Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ НА ОТКРЫТЫХ УГОЛЬНЫХ СКЛАДАХ

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам закрепления пылящих поверхностей открытых угольных складов, формирующихся как в черте угольных разрезов, так и в местах хранения и перегрузки угля, вынос пыли с которых оказывает существенную экологическую нагрузку на прилегающие территории и способствует возникновению и развитию профессиональных заболеваний органов дыхания у рабочих подобных объектов.

Известен способ пылеподавления (патент РФ №2332572, опубликовано 27.08.2008), включающий связывание и коагуляцию пыли в воздушном потоке аэрозоля с помощью воздухонаполненных водных (98%) пен высокой кратности, в состав которых входит поверхностно-активное вещество, представленное глицерином (0,2-0,4%), а в качестве стабилизатора - олеиновой кислотой (0,8-1,2%) и содой каустической (0,4-0,6%), при этом пылеподавление осуществляется выдуванием раствора через сопла форсунки на запыленные поверхности. Недостатками данного способа являются малая продолжительность временного интервала, при котором сохраняется его эффективность, а также низкая эффективность пылеподавления осевшей ранее пыли - пылевого аэрогеля, который при взметывании становится основным источников загрязнения воздуха пылью.

Известен способ закрепления пылящих поверхностей (патент РФ №2151301, опубликовано 20.06.2000), включающий нанесение на пылящие поверхности поливинилбутираля, который смешивают с песком, после чего эту смесь нагревают до температуры плавления поливинилбутираля. Недостатками данного способа являются достаточно высокая адгезия поливинилбутираля ко многим материалам, что существенно может изменить физико-химические свойства складируемого угля, а также недостаточная прочность соединения поливинилбутираля с песком, обусловленная большим отличием коэффициента Пуассона для этих материалов, что приводит к его постепенному расслоению и дальнейшему разрушению при воздействии ветрового потока.

Известен состав для закрепления пылящих поверхностей (патент РФ №2148720, опубликовано 10.05.2000), включающий 10-15% пластификатора адипинового щелочного (отходов производства капролактама), 15-20% келловейской порошкообразной глины, попутно извлекаемой с железной рудой, и технической воды. Недостатками данного состава являются его недостаточная эффективность из-за воздействия атмосферных осадков, резко снижающих концентрацию раствора в результате размыва поверхностного слоя, высокая стоимость рабочих компонентов, предназначенных для приготовления щелочного раствора, а также территориальная узость применения, обусловленная наличием келловейской порошкообразной глины только в районе Курской магнитной аномалии.

Известно профилактическое средство против смерзания, прилипания и пылеподавления сыпучих материалов (патент РФ №2155201, опубликовано 27.08.2000), включающее гудрон пермских нефтей - 40-50% и керосиногазойлевую фракцию каталитического крекинга с пределами кипения 200-275°C - 50-60%. Недостатками данного способа являются технологическая сложность и энергоемкость приготовления его компонентов, а также сложность дальнейшего устранения такого слоя перед применением каменного угля.

Известен обеспыливающий состав (патент РФ №2029775, опубликовано 27.02.1995), включающий компоненты: сульфатное мыло или омыленный талловый пек - 2-10%; полиакриламид - 0,05-0,20%; вода - остальное. Недостатками данного состава являются резкое снижение биопродуктивности закрепляемых пылящих поверхностей, а также повышенная радиоактивность компонентов.

Известен способ закрепления пылящих поверхностей, принятый за прототип (патент РФ №2407891, опубликовано 27.12.2010), который заключается нанесении на пылящие поверхности стационарных источников пылевыделения смеси. При этом смесь получают соединением органических остатков естественного происхождения и высокомолекулярного соединения в соотношении 125:1 и наносят с ее одновременным естественным или искусственным увлажнением и внесением семян трав, создавая основу для формирования прочного задернованного биопродуктивного слоя. Недостатками данного способа являются ориентация на пылящие поверхности окончательно сформированных стационарных источников пылевыделения с длительным сроком жизненного цикла, например хвостохранилищ или отвалов горных пород, а также то, что создание прочного задернованного биопродуктивного слоя существенно изменит физико-химические и энергетические свойства складируемого угля.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности пылеподавления на пылящих поверхностях открытых угольных складов.

Технический результат достигается тем, что способ пылеподавления на открытых угольных складах заключается в нанесении на их пылящие поверхности смеси, полученной соединением карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 и растворением в воде. Концентрация смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в водном растворе составляет 5%.

Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) имеет химическую формулу (C₆H₇O₂(OH)_3-x(OCH₂COONa)_x]_n, где n=300-1000. Она представляет собой аморфное бесцветное вещество плотностью 1,59 г/см³. Обладая температурой размягчения 170°C, натриевая соль КМЦ растворима в воде, а также в водных растворах щелочей, аммиака и хлорида натрия, причем степень растворимости обуславливается степенью этерификации целлюлозы.

При растворении в воде натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы образует вязкие прозрачные растворы, характеризуемые псевдопластичностью, а для некоторых сортов продукта - и тиксотропией (способностью самопроизвольно восстанавливать разрушенную механическим воздействием исходную структуру). В водных растворах натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, проявляя свойства поверхностно-активного вещества, хорошо совмещается с другими водорастворимыми веществами, например с карбидом кальция. Из водных растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы формируются прозрачные пленки, характеризующиеся относительным удлинением 8-15%. Сухая натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы оказывает слабое коррозионное действие, однако ее водные растворы при длительном хранении на воздухе подвергаются ферментному гидролизу.

Для предотвращения деструктивных процессов при пылеподавлении или закреплении пылящих поверхностей используют карбид кальция CaCl₂, который хорошо растворяется в воде, при этом характеризуется более низким уровнем давления пара в растворе, по сравнению с чистой водой, оставляя поверхность горной породы увлажненной длительное время и предотвращая пылеобразование, а также способствует снижению смерзаемости горных пород. Раствор карбида кальция наносится методом распыления на породу.

Карбид кальция смешивают с натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 по объему, а затем растворяют в воде до уровня концентрации смеси в растворе, равной 5%, что является оптимальным для закрепления уже образованной пыли, находящейся в состоянии аэрогеля, за счет создания защитной пленки, которая практически не изменяет физико-химические свойства складируемого угля. При этом в течение значительного периода времени - до 2-3 месяцев после одной обработки - предотвращается новое пылеобразование и снижается смерзаемость угля.

Способ осуществляется следующим образом.

1. В качестве вещества, предотвращающего деструктивные процессы в открытых угольных складах, обусловленные ветровой эрозией и резкими перепадами температур, а соответственно, снижающего пылеобразование, используется карбид кальция.

2. В качестве высокомолекулярного соединения, имеющего высокую адгезионную способность, используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы.

3. Перемешивание карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 осуществляется стандартными смесителями, выбор которых обуславливается необходимым объемом смеси.

4. Самостоятельное растворение предложенной смеси в воде до уровня 5% по массе в растворе осуществляется в течение 2-3 часов.

5. Орошение полученным раствором пылящих поверхностей открытых угольных складов рационально стандартными сельскохозяйственными оросительными машинами, диаметр распыляющих форсунок которых превышает 1 см.

При орошении предложенным раствором происходит проникновение натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы между фракциями каменного угля и закрепление пылящего слоя. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы имеет адгезионное свойство склеивать мелкодисперсную минеральную составляющую каменноугольной пыли, что позволяет предохранять образовавшийся защитный слой от воздействия водной и ветровой эрозии. Наличие карбида кальция предотвращает возникновение вторичного пылеобразования и способствует снижению смерзаемости каменного угля.

Полученный раствор был испытан на лабораторной установке по созданию ветровой нагрузки на поддоны с различными защитными слоями одинаковой массы.

На слои в течении 1 минуты действовал в горизонтальном направлении ветровой поток скоростью 3 м/с. Результаты экспериментов представлены в таблицах 1 и 2.

Из таблицы 1 видно, что наиболее прочным и целостным слоем после продувания является слой, сформированный на основе смеси с составом №4. Это свидетельствует о том, что подверженность ветровой эрозии при соотношении компонентов смеси №4, в которой соотношение карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы составляет 3:1, минимальна.

Экспериментальным образом установлено, что данное соотношение компонентов смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы оптимально для растворов с различной концентрацией смеси в воде.

Из таблицы 2 видно, что эффективность пылеподавления существенно зависит от этой концентрации. Наиболее рациональной концентрацией смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы является 5% в водном растворе, что соответствует смеси с составом №4. При уменьшении данной концентрации отмечается снижение прочности и целостности сформированного защитного слоя, при увеличении концентрации смеси резко повышается адгезионная способность смеси, проявляющаяся в соединении ее компонентов с отдельными элементами пылящего материала, в результате чего существенно снижается целостность сформированного защитного слоя. Помимо этого, повышение концентрации смеси в растворе существенно увеличивает затраты на противоэрозионные мероприятия.

По сравнению с известными решениями предлагаемый способ позволяет повысить эффективность пылеподавления на открытых угольных складах в сочетании с дополнительным положительным эффектом снижения смерзаемости горных пород.