Использование природного цеолита против обледенения дорог и тротуаров

Все методы борьбы с зимней скользкостью направлены на удаление с дорожного покрытия ледяного или снежного слоя с применением химических, механических, тепловых и других методов; предотвращение образования снежно-ледяного слоя или ослабления его сцепления с покрытием - профилактические методы; снижение отрицательного воздействия образовавшейся зимней скользкости.

Необходимость строгого соблюдения природоохранного законодательства, современные требования государственных и местных органов власти по существенному снижению экологического воздействия на окружающую среду: безопасных для людей и животных, снижению загрязнений рек и водоемов, негативного воздействия на почву и зеленые насаждения, повышенные требования по защите сооружений и машин от коррозии приводят к поиску более эффективных и безопасных для экологии, людей и животных средств борьбы со снегом и льдом на всех типах дорог, в том числе на сложных участках, скоростных магистралях, а также дворовых территориях, тротуарах, в парках, на остановочных комплексах, в переходах, на территориях АЗС и автостоянок, трамвайных путях и стрелочных переводах.

Антигололедные реагенты применяют 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.

Для этой цели используют разные материалы и технологии. Известны (опыт США, Велокобритании и Росии):

• состав для предотвращения наледи на дорогах, содержащий основу - речной песок и добавку - хлорид натрия. 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.
• водная или сухая композиция, содержащая карбамид, хлориды натрия и кальция и гидроксилсодержащее соединение - гомополимер оксида этилена.
• антигололедная композиция, содержащая карбамид и смесь хлоридов натрия и калия, в которой хлорид натрия составляет 1-3 части от хлорида калия.
• антигололедная композиция, содержащая карбамид, хлорид, абразив и адсорбент.
• антигололедная композиция, содержащая 10-45% карбамида, 55-90% смеси аммиачной селитры, водорастворимых фосфатов, хроматов, карбонатов.
• применение в качестве антигололедного реагента водного раствора карбоксилатов щелочноземельных или щелочных металлов.
• Известно также (US, патент 4448702) применение в качестве антигололедного реагента смеси карбамида с формиатом или ацетатом щелочного металла.
• Оба реагента оказались неэффективными для удаления льда.
• Известно (DE, патент 4034217) средство для оттаивания снега и льда, содержащее поликарбоновую кислоту, водорастворимое формиаты и/или ацетаты щелочных металлов и систему ингибиторов из водорастворимых силикатов аммония или щелочных металлов и/или карбонатов аммония и/или щелочных металлов.
• Недостатком известного средства можно признать недостаточную активность при низких температурах.
• Известна также (US, патент 4254166) композиция для снижения прочности льда, содержащая 5-90% водорастворимых спиртов, диолов, полиолов, кетонов, карбоновых кислот или их солей и 1-20% смеси органических или неорганических соединений, содержащих аммоний-ион, представляющих ацетат, нитрат, сульфат, формиат, карбонат, пентаборат аммония или их смесь.
• Известна (US, патент 5064551) антигололедная композиция в виде водного раствора, содержащая 45-60%) щелочного карбоксилата-ацетата и/или формиата, 0,1-0,4% щелочного фосфата, 0,2-0,6% щелочного нитрита и имеющая рН 9,5-11,2.
• Недостатком известных вышеуказанных композиций следует признать содержание нитрита и недостаточная эффективность при температуре ниже 20°С.
• антигололедная композиция на основе карбамида, нитрата кальция, нитрата магния и воды. Эта композиция обеспечивает удаление льда и таяние снега при температуре не ниже 22°С. Кроме того, способ получения указанной композиции достаточно сложный, многостадийный и требует высокой технической оснащенности при своей реализации.
• антигололедная композиция на основе нитрата кальция, карбамида, нитрата магния, фосфата кальция, карбамидформальдегидного полимера и карбоната кальция. Указанная композиция при применении обеспечивает низкую коррозию металлов (до 0,03 мм/ год). Температура эвтектики продукта всего 17°С.
• состав для предотвращения наледи на дорогах, включающий формиат натрия и/или ацетат натрия, формиат и/или ацетат кальция, а также гидроксиэтилцеллюлоза и/или концентрат сульфитно-дрожжевой бражки. Этот состав снижает температуру образования наледи (-18°С), что не всегда бывает достаточным. Кроме того, состав имеет много компонентов, которые не удобны при транспортировке (бражка).

Следует также отметить, что 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. Кроме того, наличие хлоридов вызывает коррозию металлических конструкций, порчу обуви людей, а также оказывает неблагоприятное влияние на экологию.

Предлагаем Вашему вниманию природный цеолит.

Цеолит, это особый минерал, имеющий особое строение и вид.

