СОСТАВ ДЛЯ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ
DUST SUPPRESSION COMPOSITION

Изобретение относится к составам, предназначенным для борьбы с пылеобразованием на карьерах, автодорогах и предотвращения пыления различных мелкозернистых материалов (зола, уголь, шлаки, калийные и другие удобрения, и т.п.). Может применяться для пылеподавления в горнорудной, угольной, строительной и других отраслях промышленности.
Известен смачиватель для подавления угольной пыли (патент РФ 2495250, опубл. 23.04.2012), содержащий алкилбензосульфокислоту, гидроксид натрия, неонол, этиловый спирт, карбамид, хлорид кальция, бишофит, отдушку и воду.
Недостатком данного смачивателя является то, что компоненты состава оказывают негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, в частности, бишофит может вызывать аллергические реакции и проблемы с дыхательной системой.
Известен состав для предотвращения смерзаемости сыпучих материалов и для борьбы с пылеобразованием (патент РФ 2485156, опубл. 24.10.2011) на основе хлорида кальция и(или) хлорида магния, содержащий ингибирующую добавку, с целью замедления коррозии металлов, он содержит смесь метиленового синего и дигидрофосфата натрия и(или) дигидрофосфата калия.
Недостатки составаявляются слабая устойчивость состава к атмосферным воздействиям, возможное засоление и ухудшение свойств почв при вымывании компонентов состава за счет высокого содержания легкорастворимых солей.
Известен пылеподавитель для обработки мелкозернистых материалов (патент РФ № 2690925,опубл. 23.08.2018) с гликольсодержащим реагентом, причем в качестве гликольсодержащего реагента используют пылеподавитель калийных солей, кроме того, пылеподавитель дополнительно содержит формальдиоксановый спирт, карбоксиметилцеллюлозу и смачиватель ОП-10.
Недостатками данного пылеподавителя являются многокомпонентность состава и большое различие в молекулярных массах компонентов, приводящие к необходимости постоянного перемешивания состава.
Известен смачиватель (патент РФ 2689469, опубл. 26.09.2018) для подавления угольной пыли, содержащий олеиновую кислоту, гидроксид натрия, льняное масло и воду.
Недостатком является возможное негативное влияние на состояние водных объектов за счет попадания в них маслянистых компонентов состава и создания на поверхности воздухонепроницаемой пленки.
3
2
2
n
Известен пылеподавитель мелкозернистых сыпучих материалов (патент РФ № 2220182, опубл. 13.12.2000) на основе оксиэтилированных соединений, он содержит смесь монометиловых эфиров полиэтиленгликолейформулыСНО(CHCHO)H, где n - целое число от 2 до 8,средней молекулярной массы 175-195.
Недостатком пылеподавителя является многокомпонентность состава, приводящая к необходимости постоянного перемешивания состава и неравномерности его распыления при нанесении.
Известен состав для контроля пылевыделения и усовершенствования операций с материалом (патент РФ 2704183, опубл. 24.10.2019) принятый за прототип, содержащий: дисперсный материал, поливинилацетат, глицерин, в котором весовое соотношение поливинилацетата к глицерину составляет от 100:1 до 1:100.
Недостатком состава является неэффективность глицерина в качестве средства для контроля пылевыделения, поскольку он неспособен оказывать на дисперсный материал связующее действие.
Техническим результатом является повышение пылеподавляющей способности состава и долговременный эффект закрепления поверхности.
Технический результат достигается тем, что дополнительно содержит полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль и воду при следующем соотношении компонентов, масс.%:
полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль
0,95-1;
поливинилацетат
0,12 - 0,24;
вода
остальное.
Состав для пылеподавления поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - график динамики пыления образцов в лабораторных условиях;
фиг. 2 -график динамики пыления образцов в природных условиях.
