CN101671541B - 一种环保型融雪剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环保型融雪剂,以无水氯化钙为主要成分,含有柠檬酸钠、磷酸二氢钠或磷酸氢二钠、偏硅酸钠、尿素等多种添加剂,还可以含有脱落酸或吲哚乙酸或其混合物、酒石酸钠、腐殖酸或其盐。所述融雪剂能够有效的降低对金属物和混凝土结构的腐蚀性,有效地提高种子、植物和土壤的抗盐化能力。在高寒区域气温降至-25℃以下甚至-50℃时,本发明融雪剂也可快速融化大到暴雪造成的积雪或结冰,抛洒量小,效果好。本发明还提供了一种融雪剂使用方法,该方法无需预先制备融雪剂成品,而是将主要成分和各种添加剂分开放置,需要使用前再在工地现场复合。此法可以避免成品融雪剂在储存和运输中出现如受潮、板结等问题,也可以避免在制备复合颗粒(例如包衣造粒)的过程中高温耗能和可能导致添加剂分解的缺陷,其操作简单,成本低廉,尤其适于现场机械化抛洒作业。

Description

一种环保型融雪剂
技术领域
本发明涉及一种以无水氯化钙为主要成分的环保型融雪剂,含有多种添加剂。
背景技术
冬春季节的降雪和结冰,往往给城市和交通运输带来不便,并极易引发交通事故,特别是高速公路常因降雪和冰冻封闭停运,给社会造成巨大的经济损失。使用融雪剂清除道路积雪具有成本低、方法简便、冰雪融解速度快、交通恢复快的优点而被越来越多的国家所广泛采用。随着我国经济建设速度的加快,我国高速公路总里程位居世界前列,且呈快速发展势头,《国家高速公路网规划》指出:未来我国高速待建公路4.4万公里,届时我国高速公路和省一级公路总里程将达18万公里,是目前世界高速公路拥有量最大的美国9万公里一倍之多。然而由于我国融雪剂的使用面积极为有限,每年因冰雪所造成的经济损失很大,特别是近年出现了几次低温雨雪冰冻天气,如2008年初我国大部尤其是南方地区连续遭受四次低温雨雪冰冻天气过程袭击,影响范围涉及三分之二的省市自治区,全国受灾人口达1亿多,直接经济损失达1500多亿元。
目前,我国有100多家融雪剂(含工业防冻剂)生产企业,绝大多数为民营小企业,这些企业生产设备和工艺落后,更无技术研发力量,且多以氯盐为原料,简单复配,品种单一,产品质量不稳定,副作用明显。作为目前施用最广泛的一类融雪剂,氯盐对金属和混凝土具有腐蚀性,对植被和土壤具有危害性,会极大地破坏公路基础设施和公路周边生态环境。例如,2005年春天,北京8个城区因施用氯化钠和氯化钙作为融雪剂,出现了大批草木枯死状况,直接经济损失3000多万元。又如,2008年初在抗雪救灾过程中,公路养护部门为了尽快清除路面冰雪,使用了大量工业盐作为融雪剂,对环境造成了较大灾害。这种负面作用也成为影响氯盐型融雪剂推广的瓶颈问题。对此,一些专家和学者基于环境保护对融雪剂的使用提出了许多中肯的建议。根据中科院周俊院士的建议,温家宝总理批示要求加强对使用融雪剂对环境影响的监测,并提出研发具有自主知识产权的环保型融雪剂,从而把我国融雪剂对环境的影响问题提到了前所未有的高度。
当前,出于环境保护的目的,国内外的研究人员开发出多种多样的非氯盐型融雪剂产品,但均因成本和技术等方面原因而无法推广使用,致使目前国内外仍然大多使用氯盐型融雪剂,如美国目前使用量最大的融雪材料仍然是氯化钠和氯化镁。鉴于此,开发出一种以氯盐为主要成分,但能够有效降低对公路基础设施和生态环境影响的新型融雪剂产品,具有重要的意义和应用推广价值。
发明内容
本发明提供一种环保型融雪剂,该融雪剂价格低廉、来源广泛、冰点低、融雪速度快、融雪能力强,与现有融雪剂相比,能够大幅降低对金属和混凝土的腐蚀以及对周边植被和土壤的危害,对土壤具有良好的改良防护作用。