Цеолит в переводе на русский язык с греческого означает кипящий камень. Назван он так за свою высокопористую структуру.

Особенностью структуры цеолитов является их пористое внутреннее строение.

Пористая структура, содержащая активные обменные катионы, определяет уникальные адсорбционные, катионообменные и каталитические свойства этих минералов, которые одновременно обладают высокой кислотоустойчивостью и термостабильностью.

Сейчас существует достаточно широкий ассортимент антигололедных реагентов. Возникает вопрос: как выбрать именно те материалы, которые будут хорошо справляться с задачей таяния льда и снега в определенных погодных условиях?

СВОЙСТВА цеолита как РЕАГЕНТа

• отсутствие коррозионной активности по отношению к металлу и конструкциям из бетона;
• экологической безопасностью благодаря своему природному происхождению;
• отсутствием отрицательного влияния на кожу, резину, дорожное покрытие.
• положительно влияет на почву и зеленые насаждения.
• способностью эффективно плавить лед или снег и снижать температуру замерзания воды за счет своей термостойкости и впитывания влаги.
• осушитель – цеолит прекрасно впитывает влагу и запахи!
• цеолиты - минералы с порами молекулярного размера, которые, подобно губке, способны вбирать и прочно удерживать самые различные загрязнения. В их числе - тяжелые металлы (свинец, кадмий, цинк, стронций, хром), радионуклиды, нитраты и нитриты, аммиачные соли (соли аммония), масла, нефтепродукты и еще целый спектр химических и биологических загрязнений.
• Основные катионы, которые поглощаются цеолитом из жидкостей:
  Cs+. Pb+. K+. NH4+. Ag+. Cd2+. Pb2+. Zn2+. C2+. Hg2+. Ba2+. Sr2+. Ca2+. Mg2+. Co3+. Al3+. Cr3+. Fe3+.
• Основные газы, которые поглощаются цеолитом:
  Co. Co 2. So2. Nh3. N 2. HCHO. Ar. O 2. He. Kr. Xe. CH3OH. Фреон. Меркаптани. Формальдегид.

Цеолит можно смело отнести к разряду эффективных. Это гранулированный многокомпонентный природный препарат. Он чаще всего применяется при температуре до -20°С. К преимуществам следует отнести его природное происхождение и отсутствие в его составе вредных компонентов.

Цеолит относится к гранулированному виду и годен для обработки дорог и тротуаров. Препарат обладает нагревательной возможностью и этим отличается высокой плавящей способностью. Он не разрушает бетонное покрытие не оставляет следов на асфальте и полезен для флоры и фауны, не вредит обуви, не обладает коррозионными свойствами, тем самым создает благоприятное условия для экологии.

В последнее время также были проведены исследования по применению цеолита вместе с реагентами для этой цели. Результаты показали эффективность такой смеси.

Такой состав может быть использовано для снятия снежно-ледяного покрова твердого дорожного покрытия или взлетно-посадочных полос, кроме того, оно может быть использовано при защите плавсредств от обледенения. Реагент содержит цеолит и смесь химических реагентов

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2294352), антигололедный реагент, содержащий хлорид кальция, триэтаноламин, а также цеолит или природный песок при следующем соотношении компонентов, масс.%:

• 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.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в повышении емкости антигололедного реагента к воде, а также к химическим загрязнениям, присутствующим на дорожном покрытии и придорожной полосе, что приводит к увеличению срока службы дорожного покрытия.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать антигололедный реагент разработанного состава. Антигололедный реагент разработанного состава содержит смесь химических реагентов, включающую формиаты, карбамид и/или хлорид калия, хлорид кальция, хлорид натрия, и модифицированный цеолит, при этом использован модифицированный цеолит фракции (0.5-1.5) мм и (2.5-5.0).

Предпочтительно соотношение фракций модифицированного цеолита составляет от 15:85 до 20:80.

Предложено наносить на дорожное покрытие реагент выше приведенного состава в количестве от 30 до 150 г/м2 очищаемой площади.

Разработанная композиция содержит цеолит и компоненты. Компоненты вступают в реакцию со льдом и снегом, генерируя необходимое тепло, за счет которого происходит разрыхление и плавление льда и снега.

Модифицированные цеолиты, кроме выполнения функции фрикционной составляющей антигололедного реагента, являются хорошим сорбентом - ионообменником и эффективно связывают различные загрязнения, в том числе тяжелые металлы и радионуклиды, опасные (излишки) химические вещества.

Предпочтительно, но не обязательно при реализации разработанного технического решения использовать для модификации с последующим использованием в составе антигололедного реагента природные цеолиты с содержанием клиноптилолита, глауконита, ломонтита в цеолитсодержащей породе не менее 50-65%.

