АНТИГОЛОЛЁДНЫЙ СОСТАВ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЕГО КОМПОНЕНТОВ Российский патент 2023 года по МПК C09K3/18 E01H10/00 

Изобретение относится к области поддержания дорожного покрытия в рабочем состоянии в условиях осенне - зимнего периода, при наличии снежно - ледяных покровов на дорогах, и может быть использовано в коммунальных хозяйствах городов и организациях, эксплуатирующих дороги федерального и местного значения, а также на аэродромах.

Широко известен антигололедный состав и способ его получения, включающий смешение в заданном соотношении хлоридов натрия и кальция (см. А.А. Васильев, В.М. Сиденко, «Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного движения». М: Транспорт, 1990, 304 с.). Недостаток известного состава и способа заключается в неравномерности полученной смеси, что приводит к ее сегрегации при транспортировке, хранении и применении на дорогах, и, как следствие, к снижению ее эффективности, а также большой расход, высокая коррозионная активность и загрязнение окружающей среды солями.

Известен противогололёдный состав, содержащий хлорид натрия, хлорид калия, кристаллизационную воду, инертные примеси и выполненный в виде гранул с размером от 0,1 до 10 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %: хлорид натрия 24-50; хлорид калия 45-75; кристаллизационная вода и инертные примеси 1-5 (См. патент на изобретение РФ №2044118, МПК Е01Н 10/00, C09K 3/18, опубл. 20.09.2009 г., Бюл. №1).

Основным недостатком этого противогололедного состава являются токсичное воздействие на зеленые насаждения и почву, вызываемое накоплением ионов натрия и хлора, а также коррозионная активность, способствующая разрушению металлических частей кузовов машин, дорожного покрытия, обусловленная применением неорганических солей, содержащих хлор.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является антигололедный состав, включающий органические и неорганические компоненты, где в качестве органического компонента используется торф, влажностью 50-85%, а в качестве неорганического компонента - гидроксиды щелочных металлов и/или аммония (см. патент РФ №2408646, МПК C09K 3/18, опубл. 10.01.2011 г., Бюл. №1).

К недостаткам данного изобретения можно отнести то, что в качестве органического компонента используют торф, который представляет из себя трудно восполняемый природный ресурс и играет свою роль в экологической системе определенных регионов страны, а, значит, его добыча, помимо прямых затрат, может негативно отразиться и на экологии региона добычи, а процесс его производства связан с процессами дополнительного нагрева и дальнейшей механической переработки, что также оказывает негативное воздействие на экологию и приводит к удорожанию конечного продукта - антигололедного состава.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа и разработка простого и недорогого антигололедного состава на основе компонентов побочных продуктов производств, и способа их получения, с улучшенными антигололедными свойствами, имеющего минимальный коррозионный эффект на металлические конструкции и кузова автомобилей, недорогого в производстве, простого в применении и не наносящего вреда окружающей среде.

Техническим результатом изобретения является получение антигололедного состава с повышенной эффективностью и многофункциональным диапазоном, обладающего минимальным негативным воздействием на экологию и использующего в своем приготовлении побочные продукты различных технологических циклов, позволяющих значительно снизить количество хлористых соединений в общей массе антигололедного состава.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что предлагается антигололедный состав, включающий органические и неорганические компоненты, отличающийся тем, что в качестве органического компонента состав содержит свекловичную мелассу, с содержанием твердых веществ 75%-80%, в пропорции от 5 до 10 мас. %, а в качестве неорганического компонента содержит диоксид кремния, оксид кальция, оксид алюминия, полученные из отвальных сталеплавильных шлаков путем помола их до фракции 1,0 мм - 2,5 мм, и последующего очищения от оксидов железа с помощью магнитной сепарации, а также хлористые соли кальция и натрия при следующем соотношении компонентов, в мас. %: оксид кальция (СаО) 60-65; оксид кремния (SiO₂) 10-15; оксид алюминия (Al₂O₃) 3-5, хлористые соли кальция (CaCl₂) и натрия (NaCl) 5-10.

Как показали последние исследования, побочный продукт производства сахара из сахарной свеклы - патока (меласса), и содержащиеся в ней твердые вещества сахарной свеклы, являются весьма эффективным антигололедным средством и обладают температурой замерзания ниже минус 30°С, а также выступают как ингибитор коррозионных свойств веществ, используемых для борьбы с обледенением, в частности хлористых солей кальция и натрия, наиболее широко применяемых для борьбы с обледенением на дорогах и тротуарах. Свекловичная меласса состоит на 75% - 80% из твердых веществ сахарной свеклы, не содержит спиртов и других побочных продуктов брожения, в том числе дрожжей и других микроорганизмов, связанных с процессом ферментации, а, значит, безопасна при использовании в населенных пунктах. Также она не обладает неприятным запахом и хорошо смешивается с другими антигололедными реагентами, в том числе с хлористыми солями, подавляя их коррозионные свойства, и улучшая противогололедные.

