RU2294352C1

RU2294352C1 - Solid antiicing composition and a method for removing ice from road surfaces

Info

Publication number: RU2294352C1
Application number: RU2005131800/04A
Authority: RU
Inventors: Рустем Дамирович Галеев (RU); Рустем Дамирович Галеев; Виктор Владимирович Гаврилов (RU); Виктор Владимирович Гаврилов; Фархат Габдулхаевич Исхаков (RU); Фархат Габдулхаевич Исхаков; Эдуард Ефимович Колтун (RU); Эдуард Ефимович Колтун; Сергей Константинович Черниловский (RU); Сергей Константинович Черниловский; ков Дмитрий Михайлович Хом (RU); Дмитрий Михайлович Хомяков; Сергей Юрьевич Розов (RU); Сергей Юрьевич Розов; Александр Владимирович Вавилов (RU); Александр Владимирович Вавилов; Ольга Юрьевна Васюнина (RU); Ольга Юрьевна Васюнина
Original assignee: ЗАО "Бенатекс"
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2007-02-27

Abstract

FIELD: traffic safety service and antiicing materials.

SUBSTANCE: invention relates to antiicing compositions for removing snow-and-ice coverings form roadways. Composition contains 22.5-45.0% calcium chloride, 50.0-77.0% zeolite or naturally occurring sand, and 0.5-5.0& triethanolamine.

EFFECT: enhanced efficiency of removing ice from road surface due to modified antiicing course of action, reduced corrosion with significant saving of calcium chloride.

2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к химической промышленности и касается антигололедных составов, преимущественно для снятия снежно-ледяного покрова с дорожного полотна.The invention relates to the chemical industry and relates to anti-icing compositions, mainly for removing snow and ice from the roadway.

Антигололедные реагенты применяются 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.Anti-icing reagents are used both to prevent the formation and destruction of already formed ice. Inorganic salts such as sodium, calcium and magnesium chlorides are widely known as such reagents. Effective removal of ice requires a high concentration of chlorides, which leads to corrosion of metal structures and car bodies.

Известен состав для предотвращения наледи на дорогах, содержащий основу - речной песок и добавку - хлорид натрия (Инструкция по охране природной среды при строительстве автомобильных дорог. ВСН8-89 - Минавтодор, Москва, 1989, с.14). 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. 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.A known composition for preventing frost on roads, containing a base - river sand and an additive - sodium chloride (Instructions for the protection of the environment in the construction of roads. BCN8-89 - Minavtodor, Moscow, 1989, p.14). The sodium chloride contained in such a sand-salt mixture is corrosive, in addition, at high concentrations, it tends to inhibit plant growth. The method of application of this composition relates to the combined, that is, the melting effect of the salt is complemented by the frictional property of sand. Friction-chemical method of anti-icing does not allow to completely remove thick layers of ice from the road surface, in addition, the required dosage of the composition is 200-300 g / m ² , which leads to excessive sand content on the road, the need for its removal, clogging of storm sewers, dust on the roads.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является твердый антигололедный состав, содержащий хлорид кальция и фосфатную добавку до 5 мас.% (хлористый кальций фосфатированный (ХКФ, ТУ 2152-057-05761643-2000).Closest to the proposed invention is a solid anti-icing composition containing calcium chloride and a phosphate additive of up to 5 wt.% (Calcium chloride phosphated (HCF, TU 2152-057-05761643-2000).

Недостатком данного состава является высокая коррозионная активность, вызванная невысокой плавящей способностью.The disadvantage of this composition is the high corrosivity caused by low melting ability.

При создании изобретения ставилась задача получить антигололедный состав, обладающий высокой способностью удалять снежно-ледяные отложения с дорожного полотна и низкой степенью коррозии, снизить количество плавящего вещества.When creating the invention, the task was to obtain an anti-icing composition with a high ability to remove snow and ice deposits from the roadway and a low degree of corrosion, to reduce the amount of melting substance.

