Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО ПОРОШКА ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к области получения смесей для дорожного строительства и может быть использовано для получения органоминерального порошка для изготовления асфальтобетонных покрытий дорог.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения органоминеральной добавки к строительным материалам, в котором осуществляют перемешивание нефтесодержащего шлама с предварительно измельченными до мелкодисперсного состояния негашеной известью и отработанным силикагелем, являющимся отходом газовой промышленности на стадии осушки природного газа, с последующим введением воды, необходимое количество которой для гашения извести определяют стехиометрически с учетом воды, имеющейся в нефтесодержащем шламе, и водопоглощаемости отработанного силикагеля (см. патент RU 2548441, C02F 11/14, 20.04.2015).

Недостатком упомянутого выше технического решения является то, что дорожные покрытия, изготовленные с использованием органоминеральной добавки, получаемой упомянутым выше способом, имеют невысокую прочность, высокую себестоимость, а также низкую морозостойкость и влагостойкость, что определяет их непригодность при использовании для условий Крайнего Севера.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в следующем:

- повышение экологической эффективности получения активированного органоминерального порошка;

- повышение срока службы асфальтобетонных покрытий дорог, особенно для условий Крайнего Севера, за счет повышения прочности и морозостойкости асфальтобетонных смесей, изготовленных с применением активированного органоминерального порошка изготовленного заявленным способом;

- уменьшение себестоимости активированного органоминерального порошка, получаемого заявленным способом.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения активированного органоминерального порошка для асфальтобетонных смесей осуществляют совместное измельчение в шаровой мельнице силикагеля и золошлаковых отходов, полученных при термическом обезвреживании нефтесодержащих отходов, после чего на ситах производят отбор от полученного измельченного материала рабочей фракции размером 0,07-0,31 мм, упомянутую рабочую фракцию загружают в смеситель, в который также загружают гашеную известь и осуществляют промежуточное перемешивание, затем в смеситель загружают гидрофобное ПАВ в количестве 0,3-0,5 масс % от количества гашеной извести и осуществляют конечное перемешивание до получения гомогенной смеси, причем в шаровую мельницу загружают силикагель и золошлаковые отходы в следующем количестве:

- золошлаковые отходы - 35-40 масс. % от количества гашеной извести;

- силикагель - 10-15 масс. % от количества гашеной извести.

Повышение экологической эффективности получения активированного органоминерального порошка обеспечивается за счет утилизации золошлаковых отходов, полученных при термическом обезвреживании нефтесодержащих отходов (нефтешламов) на предприятиях нефтегазового комплекса путем использования их в качестве компонентов активированного органоминерального порошка, получаемого заявленным способом.

Утилизация золошлаковых отходов повышает экономическую эффективность заявленного способа получения активированного органоминерального порошка для асфальтобетонных смесей за счет уменьшения себестоимости производства активированного органоминерального порошка, получаемого заявленным способом.

Повышение срока службы асфальтобетонных покрытий дорог, особенно для условий Крайнего Севера, обеспечивается тем, что золошлаковые отходы обладают высокой пористостью, что снижает теплопроводность изделий, при этом снижаются внутренние напряжения в теле асфальтобетонных изделий, сокращается количество трещин при низких температурах и, соответственно, возрастает прочность и морозостойкость асфальтобетона.

Золошлаковые отходы, полученные при термическом обезвреживании нефтесодержащих отходов (нефтешламов) на предприятиях нефтегазового комплекса, связывают свободную гашеную известь Са(ОН)₂ в гидросиликаты кальция, что обеспечивает обеспечение повышение плотности асфальтобетонных смесей, изготовленных с применением активированного органоминерального порошка изготовленного заявленным способом и, следовательно, обеспечивает повышение прочности упомянутой асфальтобетонной смеси.

Использование силикагеля способствует формированию прочной кальцийсиликатной структуры, что способствует снижению щелочности среды и повышает гидрофобные свойства активированного органоминерального порошка и, следовательно, увеличивает его влагостойкость.

Целью совместного помола золошлаковых отходов и силикагеля является разрушение стекловидной оболочки вокруг зерен золы и вскрытие активных поверхностей, а также обеспечение более высокой степени гомогенизации всех составляющих получаемого активированного органоминерального порошка.

Как показали эксперименты, технический результат заявленного изобретения может обеспечиваться только в том случае, если смешение компонентов смеси ведется при указанных выше соотношениях и в указанной последовательности.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется таблицей.

В таблице представлены результаты исследований разных вариантов компонентного состава активированного органоминерального порошка.

Способ получения активированного органоминерального порошка осуществляют следующим образом.