Из области техники известен сталеплавильный шлак, который содержит до 65% оксида кальция (СаО) или негашеной извести, большие объемы которого постоянно образуются на металлургических комбинатах при производстве стали, 1 кг которого, при взаимодействии со льдом, выделяет до 1,16 кДж тепла, что обеспечивает расплавление льда толщиной 0,5 мм на площади 2,5 м². Кроме того, из области техники известно, что оксид кальция (СаО) связывает до 30% воды, образующейся при расплавлении льда (См. Д.И. Менделеев, Основы химии. Т. 1, Государственное химико - техническое издательство, М., 1932, стр. 45).

Из области техники также известно вещество, а именно, отвальный сталеплавильный шлак, содержащий до 50% оксида кальция (СаО), оксид кремния (SiO₂) и оксид алюминия (AlO₃), выступающих в качестве необходимой абразивной составляющей антигололедного состава, причем миллионы тонн отвального сталеплавильного шлака находятся в районе металлургических комбинатов и ежедневно пополняются тысячами тонн шлака, образующегося при выплавке стали и нуждающегося в переработке, так как он наносит большой вред окружающей среде. Но, при этом, сталеплавильный шлак содержит до 25% окислов железа, которые вредно воздействуют на окружающую среду, а сам шлак состоит из зерен крупностью от 10 мм до 90 мм, что ограничивает возможность использования сталеплавильного шлака как антигололедного вещества.

В данном изобретении предлагается антигололедный состав, использующий те или иные свойства описанных компонентов, и способ получения компонентов антигололедного состава из сталеплавильных шлаков, делающих их пригодными для применения в качестве антигололедного компонента, и позволяющих сократить в разы применение традиционных антигололедных материалов на основе хлористых соединений кальция и натрия, а также свести к минимуму коррозионное воздействие этих соединений на металлоконструкции и кузова автомобилей.

При этом свойства используемых компонентов распределяются следующим образом.

Свекловичная меласса выступает в качестве ингибитора коррозионного воздействия хлористых соединений на металлоконструкции и кузова автомобилей, а также, за счет химико-физических свойств содержащихся в ней сухих веществ, используется в качестве компонента, способствующего понижению температуры замерзания воды до минус 30°С и ниже.

В свою очередь компоненты, полученные из отвалов сталеплавильного шлака, позволяют повысить тепловыделение антигололедного состава за счет применения оксида кальция (СаО), который, вступая во взаимодействие со льдом, выделяет большое количество тепла, расплавляя лед и беря на себя часть функций хлористых соединений кальция и натрия, что приводит к снижению расхода хлористых соединений и уменьшению их вредного воздействия на окружающую среду, и, при этом, одновременно, связывает воду полученную при плавлении льда, в инертные химические соединения, а оксид кремния (SiО₂) и оксид алюминия (Аl₂O₃) выполняют роль абразивных материалов, тем самым снижая применение подобных материалов, полученных путем разработки природных месторождений, наносящих вред окружающей среде.

Для того, чтобы получить необходимые компоненты антигололедного состава из сталеплавильного шлака и убрать вредные соединения оксидов железа, предлагается способ, который предусматривает измельчение отвального сталеплавильного шлака, содержащего зерна магнитного железа (Fe₂О₃, FeO), немагнитных зерен, состоящих из оксида кальция (СаО), оксида кремния (SiO₂), окиси алюминия (Al₂O₃), в машине валкового помола, где зерна размером от 10 мм до 90 мм, измельчаются до величины от 1,0 мм до 2,5 мм, после чего зерна из магнитного материала (оказывающего вредное воздействие на окружающую среду) оксидов железа (Fe₂O₃, FeO) размером от 1,0 мм до 2,5 мм, и немагнитные зерна из оксида кальция (СаО), оксида кремния (SiO₂), оксида алюминия (Al₂O₃), поступают на магнитный сепаратор, где магнитным полем зерна из магнитного материала окиси железа (Fe₂O₃, FeO) отклоняются, и падают в накопительный бункер для дальнейшей переработки, а немагнитные зерна из оксида кальция (СаО), оксида кремния (SiO₂), оксида алюминия (Al₂O₃) направляются в накопительный бункер для последующего использования их в антигололедной смеси. Так как в процессе извлечения зерен с оксидами железа происходит увеличение концентрации зерен с оксидом кальция, то полученный материал для антигололедного состава содержит в себе оксид кальция (СаО) в мас. % 30-65, оксид кремния (SiO₂) в мас. % 10-15, оксид алюминия (Al₂O₃) в мас. % 3-5.