所述环保型融雪剂以无水氯化钙为主要成分,含有多种添加剂。其具体含有以下组分:
无水氯化钙                85-95重量%
柠檬酸钠                  1-5重量%
磷酸二氢钠或磷酸氢二钠    1-3重量%
偏硅酸钠                  1-3重量%
尿素                      1-5重量%。
优选地,所述环保型融雪剂还含有脱落酸、吲哚乙酸、或其混合物,其含量为0-0.04重量%,优选0.02-0.04重量%。
优选地,所述环保型融雪剂还含有酒石酸钠,其含量为0-3重量%,优选1-3重量%。
优选地,所述环保型融雪剂还含有腐殖酸或其盐,其含量为0-1重量%,优选0.5-1重量%,所述腐殖酸盐为腐殖酸钠或腐殖酸钾。
除了上述组分,本发明的融雪剂还可以含有融雪剂领域常用的其它各种辅助添加剂。
与目前使用的各种氯盐型融雪剂相比,本发明的融雪剂能够有效的降低对金属物和混凝土结构的腐蚀性,有效地提高种子、植物和土壤的抗盐化能力。并且由于是以无水氯化钙为融雪剂主要成分,在高寒区域气温降至-25℃以下甚至-50℃时,本发明融雪剂也可快速融化大到暴雪造成的积雪或结冰,抛洒量小,效果好,有利于抗御和消除极端性气候造成的低温冰冻灾害,对交通道路、桥梁、电力和基础设施造成的危害有很好的防护作用。
本发明融雪剂可以使用本领域公知的制备方法制备,例如本领域常用的共混法或将添加剂作为包衣成分制成包衣颗粒等等,而所得的融雪剂产品能够以复合颗粒或溶液等常规方式使用。
本发明还提供一种新的融雪剂使用方法,其特征在于无需预先制备融雪剂成品,而是将无水氯化钙和各种添加剂分开放置,需要使用前再在工地现场复合。具体步骤为:提供所述比例的无水氯化钙;提供所述比例的各种添加剂,并混合;机械分散无水氯化钙颗粒,同时将混合添加剂以水溶液的形式喷洒在颗粒上,形成融雪剂复合颗粒;将所得复合颗粒直接施用。
该方法可以避免成品融雪剂在储存和运输中出现受潮、板结等问题,也可以避免在制备复合颗粒(例如,包衣造粒)过程中的高温耗能和可能导致添加剂分解的缺陷,此法操作简单,成本低廉,尤其适于现场机械化抛洒作业。
具体实施方式
以下将以具体实施例对本发明进行详细的说明,但是不应将这些实施例理解为对本发明保护范围的限制。
(一)环保型融雪剂配方
表1列出了四种代表性配方,其中所述数值是指各组分在融雪剂中的重量百分比。
表1环保型融雪剂配方组成
  配方组成   配方1   配方2   配方3   配方4
  无水氯化钙   87.98   85.48   94.96   91.46
  酒石酸钠   2   3   0   1
  柠檬酸钠   1.5   4   1   2
  磷酸二氢钠   0   0   1.5   2.5
  磷酸氢二钠   3   1   0   0
  偏硅酸钠   2.5   1   1.5   2
  尿素   2   5   1   1
  脱落酸   0   0.02   0   0.04
  吲哚乙酸   0.02   0   0.04   0
  腐植酸钠   1   0.5   0   0
(二)融雪能力试验
按照北京市地方标准DB 11/T161-2002,对上述四种环保型融雪剂进行融雪能力测定试验。实验方法为:将融雪剂配置成0.2g/ml浓度水溶液,取6ml(V0),在恒温箱内-10℃条件下倒入冰块中,30min后计量液体的总体积(V融雪剂),减去融雪剂溶液6ml(V0),差值为融化出水的体积即融冰能力(以融冰能力代表融雪能力),在同等条件下做氯化钠对比试验,指标要求≥氯化钠融雪能力的90%。实验结果见表2。