Это достигается тем, что в хлорид кальция, дополнительно вводят цеолит или природный песок и триэтаноламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:This is achieved by the fact that in calcium chloride, zeolite or natural sand and triethanolamine are additionally introduced in the following ratio of components, wt.%:

Хлорид кальцияCalcium chloride 22,5-45,022.5-45.0 Цеолит (или песок)Zeolite (or sand) 50,0-77,050.0-77.0 ТриэтаноламинTriethanolamine 0,5-5,0.0.5-5.0.

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.Moreover, the components are not just mixed, as in the case of the preparation of friction-chemical materials, but the zeolite or sand is impregnated with calcium chloride with an added corrosion inhibitor and stable lumps are obtained. The introduction of zeolite (sand) and triethanolamine can increase the efficiency of the composition, reduce the degree of corrosion, significantly reduce the consumption of calcium chloride by changing the principle of the reagent.

Предлагаемый состав и способ применения позволяет эффективно удалять достаточно толстые слои замерзшей воды (не менее 10 мм). В химических и фрикционно-химических реагентах плавящий агент непосредственно взаимодействует со льдом и начинает растворяться с началом реагирования, что мешает ему глубоко проникнуть вглубь льда. При этом действие ограничивается непосредственно проплавленным количеством льда. Вместе с тем, эффективнее содействовать разрушению и отлипанию льда от дорожного покрытия. В предлагаемом составе цеолит или песок служит не только как фрикционный агент (для повышения сцепления колес автомобилей с обледеневшим дорожным полотном), но и как носитель плавящего агента, позволяющий плавящему веществу постепенно выделяться из носителя. Сам носитель (комочек цеолита или слипшегося песка) при этом постепенно углубляется вглубь ледового слоя и содействует разрушению льда и отлипанию его от дорожного покрытия. По мере проникновения носитель разрушается до песчинок и начинает действовать как фрикционный материал.The proposed composition and method of application can effectively remove sufficiently thick layers of frozen water (at least 10 mm). In chemical and frictional chemical reagents, the melting agent directly interacts with ice and begins to dissolve with the beginning of the reaction, which prevents it from deeply penetrating deep into the ice. Moreover, the action is limited to the directly melted amount of ice. However, it is more effective to contribute to the destruction and detachment of ice from the road surface. In the proposed composition, zeolite or sand serves not only as a friction agent (to increase the adhesion of the wheels of cars with icy roadbed), but also as a carrier of a melting agent, allowing the melting substance to gradually stand out from the carrier. The carrier itself (a lump of zeolite or sticking sand) at the same time gradually deepens deep into the ice layer and contributes to the destruction of ice and its detachment from the road surface. As it penetrates, the carrier breaks down to grains of sand and begins to act as a friction material.

Глубина проникания предлагаемого состава вглубь льда значительно выше, чем у составов, применяемых в виде порошка, чешуек и т.п. При этом технология получения реагента не требует использования дорогого метода гранулирования, а также предусматривает как получение частично-, так и полностью обезвоженного хлорида кальция, который при воздействии на лед вызывает выделение тепла. Способ распределения гранул на рабочей поверхности ненасыщенный (состав реактива и нормы расхода в зависимости от погодных условий рассчитываются по данным таблицы 1).The penetration depth of the proposed composition deep into the ice is much higher than that of the compositions used in the form of powder, flakes, etc. At the same time, the technology for producing the reagent does not require the use of an expensive granulation method, and also provides for the preparation of partially- and completely dehydrated calcium chloride, which when exposed to ice causes heat generation. The method of distribution of granules on the working surface is unsaturated (the composition of the reagent and the consumption rate depending on weather conditions are calculated according to table 1).

Цеолит является очень распространенным (запасы Европейской части России составляют несколько сотен млн тонн) природным минералом, но не находящим в настоящее время широкого использования. К преимуществам использования как основы антигололедных средств необходимо отнести и высокую экологичность цеолита.Zeolite is a very common (reserves of the European part of Russia amount to several hundred million tons) natural mineral, but not currently widely used. The advantages of using as the basis of anti-icing products must also include high environmental friendliness of zeolite.

Природный песок - самый распространенный минерал. Обычно используется песок, имеющий не более 3% пылевидных, глинистых и других примесей.Natural sand is the most common mineral. Usually sand is used, having no more than 3% of dusty, clay and other impurities.

