МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР

Государственный дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт

ГИПРОДОРНИИ

РУКОВОДСТВО

ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕСУРСОВ МЕСТНЫХ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕНТРАЛЬНОМ, УРАЛЬСКОМ И ПОВОЛЖСКОМ ЭКОНОМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ

Москва 1981

МИНИСТЕРСТВО АВТОМОШГШЛ ДОРОГ РСФСР

ГОСУдарственны: ДОРОШи' ПР0Ет04!ЗиС^ТШСКИ 1 И НАУЧНО^ССВДОВАТЕЛЪСКИ'! ИНСТИТУТ ГИПРОДОРНИИ

РУКОВОДСТВО

ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕСУРСОВ МЕСТНЫХ ПРОТШОГОДОЛЕЛШХ ХИМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В ЦЕНТРАЛЬНОМ, УРАЛЬСКОМ И ПОВСИШЮМ ЭКОНОМИЧЕСКИХ РА ЮНА)

Утверждено

Минавтодором РСФСР Протокол №9 от 09.04. 1961г.

Москве

рассолы имеют широкое распространение. Они отмечаются вв обшр-но& территории х западу от Урала» и бассейнах Волги» Камы» Саперной Двины» в Прикарпатье» Предкавказье, а такие в Средней Азии и Восточной Сибири (рис. 2). Ресурсы рассолов практически не ограничены. Их запасы только в центральных областях Европейской части РСФСР составляют около 2 тыс.км³.

2.10. Природные подзеыные рассолы добывают из скв8хин. В зависимости от характера залегания рвссольвых горизонтов глубине скважин колеблется от нескольких сотен метров до 2-3 км. Каждая глубокая скважина может дать жидких хлоридов в количестве, достаточном для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных ^ дорогах протяженностью 500-1000 км.

При правильной эксплуатации срок службы глубокой скважины 20-30 лет. Себестоимость    добычи    1    м³    рассола    не    превышает

0,3-0»5 руб. Стоимость бурения и оборудования рассольной скважины окупается за 2-3 года работы.

3. РЕСУРСЫ МВСТНШ ХЛОРИДОВ UBHTPAilbHDrO,

УРАЛЬСКОГО И ПОВОЛЖСКОГО эконошчвских РАЙОНОВ

3.1.    Местные ресурсы жидких хлоридов в Центральном экономической р-не составляет главным образом подземные природные рассолы, которые поднимается на поверхность по скважинам.

В Центральном экономическом р-не добыча всех эксплуатируемых скважин составляет 335 тыс.т соли в год. Из этого количества организациями - владельцами скважин используется 38# соли. Большая часть (около 200 тыс.т) может быть использована для нужд дорожной отрасли народного хозяйстве (табл.5).

3.2.    В пределах Уральского экономического р-на местными ресурсами жидких противогололедных хлоридов является в основном природные подземные рассолы» откачиваемые здесь на поверхность вместе с нефтью на нефтяных месторождениях, а также озерные рассолы (табл.6). На территории этого районе зарегистрировано 60 соляных озер. Они размещается в степной зоне Зауралья -в западной части Челябинской обл. и ва юге Курганской обл. _v а также у г.Соль-Илецка в Оренбургской обл. В этих соляных озерах, заполненных рассолом (рапой), содержится в растворенном виде огромное количество разнообразных солей, среди которых преобладает хлоридный тип.

В настоящее время на нефтепромыслах рвссол составляет от 20 до 80# объема добываемой нефти; 50-70# этого количества закачивается в нефтяные пласты, а остальное - не используется.

Большой объем рассолов хлористо-натриевого и хлористо-кальциевого состава имеется в виде отхода на предприятиях йодо-бромной и содовой отраслей промышленности.

3.3.    В Поволжском экономическом р-не местные ресурсы жидких противогололедных хлоридов (табл.1) составляет в основном высококонцентрированные подземные рассолы, откачиваемые вместе с нефтью. На 58-ми объектах (из 62-х выявленных) добыча подземных рассолов производится нефтяниками. Общий объем добычи - приблизительно 140 млн.м³ в год, из них примерно 40 млн.м³ в год остаются неиспользованными. Кроме того, в Башкирской АССР

II

Таблице 5

Ресурсы жидких хлоридов Центрального экономического района

необходимой для борьбы с зимней скользкостью, произведен для дорог (шириной 7 м) с усовершенство ванным покрытием, протяженность которых взята по состоянию на 1978 г.

It

Табяаца 6

(г.Стерджтамак) от содового производства обрезается 19 iuu.M⁹/r отходе в виде дистжллерной жидкости (16%-й рассол хлористо-кальциевого состава) из которых 11,7 идя.и⁸    не использует

ся.

В пересчете ва твердое вещество общий объем местиых ресурсов хлоридов в неиспользуемом количестве рассолов по рассматриваемым областям данвого экономического района составляет 9 млн. т в год.

Таблице 7

Ресурсы жидких хлоридов Поволжского экономического районе

3.4. Данные о местных ресурсах хлоридов по каждому объекту в отдельности указаны е каталоге (прилои. I), где одновременно даны и другие показатели.

4. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ лВДШ ХЛОРИДОВ

4.1. Возможность борьбы с зимней скользкостью с помощью

ПРВДИСЛОВИЕ

В настоящем "Руководстве" приведены характеристики жидких хлоридов, являющихся широко распространенным местным противогололедным материалом и рекомендации по их использованию, а также каталог местных хлоридов Центрального, Уральского и Поволжского экономических районов.

В каталоге указаны местоположение, физико-химические свойства и ресурсы каждого в отдельности источника возможного получения местных хлоридов для нужд дорожников. Дан пример расчета экономической эффективности использования жидких хлоридов при борьбе с зимней скользкостью не автомобильных дорогах.

Руководство разработано ст.научным сотрудником Л,М.Рудаковым.

В исследованиях и составлении каталоги местных хлоридов принимали участие: канд.хим.наук В.И.Мазеповэ, инж.Л.М.Рудаков, Н.А.Горшкова (Гипродорнии); кянд.геогр.наук И.С.Лобурцев, канц. с-х. наук О.А.Ожигэново, инж.Л.А.Шэйдурова (Свердловский филиал); канд.техн.наук З.В.Швайко, инженеры Т.И.Азимова и В.Н. Игнатш, В.Д, Бурмистрова (Саратовский политехнический ин-т).

Замечания и предложения по данному руководству следует направлять по адресам: 109069, Москва, £-89, наб.Мориса Тореза, 34, Гипродорнии и 129301, Москва, ул.Бочкова,4, Главное производственно-техническое управление Минавтодора РОФСР.

Зам.директора по научной работе д-р техн.наук

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1*1. Химический способ борьбы с зимней скользкость» на автомобильных дорогах требует огромного и с каждым годом увеличивающегося количества противогололедных химических веществ. Получение их в требуемом объеме из-за рядв причин ограничено.

1.2.    Основная цель представленных в руководстве результатов исследований - освоение дорожно-эксплуатационными организациями новых резервов для расширенного внедрения химического способа, являющегося на современном этвпе наиболее прогрессивным.

1.3.    К местным материалам относятся противогололедные химические вещества, источники получения которых размещаются вблизи автомобильных дорог. Эти вещества по своим физико-химическим свойствам и экономической эффективности позволяют отказаться от употребления фондируемых материалов.

1.4.    В номенклатуру местных противогололедных химических веществ входят жидкие и твердые хлориды с преобладанием солей хлористого натрия, хлористого кальция, хлористого магния.

Выбор этих солей в качестве противогололедного материала обосновывается тем, что их растворы, не замерзающие при отрицательных температурах, эффективно плавят лед и по своим ресурсам, распространению, стоимости и другим факторам находятся вне конкуренции по сравнению со многими другими реагентами, взаимодействующими со льдом.

1.5.    Кроме борьбы с зимней скользкостью местные хлориды могут такие найти практическое применение для устранения условий дылеобразования на переходных и низших типах дорожных покрытий; предупреждения замерзания и размораживания грунтов при разработке котлованов и карьеров зимой; добавки в холодный бетон, а также в смесь, употребляемую для устройстве основания при строительстве дорог е период с отрицательными температурами.

1.6.    По распространению, количеству месторождений и объему возможного использования в Центральном, Уральском и Поволжском экономических районах значительно преобладают хлориды

в жидком виде. В настоящее время эти материалы дорожники используют весьма ограниченно. Однако по сравнению с твердыми хлоридами оми обладают многими достоинствами и преимуществами. Поэ-

3

тому в руководстве рассмотрены вопросы, связанные с примененном жидких хлоридов*

2. ХАРАКТШСТШи ЖИДКИХ ХЖ)РИД)В

2.1* Противогололедные жидкие хлориды (рассолы) характеризуются многообразием свойств* Их различают по происхождению» качественному и количественному составу и по физическим свойствам.

2.2. По происхождению жидкие хлориды подразделяют на четыре вида: природные подземные; искусственные подземные; озерные; промышленные отходы.

Природные подземные хлориды в жидком виде образуются в результате естественного выщелачивания растворимых солей из горных пород подземными водами* Они размещаются в пределах обширных артезианских бассейнов, залегают на различных глубинах под землей (и в отдельных случаях выходят на поверхность в виде соляных источников)* Их добыча для различных деле! производится по скважинам.

К искусственным относятся жидкие хлориды» которые образуются вследствие растворения залежей каменной соли водой» нагнетаемой в соляной пласт через скважины.

Образование жидких хлоридов в озерах (а также в заливах» лиманах) происходит вследствие естественного выпаривания воды* Соляные озере отмечаются в приморских и континентальных бессточных котлованах и размещаются на обширных пространствах в южных районах Советского Союза» где величина испарения преобладает над количеством выпадающих атмосферных осадков*

Промышленные отходы с содержанием хлористых содей подучают на предприятиях ряда отраслей.