Заявляемый состав для пылеподавления, включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие, % масс.:
- полиэтиленгликоль молекулярной
массой 400 г/моль
- 0,95-1,  выпускаемый
по ТУ 2483-167-0575787-2000;
- поливинилацетат
0,12 - 0,24,  выпускаемый
по ГОСТ 18992-80;
- вода
остальное, выпускаемая
по ГОСТ 17.1.1.04-80.
3
2
2
n
Полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль СНО(CHCHO)Hc представляет собой бесцветную вязкую жидкость, с температурой замерзания от -10°С. Неограниченно растворим в воде, нетоксичен, обладает высокой гигроскопичностью, вследствие чего хорошо удерживает влагу и замедляет высыхание пылящих поверхностей. Добавление полиэтиленгликоля молекулярной массой 400 г/моль обеспечивает контроль текстуры и вязкости состава.
2
3
n
Поливинилацетат CHCH(OCOCH) представляет собой сополимер винилацетата с участием этилена, акриловой кислоты, пирролидона, акрилата, винилового спирта, акриламида, дигалоидэтана либо сочетания вышеперечисленных. Поливинилацетат нетоксичен и биоразлагаем, устойчив к старению в атмосферных условиях, обладает высокой адгезией к различным поверхностям, в том числе к пыли; обладает хорошими оптическими свойствами, стоек к действию света при повышенной температуре до 100°С и к температурным воздействиям, износостоек. Молекулярная масса колеблется от 10 000 до 1600 000 в зависимости от условий полимеризации.
Вода должна соответствовать требованием технической воды и не содержать механических примесей.
Поливинилацетат молекулярной массой 400 г/моль как полярный полимер набухает и равномерно распределяется в воде, образуя устойчивую дисперсную фазу. Поливинилацетатная дисперсия выдерживает не менее четырех циклов замораживания - оттаивания при температуре до -40°С. Пленка, образующаяся при высыхании дисперсии, обладает высокой светостойкостью. Несмотря на то, что под действием ультрафиолета и происходит частичная деструкция полимера, она сопровождается рекомбинацией образующихся макрорадикалов и реакциями переноса цепи, в результате чего увеличивается молекулярная масса и соответственно прочность полимерной пленки. Также пленка отличается прозрачностью, хорошей адгезией к различным поверхностям, стойкостью к старению.
Водная дисперсия данных взаимно нерастворимых полимеров приводит к образованию гетерофазной системы - дисперсии поливинилацетата молекулярной массой 400 г/моль в матрице полиэтиленгликоля. Повышенная вязкость смесей полимеров в условиях эксплуатации обеспечивают высокую стабильность таких гетерофазных систем. Данный раствор на основе смесей полимеров характеризуется большей долговечностью, чем у растворов на основе индивидуальных полимеров.
На пылящие поверхности растворы полиэтиленгликоля и поливинилацетата молекулярной массой 400 г/моль могут наноситься с помощью дренчерной установки.
Способ поясняется следующими примерами. В качестве доказательства эффективности разработанных составов для пылеподавления использовались три различных пылящих фракции отобранные с карьера по добычи строительного камня: фракция 1 (1 - 100 мкм); фракция 2 (10 - 1000 мкм) и фракция 3 (80 - 2000 мкм).
Пример 1. С использованием лабораторной установки в аккредитованном Центре коллективного пользования Горного университета проводился ряд экспериментов с различными концентрациями поливинилацетата молекулярной массой 400 г/моль и полиэтиленгликоля, а также контрольный эксперимент с использованием воды, без добавок смеси полимеров с различными фракциями пылящего материала: 1 - 100 мкм; 10 - 1000 мкм и 80 - 2000 мкм.
Для определения эффективности использования состава для пылеподавления использовалась специально разработанная на базе Горного университета экспериментальная установка. Установка включает в себя экспериментальный бункер-пылеподавитель размерами 120×100×150 см, в который нагнетается воздух для моделирования движения воздушных масс различными скоростями. Степень запыленности воздуха в бункере определяется с помощью анализатора пыли атмосферного мониторинга DustTrak 8533, принцип работы которого основан на методе лазерной нефелометрии.
