Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Связывание пыли экологически безопасными составами веществ на открытых пылящих поверхностях угледобывающих предприятий

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Связывание пыли экологически безопасными составами веществ на открытых пылящих поверхностях угледобывающих предприятий"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем комплексного освоения недр

На правах рукописи

СКОПИН Андрей Николаевич

УДК 622.807

СВЯЗЫВАНИЕ ПЫЛИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫМИ СОСТАВАМИ ВЕЩЕСТВ НА ОТКРЬГСШ ПЫЛЯЩИХ ПОВЕРХНОСТЯХ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 11.00.II.-"Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МССКВА - 1993

Paöova выполнена в Карагандинском государственном университете им. Е.А. Букеогова

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Кудряшов В.В.

доктор технических наук, профессор Цыцура A.A.

Официальные оппонента:докчор технических наук, профессор Кирин Б.Ф.

кандидат технических наук, с.и.с. Папичев В.И.

Зед$щая организация: Казахский государственный научно-исследо -

вательский институт по безопасности работ в горной промышленности ( КапНИИБГП ).

■Защита диссертация состоит сл 1993 года

о часов на заседании специализированного совета

Д 003.20.02 в Институте проблем комплексного освоения недр РАН по адресу : 111020, г. Москва, Крюковский тупик, А ..

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан " ^ " ../ii^/ls'/!_ 1993 г.

ученый секретарь

специализированного Соьэтя ^ ij Э.А.Шрадор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ

Актуальность темы. Для борьбы с пылью рекомендовано много пьтесвязывающих составов на основа высокомолекулярных соединений (ВМС), поверхностно-активных веществ (ПАВ) нефтепродуктов, солей. Однако, в практике применяются- немногие из них, так как не учитывается ряд аспектов их действия, например, экологических, санитарно-гигиенических и других. Отсутствие комплексных оценок действия пылесвязыеакцих составов, научной основы для их систематизации является серьезным препятствием для их эффективного применения

В существующих физических моделях пьиевэметывания не учитывается изменение силы взаимодействия частиц при модификации их поверхности химическими веществами. Такой механический подход искажает реальную картину, так как противоречит экспе^рииентальным фактам и не позволяет описать действие веществ разной природы на пыяеевязывание. Решение этих вопросов является актуальной зада -чей и требует проведения специальных научных исследований.

Цельп работы является разработка способа и методики выбора экологически безопасных пьшесвязнващюс составов для пылящих поверхностей угледобьгеащи* предприятий.

Идея работы заклвдаетсл в целенаправленном управления ауто-гезионнътм взаимодействием частиц пьиящнг материалов при их обработке химическими веществами с учетом взаимосвязей природы ве -ществ, их пылесвяэывшицих свойств и биологической опасности.

Защищаемые научные положения

- первичное и вторичное пьлеобразование на открытых поверхностях определяются рядом структурированных состояний пылящего материала: гидрогеля, ксерогеля, азрогеля;

- пьиесвязыващие свойства веществ закономерно связаны с их природой, характеризуемой полярностью и молекулярной массой полимерных свяэуйцих, наличием функциональных групп полимеров и ПАВ диаметром катиона солей;

- уровень экологической опасности пылесвязызпющих вещоств обусловлен наличием в их составе специфических функциональных групп (полимеры.иПАЧ ) и диаметром катиона солей;

- основным критерием выбора веществ для связывания пыли яз-ляется комплексный показатель, включающий показатели пылеегшяьша-кщего и экологического действия веществ и экономическую оценку технологий пылесвязывакия.

- методика выбора пшесвязывающих веществ основана на использовании установленных критериев комплексной оценки веществ с учетом конкретных производственных требований.

Научная новизна

- установлена зависимость пшесвязывающих свойств веществ от уровня полярности и молекулярной массы полимерных связующих, пали-чин отдельных функциональных групп полимеров и ПАВ, диаметра катиона солей;

- дала оценка экологического действия пшесвязывающих веществ применительно к процессам биологической рекультивации;

- предложен комплексный показатель для выбора пыяесвязывао-щих веществ, представляющий собой линейную комбинации из отдельных показателей пылесвязывающего и экологического действия веществ и показателей экономической оценки применения этих веществ;

- разработан новый научно-методический подход к составлению композиций пшесвязывающих веществ.