Для получения активированного органоминерального порошка используют золошлаковые отходы, полученные при термическом обезвреживании нефтесодержащих отходов (нефтешламов), которые нельзя регенерировать и не целесообразно утилизировать другим способом. Нефтешламы представляют собой нефтесодержащие отходы предприятий нефтегазового комплекса, образующихся при добыче нефти и газа, а именно: грунты загрязненные нефтью и нефтепродуктами, нефтесодержащие осадки, задерживаемые на очистных сооружениях предприятий (нефтеловушках, отстойниках), шламы очистки трубопроводов и емкостей от нефти и нефтепродуктов и буровых шламов, шламы из шламонакопителей нефтеперерабатывающих заводов и т.д. Термическое обезвреживание обеспечивается сжиганием обезвоженных нефтесодержащих отходов (нефтешламов) в топках различных конструкций с использованием выделяющегося тепла, при этом температура отходящих газов составляет около 800°С, что позволяет устанавливать котел-утилизатор для получения перегретого пара и горячей воды. Полученные после термического обезвреживания золошлаки (золошлаковые отходы) состоят из зольной составляющей (частиц золы и шлака) и шлаковой, включающей: шлаковый песок и шлаковый щебень. Остаточное содержание нефтепродуктов в золошлаковых отходах не превышает 5%.

Золошлаковые отходы загружают в шаровую мельницу, куда также загружают силикагель. Силикагель - это твердый абсорбент, то есть вещество, активно поглощающее влагу, представляет собой высохший гель поликремневой кислоты.

Для измельчения применяется шаровая барабанная мельница непрерывного действия однокамерная, представляющая собой корпус, в котором размещены стальные или чугунные шары, и работающая в замкнутом цикле с воздушным сепаратором. Повышение эффективности измельчения сырья в шаровых мельницах достигается использованием замкнутого цикла, что позволяет производить более качественный продукт в сравнении со всеми остальными типами мельниц.

Принцип действия шаровой барабанной мельницы состоит в измельчении материала ударом и частично истиранием свободно падающих мелющих тел во вращающемся барабане. Барабан мельницы заполняют примерно на 1/3 его объема мелющими телами (чугунными или стальными шарами диаметром 40-130 мм либо стальными цилиндриками). Воздух с измельченным материалом просасывается вентилятором из мельницы в сепаратор, где из потока выделяются крупные частицы, направляемые на дополнительный помол в мельницу через конвейерный ленточный дозатор в загрузочную воронку. Мелкие же фракции выносятся воздушным потоком из сепаратора и осаждаются в циклонах и фильтрах в виде готового продукта и поступают в приемный бункер.

Измельчение золошлаковых отходов и силикагеля обеспечивает их механическую активацию.

При измельчении силикагеля идет разрыв связей по поверхности кристаллов, обнажаются чистые поверхности, увеличивается удельная поверхность, что приводит к увеличению адсорбционной способности. Мелкопористый силикагель обладает примерно в два раза большей активностью, чем крупнопористый.

От полученного измельченного материала, представляющего собой измельченную смесь золошлаков и силикагеля, производят отбор из упомянутой смеси рабочей фракции размером 0,07-0,31 мм.

Отбор осуществляют на проволочных ситах следующим образом.

Сначала отбирают фракцию мельче, чем 0,07 мм от измельченной смеси золошлаков и силикагеля путем отсева мелкой фракции на проволочных ситах с размером ячеек 0,071 мм (вручную или на приборе для механического просеивания). Затем отбирают фракцию крупнее 0,31 путем просеивания через сита с размером ячеек 0,311 мм (вручную или на приборе для механического просеивания).

Отобранную рабочую фракцию размером 0,07-0,31 мм загружают в смеситель.

После этого в смеситель загружают гашеную известь и осуществляют промежуточное перемешивание. Гашеная известь (гидроксид кальция Са(ОН)₂ или «пушонка») - химическое вещество, сильное основание. Представляет собой порошок белого цвета, плохо растворимый в воде.

При предварительном смешении гашеной извести с измельченными золошлаковыми отходами и силикагелем образуется прочная кальций - силикатная структура, что обеспечивает повышение стойкости активированного органоминерального порошка к воздействию агрессивной природной среды.

Затем в смеситель загружают гидрофобное ПАВ, например, костную муку или технический жир. Путем добавления к измельчаемым золошлаковым отходам гашеной извести и ПАВ осуществляется химическая активация получаемого органоминерального порошка.

Осуществляют конечное перемешивание в смесителе до получения гомогенной смеси в течение 5-15 мин.

В результате перемешивания и химических реакций в смесителе получается сухой, морозостойкий, стойкий при хранении, мелкодисперсный активированный органоминеральный порошок, который равномерно распределяется по объему смесителя.

Готовый активированный органоминеральный порошок поступает в бункер-накопитель, а далее направляется на базовый склад готовой продукции.

В соответствии с приведенным описанием способа приготовления были созданы различные варианты активированного органоминерального порошка, отличающиеся количественным содержанием компонентов (см. таблицу).

В первом варианте приготовления (по п. 1 таблицы) активированный органоминеральный порошок не соответствует нормам ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей» (для марки МП-2 - порошки из некарбонатных горных пород, твердых и порошковых отходов промышленного производства), а именно:

- влажность не соответствует норме (не более 2,5) указанной в ГОСТ Р 52129-2003;

- набухание образцов из смеси активированного органоминерального порошка, приготовленного по первому варианту, с битумом не соответствует норме (не более 3%) указанной в ГОСТ Р 52129-2003.

