Способ получения композиционного материала для борьбы с гололедом

Способ получения композиционного материала для борьбы с гололедом

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к способам производства препаратов и композиционных материалов, применяемых в коммунальном и автодорожном хозяйстве для обработки поверхности дорог с целью предотвращения обледенения, для оттаивания и для разрушения льда на автомобильных дорогах, пешеходных переходах и т.д.

Известен способ получения композиции против обледенения (патент США 5211869, опубл. 18.05.93, том 1150, N 3), включающий получение смеси галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов, измельчение смеси до тонкодисперсного порошка, агломерирование смеси в лотке с применением солевого раствора хлорида магния в качестве агломерирующей жидкости, удаление влаги термообработкой горячим воздухом до образования высушенных однородных гомогенных агломератов.

К недостаткам данного способа получения композиции против обледенения относятся большой расход композиции на единицу площади дорожного покрытия, сравнительно низкая плавящая способность композиции, необходимость использования для композиции дорогостоящих и дефицитных компонентов.

Известен способ удаления снежно-ледяных покровов дорожных покрытий и противогололедный препарат "KAMA" (патент РФ N 2044118, опубл. БИ 26, 20.09.95, включающий приготовление смеси хлоридов калия и натрия, используя для этого, например, хлористый калий и обычную техническую поваренную соль, с последующим непрерывным прессованием исходной смеси хлоридов калия и натрия с влажностью шихты 1-5%, удельным давлением прессования на стандартном валковом оборудовании в пределах 100-200 МПа, получая при этом прессованную плитку с плотностью 1500-2100 кг/м³ и плотностью на излом 1,9-4,2 МПа. Гранулы требуемого размера получают мелким дроблением полученной плитки до фракции с размером 0,1-10 мм.

Недостатками данного способа получения препарата являются большие затраты на изготовление препарата, образование на зимних дорогах луж, представляющих собой концентрированные растворы солей металлов, которые при снижении температуры ниже минус 30°С кристаллизуются, что приводит к повторному образованию льда.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности - совокупности существенных признаков и достигаемому при этом техническому результату - является известный (патент РФ №2172331, опубл. 20.08.2001, Бюл. №23) способ получения противогололедного препарата.

Способ по прототипу заключается в следующем.

Для получения противогололедного препарата используют хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, в качестве которых применяют отходы магниевого производства: отработанный электролит процесса электролиза хлормагниевого сырья - карналлита, и/или шламо-электролитную смесь процесса электролиза хлормагниевого сырья, и/или их композицию в соотношении 1:(0,4-0,6). Перед измельчением хлоридные отходы (композицию из отходов) подвергают термообработке: переплавляют до достижения однородного состава преимущественно при температуре 680-800°С, после переплавки композиционную смесь охлаждают, дробят, измельчают, с последующим грохочением и классификацией и выделением фракции 1-5 мм. Товарную фракцию затаривают и отгружают потребителем.

Недостатками известного способа являются значительные потери исходного сырья за счет переизмельчения в процессе дробления. Как показали испытания, до 30% получаемой композиции из хлоридов металлов переходит в некондиционную фракцию - менее 1 мм, которые по своему гранулометрическому составу не удовлетворяют требования действующих технических условий (ТУ) на препараты и средства на композиционные составы для борьбы с гололедом и зимней скользкостью на дорогах.

Технический результат заключается в расширении сырьевой базы для производства препаратов для борьбы с гололедом, в сокращении потерь исходного сырья, повышенного качества целевого продукта с улучшением его потребительских свойств.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе получения композиционного материала для борьбы с гололедом, включающем переработку твердых солевых отходов магниевого производства в виде хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов, их термообработку и измельчение, согласно изобретению измельченные солевые отходы смешивают с отходом от процесса очистки отходящих газов магниевого производства в соотношениях, способствующих образованию насыщенного раствора хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов с содержанием хлорида кальция 150-450 г/л, затем полученную смесь подвергают термообработке до содержания остаточной влажности 3-15%.

Кроме того, смешивание солевых отходов с раствором осуществляют путем циркуляции в системе реактор для выщелачивания с мешалкой - насос - циркуляционный бак.

Кроме того, полученную жидкую композиционную смесь циркулируют до образования насыщенного по сумме хлоридов магния, кальция, калия, натрия раствора.

Кроме того, термообработку жидкой композиционной смеси производят в печи кипящего слоя с получением конечного продукта в виде гранул.

Кроме того, термообработку проводят при начальной температуре газа-теплоносителя 800-1200°С и конечной температуре 100-200°С.

Опытные испытания различных вариантов технологии и способов получения композиционных материалов для борьбы гололедом на основе использования различных отходов магниевого производства показали, что между совокупностью признаков (известных и новых) предлагаемого технического решения и достигаемого при этом технического результата существует вполне определенная причинно-следственная связь, заключающаяся в том, что каждый из признаков, отдельно взятый, необходим, и в совокупности своей они обеспечивают достижение вышеуказанного технического результата.

Анализ уровня техники свидетельствует о том, что из научно-технической и патентной информации не обнаружен источник, известный ранее до даты подачи заявленного способа, и заявленная совокупность признаков соответствует критериям «новизна» и «технический уровень».

