環(huán)保型融雪劑新工藝及產(chǎn)品性能研究

薛玉婷 孫衍忠 周斌(地礦集團格爾木鹽湖資源開發(fā)有限公司，青海 格爾木 816099)

1 融雪劑原理

融雪劑就是利用鹽水的凝固點比水的凝固點低的特點，融雪劑溶于冰(雪)后，其冰點在零度以下，以降低冰雪融化的溫度，用來使冰雪快速融化或者使新雪不能結(jié)冰的試劑，是一種化學(xué)品。

2 融雪劑分類

市場上規(guī)模銷售的融雪劑產(chǎn)品按照成分可以分為三大類：非氯鹽融雪劑、氯鹽融雪劑和混合型融雪劑等。

2.1 非氯鹽融雪劑

該類融雪劑主要是醋酸鹽或胺、醇類有機物水溶液，是一種環(huán)保型可生物降解的融雪劑新產(chǎn)品，具有融點低、融雪效果好，對金屬和混凝土材質(zhì)基本沒有腐蝕等優(yōu)點，但價格昂貴，一般僅用于機場和飛機機翼等重要場所或有特殊要求的設(shè)備除霜、除雪。由于成本原因，在大范圍的道路融雪方面無法進行廣泛使用。

2.2 氯型融雪劑

主要是氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等一種或幾種氯化物的混合物，俗稱“化冰鹽”。優(yōu)點是融雪效果好，可以在-35℃以下實現(xiàn)冰雪的消融，原料來源豐富、價格便宜，僅相當(dāng)于有機類融雪劑價格的1/10，而且施工作業(yè)流程和設(shè)備簡單，能滿足大范圍大厚度降雪后的高效、迅速恢復(fù)交通的要求，所以被國內(nèi)外廣泛使用；缺點是氯鹽型融雪劑使用不當(dāng)會對鋼筋、混凝土等基礎(chǔ)設(shè)施的有一定的腐蝕性，對樹木和綠地等植被有一定影響。

2.3 混合融雪劑

指氯鹽融雪劑+非氯鹽融雪劑、或者氯鹽融雪劑+非氯鹽融雪劑+緩蝕劑等?；旌闲腿谘﹦├昧寺塞}融雪劑成本低、原料易得等優(yōu)勢，也利用了有機融雪劑低腐蝕、環(huán)境友好等優(yōu)勢，對鋼筋、混凝土腐蝕性比氯鹽融雪劑低，環(huán)境影響較小，對植被傷害程度較輕。在成本可接受的情況下，是一種前景較好的融雪劑產(chǎn)品。

3 資源現(xiàn)狀

本研究依托霍布遜鹽湖豐富的鎂資源，近年來受鎂鹽綜合利用工藝技術(shù)研究滯后和對鎂鹽市場定位不明確等因素的影響，對該湖區(qū)的鎂資源的深度開發(fā)利用進程緩慢，目前公司已累積水氯鎂石1500余萬噸。以水氯鎂石為主原料生產(chǎn)融雪劑，具有原料易得、生產(chǎn)工藝簡單、對設(shè)備要求不高、操作環(huán)境清潔、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，具有很強的競爭優(yōu)勢，且符合鹽湖公司自身的發(fā)展需要和鎂鹽產(chǎn)品市場的需求特點，具有良好的發(fā)展前景。

以水氯鎂石為主原料，研究開發(fā)符合國標(biāo)要求且能滿足綠色環(huán)保要求的融雪劑產(chǎn)品。關(guān)于“環(huán)保型”融雪劑的提法，人們當(dāng)前的關(guān)注點是融雪劑滲進橋體導(dǎo)致鋼筋加速銹蝕問題和融雪劑損傷路旁花木植物問題，能解決這兩個問題的融雪劑就屬于“環(huán)保型”的概念。

目前融雪劑生產(chǎn)工藝中都存在對物料的加熱工序(熱源大多為煤)，因國家環(huán)保政策的要求這種工藝被叫停，熱源要求為低耗能熱源。本次研究的攻關(guān)點為工藝流程中減少或取消加熱工序的可行性；配料及比例不同的融雪劑產(chǎn)品經(jīng)濟可行性。

4 試驗部分

4.1 利用鹽湖氯化鎂生產(chǎn)融雪劑產(chǎn)品的新工藝

以霍布遜鹽湖水氯鎂石(MgCl2·6H2O)為主原料，不同緩釋劑為輔料，研究開發(fā)符合國標(biāo)要求且能滿足綠色環(huán)保要求的融雪劑產(chǎn)品。生產(chǎn)工序中不進行烘干工序，即生產(chǎn)中直接對配料完成的原料直接進行造粒。由于氯鹽類融雪劑對鋼筋、混凝土、路邊綠化帶、地下水管道等有一定的腐蝕破壞作用，所以在主原料水氯鎂石中加入了緩蝕劑，根據(jù)對各緩蝕劑的緩蝕效果分析，磷酸鹽、葡萄糖酸鹽和鋅鹽有良好的緩蝕效應(yīng)，為了增加作物的營養(yǎng)成分，選用硫脲和尿素作為緩蝕劑之一。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

4.2 融雪劑產(chǎn)品及性能

為了考查和評價上述工藝生產(chǎn)的融雪劑產(chǎn)品的品質(zhì)和性能，對該產(chǎn)品進行了檢測分析，并做了野外路面融雪試驗。根據(jù)國標(biāo)GB/T 23851—2017，檢測結(jié)果如表1所示。

