СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЫЛЯЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 2014 года по МПК E21F5/06 C09K3/22 

Изобретение относится к области защиты окружающей среды в железорудной, угольной, строительной, энергетической отраслях промышленности, а также при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, и может быть использовано для закрепления эрозионно опасных пылящих поверхностей полиминерального состава в хвостохранилищах, золоотвалах, на отвалах горных пород, а также на радиоактивно загрязненных территориях и обочинах автомобильных дорог.

Известен (RU, заявка 93011503) способ закрепления пылящих поверхностей, включающий трехстадийную обработку пылящих поверхностей: сначала 2-10%-ным водным раствором омыленного таллового пека, через 30-120 мин - водным кислотным раствором, содержащим 0,2-1% минеральной или органической кислоты, а через 24 ч вновь 2-10%-ным водным раствором омыленного таллового пека, при общем расходе растворов связующих 3-6 л/м² обрабатываемой поверхности.

Недостатками данного способа являются технологическая сложность, а также зависимость от климатических условий применения, что приводит к низкой эффективности закрепления пылящих поверхностей, особенно в условиях аридной зоны.

Известен (RU, патент 2151301) способ закрепления пылящих поверхностей, который состоит в нанесении на пылящие поверхности поливинилбутираля, который смешивают с песком, после чего эту смесь нагревают до температуры плавления поливинилбутираля.

Недостатками данного способа являются достаточно высокая адгезия поливинилбутираля ко многим материалам, что препятствует формированию на основе предложенной смеси биопродуктивной среды, а также недостаточная прочность соединения поливинилбутираля с песком, обусловленная большим отличием коэффициента Пуассона для этих материалов, что приводит к постепенному расслоению, а также невозможность использования закрепленного слоя для задернения поверхности.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (SU, авторское свидетельство 1006779) способ закрепления пылящих поверхностей с нанесением на поверхность высокомолекулярного соединения, включающий полиакриламид, сульфитно-спиртовую барду и воду.

Недостатками известного способа являются малая прочность, а также водовымывание состава с обработанной поверхности. Все это значительно ограничивает применимость способа.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в повышении эффективности пылеподавления пылящих поверхностей стационарных источников пылевыделения (отвалов карьеров, шламовых амбаров, хвостохранилищ, обочин дорог), а также возврат нарушенных земель в сельскохозяйственный фонд.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ закрепления пылящих поверхностей путем нанесения на поверхность высокомолекулярного соединения, отличающийся тем, что на пылящую поверхность последовательно наносят водный раствор полиакрилата щелочного металла и водный раствор сополимера акриламида с производными акриловой кислоты.

В предпочтительном варианте реализации используют водный раствор полиакрилата щелочного металла (натрия или калия) концентрацией не менее 1% в количестве 2,0-2,5 г/м² площади, также водный раствор сополимера акриламида с производными акриловой кислоты концентрацией не менее 0,5% в количестве 1,0-2,0 г/м² площади.

В процессе реализации способа могут использовать сополимер акриламида с диметиламиноэтилакрилатом, а также сополимер акриламида с диметиламиноэтилметакрилатом или сополимер акриламида с диметиламинопропилакриламидом.

Действие разработанного способа основано на совместном использовании разнозарядных высокомолекулярных полиэлектролитов, один из которых (полиакрилат натрия или калия) связывает вещества пыли за счет электростатического взаимодействия, а сополимер акриламида нейтрализует излишний электрический заряд на эрозийно опасной пылящей поверхности с образованием сетчатой структуры полимер (--) - полимер (+), тем самым увеличивают прочность связывания частиц пыли анионным полиэлектролитом.

Нанесение водных растворов полиэлектролитов на эрозийно опасные пылящие поверхности производят по очереди - в начале наносят водный раствор акрилата щелочного металла, а затем водный раствор сополимера акриламида. Промежуток времени между нанесением обоих растворов зависит от внешних условий (температура, влажность воздуха), а также от размеров удерживаемых частиц пыли и их природы.

В предпочтительном варианте реализации способа используют концентрации раствора полиакрилата щелочного металла составляет 1,0-1,5% (масс), а концентрация раствора сополимера акриламида с производными акриловой кислоты составляет 0,5-1,0% (масс).

Исследования эффективности разработанного состава проводили по эрозионной устойчивости образца, взятого из золоотвалов тепловой электростанции, работающей на каменном угле (Кемерово). Эрозионную устойчивость оценивали по величине потери веса обработанного образца через интервал времени 4-6 часов после обработки его растворами полиэлектролитов, входящими в разработанный состав. Образец представляет собой металлический лоток площадью 50 см² с высотой стенок 1 см. Масса образца примерно 400 граммов. После нанесения растворов и их высыхания на лоток направляют поток воздуха с использованием вентилятора в течение 40 часов (8 дней по 5 часов). Потерю в весе менее 8% принимали как удовлетворительную.