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей пылесвязывающего и биологического действия веществ от их природы и в разработке на основе этих зависимостей способа выбора экологически беэопаснйх пылесвязывающих составов для пылящих поверхностей угледобывающих предприятий.

Практическая ценность работы состоит в разработке пшесвязывающих составов для улучшения экологической обстановки в горнодобывающей и других отраслях промышленности, в обеспечении возможности поиска новых составов на основе разработанной методики. Для промышленного использования предложены составы на основе синтетических латексоз СКМС, солей лигносульфоновых кислот, акрилового полимера К-9, включающие реагент ПО-1 и синтанол ДГ-7.

Реализация результатов исследования осуществлена путем внедрения предложенных составов на объектах ПО "Экибастузуголь", Управле-ления по рекультивации нарушенных земель при ПО "Карагандауголь", Экибастузской ГРЭС, включения в "Инструкцию по обработке штабелей и пылящих поверхностей разреза "Восточный" ПО "Экибастузуголь",использования в практике экологического образования в Карагандинском госуниверситете.

'Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 9 региональных, 3 республиканских и 5 всесоюзных конференциях, основные из которых следующие: конферен-

ция "Состояние и пути снижения уровня загрязнений окружащей и производственной среды", Караганда, 1985 г.,; П Всесоюзная кон -ференция "Аэродисперсные системы и коагуляция аэрозолей". Кара -ганда, 1988 г.; региональная конференция"Проблемы комплексного освоения недр", Караганда, 1989 г.; ХУ Всесоюзная конференция "Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем", г.Одесса, 1989 г.; конференция "Научно-практические проблемы промышленной ботаники в Казахстане", г.Караганда, 1991 г.; Всесоюзная научно-техническая конференция "Обеспыливание воздаха и технологического оборудования в гтромьшиенности", г.Ростов-на-Дону; 1991 г.; научно-техническая конференция "Экологическое образование и компьютерные методы прогноза состояния окружающей среды", г.Тольятти,1992 г.; научно-техническая конференция "Экологические проблемы горного производства", г.Москва, 1993 г.; научно-технические конференции Карагандинского госуниверситета в 1985-1992 г.г.

Работа выполнена в соответствии с программой ПКНТ "Экологически чистая энергетика" и хоздоговорной тематикой Карагандинско-кого госуниверситета в 1986-1992 г.г. с предприятиями ПО "Экибас-тузуголь", ПО "Карагандауголь", Карагандинский металлургический комбинат.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 46 печатных работ, получено 3 авторских свидетельства и 3 положительных решения Госкомизобретений.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 161 стр. машинописного текста, в том числе 29 рисунков, 35 таблиц, списка литературы из 159 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Теоретические аспекты связывания пьии химическими веществами^ Ведущими центрами по проблеме борьбы с пшью и биологической рекультивации являются ИГД им. А.А.Скочинского, ИПКОН РАН, МГИ (г.Москва), КазНИИБГП, Карагандинский ботсад, Карагандинский госуниверситет (г.Караганда), НИЮГР <г.Челябинск), РИСИ (г.Ростов-на-Дону), ВНШОСуголь (г.Пермь-). Большой вклад в решение этих проблем внесли исследования Гончарова В.М., Нуравлева В.П., Ивашкина B.C., Кирина Б.Ф., Кудряшова В.В., Куприянова А.Н., Надхржина Т.К. Токмакова U.A., Цыцури A.A. и др. Для борьбы с ветровой эрозией и пылью предлагаются различные химические вещества. Однако их вн-

Сор затруднен, так как не исследовались закономерности, устанавливающие связь природы веществ с их пьшесвязывающим и экологическим действием.

С физико-химических позиций пылящий материал должен рассматриваться не как механическая совокупность отдельных частиц, а как ряд структурированных дисперсных систем (рис.I .).

Схема взаимодействия пыли и жидкости

I пылеобразование

пыле-обра-эова-ние

Разрушение Увлажнение

Ксерогель (твердая корка )

Рис. I

Их качественные различия определяют процессы'первичного и вторичного пьиеобразования.

