Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ПЫЛЯЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Изобретение относится к технологиям обеспыливания пылящих поверхностей в горнодобывающей и угольной промышленности, а также в строительной отрасли при переработке и хранении строительных материалов. Изобретение может быть использовано для рекультивации техногеннонарушенных земельных участков, в частности золоотвалов ТЭЦ и ГРЭС.

Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с.58].

Известен способ обеспыливания эрозийноопасных пылящих поверхностей (патент РФ №2137923, МПК⁶ E21F 5/06, C09K 3/22, опубликовано 20.09.1999), предназначенный для использования в железорудной, угольной, строительной, энергетической отраслях. Способ предусматривает распыление состава для закрепления пылящих полиминеральных систем, содержащего акриловую дисперсию (50-60%) 1-28%, сополимер ацетата с виниловыми эфирами карбоновых кислот 2-10%, олигомер полиэтилена 1-5%, загуститель оксиэтилцеллюлоза 0,2-0,8%, поверхностно-активное вещество алкилсульфат 0,8-1,8%, вода остальное.

Признаком аналога, совпадающим с существенным признаком заявленного способа, является нанесение защитного покрытия на пылящую поверхность с целью закрепления пылящих полиминеральных систем.

Недостатком аналога является необходимость подготовки сложного многокомпонентного состава, что снижает технологичность способа. Кроме того, способ по патенту РФ №2137923 не позволяет создать достаточно толстую пленку, способную надежно предотвратить пыление эрозионно опасных поверхностей.

Известен способ рекультивации техногеннонарушенных земельных участков с помощью растениеводческих приемов (заявка на изобретение №94010381, МПК⁶ A01B 79/02, опубликовано 10.06.1997), предназначенный для использования в энергетической отрасли. Способ предусматривает выращивание сельскохозяйственных культур на территории золоотвалов ТЭЦ и ГРЭС.

Признаком аналога, совпадающим с существенным признаком заявленного способа, является нанесение на пылящую поверхность защитного слоя с целью закрепления пылящих поверхностей.

Недостатком аналога является невысокая технологичность в связи с необходимостью обработки пылящей поверхности в несколько этапов, включая выравнивание техногеннонарушенного участка, нанесение слоя плодородной почвы, рыхление, повторное выравнивание, внесение удобрений и возделывание сельскохозяйственной культуры - топинамбура. Кроме того, способ-аналог по заявке на изобретения №94010381 предусматривает полную консервацию золоотвала, что исключает дальнейшее использование золы, находящейся под растительным слоем, с целью ее реализации.

Известен способ закрепления поверхности отвала дисперсных отходов с целью обеспыливания (описание изобретения к патенту РФ №2045658, МПК⁶ E21F 5/00, опубликовано 10.10.1995). Способ предназначен для экологической защиты окружающей среды путем пылеподавления на хранилищах (отвалах) мелкодисперсных отходов промышленного производства, например на золоотвалах ТЭС или шламоотвалах горнообогатительных фабрик. Способ предусматривает использование устройства, основанного на принципе пневматического распыления жидкого закрепителя гидросмеси.

Признаком аналога, совпадающим с существенным признаком заявленного способа, является нанесение на пылящую поверхность защитного слоя с помощью специального механизма.

Недостатком аналога является то, что, несмотря на то, что он довольно технологичен, тем не менее, он не позволяет достичь высокого качества защитного покрытия, так как в качестве закрепителя используется гидросмесь на минеральной (глинистой) основе, что известно не может обеспечить долговечность защитного покрытия. Кроме того, аналог по патенту №2045658 требует монтажа на рукоятке стрелы экскаватора дополнительного оборудования, что усложняет подготовительные работы по обеспыливанию поверхности отвалов дисперсных отходов.