表2  融雪能力试验结果
  序号   种类  融雪能力比K(%)
  1   配方1   123
  2   配方2   128
  3   配方3   117
  4   配方4   125
融雪剂与氯化钠的融雪能力比K=(V融雪剂-V0)/(V氯化钠-V0)×100%,式中V融雪 为融雪剂所融液体的总体积,V氯化钠为氯化钠所融液体的总体积,V0为融雪剂或氯化钠溶液体积6ml,结果保留整数。
(三)金属碳钢腐蚀试验
按照国标GB/T 10124-1988,对上述四种环保型融雪剂进行金属碳钢腐蚀试验,步骤如下:
(1)取5片中间打孔(孔径为3mm)的碳钢金属片50×25×2mm,用5%硫酸溶液浸泡5min,再依次进行水洗、酒精冲洗、丙酮冲洗,吹氮气进行干燥,之后放到干燥箱中,进行编号、测量和称重;
(2)在五只2000ml烧杯中分别加入1000ml纯净水,在第一只烧杯中加入氯化钠200g,另外四只烧杯中分别加入融雪剂配方1、融雪剂配方2、融雪剂配方3和融雪剂配方4各200g;
(3)将5片碳钢金属片分别用尼龙绳吊在五只烧杯的溶液中,尼龙绳另一端系在玻璃棒上,并将玻璃棒架在烧杯口沿上,使金属处于溶液中央偏下的位置;
(4)碳钢金属片连续在溶液中浸泡48h后,放在3%浓度的盐酸中浸泡10min,取出后用刷子刷掉表面残锈,再先后用酒精、丙酮冲洗,吹氮气进行干燥后放到干燥箱中,再逐一进行称重;
(5)缓蚀效果评价。实验结果见表3。
表3  金属碳钢腐蚀试验结果
序号 种类   初始质量M(g)   蚀后质量M1(g)   减蚀质量(g)   腐蚀速率R(mm/a)   腐蚀比率(%)*
1   氯化钠   19.1392   19.084 0.0552 0.4583 -
2   配方1   19.6364   19.6288 0.0076 0.0631 13.77
3   配方2   19.3687   19.3641 0.0046 0.0382 8.33
4   配方3   19.7586   19.7492 0.0094 0.0780 17.03
5   配方4   19.6168   19.6091 0.0077 0.0639 13.95
*腐蚀比率(%)是以氯化钠的腐蚀速率为100%
腐蚀速率R=[8760×(M-M1)]÷STD×10
式中S代表表面积,标准试片数值是28cm2;T代表浸泡时间,数值是48h;D代表密度,数值是7.85g/cm3;8760是一年的小时数;10是单位换算系数。
(四)混凝土的腐蚀性试验
按照美国ASTM designation C672-84方法,对上述四种环保型融雪剂进行混凝土的腐蚀性试验。试验方法为:将静养好的混凝土块(100×100×100mm)浸渍在3%浓度的融雪剂溶液中,-20℃的环境下冷冻16h,融冻过程在室温下持续8h,反复进行50天,融雪剂溶液每周更换一次,并且称量混凝土块的重量,根据质量损失计算混凝土腐蚀率,再与氯化钠对比计算出腐蚀比率,试验结果见表4。
表4  混凝土腐蚀性试验结果
  序号   种类   混凝土腐蚀率(%)  腐蚀比率(%)*
  1   氯化钠   5.32   -
  2   配方1   0.41   7.71
  3   配方2   0.39   7.33
  4   配方3   0.87   16.35
  5   配方4   0.58   10.90
*腐蚀比率(%)是以氯化钠的腐蚀率为100%
(五)植物耐盐试验
