплощений, описанных в настоящем документе, эквиваленты которых также предназначены к охвату пунктами формулы.
Считается, что все диапазоны и параметры, раскрытые в настоящем документе, охватывают каждый и все поддиапазоны, частично суммированные в настоящем документе, а также каждое число между предельными значениями. Например, считают, что в указанный диапазон «от 1 до 10» входят любое и все поддиапазоны (включительно) между минимальным значением 1 и максимальным значением 10; все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или более (например, от 1 до 6,1) и оканчивающиеся с максимальным значением 10 или меньше (например, от 2,3 до 9,4, от 3 до 8, от 4 до 7), а также каждое число 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 включены в диапазон. Все процентные доли, коэффициенты отношения и пропорции приведены по весу, если не указано иное.
Это завершает описание предпочтительных и альтернативных воплощений изобретения. Специалисты, знакомые с уровнем техники, могут выявить иные эквиваленты конкретных воплощений, описанных в настоящем документе, эквиваленты которых также предназначены к охвату пунктами формулы, приложенным к настоящему документу.
1. Способ, предотвращающий вынос пыли с поверхности отвала зернистого материала, включающий нанесение связующего состава на открытую поверхность отвала, связующий состав, включающий первый компонент и второй компонент, причем по отдельности первый и второй компоненты обладают вязкостью менее 100 сП, однако при смешивании они образуют состав, обладающий вязкостью более чем 10000 сП, причем первый и второй компоненты состава по отдельности наносят на отвал, при этом компоненты не контактируют до момента их нанесения на поверхность материала.
2. Способ по п.1, в котором первый компонент состава является регулятором вязкости, а второй компонент - гелеобразующим агентом.
3. Способ по п.1, в котором первый компонент состава выбирают из списка, в который входят следующие вещества: алкилирующие агенты, основания, моноэтаноламин, диэтаноламин, диэтаноламид кокосового масла, триэтаноламин, гидроксид калия, гидроксид натрия, карбонат калия, карбонат натрия, гидроксид аммония и 2-амино-2-метил-1-пропанол, а также любые сочетания этих веществ, а второй компонент состава выбирают из списка, в который входят следующие вещества: неионные эфиры целлюлозы, метилцеллюлоза, метилгидроксиэтилцеллюлоза, метилгидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, натрий-карбоксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, карбоксиполиметилен, сополимер акриловой кислоты, карбоксивиниловый полимер или любое сочетание вышеперечисленных веществ.
4. Способ по п.1, в котором материал находится в контейнере с открытым верхом.
5. Способ по п.1, в котором в состав материала может входить один из нижеперечисленных материалов: уголь, грязь, древесные опилки, сельхозпродукция, фрукты, удобрения, руды, минеральные руды, мелкозернистые материалы, песок, гравий, почва или пылеобразующие материалы, а также любое сочетание вышеперечисленных материалов.
6. Способ по п.1, в котором отвал может располагаться в/на одном из нижеперечисленных контейнеров/объектов: железнодорожный грузовой контейнер, трюм, порт, шахта, железнодорожная станция, грузовик, дорога, промышленный объект, нефтеперегонный завод, металлургический завод, упаковочное предприятие, электростанция или любая комбинация вышеперечисленных контейнеров/объектов.
7. Способ по п.1, в котором не менее одного компонента состава наносят на отвал материала путем распыления.
8. Способ по п.1, в котором составы распыляют последовательно при помощи одной и той же распыляющей установки.
9. Способ по п.1, в котором первый состав наносят до второго состава.
10. Способ по п.1, в котором второй состав наносят перед первым составом.
11. Способ по п.1, в котором составы наносят одновременно при помощи распыляющих установок.
12. Способ по п.1, в котором отвал располагается выше стенок контейнера, а потеря массы с поверхности отвала выше стенок составляет менее 0,1%.
13. Состав, предотвращающий вынос пыли с поверхности отвала зернистого материала, включающий:
отвал с открытой поверхностью, включающий зернистый материал, склонный к формированию пылевых частиц при перемещении, обработке или контакте, и
связующий состав, нанесенный на открытую поверхность, включающий комбинацию регулятора вязкости, выбранного из следующих веществ: алкилирующие агенты, моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, диэтаноламид кокосового масла, 2-амино-2-метил-1-пропанол, а также любые сочетания этих веществ и карбоксиметилцеллюлозу, причем связующий состав обладает вязкостью, превышающей 10000 сП.
14. Состав по п.13, в котором связующий состав в дальнейшем включает жидкость-носитель.
15. Состав по п.13, в котором отвал располагается в контейнере с открытым верхом таким образом, что отвал оказывается выше стенок контейнера, а потеря массы с поверхности отвала выше стенок составляет менее 0,1%.
16. Состав по п.13, в котором в состав материала может входить один из нижеперечисленных материалов: уголь, грязь, древесные опилки, сельхозпродукция, фрукты, удобрения, руды, минеральные руды, мелкозернистые материалы, песок, гравий, почва или пылеобразующие материалы, а также любое сочетание вышеперечисленных материалов.