Применение пыяесвязыващих веществ позволяет изменять различные составляющие аутогезионного взаимодействия и соответственно управлять преобразованием, При взметывании пыли аэродинамическим силам противостоят силы гравитации и аутогезии в пылевидном материале.

Исходя из условий отрыва пылевых частиц можно оценить значения сил аутогезии и связанных с ними показателей пылеобразования. Установление экспериментальных зависимостей этих показателей от концентрации и природы пылесвязывающих веществ позволяет прогнозировать действие последних.

Выбор пыяесвязыващих веществ при комплексном подходе должен включать в себя следующие этапы:

- оценка пылосвяэывающих, коллоидно-химических и технологических характеристик действия веществ, определяющих пьиеобраэова^ ние (смачивание, прочность закрепленной-поверхности, дисперсность пыли, влагосодержание и водостойкость покрытия);

- экологическая оценка веществ по их влиянию на биологические объекты (токсичность), нехивую природу и технику (агрессивность), по биологической разлагаемости;

- оценка экономических показателей- стоимости веществ, мате-риало- и энергоемкости технологий с их участием.

Особенность предлагаемого способа выбора состоит в том, что основными критериями оценки веществ являются показатели их природы и состава, определяющие поверхностные взаимодействия и структурирование в пылящем материале. Введение этих критериев позволяет количественно оценить действие пылесвязывающих веществ по формулам функционального экспертного анализа. Комплексный показатель обеспыливания ( Пц) определяется из математического выражения:

где, ПП,ПЭ, Пц и - величины и значимости пылесвяэываю-

щих, экологических и экономических показателей в конкретных производственных условиях. В свою очередь являются обобщенными по другим показателям:

П„- ПрЛр ПсА ю

П3-ПтЗт+пАЛА-<-Пе& а)

Не « П^ц+ЛмЯм+ЛеА . <*)

■ где, Г1р, Пр, Пс, П», Пц, Пт, ПА,Пе, Пц, Пм, Г?е ■ иЛАЛ-А*» - величины и значимости

соответственно показателей прочности, дисперсности, смачивания, влагоудерясания, водостойкости обработанного материала, токсичности, агрессивности, биологической разлагаемости, стоимости веществ, материале- и энергоемкости технологий пылесвязывания.

Концентрация пыли в воздухе связана с обидам показателем пылесвязывания ( Пц ) выражением г

С„-«сП„С0 15)

где Л - коэффициент пропорциональности.

Методика, и характеристика объектов исследования. Работа проведена на угольной и породной пыли Экибастузского и Карагандинского угольных месторождений. Пылесвязьшапдее и экологическое дейст-

вие веществ различной природы ( водорастворимые полимеры, ПАВ, соли) изучалось по показателям смачивания, прочности, дисперсности, влагоудержания, водостойкости обработанного материала, всхожести семян и росту растений при биологической рекультивации. .

Низкомолекулярные ПАВ представлены синтанолом ДТ-7 (моноал-киловые эфиры полиэтиленгликоля) общей формулы СпН^+/0(Н и реагентом ПО-1 - промышленной композицией на основе алкилбензоя-сульфонатов общей формулыНгл¡03Мз.

Акриловые полимеры - высокомолекулярные ПАВ с полярными молекулами. Представлены полиакриламидом (ПАА), препаратами К-4 и К-9. Коэффициент рефракции (У ), характеризующий полярность молекул, равен (1,72-1,99)-Ю-4 мэ/кг. ПАА - полимер с. молекулярной, массой (0,5-1,0)- Юб, общей формулы [-СИ£-СИ-СОЩЫ'С^-Ы-СНООЩ]т_ К-4 и К-9 - сополимеры акрилонитрила, акриламида и акрилатов с молекулярной массой соответственно (2-3)-ГО*' и (1,0-1,2)»10®. Содержат группировки "СЛОМ,) (,Щ МН, -С0КИ2

Лигносульфонаты - полимеры с разветвленной структурой ( У = 2,35-К"4 м3/кг). Общая формула 1'0'СбН3(0СНз)-сЬ0гН)-С-Ь-]а . Молекулярная масса (0,8-1,0)-10^.