В результате проведенных опытных исследований был подобран оптимальный антигололедный состав, включающий в себя органический компонент свекловичную мелассу в мас. % 5 - 10, и неорганические компоненты, оксид кальция (СаО) в мас. % 60-65, оксид кремния (SiO2) в мас. % 10-15, оксид алюминия (Al₂O₃) в мас. % 3-5 и хлористые соли кальция (CaCl₂) и натрия (NaCl) в мас. % 5-10. При нанесении указанного состава на поверхность органическая составляющая, свекольная меласса, вызывает дополнительное таяние льда, а неорганическая составляющая, оксид кальция, вызывает резкое локальное таяние ледяного покрова из-за значительного выделения тепла при взаимодействии оксида кальция со льдом, что позволяет хлористым соединениям проникать в образовавшиеся каверны, и развивать процесс таяния льда в более ускоренном режиме. В то же время, в процессе таяния льда, часть воды связывается оксидом кальция в инертные соединения, что улучшает сцепление поверхности с автопокрышками или подошвой обуви, а оксиды кремния и алюминия выполняют роль абразивного материала, повышающего качество сцепления с поверхностью дороги. В свою очередь, соединения хлористых солей, вступая в реакцию с сухими веществами мелассы, снижают свою коррозионную активность, и не несут угрозы для металлических конструкций и кузовов автомобилей.

Как показала практика, расход данного антигололедного состава достигает 0,15-0,35 кг/м², и может наноситься на обрабатываемые поверхности с использованием применяемого дорожными и коммунальными службами стандартного оборудования. Использование в нем побочных продуктов свекольного производства и сталеплавильного производства позволяет значительно удешевить стоимость антигололедного состава и при этом свести к минимальному воздействию на окружающую среду последствий его применения. Антигололедный состав прошел предварительную стадию испытаний и показал возможность его широкого использования в зимний период времени года.

Изобретение относится к области поддержания дорожного покрытия в рабочем состоянии в условиях осенне-зимнего периода, при наличии снежно-ледяных покровов на дорогах, и может быть использовано в коммунальных хозяйствах городов и организациях, эксплуатирующих дороги федерального и местного значения, а также на аэродромах. Предложен антигололедный состав, включающий органические и неорганические компоненты, в котором в качестве органического компонента состав содержит свекловичную мелассу с содержанием твердых веществ 75-80%, а в качестве неорганического компонента содержит оксид кальция, оксид кремния, оксид алюминия и хлористые соли кальция и натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %: свекловичная меласса 5-10, оксид кальция 60-65; оксид кремния 10-15; оксид алюминия 3-5, хлористые соли кальция и натрия 5-10. Предложен также способ получения неорганических компонентов антигололедного состава – оксида кальция, оксида кремния и оксида алюминия – из отвальных сталеплавильных шлаков. Технический результат - получение антигололедного состава с повышенной эффективностью, обладающего минимальным негативным воздействием на экологию и использующего в своем приготовлении побочные продукты различных технологических циклов, позволяющих значительно снизить количество хлористых соединений в общей массе антигололедного состава. Предложенный состав может наноситься на обрабатываемые поверхности с использованием применяемого дорожными и коммунальными службами стандартного оборудования. Использование в нем побочных продуктов свекольного и сталеплавильного производства позволяет значительно удешевить стоимость антигололедного состава. Антигололедный состав прошел предварительную стадию испытаний и показал возможность его широкого использования в зимний период времени года. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

1. Антигололедный состав, включающий органические и неорганические компоненты, отличающийся тем, что в качестве органического компонента состав содержит свекловичную мелассу, с содержанием твердых веществ 75-80%, а в качестве неорганического компонента содержит оксид кальция, оксид кремния, оксид алюминия, хлористые соли кальция и натрия при следующем соотношении компонентов, мас. %:

свекловичная меласса 5-10 оксид кальция 60-65 оксид кремния 10-15 оксид алюминия 3-5 хлористые соли кальция и натрия 5-10

2. Антигололедный состав по п. 1, отличающийся тем, что неорганические компоненты - оксид кальция, оксид кремния и оксид алюминия - получены из отвальных сталеплавильных шлаков.

3. Способ получения неорганических компонентов по п. 2, отличающийся тем, что неорганические компоненты из сталеплавильного шлака предварительно размалываются до фракции размером 1,0-2,5 мм, а затем очищаются от вредных оксидов железа с помощью магнитной сепарации.