Наиболее близким аналогом изобретения, принятым за прототип, является способ обеспыливания пылящих поверхностей с использованием эмульсии на основе битума (описание изобретения к авторскому свидетельству SU №1816786, МПК C09K 3/22, C08L 95/00, опубликовано 23.05.1993), предназначенный для обеспыливания сыпучих материалов в горнодобывающей и угольной промышленности, а также в строительной отрасли при переработке и хранении строительных материалов. Используемая в способе эмульсия для подавления пыли содержит, масс.%: нефтяной битум 5-10, щелочной сток производства капролактама 30-35, вода до 100. Разливается эмульсия в способе-прототипе из расчета 0,5-2,5 л/м² в зависимости от состояния обрабатываемой поверхности дождевальными аппаратами, пожарными автомобилями, мотопомпой, поливочной машиной, напорными струями, формируемыми сжатым воздухом.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявленного способа, являются нанесение на пылящую поверхность защитного слоя с целью обеспыливания пылящей поверхности, использование в составе смеси нефтяного битума, разлив пылеподавляющего состава различными устройствами.

Недостатками прототипа являются необходимость создания высокого напора в системе поливочных устройств, а также большой расход ресурсов для получения толстого защитного слоя, что снижает эффективность способа по авторскому свидетельству №1816786.

Изобретение направлено на создание высокоэффективной технологии обеспыливания пылящих поверхностей полиминерального состава, с одновременным снижением расхода реагентов.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности и технологичности способа за счет формирования толстой, прочной пленки защитного действия на пылящих поверхностях на основе самой пыли пылящей поверхности.

Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что в способе обеспыливания пылящих поверхностей, включающем разлив на пылящую поверхность битумной эмульсии, содержащей нефтяной битум, эмульгатор и воду, согласно изобретению одновременно с разливом на пылящую поверхность битумной эмульсии производят разлив суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду при следующем соотношении, компонентов масс.%:

при этом разлив битумной эмульсии и суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду, осуществляют, поддерживая их соотношение, масс.%:

Технический результат заявляемого изобретения достигается также тем, что в качестве эмульгатора битумной эмульсии используют щелочной раствор сульфанола НП-1, содержащего 0,6% сульфанола НП-1, 0,05% едкого натра и воды до 100%, при следующем соотношением его с нефтяным битумом, масс.%:

Для формирования защитной пленки необходимой толщины, при соотношении нефтяного битума менее 20% по отношению к щелочному раствору сульфанола НП-1 в битумной эмульсии, требуется значительный расход битумной эмульсии и соответственно увеличение расхода сульфанола НП-1 и едкого натра.

При соотношении нефтяного битума более 25% по отношению к щелочному раствору сульфанола НП-1 в битумной эмульсии, несмотря на увеличение прочности, толщина защитной пленки не увеличивается, что не повышает качество обеспыливания.

Для обеспыливания пылящей поверхности золоотвалов теплоэлектроцентралей и теплоэлектростанций в качестве суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду, используют сток пульпопровода, наполняющего бассейн золоотвала.

При этом в зависимости от соотношения Ж:Т пульпы стока пульпопровода (суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду) используют сток пульпопровода и воду или сток пульпопровода и пыль пылящей поверхности.

Отличия от прототипа доказывают новизну заявляемого способа.

Проведение одновременно с нанесением на пылящую поверхность битумной эмульсии и разлива на пылящую поверхность суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности, позволяет сформировать толстое и прочное покрытие, что обеспечивает защиту пылящей поверхности от ветровых воздействий, атмосферных осадков и перепадов температур.

В качестве эмульгатора для получения битумной эмульсии используется щелочной раствор сульфанола, жидкость белого цвета, полупрозрачная, состава:

Известно использование сульфанола в качестве моющего средства, например, в нефтяной промышленности (ТУ 07510508.135-98), а также для получения широкого круга моющих средств. В заявленном способе, в новой совокупности признаков, сульфанол НП-1 проявляет новые свойства, хорошо стабилизирует битумную эмульсию, что позволяет достичь равномерного смешения (перемешивания) битумной эмульсии заявляемого состава и суспензии пыли пылящей поверхности в момент их попадания на пылящую поверхность и последующего быстрого (за 5-7 мин) формирования толстой, прочной пленки (5-8 мм).