2
Составами для пылеподавления обрабатывали образцы трех различных фракций: 1 - 100 мкм; 10 - 1000 мкм и 80 - 2000 мкм. Расход составлял 100 мл/м. Эксперимент проводился при следующих условиях среды: температура воздуха +22°С, давление 770 мм рт.ст., влажность воздуха 35%, скорость воздушного потока до 3 м/с.
В качестве контрольного образца использовалась вода(без добавок). Пылеподавление водой имеет краткосрочный эффект. По мере ее высыхания в течение одного - двух часов концентрации пыли в воздухе достигают показателей сухих образцов, за счет отсутствия у воды эффекта закрепления поверхности.
В ходе эксперимента навеска пылифракции №1(1 - 100 мкм)массой 10 г равномерно распределялась по площадке 25×25 см, расположенной в центре бункера, на нее распылителемнаносилсяисследуемый состав для пылеподавления, бункер герметично закрывался и одновременно с подачей воздуха запускался в работу анализатор пыли. Длительность каждого эксперимента составляет 60 минут, что позволяет определить не только мгновенную эффективность снижения запыленности воздуха в бункере, но и проследить динамику изменения запыленности воздуха по мере испарения выбранного состава для пылеподавления. При экспериментах с фракцией №1 наблюдается наиболее сильное пыление за счет очень мелкого размера частиц, которые долгое время остаются взвешенными в воздухе.
Для следующего эксперимента навеска пылифракции №2(10 - 1000 мкм) массой 10 г равномерно распределялась по площадке 25×25 см, расположенной в центре бункера, на нее распылителем наносился исследуемый состав для пылеподавления, бункер герметично закрывался и одновременно с подачей воздуха запускался в работу анализатор пыли. Длительность каждого эксперимента составляет 60 минут, что позволяет определить не только мгновенную эффективность снижения запыленности воздуха в бункере, но и проследить динамику изменения запыленности воздуха по мере испарения выбранного состава для пылеподавления.
Третья серия экспериментов проводилась с фракцией №3 (80 - 2000 мкм). Для этого навеска пыли массой 10 г равномерно распределялась по площадке 25×25 см, расположенной в центре бункера, на нее распылителем наносился исследуемый состав для пылеподавления, бункер герметично закрывался и одновременно с подачей воздуха запускался в работу анализатор пыли. Длительность каждого эксперимента составляет 60 минут, что позволяет определить не только мгновенную эффективность снижения запыленности воздуха в бункере, но и проследить динамику изменения запыленности воздуха по мере испарения выбранного состава для пылеподавления. При экспериментах с фракцией №3 наблюдается наименее сильное пыление за счет крупного размера частиц, которые практически не поднимаются в воздух.
Результаты лабораторного эксперимента представлены в таблице 1. На фигуре 1 показано изменение концентрации пыли на протяжении всего лабораторного эксперимента.
Таблица 1 - Результаты эксперимента в лабораторных условиях
№ п/п
Состав
Пылящая фракция, мкм
Средний размер частиц, мкм
Концентрация пыли, мг/м<sup>3</sup>
Эффективность по сравнению с сухими образцами, %
Эффективность по сравнению с водой, %
1
поливинилацетат (0,06%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (0,95%),вода - остальное
1 - 100
51
3,38
87,74
41,71
2
поливинилацетат (0,12%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (0,95%),вода - остальное
1 - 100
51
1,74
98,84
75,14
3
поливинилацетат (0,12%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (1%), вода - остальное
10 - 1000
96
0,99
98,34
74,26
4
поливинилацетат (0,12%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (1%), вода - остальное
80 - 2000
208
0,75
98,51
75,08
5
поливинилацетат (0,24%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (0,95%),вода - остальное
1 - 100
51
1,48
99,01
78,85
6
поливинилацетат (0,24%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (1%), вода - остальное
10 - 1000
96
0,82
98,65
78,66
7
поливинилацетат (0,24%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (1%), вода - остальное
80 - 2000
208
0,64
98,87
78,92
8
Вода (контроль)
1 - 100
51
7,01
85,32
0
В соответствии с представленными выше результатами, наилучшую эффективность закрепления пылящих поверхностей показывает раствор с концентрацией поливинилацетата 0,12-0,24% и 0,95-1% полиэтиленгликоля молекулярной массой 400 г/моль.
