Комплексный подход к использованию минерального сырья.

Мрамор относится к метаморфическим породам, образовавшимся в результате перекристаллизации карбонатов более 2,5-4 миллиардов лет назад под действием высоких температур и давления. Основная составляющая этого минерала — карбонат кальция (более 95% CaCO3). Рассмотрим области применения мраморной крошки и тонкодисперсной мраморной муки.

Мраморная крошка
Фото: everest-mramor.ru

Комплексный подход к использованию минерального сырья. Применение мрамора различной степени дисперсности

В каждом регионе Российской Федерации зимний период имеет не только свои климатические особенности, но и отличия в методах борьбы со снегом и льдом. На сегодняшний день технологии содержания дорог определяют органы местной власти, не существует ни одного федерального закона, регламентирующий уборку городских улиц.

К зимней скользкости относят все виды снежных и снежно-ледяных образований, независимо от условий их возникновения [1]. Существенно уменьшают безопасность дорожного движения такие виды зимней скользкости, как гололедица и гололед. Это связано с уменьшением коэффициента сцепления шины с дорогой.

На автомобильных и городских дорогах борьба со скользкостью ведется следующими способами:
— фрикционным;
— химическим;
— комбинированным (фрикционно-химическим);
— постоянного действия (противогололедные и подогреваемые покрытия).

При фрикционном способе применяют инертные материалы, которые создают шероховатость на поверхности покрытия. Кроме этого, используемые материалы должны препятствовать увеличению запылённости и загрязнения воздуха.

До недавнего времени песок являлся основным материалом с фрикционным действием. Но в последнее десятилетие всё чаще используются гранитная и мраморная крошка. Твёрдость мрамора по шкале Мооса составляет 2,5-4, что намного выше твёрдости льда. При измельчении мрамора есть возможность добиться чёткой грануляции — получения округло-ребристых, среднеокатнных гранул. После помола мраморная крошка обеспыливается.

Песок является сыпучим минералом с большой долей посторонних глинистых включений. Окатанные песчинки легко рассеиваются, засоряют окрестности, портят обувь и дорожное покрытие. Разрушающее воздействие песчаной посыпки на лёд обусловлено в основном её нагревом в светлое время суток.

Антигололедная посыпка мраморной крошкой лишена вышеуказанных недостатков и имеет множество преимуществ.

Мраморная крошка воздействует на лёд механически, вследствие чего наледь разрушается быстро, независимо от погодных условий. Не менее важна и эстетическая сторона вопроса: мрамор не выделяется на общем белом зимнем фоне и не создаёт больших скоплений жидкой грязи. Гранулы мрамора имеют ребристую форму, это позволяет минимизировать количество требуемого материала и увеличить временной период между посыпками.

Коэффициент истираемости мрамора близок с показателем для бетонных полов (в отличие от гранита), это гарантирует минимальный износ обуви и самого дорожного покрытия. Если сравнивать физико-химические свойства мрамора и гранита, то мрамор имеет большую теплоёмкость и быстрее разрушает лёд.

Посыпка дорог крошкой
Фото: st.mk-78.ru

Применение химических реагентов для борьбы с зимней скользкостью основывается на том, что при взаимодействии со льдом и снегом химические соединения вызывают разрушение кристаллической структуры льда, в результате лёд плавиться и образует с реагентами раствор. Раствор имеет температуру замерзания ниже 0 °С, а минимальная величина её зависит от вида применяемого реагента и его концентрации.

Мраморная крошка и соль

В зарубежной и российской практике для борьбы с гололёдом применяются следующие классы химических веществ: хлориды (натрия, калия, магния, кальция), карбамид (CO(NH2)2), гликоли и спирты, натриевые и калиевые соли органических кислот (муравьиной и щавелевой) [1].

Таблица основных характеристик хлоридов

Основное свойство противогололёдных химических реагентов — плавящая способность. Это безразмерная величина, которая находится как отношение массы плавящегося льда к единице массы химического реагента. Плавящая способность зависит от температуры, концентрации и вида реагента. Эта величина с понижениемтемпературы от 0 до -10 °С резко  убывает, при последующем уменьшении температуры плавящая способность незначительно уменьшается [2].

При составлении рецептуры противогололёдной смеси необходимо особое внимание уделить вопросам коррозионного действия составляющих её компонентов. Коррозионные разрушения приводят не только к преждевременному выходу из строя автомобилей, но и сказываются на безопасности движения, так как коррозия оказывает влияние и на инженерное оборудование дороги.

Дорожный опыт подтвердил, что наиболее коррозионно-агрессивным реагентом из числа химических средств борьбы с гололёдом является хлорид натрия.

Эффективно снижают агрессивность растворов небольшие добавки ингибиторов коррозии, защитное действие которых обусловлено образованием прочно связанных с поверхностью нерастворимых продуктов коррозии.

Не менее важен и эколого-экономический аспект применения ингибиторов.

В качестве ингибиторов коррозии применяют такие химические соединения как фосфаты и нитриты [1]. Эти неорганические соли содержат фосфор и азот, которые (наряду с калием) являются основными питательными макроэлементами, необходимыми для нормального роста и развития растений.

Рассмотрим свойства такого противогололедного реагента, как формиат натрия. Формиаты — это соли органической муравьиной кислоты. Формиат натрия (HCOONa) — кристаллический порошок белого или серого цвета, хорошо растворимый в воде, взрывобезопасный и негорючий.

По степени воздействия на организм человека относится к 4 классу опасности.