Таким образом, из уровня техники неизвестно влияние сульфанола на качество смешения дисперсных материалов и на формирование толстой, прочной пленки для подавления пыли, следовательно, заявленный способ соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется фотографией, где представлены образцы проб золы (1, 2 и 3), подвергнутые климатическим испытаниям в лабораторных условиях:

1. Образец пробы золы с защитной пленкой, сформированной заявляемым способом путем совместного разлива в соотношении 50:50 битумной эмульсии и суспензии, состоящей из пыли пылящей поверхности и воды в соотношении 50:50, после серии циклов замораживания-оттаивания и обдува в аэродинамической трубе (расход битумной эмульсии 2 л/м², расход суспензии, состоящей из пыли пылящей поверхности и воды 2 л/м²).

2. Образец пробы золы с защитной пленкой, сформированной заявляемым способом путем совместного разлива в соотношении 50:50 битумной эмульсии и суспензии, состоящей из пыли пылящей поверхности и воды в соотношении 50:50, после серии циклов замораживания-оттаивания и обдува в аэродинамической трубе (расход битумной эмульсии 6 л/м², расход суспензии, состоящей из пыли пылящей поверхности и воды 6 л/м²).

3. Образец пробы золы, без защитной пленки, после серии циклов замораживания-оттаивания и обдува в аэродинамической трубе.

Способ осуществляется следующим образом.

Известно, что приготовление анионных и катионных эмульсий может осуществляться по двум технологическим схемам. По одной схеме эмульгатор и щелочь (или кислоту) вводят в воду, приготовляют раствор определенной концентрации, а затем подают его и битум в определенных соотношениях в диспергатор, где происходит образование эмульсии.

По другой схеме эмульгатор вводят в битум, щелочь (или кислоту) - в воду, а затем эти компоненты поступают в диспергатор [Пособие по приготовлению и применению битумных дорожных эмульсий (к СНиП 3.06.03-85)].

Приготовление суспензии, состоящей из воды и пыли пылящей поверхности, может осуществляться в накопительной емкости передвижной распылительной установки типа RX-28БТ9/220 В путем добавления в воду пыли со следующим соотношением компонентов, масс.%: вода 50-60, пыль пылящей поверхности: остальное. Забор пыли, в зависимости от площади и ландшафта поверхности, может осуществляться экскаваторами и другими механизмами, предназначенными для разработки земельного участка.

В случае удовлетворения соотношения Ж:Т пульпы стока пульпопровода, то есть при следующем соотношении компонентов, масс.%:

для обеспыливания пылящей поверхности золоотвалов теплоэлектроцентралей и теплоэлектростанций в качестве суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду, используют сток пульпопровода, наполняющего бассейн золоотвала.

При этом в зависимости от соотношения Ж:Т пульпы стока пульпопровода (суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду) используют сток пульпопровода и воду или сток пульпопровода и пыль пылящей поверхности.

Разлив смеси битумной эмульсии и суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду, в соотношении, масс.%: битумная эмульсия 50-60, суспензия, содержащая пыль пылящей поверхности и воду, остальное, осуществляется на пылящую поверхность в зависимости от ее состояния в расчете 4-12 л/м². Смешение битумной эмульсии и суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду, происходит на поверхности разлива, в результате битумная эмульсия быстро распадается. Разлив производится передвижной распылительной установкой типа RX-28БТ9/220B без распылительных форсунок либо пожарными автомобилями, мотопомпой, поливочной машиной и другими средствами, предусматривающими в комплектации оборудования две емкости для жидкостей.

После разлива смеси битумной эмульсии и суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду, на поверхность сыпучих материалов, дорог или шламохранилищ образуется покрытие, устойчивое против ветровых воздействий, атмосферных осадков и перепадов температур. Прочность, морозоустойчивость, устойчивость к ультрафиолетовому излучению покрытия обеспечивается толщиной образованной пленки и содержанием минерального заполнителя. Эти свойства сохраняются при температуре воздуха от -35 до +50˚С. Незначительный расход битумной эмульсии значительно удешевляет себестоимость обеспыливающего состава, используемого в заявляемом способе.

Кроме того, использование пыли пылящей поверхности может значительно упростить обеспыливание шламохранилищ, где предусмотрен пульпопровод, тогда приготовление суспензии воды и пыли не требуется.