Активированный органоминеральный порошок (по п. 5 таблицы) имеет высокую себестоимость, т.к. требует применения большого количества дорогостоящих гидрофобных ПАВ. Оптимальным содержанием гидрофобного ПАВ в активированном органоминеральном порошке является 0,3-0,5 масс % от количества гашеной извести. При указанном содержании ПАВ активированный органоминеральный порошок приобретает гидрофобные свойства, что исключает его набухание при попадании во влажную среду. В качестве ПАВ может быть использована костная мука и другие гидрофобные ПАВ.

Экспериментально установлено, что варианты компонентного состава активированного органоминерального порошка, указанные в пп. 3-5 таблицы, соответствуют требованиям ГОСТ Р 52129-2003 и являются оптимальными для достижения технического результата заявленного способа.

Примеры приготовления активированного органоминерального порошка заявленным способом.

Пример 1

Для приготовления активированного органоминерального порошка подготавливают необходимые ингредиенты в количестве:

- гашеная известь 65 г;

- золошлаковые отходы 22,75 г (35% от количества гашеной извести);

- силикагель 6.5 г (10% от количества гашеной извести);

- ПАВ 0,195 г. (0,3% от количества гашеной извести)

Смешивают 22,75 г золошлаковых отходов и 6,5 г силикагеля и загружают в шаровую мельницу, в которой смесь измельчают. От полученного измельченного материала производят отбор рабочей фракции размером 0,07-0,31 мм.

В смеситель загружают отобранную рабочую фракцию (смеси золошлаковых отходов и силикагеля) размером 0,07-0,31 мм и 65 г. И гашеную известь. Осуществляют промежуточное смешение.

После чего в смеситель добавляют 0,195 г. ПАВ и осуществляют итоговое перемешивание в течение 5-15 минут до получения гомогенной смеси.

Пример 2

Для приготовления активированного органоминерального порошка подготавливают необходимые ингредиенты в количестве:

- гашеная известь 65 г;

- золошлаковые отходы 24,7 г (38% от количества гашеной извести);

- силикагель 7,8 г (12% от количества гашеной извести);

- ПАВ 0,26 г. (0,4% от количества гашеной извести)

Смешивают 24,7 г золошлаковых отходов и 7,8 г силикагеля, загружают в шаровую мельницу, в которой смесь измельчают. От полученного измельченного материала производят отбор рабочей фракции размером 0,07-0,31 мм.

В смеситель загружают отобранную рабочую фракцию (смеси золошлаковых отходов и силикагеля) размером 0,07-0,31 мм и 65 г. И гашеную известь. Осуществляют промежуточное смешение.

После чего в смеситель добавляют 0,26 г. ПАВ и осуществляют итоговое перемешивание в течение 5-15 минут до получения гомогенной смеси.

Пример 3

Для приготовления активированного органоминерального порошка подготавливают необходимые ингредиенты в количестве:

- гашеная известь 65 г;

- золошлаковые отходы 26 г (40% от количества гашеной извести);

- силикагель 9,75 г (15% от количества гашеной извести);

- ПАВ 0,325 г. (0,5% от количества гашеной извести)

Смешивают 26 г золошлаковых отходов и 9,75 г силикагеля, загружают в шаровую мельницу, в которой смесь измельчают. От полученного измельченного материала производят отбор рабочей фракции размером 0,07-0,31 мм.

В смеситель загружают отобранную рабочую фракцию (смеси золошлаковых отходов и силикагеля) размером 0,07-0,31 мм и 65 г. и гашеную известь. Осуществляют промежуточное смешение.

После чего в смеситель добавляют 0,325 г. ПАВ и осуществляют итоговое перемешивание в течение 5-15 минут до получения гомогенной смеси.

Активированный органоминеральный порошок, является важной активной структурной составной частью асфальтобетона. Благодаря своей развитой поверхности, адсорбирующей на себя большую часть битума, минеральный порошок придает асфальтобетону необходимые свойства, т.е. механическую прочность, способность к упругим и пластическим деформациям, что существенно улучшает качества дорожного покрытия, увеличивает срок его службы и дает значительную экономию при эксплуатации.

Физико-механические испытания керна (вырубки), взятого из верхнего слоя асфальтобетонного покрытия с применением активированного органоминерального порошка, полученного заявленным способом, показали, что:

- водонасыщение верхнего слоя асфальтобетонного покрытия и морозостойкость минерального порошка соответствует требованиям ГОСТ 9128-2009;

- коэффициент уплотнения верхнего слоя асфальтобетонного покрытия и сцепление с нижележащим слоем обеспечивается в соответствии с требованиями СП 78. 13330. 2012.

Заявленный способ получения активированного органоминерального порошка может быть использован при изготовлении дорожно-строительного материала - горячей плотной асфальтобетонной смеси.