Триэтаноламин производится на ОАО "Казаньоргсинтез" (ТУ 6-09-2448-91), относится к продуктам класса аминоспиртов и представляет собой бурую жидкость (d=1,124, ПДК 5 мг/м³).Triethanolamine is produced at OJSC Kazanorgsintez (TU 6-09-2448-91), belongs to the products of the class of amino alcohols and is a brown liquid (d = 1,124, MPC 5 mg / m ³ ).

Применяемый технический водный раствор хлорида кальция является отходом производства каустической соды (ГОСТ 450-77, массовая доля хлористого кальция не менее 32 мас.%, нерастворимый в воде остаток не более 0,15, мас.%, прочие неорганические соли в том числе хлорид магния не более 3 мас.%, d=1,38650).The applied technical aqueous solution of calcium chloride is a waste product of caustic soda production (GOST 450-77, mass fraction of calcium chloride is not less than 32 wt.%, Water-insoluble residue is not more than 0.15, wt.%, Other inorganic salts including magnesium chloride no more than 3 wt.%, d = 1.38650).

Пример 1. Для приготовления 1 тонны реагента, состава хлорид кальция, цеолит (песок), триэтаноламин в соотношении 22,5:75:2,5, мас.%.Example 1. For the preparation of 1 ton of reagent, composition, calcium chloride, zeolite (sand), triethanolamine in a ratio of 22.5: 75: 2.5, wt.%.

В емкость объемом не менее 1800 литров, помещенную над нагревательным элементом (марка значения не имеет), заливают 500 литров 32%-ного раствора хлорида кальция в воде, затем добавляют 22,2 литра триэтаноламина и 750 кг цеолита (песка). Смесь нагревают до температуры 175-360°С в течение 1 ч, затем охлаждают до температуры 70-90°С для последующего осушения в сушильной, вращающейся печи непрерывного действия марки СБ 1000. Дробление препарата осуществляют в барабанной мельнице (ГОСТ СТСЭВ 5177-85) до предпочтительных размеров 0,25-1 см в диаметре. Затем состав фасуют в полиэтиленовые упаковки, которые должны быть герметичны от попадания влаги.In a container with a volume of at least 1800 liters placed above the heating element (the brand does not matter), pour 500 liters of a 32% solution of calcium chloride in water, then add 22.2 liters of triethanolamine and 750 kg of zeolite (sand). The mixture is heated to a temperature of 175-360 ° C for 1 h, then cooled to a temperature of 70-90 ° C for subsequent drying in a drying, rotary kiln of continuous operation grade SB 1000. The crushing of the preparation is carried out in a drum mill (GOST STSEV 5177-85) to preferred sizes 0.25-1 cm in diameter. Then the composition is Packed in plastic packaging, which should be airtight from moisture.

Пример 2. Для приготовления 1 тонны реагента, состава хлорид кальция, цеолит, триэтаноламин в соотношении 45:50:5, мас.%.Example 2. For the preparation of 1 ton of reagent, composition, calcium chloride, zeolite, triethanolamine in a ratio of 45: 50: 5, wt.%.

Методика аналогична приведенной выше за исключением норм загрузок. Раствор хлорида кальция - 1000 литров, цеолит (песок) - 500 кг, триэтаноламин - 44,5 л.The methodology is similar to the above except for download rates. A solution of calcium chloride - 1000 liters, zeolite (sand) - 500 kg, triethanolamine - 44.5 liters.

Определение плавящих и отслаивающих снежно-ледовую массу свойств.Determination of melting and exfoliating snow-ice mass properties.