按照北京市地方标准DB 11/T161-2002,对上述四种环保型融雪剂进行植物耐盐试验。试验方法为:使用麦冬草坪作为评价草本植物,划出2m2×5,每次剂量10g/m2,每周一次,直至出现受害现象前的累积喷洒量为耐盐量,以g/m2表示,试验结果见表5。
表5  植物耐盐试验结果
  序号   种类   耐盐量(g/m2)
  1   氯化钠   60
  2   配方1   200
  3   配方2   340
  4   配方3   290
  5   配方4   390
(六)植物种子相对受害率检测试验
对上述四种环保型融雪剂进行植物种子相对受害率检测试验。试验方法为:将草地早熟禾种子在10%过氧化氢溶液浸泡5min后,再用40℃温水浸泡15min,选取100×5粒颗粒均匀饱满的种子,放入发芽盒内,用5g/L浓度的融雪剂溶液润湿种子和脱脂棉,盖上发芽盒上盖,在20℃恒温培养箱中培养,并及时加水以保持种子湿润,12天后记录种子发芽数量,用蒸馏水做对照试验,植物种子相对受害率≤70%为衡量标准,试验结果见表6。
表6  植物种子相对受害率试验结果
  序号   种类   植物种子相对受害率RR(%)
  1   配方1   37
  2   配方2   25
  3   配方3   21
  4   配方4   17
植物种子发芽率R=A/N×100%,式中A为发芽数,N为培养种子数,数值是100;
植物种子相对受害率RR=(R对照-R融雪剂)/R对照×100%,式中R对照是用蒸馏水处理的种子发芽率,R融雪剂是用融雪剂处理的种子发芽率,结果保留整数。
综合上述各项指标可以看出,本发明的融雪剂融雪能力强,对金属和混凝土的腐蚀性以及对周边植被和土壤的危害很小,是一种非常高效环保的融雪剂。

Claims (9)

1.一种环保型融雪剂,其特征在于,含有如下组分:
无水氯化钙                85-95重量%
柠檬酸钠                  1-5重量%
磷酸二氢钠或磷酸氢二钠    1-3重量%
偏硅酸钠                  1-3重量%
尿素                      1-5重量%。
2.根据权利要求1所述的环保型融雪剂,其特征在于:还含有脱落酸、吲哚乙酸、或其混合物,其含量为0-0.04重量%。
3.根据权利要求2所述的环保型融雪剂,其特征在于:脱落酸、吲哚乙酸或其混合物的含量为0.02-0.04重量%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的环保型融雪剂,其特征在于:还含有酒石酸钠,其含量为0-3重量%。
5.根据权利要求4所述的环保型融雪剂,其特征在于:酒石酸钠的含量为1-3重量%。
6.根据权利要求1所述的环保型融雪剂,其特征在于:还含有腐殖酸或其盐,其含量为0-1重量%,所述腐殖酸盐为腐殖酸钠或腐殖酸钾。
7.根据权利要求6所述的环保型融雪剂,其特征在于:腐殖酸或其盐的含量为0.5-1重量%。
8.一种权利要求1-7中任一项所述环保型融雪剂的使用方法,包括以下步骤:
(1)提供所述比例的无水氯化钙;
(2)提供所述比例的除无水氯化钙以外的其它组分,并混合;
(3)机械分散无水氯化钙颗粒,同时将步骤(2)中得到的组合物以水溶液的形式喷洒在无水氯化钙颗粒上,形成融雪剂复合颗粒;
(4)将所得复合颗粒直接施用。
9.根据权利要求8所述的使用方法,其特征在于:步骤(3)中所述机械分散为搅拌或振荡分散。
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