Применение цеолитов обусловлено, прежде всего, их высокой селективностью, а также химической, термической и радиационной устойчивостью. Они обладают хорошей сорбционной и ионообменной способностью. Характерным отличием природных цеолитов от других типов сорбентов является то, что они имеют сильно развитый поверхностный каркас, наличие в нем пор разного диаметра, способных взаимодействовать с находящимися в растворе ионами металлов с образованием комплексных соединений. Также сорбционные свойства цеолитов зависят от природы и физико-химических свойств (энергия гидратации, заряд, радиус иона) сорбируемых ионов, концентрации ионов в растворах, рН среды, времени контактирования сорбента с ионами, температуры. Помимо этого природный цеолит легко подвергается регенерации и может быть, повторно использован.

При приготовлении композиции реагента используют модифицированный цеолит двух фракций - (0.5-1.5) и (2.5-5.0) мм. Использование цеолитов более мелких фракций (менее 0,5 мм) не приводит к достижению указанного технического результата, поскольку указанная фракция представляет собой пыль. Использование цеолитов фракции свыше 5,0 мм тождественно использованию щебня на дорогах, кроме того, частицы подобного размера имеют слабые сорбционные свойства, что препятствует достижению указанного технического результата. Фракции цеолита можно модифицировать прокаливанием при температуре от 80 до 300°С.

Фракции модифицированного цеолита смешивают таким образом, чтобы объем первой фракции составлял 15-20% от всего объема модифицированного цеолита, в этом случае вторая фракция составляет 80-85%) от всего объема цеолита. Затем в полученную смесь добавляют твердые химические компоненты - формиаты, карбамид и/или хлорид калия, хлорид кальция, хлорид натрия при массовом соотношении: модифицированные цеолиты - до 80%, твердые активные химические компоненты - остальное. При этом соотношение химических компонентов составляет:

- формиаты от 0,1 до 25
- карбамид и/или хлорид калия от 5 до 15
- хлорид кальция от 20 до 50
- хлорид натрия от 20 до 65

Массовое соотношение модифицированный цеолит: активные химические компоненты зависит от температуры окружающего воздуха, толщины ледового и снежного покрытия, пропускной способности дороги, дворовых территорий, тротуарах, в парках, на остановочных комплексах, в переходах, на территориях АЗС и автостоянках, трамвайных путях и стрелочных переводах.

При нанесении на снежную и/или ледяную поверхность реагента в количестве менее 30 г/м2 назначение реагента не достигается, снежно/ледяное покрытие не тает и срок службы дорожного полотна не увеличивается. При нанесении на снежную и/или ледяную поверхность реагента в количестве более 150 г/м2 назначение реагента не достигается, снежно/ледяное покрытие хотя и тает, но срок службы дорожного полотна не увеличивается из-за абразивного действия частиц цеолита, а также излишнего действия совокупности химических реагентов.

Использование разработанного технического решения позволяет убирать с твердого покрытия ледовые и снежные корки без нанесения механических повреждений дорожному покрытию, а также удалять при этом с покрытия вещества, вредно влияющие на покрытие и его обочину.

Эффективность разработанного технического решения, кроме отработки на малых экспериментальных участках, была проверена в промышленном масштабе на территории Екатеринбургского завода радиоаппаратуры.

1. Состав содержит модифицированный цеолит фракции (0.5-1.5) мм и (2.5-5.0) мм, взятых в соотношении 20:80 и смесь химических реагентов, содержащую в % масс, от общего количества реагентов:

• формиаты щелочных металлов 20
• карбамид и/или хлорид калия 10
• хлорид кальция 30
• хлорид натрия 40
• при соотношении смеси фракций цеолитов и смеси химических реагентов 80:20.

Полученный антигололедный реагент рассыпали по территории завода в количестве 40 г/м2 на ледовое покрытие асфальта при температуре окружающей среды -17°С. Толщина ледового покрытия составляла 8 мм. Покрытие растаяло полностью без механического воздействия, разрушающее асфальт, за 5,5 часов.

2.Состав содержит модифицированный цеолит фракции (0.5-1.5) мм и (2.5-5.0) мм, взятых в соотношении 15:85 и смесь химических реагентов, содержащую в % масс, от общего количества реагентов:

• формиаты щелочных металлов 5
• карбамид и/или хлорид калия 5
• хлорид кальция 0
• хлорид натрия 0
• при соотношении смеси фракций цеолитов и смеси химических реагентов 75:25.

Полученный антигололедный реагент рассыпали по территории завода в количестве 50 г/м2 на ледовое покрытие асфальта при температуре окружающей среды -6°С. олщина ледового покрытия составляла 6 мм. Покрытие растаяло полностью без механического воздействия, разрушающее асфальт, за 3,5 часов.