Испытания плавления льда и снежно-ледовой массы проводились в емкости с асфальтобетонной подложкой, площадью 0,03 м³ при температуре -7 и -16°С и толщине льда 5 и 10 мм. В качестве снежно-ледовой массы использовался мелко раздробленный лед. Реагенты перед испытаниями охлаждались до температуры льда. Время выдерживания составляло 3 часа. По окончании выдерживания смесь подвергалась умеренному механическому воздействию резиновым бруском, моделирующему движение автотранспорта. Разрушенный и отслоившийся лед убирался щеткой и определялась массовая потеря льда в зависимости от состава реагента и расхода хлорида кальция. Данные по результатам представлены в таблице 1 наряду со сравнительными данными прототипа -хлорида кальция фосфатированного (ХКФ).Melting tests of ice and snow-ice mass were carried out in a container with an asphalt concrete substrate with an area of 0.03 m ³ at a temperature of -7 and -16 ° C and an ice thickness of 5 and 10 mm. Finely divided ice was used as a snow-ice mass. Reagents were cooled to ice temperature before testing. The aging time was 3 hours. At the end of aging, the mixture was subjected to moderate mechanical stress with a rubber bar simulating the movement of vehicles. The crushed and exfoliated ice was removed with a brush and the mass loss of ice was determined depending on the composition of the reagent and the consumption of calcium chloride. Data on the results are presented in table 1 along with comparative data of the prototype β-calcium phosphated chloride (HCF).

Как видно из таблицы 1, для температур до -7°С и толщины снежно-ледовой массы до 10 мм оптимальным оказывается состав с соотношением CaCl₂, цеолита (песка) и триэтаноламина 22,5:75:2,5 (мас.%), для температур близких к -16°С и толстой снежно-ледовой массе (около 10 мм) ориентировочное массовое соотношение компонентов должно быть 45:50:5 соответственно. Экономия расхода хлорида кальция в данных случаях в сравнение с использованием прототипа составляет 2-12,9 раза, причем экономичность препарата больше выражена при разрушении стекловидного льда.As can be seen from table 1, for temperatures up to -7 ° C and a thickness of snow-ice mass up to 10 mm, the optimal composition is the ratio of CaCl ₂ , zeolite (sand) and triethanolamine 22.5: 75: 2.5 (wt.%) , for temperatures close to -16 ° C and a thick snow-ice mass (about 10 mm), the approximate mass ratio of the components should be 45: 50: 5, respectively. The cost savings of calcium chloride in these cases, in comparison with the use of the prototype is 2-12.9 times, and the efficiency of the drug is more pronounced in the destruction of glassy ice.

Определение ингибирования коррозии.Determination of corrosion inhibition.

Эксперименты проводились с трехкратным дублированием (для рекомендуемых концентраций) замеров потери массы образца стали 3 по методу, описанному в Методике испытаний противогололедных материалов, утвержденной государственной службой дорожного хозяйства министерства транспорта Российской Федерации, Москва, 2003 г., с.16.The experiments were carried out with triplicate (for recommended concentrations) measurements of the mass loss of the steel 3 sample according to the method described in the Test Method for Deicing Materials, approved by the State Road Service of the Ministry of Transport of the Russian Federation, Moscow, 2003, p.16.

Для испытаний используют 5%-ный водный раствор противогололедного препарата. Скорость коррозии определяют по формуле:For testing using a 5% aqueous solution of anti-icing drug. The corrosion rate is determined by the formula:

C=Δm/S·t, C = Δm / S · t,

где Δm - потеря массы образца, S - площадь пластины стали 3, м², t - время, ч.where Δm is the sample mass loss, S is the area of the steel plate 3, m ² , t is the time, h.

Данные испытаний и известные данные прототипа и похожих на него реагентов приведены в таблице 2.The test data and known data of the prototype and similar reagents are shown in table 2.

Из таблицы 2 следует, что в зависимости от используемых концентраций CaCl₂ в реагенте (по рекомендуемым данным таблицы 1) массовая концентрация триэтаноламина должна составлять 2,5-5%. Скорость коррозии препарата при этом в среднем на порядок ниже, чем у прототипа хлористого кальция фосфатированного (ингибитор - шлам ТПФ).From table 2 it follows that depending on the used concentrations of CaCl ₂ in the reagent (according to the recommended data of table 1), the mass concentration of triethanolamine should be 2.5-5%. The corrosion rate of the drug is on average an order of magnitude lower than that of the prototype calcium chloride phosphated (the inhibitor is TPF sludge).