2.3* По химическому составу жидкие противогололедные материалы могут быть одно- и многокомпонентными. К однокомповент-вым (однородным) относятся высококонцентрировавные растворы хлористо-натриевого составе» получаемые на рассодопромыслах путем искусственного выщелачивания подземных залежей ископаемой каменной соли» а такие хлориото-кальциевого и хлористо-магниевого составов» выпускаемые в виде готовой продукции или побочного продукта и отхода промышленности* Иногда эти растворы

помимо основных веществ содержат другие соли» количество которых обычно не превышает 4-5%.

Ьодышш разнообразием химического состава характеризуются природные подземные и озерные месторождения жидких хлоридов. Разнородность состава обусловлена катионами натрия - Л6Г » магния - Mg** » кальция -    и    анионами    хлора - ^

сульфата - SO^ , гидрокарбоната - HCOg . Эти шесть элементов - наиболее распространенные и относятся к главным. Кроме них в растворах указанных месторождений содержатся микроэлементы: калий - К» бром - Br _f йод - CJ _$ фтор - F , литий -Li и многие другие. Количество всех микроэлементов не превышает 0,5% и поэтому химический состав и свойства природных растворов определяют главные элементы.

Количественное соотношение главных элементов зависит от многих факторов:    возраста и происхождения раствора» района его

распространения и места залегания» степени ыетаморфизвции» характера вмещающих пород и др. Видовой состав этих многокомпонентных растворов определяет соль» растворенная в преобладающем количестве.

2.4. До величине минерализации в гидрохимии и гидрогеологии все воды подразделяются на три группы: пресные» соленые и рассольные. Жидкие противогололедные хлориды относятся к группе рассолов. Последние делятся на четыре подгруппы (табл. I)

Таблица I

Подразделение рассолов по степени минерализации

S

Величина минерализации Свес. %) насыщенных рассолов при резной температуре

2.5. Плотность жидких хлоридов находится в зависимости от концентрации. С повышением концентрации она растет и максимального значения достигает у насыщенных растворов. По плотности раствора можно, не производя химического анализа, определить концентрации растворенных солей. Наиболее быстрый и простой метод определения концентрации с помощью денсиметров. Показание шкалы денсиметра на уроьне поверхности растьора соответствует его плотности при данной температуре. По величине плотности соответствующая концентрация определяется по табл.З.

Концентрация рвссолов при развой их плотности

Относительная плотность всех жидких хлоридов Оодыое единицы. Наибольшая величина плотности у насыщенных растворов. У хлористо-натриевого рассола при температуре 20°С она равна 1,2, хлористомагниевого - 1,32 и хлористо-кальциевого - 1,4 г/см³.

2.6.    Вязкость рассолов возрастает с увеличением концентрации растворенных в них солей. Но гораздо большее влияние оказывает температура, с повышением которой вязкость снижается. Например, 20$-й хлористо-натриевый расоол при температуре 25°С имеет величину динамической вязкости почти в 4 раза меньше, чем при 15°С. Высококонцентрированвые рассолы хлористо-кальциевого состава обладает белее высокой вязкостью, чем хлористо-натриевые.

2.7.    Эвтектическая точка, отвечающая наименьшей температуре существования жидкой фазы, у каждого вида противогололедного хлорида имеет свое определенное значение. При достижении эвтектической температуры раствор замерзает полностью, образуя смесь из льда и твердой соли, жидкие хлориды однородного химического состава имеют следующую температуру замерзания (табл. 4).

В интервале отрицательных температур от 0°С до эвтектической точки понижение температуры раствора пропорционально концентрации растворенного веществе. Значения величин температуры замерзании дда трех видов жидких противогололедных хлоридов при

7

. Диаграмма изменения температуры замерзания хлоридов и их фазового состояния:

I- ыицсое состояние; Е - с^есь льда и соли;

-----McQi    ;

—_ _    Сг'01_а:

>JlgCL₂

развой их концентрации показвны на диаграмме (рис. I).

Для рассматриваемых хлоридов эта диаграмма отражает также их фазовое состояние, зависимое от температуры и концентрации.

При температуре замерзания, соответствующей определенной концентрации, происходит в отличие от воды не полное, а лишь частичное замерзание рассола (вернее его растворителя). По мере понижения температуры количество льда в рассоле растет, а количество рассола уменьшается (одновременно увеличивается его концентрация) до полного замерзания рассола, что и происходит при эвтектической температуре.

2.Р. Активность коррозионного воздействия жидких хлоридов на металлические части автомобилей Еыше, чем у пресной воды.

Она характеризуется водородным показателем pH. В нейтральной среде величина pH равна 7, в кислых средах меньше 7 и тем меньше, чем выше кислотность, а в щелочных средах больше 7 и тем больше, чем выше щелочность. В кислой среде коррозия протекает быстрее,чем в щелочной, и поэтому с понижением значения pH действие коррозии усиливается.

Изменение коррозионной активности жидких хлоридов существенно зависит от количества кислорода в растворе и концентрации солей* С увеличением концентрации содержание кислорода снижается.

2.9. На территории Советского Союза природные (подземные естественного и искусственного происхождения, а также озерные)

9