(1)固體溶解速度分析。從表1樣品固體溶解速度可得樣品的固體溶解速度隨緩蝕劑的加入量增加而有所降低，但所有樣品的該指標(biāo)都優(yōu)于國標(biāo)要求。3號試驗樣品加入氯化鈣30%，因氯化鈣溶解時的放熱性提高了樣品的固體溶解速度指標(biāo)；光鹵石的加入使固體溶解速度有所下降驗證了KCl、MgCl2、CaCl2的溶解度增加的化學(xué)性質(zhì)。

表1檢測分析結(jié)果表

(2)相對融雪化冰能力分析。從表1樣品相對融雪化冰能力檢測數(shù)據(jù)可以看出，是否添加緩蝕劑對融雪劑的相對融雪化冰能力影響不明顯。

(3)對碳鋼腐蝕性分析。從表1樣品碳鋼腐蝕率可看出抑制腐蝕作用隨緩蝕劑加入量的增大而增加。其中9號、8號試驗樣品在不加入緩蝕劑的情況下碳鋼腐蝕率較小，而對應(yīng)的兩個試驗樣品中加入的光鹵石量是遞增的，2號、10號、7號試驗樣品中光鹵石具有同樣的效果，說明光鹵石對碳鋼腐蝕也有抑制作用；樣品總體均符合國標(biāo)要求，其中3號、6號試驗樣品中未添加緩蝕劑；6號試驗樣品緩蝕劑添加量為磷酸二氫鋅1.5%；葡萄糖酸鈉9.0%；硫脲4.5%(最多)，1號試驗樣品緩蝕劑添加量為磷酸二氫鋅1.0%；葡萄糖酸鈉6.0%；硫脲3.0%；2號試驗樣品緩蝕劑添加量為磷酸二氫鋅0.5%；葡萄糖酸鈉2.0%；硫脲1.0% 。從圖中可得緩蝕劑的加入對碳鋼腐蝕率有明顯的抑制作用。

(4)對植物生長的影響分析。從表1植物種子受害率可知，試驗樣品中隨著葡萄糖酸鈉含量的增加植物相對受害率指標(biāo)增大，葡萄糖酸鈉做為緩蝕劑不宜添加過多。6號樣品中加入的硫脲為4.5%，對植物相對受害率指標(biāo)改善影響明顯。

由檢測分析結(jié)果表1可知，不同百分含量的融雪劑pH介于6～10之間，偏酸性會增加對碳鋼的腐蝕。綜合成本考慮2號樣品，成本較低，且碳鋼腐蝕率為0.019mm/a，植物種子相對受害率為36.0%，融雪劑溶液對植物種子的發(fā)育影響較小。故確定緩蝕劑的添加量為磷酸二氫鋅0.5%；葡萄糖酸鈉2.0%；硫脲1.0%較為合適。由檢測結(jié)果可知，對造粒后融雪劑產(chǎn)品的融雪化冰能力、對碳鋼的腐蝕作用、pH值、植物種子的受害作用等幾項主要指標(biāo)進行評價分析。該融雪劑產(chǎn)品的固體溶解速度最大能達(dá)到41.4g/min；相對融雪化冰能力能達(dá)到93.9%； pH值在6～7之間，呈中性；碳鋼腐蝕率0.042mm/a；植物種植相對受害率38.6%；重金屬Hg、Cb、Cr、Pb、As均未檢出，融雪劑產(chǎn)品均符合國標(biāo)要求。

4.3 野外融雪試驗

試驗條件為：在格爾木地區(qū)下雪后在野外不同地段、路面進行了現(xiàn)場融雪試驗，現(xiàn)場溫度-15℃左右，雪厚度3cm左右。從現(xiàn)場的試驗情況看，樣品的融雪效果良好，現(xiàn)場融雪試驗如圖2所示。從現(xiàn)場的融雪情況，可以看出融雪劑灑在柏油路面后，融雪效果明顯，大概十幾分鐘基本融完?？梢钥闯鋈谘﹦┊a(chǎn)品具有融雪時間短，見效快的特點。其中經(jīng)車輛碾壓后受到外力的影響，路面融雪效果更加顯著。但是由于融雪劑產(chǎn)品是人工散撒，存在散撒不均問題，可能造成融雪劑浪費。

圖2 現(xiàn)場融雪試驗

5 結(jié)語

本次研究以霍布遜鹽湖水氯鎂石為主原料，緩蝕劑為輔料，通過工藝改進生產(chǎn)出融雪劑產(chǎn)品，最終確定的工藝過程簡單、能源消耗低、可有效降低生產(chǎn)成本，所生產(chǎn)的融雪劑產(chǎn)品符合國標(biāo)2017《融雪劑》的要求，產(chǎn)品的相對融雪化冰能力強，對碳鋼的腐蝕效率和植物種子相對受害率較低，能有效降低對道路橋梁和路面植物的破壞，產(chǎn)品適用于冬季路面融雪。由于受地區(qū)區(qū)域限制，格爾木地區(qū)冬季降雪量較小，產(chǎn)品的野外融雪融冰試驗還需進一步研究，以確定融雪劑產(chǎn)品的具體使用量及參數(shù)。