Пример осуществления способа

Для получения композиционного материала для борьбы с гололедом были взяты отходы магниевого производства, в качестве которых были использованы отработанный электролит процесса электролитического получения магния из карналлитового сырья и отработанное известковое молоко от газоочисток - пульпа (суспензия), содержащая 260 г/л хлорида кальция, 20 г/л оксида кальция.

Отход магниевого производства получают следующим образом. В ванну электролизера в расплавленный до температуры 680°С электролит из ковша заливают расплавленное сырье (безводный карналлит состава, мас.%: MgCl₂ - 48-51, NaCl - 9-12, KCl - 38-40) в количестве 6-7 тонн. После загрузки получают состав рабочего электролита с содержанием хлорида магния 6-16 мас.%, хлорида натрия 30-40 мас.%, остальное - хлорид калия. В ванну электролизера погружены электроды - катод и анод, на которые подают постоянный электрический ток. В процессе электролитического разложения сырья на катоде собирается магний, а на аноде - хлор. Рабочий электролит циркулирует в электролитических и сборной ячейках. Магний в процессе циркуляции с электролитом также выносится в сборную ячейку, откуда периодически его извлекают. Хлор удаляют через газоходы. Одновременно происходит снижение уровня электролита и снижение концентрации хлорида магния, получают так называемый отработанный электролит состава, мас.%: KCL - не менее 68, NaCl - 12-24, MgCl₂ 4-9, CaCl₂ - 0,7-1,4, влажность не более 4 (ТУ 1714-453-05785388-99). При работе электролизера на карналлитовом сырье получают 4-4,5 тонны отработанного электролита и 15-40 кг шлама - так называемых отходов магниевого производства.

Отходящие газы магниевого производства состава 2-8 мг/л хлора и 0,1-1,5 мг/л хлорида водорода обрабатывают поглотительной суспензией - известковым молоком с начальным содержанием оксида кальция 100 г/л в системе бак-скруббер, в результате получают пульпу - отработанный раствор, содержащий 160 г/л хлорида кальция и 40 г/л гипохлорита кальция. Дальнейшую переработку пульпы на раствор хлорида кальция производят в скруббере путем подачи топочных газов, полученных путем сжигания природного газа и хлоровоздушной смеси. Образовавшаяся газовая смесь содержит 15 мг/л хлорида водорода и 1,5 мг/л хлора. После очистки получают раствор с содержанием хлорида кальция 260 г/л.

Измельченные твердые солевые отходы - отработанный электролит магниевых электролизеров - загружают в реактор, смешивают с отходом от процесса очистки отходящих газов магниевого производства - раствором отработанной пульпы с содержанием хлорида кальция 260 г/л - и циркулируют в системе реактор для выщелачивания с мешалкой - насос - циркуляционный бак. Смешивание осуществляют в соотношениях, способствующих образованию насыщенного раствора хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов с содержанием хлорида кальция 400 г/л при соотношении отработанный электролит: пульпа, равном 1:7. Затем образующуюся жидкую композиционную смесь подают в печь кипящего слоя и обрабатывают газом- теплоносителем при начальной температуре 800-1000°С. В результате чего в печи кипящего слоя происходит термообработка хлоридного раствора: испарение водной фазы и кристаллизация хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов в виде гранул и пылевидной фракции. Процесс термообработки ведут до достижения остаточной влажности в образующем полупродукте 8±2% для достижения высоких физико-химических свойств получаемых композиционных материалов. После термообработки получили композиционный материал в виде гранул фракционного состава 1-2 мм и химическим составом, мас.%: CaCl₂ - 51, KCl - 37, NaCl - 10, MgCl₂ - 2. Для подтверждения положительных характеристик полученного композиционного материала проведены сравнительные испытания материала по прототипу и по изобретению. Для этого на два поддона площадью 100 см² залили воду толщиной 1 см. После замораживания при температуре - 10°С на поверхность засыпали равномерным слоем по 50 г в каждый из поддонов композиционный материал по прототипу и полученный по данному изобретению. Произвели выдержку в течение 4 часов. После этого получили следующие результаты: в поддоне с композиционным материалом прототипа ледяная корка разрушилась на 60%, в поддоне с композиционным материалом по изобретению - на 90%.

Таким образом, испытания показали высокую эффективность полученного композиционного материала. При нанесении материала на полотно дорог наблюдалось разрушение ледяной корки до поверхности дорожного покрытия включительно. При использовании композиционного материала его расход на 25-40% меньше, чем при использовании в идентичных условиях других известных препаратов и композиционных материалов.

1. Способ получения композиционного материала для борьбы с гололедом, включающий переработку твердых солевых отходов магниевого производства в виде хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, их термообработку и измельчение, отличающийся тем, что измельченные солевые отходы смешивают с отходом от процесса очистки отходящих газов магниевого производства в виде отработанной пульпы в соотношениях, способствующих образованию насыщенного раствора хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов с содержанием хлорида кальция 150-450 г/л, затем полученную смесь подвергают термообработке до содержания остаточной влажности 3-15%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание солевых отходов с раствором осуществляют путем циркуляции в системе реактор для выщелачивания с мешалкой - насос - циркуляционный бак.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, полученную жидкую композиционную смесь циркулируют до образования насыщенного раствора по сумме хлоридов магния, кальция, калия, натрия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку жидкой композиционной смеси производят в печи кипящего слоя с получением конечного продукта в виде гранул.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку проводят при начальной температуре газа-теплоносителя 800-1200°С и конечной температуре 100-200°С.