CN1537915A - 复合型融冰除雪剂 - Google Patents

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Abstract

一、技术领域：属于表面化学范畴，为有机和无机盐技术领域。二、背景技术1.对发明“复合型融冰除雪剂”的理解：(1)本发明所选用的主要原料；(2)本发明环保性能好，能有效降低对金属和水泥混凝土的腐蚀；(3)本发明能促进植物生长，保护生态环境；(4)本发明的应用范围。2.本发明查阅并引证相关的技术背景资料有(七类)：(1)高等教育出版社出版的高等学校教材《普通化学》；(2)中国工业出版社出版的《混凝土中钢筋锈蚀与保护》；(3)化工工业出版社出版的《硝酸盐》；(4)化工工业出版社出版的《化工辞典》；(5)化学工业出版社出版的《有机化工原料》；(6)化工工业出版社出版的《化学工业中的腐蚀与防护》；(7)化学工业出版社出版的《化工基础》。3、发明“复合型融冰除雪剂”的目的。三、发明内容1.要求保护的技术方案(1套)；2.要求保护的权项(计8项)；3.本发明与背景技术相比的有益效果。四、实施本发明的具体方式。

Description

复合型融冰除雪剂
复合型融冰除雪剂融冰除雪效果显著，适用广泛，并具备新颖性、创造性和实用性的特点，同时符合环保要求，现将具体内容说明如下：
一、技术领域：属于表面化学范畴，为有机和无机复合盐技术领域
二、背景技术
1、对发明“复合型融冰除雪剂”的理解：
(1)复合型融冰除雪剂所选用的主要原料有：醋酸钾、氯化钙、氯化镁、氯化钠、硝酸镁及缓蚀剂钼酸钠、苯甲酸钠、亚硝酸钠、偏硅酸钠、苯并三氮唑、三乙醇铵。这些化工原料经过优化组合，理论研究，以及大量的实验室和应用试验之后，得出的共同结论是本发明具有低共溶点的属性，适用于-33℃的低温状态下，融冰除雪效果显著，可根据不同地区、不同的温度、不同的地理环境和不同的应用对象，采用不同的配方组合，其覆盖面较为广泛，适合于黄河以北所有城市使用。
(2)本发明环保性能好，能有效地降低对金属和水泥混凝土的腐蚀。众所周知，卤盐中含有大量的Cl-离子和少量的杂质SO4 2-离子，而且这些离子对金属和混凝土的腐蚀会随着浓度的增加而增大，因此，在选材上，首先选用含SO4 2-离子极低，并对金属腐蚀极其微弱的硝酸盐类作为主要材料。鉴于在-33℃的低温条件下，我们在研制过程中又采用了其低共溶点在-55℃以下的氯化钙及-33.6℃的氯化镁为主要原料，同时加入较理想的单一或复合配方的缓蚀剂，使其优势互补，通过复合型每种配方，在实际应用中，有效地降低了对金属和水泥混凝土的腐蚀。
(3)本发明促进植物生长，保护生态环境
由于卤盐类融雪剂的长期大量使用，将会造成土壤板结，含盐量增加，导致树木的病态生长和甚至死亡。植物对氯化物的控制指标是：当土壤的含盐量与土壤的重量之比小于0.15％时，植物正常生长；当比值在0.15％-0.25％时，植物就轻度受害；在0.25-0.4％时为重度受害；在0.4％-0.6％时为深度受害；大于0.6％时，植物将死亡。
综上所述，我们选用了醋酸钾等作为复合型融冰除雪剂的主要原材料。本发明在达到融冰除雪效果显著的基础上，有效地降低了金属和水泥混凝土的腐蚀程度，促进了花、草、树木等植物的生长，从理论和实践的结果表明复合型融冰除雪剂具有较高的使用价值。
(4)适用范围广泛，除雪效能显著
复合型融冰除雪剂为0.5～8mm不规则、多边形的颗粒状，它主要适用于各种道路、桥梁、机场、庭院的融冰除雪，特别是轨道交通的各类铁轨、钢轨、立交桥、人行过街天桥、公园及街心绿地的融冰除雪的大规模操作使用。
2、本发明查阅并引证相关的技术背景资料有(七类)：
(1)高等教育出版社出版的高等学校教材《普通化学》的
第一章：第一节：物质的聚集状态P3-P8
        第二节：气体定律P8-P12
        第三节：稀溶液的通性P13-P26
第四章：第四节：金属腐蚀及其防止P160-P166
第七章：第三节：无机化合物的物理性质及晶体结构P278-P289
        第四节：无机化合物的性质P289-P309
(2)中国工业出版社出版的《混凝土中钢筋锈蚀与保护》
第一章：第一节：金属腐蚀理论重点，P4-P10
        第二节：混凝土的保护机理和钢筋锈蚀的原因P10-P16
        第三节：钢筋锈蚀导致钢筋混凝土结构破坏的实例P26-P27
