Д.т.н., профессор В.И. Калашников, аспирант К.Н. Махамбетова

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,

ГИДРОФОБНАЯ ДОБАВКА НА ОСНОВЕ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ ГИДРАТНОЙ ИЗВЕСТИ С МАЗУТОМ

Прогрессирующее возрастание объемов потребления газообразного топлива взамен жидкого – нефти и мазута и твердого – угля, позволило существенно улучшить экологическую обстановку, исключить целый ряд сложных операций подготовки топлива к сжиганию, упростить подачу его к местам потребления, повысить культуру производственного процесса с переходом хозяйств на газообразное топливо, исключить громоздкие углеразмольные цеха и металлические складские емкости для мазута.

Однако далеко не все предприятия избавились от складов хранения жидкого топлива. Ликвидация стальных и бетонных танков – трудоемкая операция, связанная с необходимостью расчленения стальных емкостей. Такая операция осуществляется только с помощью газовой резки и чревата возможностью негативных последствий: остатки мазута в емкостях и проливы их на территорию складов легко воспламеняются при газосварочных работах и приводят к возникновению пожара. В связи с этим необходима очень тщательная очистка емкостей от остатков мазута, консервирование замазученной территории с полным исключением возможности возникновения пожара при газосварочных работах. Поэтому на многих предприятиях, перешедших с жидкого топлива на газообразное, складские участки для хранения мазута сохранились до настоящего времени, в то время как газообразное топливо начало использоваться 5-10 лет назад. Такие участки, расположенные на загрязненных территориях с пролитыми лужами мазута, породили неблагоприятную экологическую обстановку на предприятиях. Коррозия металлических емкостей во времени приводит к протеканию мазута из них, создает пожароопасную обстановку. К сожалению, в практике отсутствует надежные методы консервации загрязненных территорий, исключающих миграцию мазута в почву. Отсутствуют технические решения с превращением надпочвенных разливов мазута в твердообразное состояние с возможным использованием продуктов в некоторых производствах.

Превращение мазута в твердообразное состояние возможно путем смешивания его со специфическими порошкообразными или зернистыми материалами, имеющими высокую внешнюю или внутреннюю поверхностную энергию. При этом образование твердообразного продукта происходит за счет двух процессов:

1. Поверхностной и капиллярной сорбции мазута на дисперсных и капиллярно-пористых материалах.

2. Реакционно-химического процесса между мазутом и содержащейся в нем воды и порошком.

В первом случае получается механическая смесь мазута и минерального и органического материала без изменения их фазового состава.

Во втором случае, реакционные ингредиенты мазута, за счет реакции, переходят в новые, вещественные состояния, характеризуемые молекулярной дисперсностью, и связывают в твердое состояние остаточные реакционно-неактивные ингредиенты за счет адсорбции.

При первом варианте консервирования мазута в сыпучих смесях могут быть использованы следующие компоненты:

– древесные опилки, семечковая лузга, мелкодробленая соломка;

– порошкообразная и мелкодробленая глина, суглинок;

– тонкозернистые отходы дробления каменных пористых пород осадочного происхождения: известняка, известняка-ракушечника, трепела, диатомита, опоки.

– тонкодисперсные золы ТЭЦ сухого удаления;

– тонкодисперсные отходы газоочистки металлургических и литейных производств;

– тонкодисперсные отходы флотации и магнитной сепарации руд.

Смеси мазута с глиной, трепелом, диатомитом, золой, отходами магнитной сепарации, пылями газоочистки, является хорошей выгорающей и модифицирующей добавкой при производстве кирпича, керамзита и портландцемента.

Мазутно-меловые и мазутно-известняковые смеси могут быть наиболее эффективно использованы в производстве извести в шахтных и вращающихся печах.

При втором способе консервирования мазута с реакционно-активными веществами могут быть использованы следующие вещества:

– порошкообразная негашеная известь;

– смесь порошкообразной негашеной извести с содой.