Ценным свойством формиатов натрия и калия является значительная плавящая способность. Так, при температуре -5 °С эта величина составляет 11,5 для формиатов натрия и калия. С понижением температуры до -10 °С плавящая способность равна 5,7 [3, 4].

Коррозионное действие формиатов на металл минимально, в 5% растворе формиата натрия оно почти в 6 раз меньше, чем в воде [1]. Это позволяет использовать формиаты в многокомпонентных экологически безопасных антигологедных смесях.

Экологическая безопасность применяемых реагентов против зимней скользкости становится ключевым вопросом в последние несколько лет [5]. Так в 2007 году (с изменениями на 29 апреля 2015 года) в Москве принят «Закон о почвах».

В 11 статье этого закона не допускается применение солей и других химических реактивов в качестве противогололёдных средств, если это может причинить существенный вред почвам. Достаточно перспективным способом борьбы с зимней скользкостью является создание специальных покрытий с антигололёдными свойства ми.

За счёт их применения снижается адгезия снежно-ледяных отложений к покрытиям, происходит растапливание тонких слоев льда, сокращается количество противогололёдных материалов, уменьшается время гололёдоопасности в переходный период, снижается коррозионное воздействие на металл и негативное экологическое воздействие на окружающую среду.

Самым широко известным наполнителем для таких покрытий является «Грикол», представляющий собой гидрофобный хлорид натрия с дисперсностью минерального порошка (до 60 мкм) [6].

Наполнитель содержит не менее 90% хлорида натрия (может быть, также натрия и кальция) и кремнийорганических продуктов.

Наполнитель «Грикол» вводится при приготовлении асфальтобетонной смеси взамен минерального порошка или его части. В целом от минеральной части асфальтобетона 3–5% приходится на наполнитель «Грикол».

Назначение данного наполнителя — предотвращать обледенение вследствие образования раствора на поверхности покрытия. Этот процесс происходит за счёт истирания покрытия с наполнителем под воздействием колёс транспортных средств. Существенным недостатком такого покрытия является ограничение его использования при низких темпера- турах. «Грикол» эффективен только при температурах выше –6 °С.

Если подвергнуть анализу опыт московских дорожных организаций начиная с зимнего сезона 2011-2012 гг., то не сложно заметить, что на смену соли приходят многокомпонентные композиции, хлорид кальция в которых занимает до 20%, а формиат натрия не менее 5%.

В Кемеровской области можно выделить три направления по применению средств для борьбы с зимней скользкостью:
— городские дороги и тротуары;
— загородные автодороги;
— технологические дороги шахт, разрезов, карьеров.

На основе данных Приложения А [7], определяем, что для города Кемерово число дней с возможными случаями образования зимней скользкости равно 87. Это примерно равно количеству посыпок дороги противогололёдными материалами за зимний период. Показатель сравним с московским (79 дней), но для правильного подбора средств против зимней скользкости необходимо принять во внимание низкие зимние температуры. Поэтому только комбинированные материалы позволят решить эту задачу.

Учитывая столь важные факторы, как стоимость исходного материала, доступность его в регионе, экологическая безопасность, затраты на производство готового продукта, то наиболее рациональным будет создание комбинированных материалов на основе плотных карбонатных пород. Примерный состав композиции: карбонат кальция — до 80%, ингибированный хлорид кальция и формиат натрия – до 20%.

Измельчением мрамора до размера фракций от 1 до 500 микрометров получают ещё один ценный продукт — микрокальцит (мраморную муку).

Благодаря химическому строению и физическим свойствам, молотый мрамор обладает рядом качеств, отличающих его от молотых мела, известняка и других тонкодисперсных карбонатных наполнителей.

Низкое содержание примесей, повышенная прочность и твёрдость зёрен, низкая пористость и маслоёмкость, устойчивость к влиянию кислых сред и атмосферным воздействиям, радиобезопасность — это далеко не полный перечень свойств микрокальцита.

Области применения микрокальцита самые разнообразные. В производстве сухих строительных смесей мраморная мука используется как нейтральный наполнитель, количество которого достигает 80% от общей массы. При отделке помещений на основе молотого мрамора создается благоприятный микроклимат, создается хорошая тепло- и звукоизоляция.

Большим потребителем микрокальцита является производство пластиков. Мраморные наполнители упрощают обработку и улучшают теплопоглощение, стабилизируют экзотермические процессы в установках полимеризации, предотвращают износ шнеков (так как микрокальцит обладает скользящим эффектом) [8].

В резинотехнической промышленности использование микрокальцита в качестве наполнителя позволяет улучшить износостойкость резины, повысить эластичность в различных температурных условиях. Так мраморная мука незаменимый компонент в производстве покрышек, придающая им стойкость к истиранию.

Микрокальцит можно использовать в качестве антикоррозийного наполнителя в эпоксидных, порошковых и алкидных покрытиях, устойчивого к действию кислот.

Для нефтегазодобывающей отрасли (в болотистых и песчаных грунтах) на основе микрокальцита производится облегчённый безусадочный тампонажный цемент.

Внесение микрокальцита в почву позволяет снизить её кислотность. Нормы внесения зависят от кислотности и механического состава, для кислых почв (pH 4,5) норма составляет 500-600 г на 1 м2.

Таким образом, изменяя лишь степень измельчения исходного сырья, удаётся получить несколько ценных продуктов, находящих применение в самых разнообразных областях промышленности и сельского хозяйства.


Текст: О. В. Юричич, к.х.н., консультант ООО «Инертник», А.Р. Атаулов, генеральный директор ООО «Инертник», А.Е. Филиппов, коммерческий директор ООО «Инертник» (г. Гурьевск)

Нет записей

Отраслевые решения

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.