1. Первый эксперимент был проведен с использованием состава, использованного в качестве ближайшего аналога. Образец массой 390 граммов был обработан составом, содержащим (%):

сульфитно-спиртовая барда 7,5 полиакрилат 0,3 вода остальное

После 6 часовой выдержки до полного формирования пленки на поверхности образца поверхность обдували в течение 40 часов. Потеря массы составила 11,1%.

2. Аналогичный образец массой 415 г обработали первоначально водным раствором полиакрилата натрия концентрацией 1,0% (масс) в количестве 2 г/м², а затем водным раствором сополимера акриламида с диметиламиноэтилакрилатом концентрацией 0,5% (масс) в количестве 1,0 г/м². Обдув воздухом начали через 1 час после окончания обработки. Условия обдува были аналогичны примеру 1. Потеря массы составила 4,7%.

3. Эксперимент проведен аналогично примеру 2, но использовали раствор полиакрилата натрия концентрацией 1,5% (масс) в количестве 2,5 г/м² и раствор сополимера акриламида с диметиламиноэтилметакрилатом концентрацией 1,0% (масс) в количестве 1,5 г/м². Потеря массы составила 6,1%.

4. Эксперимент проведен аналогично примеру 2, но использовали раствор полиакрилата калия концентрацией 1,0% (масс) в количестве 2,0 г/м² и раствор сополимера акриламида с диметиламинопропилакриламидом концентрацией 0,7% (масс) в количестве 1,7 г/м². Потеря массы составила 3,7%.

5. Эксперимент проведен аналогично примеру 2, но использовали раствор полиакрилата натрия концентрацией 1,5% (масс) в количестве 1,2 г/м² и раствор сополимера акриламида с диметиламиноэтилметакрилатом концентрацией 0,7% (масс) в количестве 2,0 г/м². Потеря массы составила 5,1%.

6. Эксперимент проведен аналогично примеру 2, но использовали раствор полиакрилата калия концентрацией 0,1% (масс) в количестве 2,0 г/м² и раствор сополимера акриламида с диметиламинопропилакриламидом концентрацией 0,5% (масс) в количестве 2,0 г/м². Потеря массы составила 4,8%.

7. Эксперимент проведен аналогично примеру 2, но использовали раствор полиакрилата калия концентрацией 0,08% (масс) в количестве 1,7 г/м² и раствор сополимера акриламида с диметиламинопропилакриламидом концентрацией 0,5% (масс) в количестве 2,0 г/м². Потеря массы составила 9,2%.

8. Эксперимент проведен аналогично примеру 2, но использовали раствор полиакрилата калия концентрацией 1,0% (масс) в количестве 2,8 г/м² и раствор сополимера акриламида с диметиламиноэтилметакрилатом концентрацией 0,003% (масс). Потеря массы составила 10,3%.

9. Эксперимент проведен аналогично примеру 2, но использовали раствор полиакрилата калия концентрацией 1,2% (масс) в количестве 2,5 г/м² и раствор сополимера акриламида с диметиламинопропилакриламидом концентрацией 0,3% (масс) в количестве 2,4 г/м². Потеря массы составила 9,8%.

10. Эксперимент проведен аналогично примеру 2, но использовали раствор полиакрилата натрия концентрацией 0,9% (масс) в количестве 1,5 г/м² и раствор сополимера акриламида с диметиламиноэтилакрилатом концентрацией 0,4% (масс) в количестве 0,9 г/м². Потеря массы составила 8,4%.

Приведенные примеры подтверждают достижение указанного технического результата в случае использования совокупности признаков, приведенной в независимом пункте формулы изобретения.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды в железорудной, угольной, строительной, энергетической отраслях промышленности и может быть использовано для закрепления эрозионно опасных пылящих поверхностей полиминерального состава в хвостохранилищах, золоотвалах, на отвалах горных пород, а также на радиоактивно загрязненных территориях и обочинах автомобильных дорог. Техническим результатом является повышение эффективности пылеподавления. Предложенный способ закрепления пылящих поверхностей заключается в нанесении на поверхность высокомолекулярного соединения. При этом на пылящую поверхность последовательно наносят водный раствор полиакрилата натрия и водный раствор сополимера акриламида с производными акриловой кислоты. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ закрепления пылящих поверхностей путем нанесения на поверхность высокомолекулярного соединения, отличающийся тем, что на пылящую поверхность последовательно наносят водный раствор полиакрилата натрия и водный раствор сополимера акриламида с производными акриловой кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наносят водный раствор полиакрилата натрия концентрацией не менее 1% в количестве 2-2,5 г/м² площади.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что наносят водный раствор сополимера акриламида с производными акриловой кислоты концентрацией не менее 0,5% в количестве 1,0-2,0 г/м² площади.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сополимер акриламида с диметиламиноэтилакрилатом.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сополимер акриламида с диметиламиноэтилметакрилатом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сополимер акриламида с диметиламинопропилакриламидом.