В результате смешивания извести с мазутом протекают две реакции. Первая реакция – это реакция гидратации (гашения) извести с водой, содержащейся в мазуте. Как известно, мазут может содержать от 5 до 7% воды, реакционный процесс сопровождается экзотермической реакцией с выделением 1160 кДж тепла на 1кг оксида кальция:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂

Образующийся гидроксид кальция имеет высокую дисперсность и адсорбирует на своей поверхности наиболее легкие фракции углеводородов.

Экспериментально доказано, что реакция протекает и с полностью обезвоженным мазутом. Реакционными ингредиентами мазута являются предельные насыщенные кислоты парафинового ряда и нафтеновые кислоты. Наибольшее количество таких кислот содержится в мазутах из парафинистых нефтей. Реакционный процесс идет по схеме:

2 (С₁₇ Н₃₅СООН)+СаО = (С₁₇Н₃₅СОО)₂Са+Н₂О

Образующаяся вода идет на параллельную реакцию гашения оксида кальция.

В результате реакции образуются гидрофобные кальциевые соли жирных и нафтеновых кислот. Смесь разогревается до 90-115ºС в зависимости от соотношения мазута и извести. В связи с тем, что один из компонентов является твердофазным, необходимо тщательно смешивать порошок и мазут для увеличения реакционной поверхности. Оптимальное массовое соотношение мазута и извести составляет 1:1,5. При таком соотношении образуется сыпучий коричневый или светло-коричневый порошок, несмачиваемый водой.

Для исследования влияния полученного порошкообразного продукта взаимодействия негашеной извести с мазутом (ПРИМ-1) на водостойкость цементных систем были отформованы образцы - кубики размерами 20х20х20 мм из цементно-песчаного раствора в соотношении цемент:песок=1:3. Смесь негашеной извести с мазутом брали в количестве 5% от массы вяжущего, которую затворяли водой при В/Ц=0,54. Заформованные образцы твердели в течение 28 суток в нормально-влажностных условиях, после чего образцы высушивались в сушильном шкафу при температуре 105ºС и определялось их водопоглощение по массе.

Рис. 1 Прочность при сжатии цементно-песчаного раствора модифицированного гидрофобизатором ПРИМ-1

На рис.1 показаны результаты определения прочности на осевое сжатие негидрофобизированный (1состав) и гидрофобизированный (2состав) составы и кинетика водопоглощения их по массе в течение 230 суток длительного насыщения в воде (рис.2)

♦ 1 состав – негидрофобизированный; ■ 2 состав - гидрофобизированный

Рис. 2 Кинетика водопоглощения цементно-песчаного раствора

модифицированного гидрофобизатором ПРИМ-1

Позитивным фактором является то, что прочность на сжатие гидрофобизированного состава как в начальные, так и в поздние сроки испытания образцов выше значений контрольного состава.

В первые сутки водопоглощение по массе цементно-песчаного раствора, гидрофобизированного 5% мазута в 2,06 раза ниже значения контрольного состава. При более длительном нахождении в воде эффективность гидрофобизирующего действия добавки сохраняется, гидрофобизированный состав за 230 суток экспонирования в воде насыщался 6,56 % воды, что ниже негидрофобизированного состава в 1,58 раза.

Исследуя гидрофобизированный состав, можно сделать вывод о влиянии порошкообразной гидрофобизирующей добавки (ПРИМ-1) на прочность при сжатии и на значительное снижение водопоглощения по массе цементно-песчаного раствора.

Полученные экспериментальные данные по гидрофобизации цементных систем позволяют рекомендовать исследованную порошковую добавку в качестве высокоэффективного гидрофобизатора с длительным гидрофобизирующим эффектом и при использовании в качестве порошкового гидрофобизатора кладочных и штукатурных растворов, цементных и шлаковых бетонов.

С экономической точки зрения эта добавка выгодна тем, что по стоимости будет значительно ниже, чем металлоорганические соединения – стеараты металлов и решает проблему поиска более доступных и дешевых гидрофобизаторов отечественного производства.