第二章：第四节：周围介质特点的影响P29-P42
        第五节：钢的组织成份表面状态以及应力大小的影响P42-P73
(3)化工工业出版社出版的《硝酸盐》一书：
第二章：《硝酸钾》P35-P63
第三章：《硝酸钠》P64-P77
第五章：《硝酸钙》P82-P89
(4)化工工业出版社出版的《化工辞典》
(5)化学工业出版社出版的《有机化工原料》
A：脂肪族化合物：A530六亚甲基四胺  P433-P435
                 A602硫脲P500-P502
                 A632烷荃磺酸钡P526-P527
B：脂环族化合物及共衍生物，B036亚硝酸二环已胺P557
C：芳香族化合物C260苯胺P281-P282
(6)化工工业出版社出版的《化学工业中的腐蚀与防护》
第一章：第一节：腐蚀及化学工业中腐蚀的危害P1-P3
        第二节：化学工业腐蚀的特点及现状P4-P9
        第三节：国内外化工防腐蚀进展P10-P14
        第四节：可持续发展战略与腐蚀的全面控制
                将绿色化学应用于防腐蚀技术P34-P35
第三章：第二节：纯碱生产中的主要防腐蚀手段P69-P74
第四章：氯碱工业中的腐蚀与防护
        第一节：氯碱工业中的腐蚀特点P87-P88
        第二节：盐水溶液的腐蚀与防护P88-P93
第五章：化肥生产中的腐蚀与防护
        第七节：磷肥生产中的腐蚀与防护P180-P188
        第八节：钾肥生产中的腐蚀与防护P188-P195
第七章：农药生产中的腐蚀与防护
        第六节：水泥表面的防护方法P320-P322
第九章：化工建筑物和构筑物的腐蚀与防护
        第一节：腐蚀状况P439-P441
        第二节：腐蚀原因分析P441-P448
        第三节：防腐蚀设计原则：P449-P450
        第五节：防腐蚀措施P451-P454
        第六节：加固修复技术P455-P460
(7)化学工业出版社出版的《化工基础》
第十一章：冷冻、第五节：冷冻剂与载冷体P374
3、发明“复合型融冰除雪剂”的目的：
(1)及时疏通道路，保障各种车辆正常行驶。
(2)减少雪后路滑，行人摔伤及各种交通事故的发生。
(3)减少大量的除运雪劳动，省时省力。
(4)维护市容环境整洁，树立城市良好形象。
(5)为市民营造温馨祥和、舒适的生活和工作环境。
三、发明内容
1、复合型融冰除雪剂由醋酸钾(CH3COOK)、氯化钙(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化钠(NaCl2)、硝酸镁(Mg(NO3)2)中的两种或三种组成，其配比(重量％)如下：由醋酸钾(0-98％)、氯化钙(0-85％)、氯化镁(0-85％)、氯化钠(0-85％)、硝酸镁(0-50％)中的两种或三种，加入0.1％-10％的钼酸钠、苯甲酸钠、亚硝酸钠、偏硅酸钠、苯并三氮唑、三乙醇铵中的一种或两种、三种复合配方作为缓蚀剂。
2、要求保护的权项如下：
(1)MgCl2+Mg(NO3)2
(2)CaCl2+Mg(NO3)2
(3)CH3COOK+NaCl
(4)NaCl+Mg(NO3)2
(5)Mg(NO3)2+MgCl2+CaCl2
(6)CaCl2+Mg(NO3)2+NaCl
(7)在上述几种配方中加入0.1％-10％的钼酸钠、苯甲酸钠、亚硝酸钠、偏硅酸钠、苯并三氮唑、三乙醇铵中的一种或两种、三种复合配方作为缓蚀剂。
(8)复合型融冰除雪剂为0.5-8mm的不规则多边形自然晶体颗粒状。
综上所述，复合型融冰除雪剂要求保护的权项数为8项。
3、本发明与背景技术相比的有益效果：
(1)复合型融冰除雪剂融冰除雪速度快，效果好；成本低廉，适用广泛，原料供应充足，易于采购，生产工艺、技术方案、简便易行。
(2)环保性能好，能有效降低金属和混凝土的腐蚀，能改良土壤成份，可稳定土壤结构，促进植物生长。
(3)本产品更适合大规模、机械化抛洒作业，并且撒布较为均匀，在立交桥和轨道交通的轨道等方面能充分发挥其融冰效能。
四、具体实施方式
1、法律状态：实现公开/公告之后，申请省部级科技成果奖。以认证专利成果的科技含量，进而取得社会对该产品的认同。