Образцы защитных покрытий заявляемого состава, нанесенные на золу ТЭЦ, испытывались на прочность и сдуваемость пыли с поверхности в аэродинамическом канале и в климатической камере в условиях, аналогичных естественным: повышенная влажность, высушивание, атмосферные осадки, сильные порывы ветра, многократные перепады температуры от минус 20 до плюс 20°C. Скорость ветрового потока была 5-10 м/с. Результаты испытаний представлены в таблице и на фотографии.

Как видно из таблицы, при расходе битумной эмульсии 6 л/м² эффективность обеспыливания достаточная, тогда как при расходе эмульсии 2 л/м² наблюдается понижение водостойкости, при этом в обоих случаях эффективность обеспыливания, после серии циклов замораживания-оттаивания, высокая.

Эффективность обеспыливания определялась следующим образом. Приготавливалось несколько образцов сыпучего материала, часть из них (не менее 3-х) обрабатывалась заявляемым способом с определенным расходом компонентов обеспыливающего состава, масс.%: например, битумная эмульсия 6 л/м², суспензия, состоящая из пыли пылящей поверхности и воды, 6 л/м². Другие образцы (не менее 3-х) предложенным составом не обрабатывались. Каждый из образцов подвергался перепадам температур в климатической камере, а после подвергался обдуву ветровым потоком в аэродинамической трубе. До и после обдува измерялся вес каждого из образцов. Разность между массой образца до и после обдува для обработанного предложенным составом М(о) и М(н) для необработанного в %.

После этого вычислялась эффективность обеспыливания Э, %, по формуле:

Например, потеря массы после обдува в аэродинамической трубе необработанного предложенным составом образца была М(н)=17,4%, а потеря массы обработанного предложенным составом образца была М(о)=0,25%. Тогда, подставив численные значения в формулу (1), получим эффективность обеспыливания:

Таким образом, обдувались образцы сыпучего материала, обработанные заявляемым способом с различным расходом на квадратный метр.

После многократного воздействия перепадов температур, атмосферных осадков и высушивания образцов прочностные характеристики покрытия не ухудшаются.

Предотвращение образованию пыли связано с укреплением мелких частиц органическим связующим (нефтяным битумом), в результате достижения качественного, равномерного перемешивания частиц пылящей поверхности с органическим связующим (нефтяным битумом) и образования толстой, прочной пленки.

Пример обеспыливание участка золоотвала ТЭЦ (площадь 100 м²).

Разлив битумной эмульсии и сузпензии, состоящей из пыли пылящей поверхности и воды, производят с помощью передвижной распылительной установки RX-28БТ9/220В, установленной вместе с емкостями на пневмоколесной тележке или на базе автомобиля. В процессе разлива битумная эмульсия и суспензия, состоящая из пыли пылящей поверхности и воды, не подогреваются. Расход смеси битумной эмульсии и сузпензии, состоящей из пыли пылящей поверхности и воды, зависит от состояния поверхности золоотвала, например, 4-12 л/м². Толщина образовавшейся пленки от 5 до 8 мм. Время высыхания пленки от 4 до 5 мин. Размер золы в пределах от пылевидных частиц до 50 мм. Наносилась защитная пленка в августе 2013 года. Наблюдения проводились в течение года. За этот период было неоднократное выпадение атмосферных осадков более 50 мм вод.ст., снег, скорость ветра более 13 м/с, температура от +30 до -35°C. Покрытие не потеряло требуемую прочность, трещин не обнаружено. Прилипаемость отсутствует. Сдувание пыли на всей обработанной поверхности не наблюдалось.

Заявляемый способ совместного разлития битумной эмульсии и суспензии, содержащей пыль пылящей поверхности и воду, использовался на автодороге, на грунте, породном отвале. Продолжительные наблюдения за состоянием защитных пленок на обработанных участках показали, что устойчивость вышеперечисленных объектов везде хорошая. Разрывов, трещин и отслоений защитной пленки не обнаружено, сдувание пыли не наблюдалось.