Пример 2. Эксперимент в природных условиях проводился с такими же концентрациями поливинилацетата и полиэтиленгликоля молекулярной массой 400 г/моль как в примере 1. Эксперимент проводился при следующих условиях среды: температура воздуха +12°С, давление 765 мм рт.ст., влажность воздуха 62%, скорость воздушного потока до 4 м/с.
2
В качестве экспериментальной площадки при эксперименте с фракцией №1 (1 - 100 мкм) использовалась промышленная площадка дробильно-сортировочного цеха. Обработка поверхности проводилась с использованием дренчерной установки. Обработке составом для пылеподавления подвергался участок площадью 10×10 м. Расход состава для пылеподавления составлял 200 мл/м.
2
В качестве экспериментальной площадки при эксперименте с фракцией №2(10 - 1000 мкм) использовалсяучасток внутрикарьерных дорог. Обработка поверхности проводилась с использованием дренчерной установки. Обработке составом для пылеподавления подвергался участок площадью 10×10 м. Расход состава для пылеподавления составлял 200 мл/м.
2
В качестве экспериментальной площадки при эксперименте с фракцией №3 (80 - 2000 мкм)использовалась площадка на отвале отсевов. Обработка поверхности проводилась с использованием дренчерной установки. Обработке составом для пылеподавления подвергался участок площадью 10×10 м. Расход состава для пылеподавления составлял 200 мл/м.
Результаты эксперимента представлены в таблице 2. На фигуре 2 показано изменение концентрации пыли в воздухе на протяжении всего промышленного эксперимента.
Таблица 2 - Результаты эксперимента в полевых условиях
№ п/п
Состав
Пылящая фракция, мкм
Средний размер частиц, мкм
Средняя концентрация пыли, мг/м<sup>3</sup>
Эффективность по сравнению с сухими образцами, %
Эффективность по сравнению с водой, %
1
поливинилацетат (0,06%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (0,95%), вода - остальное
1 - 100
51
5,39
69,52
41,03
2
поливинилацетат (0,12%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (0,95%), вода - остальное
1 - 100
51
2,76
88,73
67,15
3
поливинилацетат (0,12%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (1%), вода - остальное
10 - 1000
96
2,13
88,34
66,86
4
поливинилацетат (0,12%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (1%), вода - остальное
80 - 2000
208
1,77
88,17
66,19
5
поливинилацетат (0,24%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (0,95%), вода - остальное
1 - 100
51
2,49
90,12
70,28
6
поливинилацетат (0,24%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (1%), вода - остальное
10 - 1000
96
1,94
89,65
69,65
7
поливинилацетат (0,24%), полиэтиленгликоль молекулярной массой 400 г/моль (1%), вода - остальное
80 - 2000
208
1,62
88,97
69,83
8
Вода 100% (контроль)
1-100
51
9,28
63,71
-
В соответствии с представленными выше результатами, наилучшую эффективность закрепления пылящих поверхностей показывает состав для пылеподавления с концентрацией поливинилацетата 0,12-0,24% и 0,95-1 % полиэтиленгликоля молекулярной массой 400 г/моль.
Эффективность пылеподавления при концентрации поливинилацетата менее 0,12% почти в два раза ниже и при концентрации 0,06% эффективность пылеподавления достигает лишь 41%.
Использование предлагаемогосостава для пылеподавления позволяет снизить пыление мелкозернистых материалов (строительные материалы, зола, уголь, шлаки, калийные и другие удобренияи т.п.) до 98% по сравнению с необработанными материалами. За счет высокой пылеподавляющей способности и образовании на поверхности полимерной пленки исключается возможность повторного пыления.