2、通过各种渠道或宣传媒体，进行广泛宣传，在公开/公告后，两年内无偿提供复合型融冰除雪剂的生产工艺、技术配方和撒布技术，并亲临现场指导。
3、根据八年的时间(自1994年-2001年)在沈阳市除运雪工作的实践，所积累的丰富经验和理论研讨，以及对融雪剂的研制工作，向有关政府的决策机关，详细陈述利弊，必要时，在主要街路，立交桥和庭院进行融冰除雪效果的实验，以取得有关专家、决策机关的认可，所需资金以出让部分专利来获取。

Claims (3)

  1. 一、本发明与现有技术共有的必要技术特征是：
    复合型融冰除雪剂与目前所使用的融雪剂，无论是固态还是液态，都是为了降低水的冰点作用。其化雪机理属于表面化学范畴，为有机和无机复合盐技术领域。其利用融雪剂的吸水性及融雪剂融化时大量放热，使雪中的结构晶格错位，导致冰雪融化；冰雪融化时吸热，使周围温度下降，这时，溶液的蒸气压小于冰雪的蒸气压，为了达到新的平衡，促使冰雪不断融化而形成溶液，从而降低凝固点。在低温条件下，上述周而复始的复杂运动平衡过程就是融雪剂的融冰化雪共有的必要技术特征。
    本发明复合型融冰除雪剂，在研制的过程中，不但注重融冰除雪的效果，而且还兼顾了社会效益和环境效益，并重点解决目前使用的融雪剂，对金属和混凝土的腐蚀问题，以及影响植物生长的不利因素。
  2. 二、复合型融冰除雪剂区别于现有技术的技术特征是：
    1、能有效降低金属的腐蚀。
    根据金属腐蚀过程的不同特点，可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。
    (1)化学腐蚀
    单纯由化学作用而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。主要是由于金属在高温下容易被氧化生成一层氧化皮(由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成)，同时还会发生脱碳现象，这是由于钢铁中的渗碳体和气体介质作用所产生的结果。例如： 、 、 反应生成的气体产物，离开金属表面，而碳便从邻近的、尚未反应的金属内部逐渐扩散到这一反应区，于是金属层中的碳逐渐减少，形成脱碳层，钢铁表面由于脱碳致使硬度减小和疲劳极限降低。
    (2)电化学腐蚀
    由电化学作用而引起的腐蚀叫电化学腐蚀。它主要由于形成了原电池而引起的。由于工业用的钢铁、除铁以外还含有石墨。渗碳体等，这些杂质能导电，而电极电位代数值比铁的大，难以失去电子，而铁相对就容易失去电子，此外，由于铁吸附的水膜中溶解了空气中的CO2和SO2气体反应如下： 、 ，这样，Fe就在有H+、OH-、HCO3 -、HSO3 -的溶液中形成了原电池，阳极的Fe失去了2e变成Fe2+，反应为： ，阴极的2H+的到2e变成H2，即：反应为 ，Fe2+进入溶液中与OH-生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧气氧化成Fe(OH)3，Fe(OH)3脱水后的Fe2O3是红褐色铁锈的主要成份。反应式如下： ， 在一般情况下，如果铁表面吸附的水膜酸性很弱或是中性溶液，则在阳极上也是铁氧化成Fe2+离子，在阳极主要是溶解于水膜中的氧物电子：
    阳极：
    阴极：
    总反应方程式：
    然后Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3并部分脱水为铁锈，这就是吸氧腐蚀，也是金属的主要腐蚀。
    针对上述腐蚀原理的分析，复合型融冰除雪剂特地采用了目前国内防腐效果好的
    0.1％-10％的钼酸钠、苯甲酸钠、亚硝酸钠、偏硅酸钠、苯并三氮唑、三乙醇铵中的一种或两种、三种复合配方作为缓蚀剂，使金属表面钝化，生成一层致密的Fe3O4氧化膜，来保护金属的表面，有效地降低了金属的腐蚀。
    2、能有效降低水泥混凝土的腐蚀
    水泥混凝土是一种建筑材料，它是由砾石、卵石、碎石、砂等在水泥或其他胶凝材料中的液浆体，可以说是一种人造石材。它主要是由多种氧化物组成，如CaO、SiO2、Al2O3、MgO等不下几十种氧化物。水泥的腐蚀主要是水和水溶液的腐蚀。水的腐蚀叫溶解侵蚀，这是由水泥材料本身的孔隙率和渗透率所决定的，水泥的腐蚀主要是水溶液对其进行的化学腐蚀。自然环境中的某些化合物，对水泥中的某些成分发生了化学反应，这就是水泥混凝土的腐蚀。这种腐蚀主要有两类因素：一种是酸性软水对水泥的腐蚀，如水中的CO2与水泥中的Ca(OH)2和CaCO3反应生成Ca(HCO3)2，反应