Таким образом, предлагаемый твердый антигололедный состав в зависимости от условий применения имеет в 2-12,9 раза большую эффективность в сравнение с прототипом, что позволяет соответственно экономить хлорид кальция, и очень низкую коррозионную активность (в 10 раз меньшую, чем у прототипа). Также предлагаемый состав значительно снижает количество песка по сравнению с пескосоляной смесью при значительном увеличении эффективности и экологичности.Thus, the proposed solid anti-icing composition, depending on the conditions of use, has 2-12.9 times greater efficiency in comparison with the prototype, which allows respectively to save calcium chloride, and a very low corrosion activity (10 times less than that of the prototype). Also, the proposed composition significantly reduces the amount of sand compared to the sand-salt mixture with a significant increase in efficiency and environmental friendliness.

Полученный состав прост в изготовлении и содержит дешевое сырье, а также распространенные природные минералы.The resulting composition is easy to manufacture and contains cheap raw materials, as well as common natural minerals.

Таблица 2.
Данные экспериментов по определению ингибирования коррозии состава в сравнении данными прототипа ХКФ (состав - твердый остаток дистиллерной жидкости и шлам ТПФ), а также близких к нему составов.Table 2.
The data of experiments to determine the inhibition of corrosion of the composition in comparison with the data of the prototype HKF (composition - solid residue of distillation liquid and TPF sludge), as well as compositions close to it. № примераExample No. Состав компонентов, мас.%The composition of the components, wt.% Скорость коррозии, г/(м²·ч)The corrosion rate, g / (m ² · h) Твердый остаток дистиллерной жидкостиSolid residue of distillation liquid CaCl₂ CaCl ₂ Цеолит (песок)Zeolite (sand) Шлам ТПФSludge TPF СинтеролSinterol ОП-7OP-7 ОП-10OP-10 ТриэтаноламинTriethanolamine 1^a 1 ^a 100one hundred -- -- -- -- -- -- -- 0,5400.540 2^a 2 ^a 99,099.0 -- -- 0,50.5 -- -- 0,50.5 -- 0,0200,020 3^a 3 ^a 97,597.5 -- -- 22 0,50.5 -- 0,50.5 -- 0,0080.008 4^a 4 ^a 96,096.0 -- -- 33 -- 0,50.5 0,50.5 -- 0,0070.007 5^b 5 ^b 97,297.2 -- -- 33 -- -- -- -- 0,070,07 6^b 6 ^b -- -- -- 88 -- -- 1one -- 0,060.06 7b7b -- -- -- 2,52,5 0,30.3 -- -- -- 0,050.05 88 -- 22,522.5 7777 -- -- -- -- 0,50.5 0,01940.0194 99 -- 22,522.5 76,876.8 -- -- -- -- 0,70.7 0,01850.0185 1010 -- 22,522.5 76,576.5 -- -- -- -- 1one 0,01820.0182 11eleven -- 22,522.5 75,575,5 -- -- -- -- 22 0,00760.0076 12^c 12 ^c -- 22,522.5 7575 -- -- -- -- 2,52,5 0,00720.0072 1313 -- 22,522.5 74,574.5 -- -- -- -- 33 0,00720.0072 14fourteen -- 4545 5454 -- -- -- -- 1one 0,02540,0254 15fifteen -- 4545 5353 -- .. -- -- 22 0,01380.0138 1616 -- 4545 5252 -- -- -- -- 33 0,01030.0103 1717 -- 4545 5151 -- -- -- -- 4four 0,00970.0097 18^c 18 ^c -- 4545 50fifty -- -- -- -- 55 0,00810.0081 1919 -- 4545 4949 -- -- -- -- 66 0,00820.0082 Примечания: ^a -, ^b - данные патентов RU №2009157, МПК С 09 К 3/18, 1991 и RU №2243248 С1, 7 С 09 К 3/18 соответственно. ^с - данные рекомендуемых составов.Notes: ^a -, ^b - data of patents RU №2009157, IPC С 09 К 3/18, 1991 and RU №2243248 С1, 7 С 09 К 3/18, respectively. ^c - data on recommended formulations.

Claims

A solid anti-icing composition containing calcium chloride, characterized in that it further comprises zeolite or natural sand and triethanolamine in the following ratio, wt.%:

Calcium chloride 22.5-45.0 Zeolite or sand 50.0-77.0 Triethanolamine 0.5-5.0