    方程式如下：
    这里指出：如果是反应生成的CaCO3的含量增高，而水中的CO2含量较低，那么这样的腐蚀几乎很难进行。此外，可溶性硫酸盐与水泥中的水合产物发生了化学反应，导致混凝土体积膨胀或崩解。譬如：对Na2SO4水泥中的水合产物反应如下：
    通过实验证明：碱金属硫酸盐不能腐蚀水合硅酸钙。但硫酸氨可腐蚀Ca(OH)2，反应式为： ，腐蚀产物“NH4OH”易溶，难挥发，使反应易于向右进行，下面表示水中硫酸盐浓度对普通水泥腐蚀性的影响：     SO4 2-mg/L     腐蚀程度     ＜300     低微     300-600     低     601-1500     中等     1501-5000     严重     ＞5000     很严重
    由表中可以看出：只有水中SO4 2-的浓度小于300mg/L时，腐蚀性才较低。应该指出：硫酸盐腐蚀产物因溶解度小，它们生成的沉淀产物所导致的应力可加剧水泥混凝土的破坏。
    上表中没有提到Cl-离子对混凝土中的钢筋，由钝化状态转为活化状态，形成锈蚀产物，而产生膨胀，使水泥混凝土开裂、剥落，从而丧失了力学性能，造成损害的介绍。但通过实验分析得知：Cl-离子要使钢筋由钝化状态转为活化状态，是要达到一定的临界值才行。学术界认为：Cl-/OH≥0.61，即相当于：0.3-0.6kg Cl-/m3的大小才行。在解决此类问题时，一是要控制融雪剂中Cl-离子的百分含量；二是要尽可能减少钢筋混凝土中硫酸盐的含量，只有同时达到这两项要求，水泥混凝土及钢筋的腐蚀问题才能有效解决。为此，我们所选用的主材卤盐类和硝酸盐类，其SO4 2-离子的含量大大低于纯卤盐中的含量，有效地降低了水泥混凝土的腐蚀。
    3、能促进植物的生长，保护生态环境
    由于纯卤化物融雪剂的使用，导致土壤中含盐量增高，使植物吸收的水份和养分减少，并造成绿地的板结和树木、植被等处于病态生长，最终导致树木死亡。实验证明：当土壤的含盐量与土壤的重量之比小于0.15％时，植物正常生长；比值在0.15％-0.25％时，植物就轻度受害；在0.25％-0.4％时为重度受害；在0.4％-0.6％时为深度受害，而如果一旦大于0.6％时，植物将死亡。鉴于此，我们所发明的复合型融冰除雪剂中大量采用了醋酸钾、氯化钙、氯化镁、氯化钠、硝酸镁作为主要原料，能有效地保护绿地和树木生长，对生态环境的保护具有积极作用。
    4、复合型融冰除雪剂适用范围广泛
    它主要适用于各种道路、桥梁、机场、庭院的融冰除雪，特别是轨道交通的各类铁轨、钢轨、立交桥、人行过街天桥、公园及街心绿地的融冰除雪。
    5、复合型融冰除雪剂，融冰除雪速度快、效率高、效果好，其配方的主要材料是醋酸钾、氯化钙、氯化镁、氯化钠、硝酸镁，其最低共溶点处在不同的低温状态下，因此，根据不同的地区、不同的地理环境和不同的使用对象，不同的温度采用不同的配方组合。其覆盖面较为广泛，成本低廉，原料供应充足，便于采购，技术方案简便易行。
  3. 三、复合型高能融冰除雪剂要求保护的技术方案是：
    1、复合型融冰除雪剂由醋酸钾、氯化钙、氯化镁、氯化钠、硝酸镁中的两种或三种组成，其配比(重量％)如下：由醋酸钾(0-98％)、氯化钙(0-85％)、氯化镁(0-85％)、氯化钠(0-85％)、硝酸镁(0-50％)中的两种或三种，加入0.1％-10％的钼酸钠、苯甲酸钠、亚硝酸钠、偏硅酸钠、苯并三氮唑、三乙醇铵中的一种或两种、三种复合配方作为缓蚀剂。
    2、要求保护的权项如下：
    (1)MgCl2+Mg(NO3)2
    (2)CaCl2+Mg(NO3)2
    (3)CH3COOK+NaCl
    (4)NaCl+Mg(NO3)2
    (5)Mg(NO3)2+MgCl2+CaCl2
    (6)CaCl2+Mg(NO3)2+NaCl
    (7)在上述几种配方中加入0.1％-10％的钼酸钠、苯甲酸钠、亚硝酸钠、偏硅酸钠、苯并三氮唑、三乙醇铵中的一种或两种、三种复合配方作为缓蚀剂。
    (8)复合型融冰除雪剂为0.5-8mm的不规则多边形自然晶体颗粒状。
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