Синтетические латексы представлены метилстирольными латекса-ми марки СКМС-30. Коллоидные дисперсии синтетического каучука в воде. Молекулярная масса 1,0-10^. Малополярные соединения. ( V = 3,37-10"^ м3/кп). Основное структурное звено полимера:

[- СИг СИ— СНСНг-]^ ■ [-СНг-(СвН5)С(СНз) ~]т

Оценка и систематизация веществ разной природы проводилась по их влиянию на пыпесвязывание и по экологической безопасности (рис.2). При сравнении веществ и составов в диапазоне оптимальных концентраций максимальное положительное проявление действия веществ по конкретному показателю принималось за единицу. В этом случае длина графического столбика соответствует количественному выражению характеристики (табл.1)'. Влияние природы веществ на пы-леобразование и экологию оценивалось статистическим факторным анализом по критерию Фишера и коэффициенту ранговой корреляции Спир-мена, которые считаются значимыми, если их фактические значения ( Ер и ) превышают табличные ( - м ) для данного уровня значимости и количества экспериментов.

Для выбора пылесвязъгоэщих веществ проводилось их сравнение при первичном и вторичном пыяеобразовянии. - -

В результате смачивания пылевидного материала образуется концентрированная суспензия, переходящая в гидрогель. Снижение

Влияние пылесвязывающих веществ на свойства обработанной пши и их экологическое действие

а/прочность корки б/прочность корки

(угольная пыль) (породная пыль)

Р-Ю5, Па Р-10? Па

0,05 0,2 0,0 С ,56 0,05 0,2 0,8 С,*

в/.содержание частиц раз- г/.всхожесть семян житняка мером 0,5-2,0 мкм в на породе

аэрозоле вторичного пылеобразования(уголь)

1-латекс; 2-лигносульфонаг; З-К-9; 4-К-4; 5-ПАА; 6-реагент П0-1; 7-синтанол ДТ-7

Рис. 2

а>

Таблица I

Оценка действия пылесвязывающих веществ и составов

Характеристика действия веществ Вещества Составы

К-9 Лигно- сульфо- нат Латекс ПАВ ■ Соли К-9, латекс Лигносу льфонат. латекс ПАВ, латекс К-9, латекс ПАВ ПАВ, соли

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II

I.Прочность корки Пр

2.Агрегирующая способность Пл

3.Смачивающая способность Пс

0,4 0,50

угольная пыль

1,0 0,25 0,33 . 1

1

0,85 1,0 0,95 0,83 0,35

I

I-

С,45 0,50 0,53 1,0 0,50 0,47 0,66 0,95 0,60 1,0

Продолжение таблицы I

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II

4.Влагоудержание в пыли П о

5.Водостойкость покрытия П,

□.Экологическая безопасность Пэ

7.Объективность снижения

запыленности I л П

I

I

0,52

1

0,88

I

I

ш

#

гта

1.

1

I

0,65 0,90

. ш

0,80 1,0

I

0,75 0,0 0,93

Ш

Ш

ш

0,88

1

0,84

0,9 к

I

Щ

I

1,0 0,7 0,45 0,95 0,54 0,94 0,73 0,90 0,8 0,85

0,02 0,01 0,87 0,95 0,85 0,85 0,03

0,0

1,0 0,3 0,7 0,6 0,5 0,8 0,15 0,1 0,0 0,2 1,0 0,8 0,9 0,9 а 6 0,8 1,0 0,8 0,2 0,3

пылевэметывания при этом обусловлено увеличением прочности влажного материала, образующего сплошную структуру за счет когезионных связей в жидкости.

При подсыхании материала влияние состава жидкое™ на преобразование возрастает, и в первую очередь при использовании влаго-удержипяхяцих веществ. Они позволяют дольше сохранять влажность материала, исключажцую пьшеобразование. Влияние веществ на влаго-удертание при обработке ими пыли возрастает б ряду: синтетические латексы - лигно сульфоне ты - акриловые полимеры. Это пропорционально увеличению полярности веществ (табл.1).

Формирующиеся в жидкой .разе и при испарении воды коагуляцион-ные, кристаллизационные и когезионнке связи определяют прочность и степень агрегации частиц воздушно-сухого ксерогеля (корки).Его разрушение приводит к первичном}' или вторичному преобразованию (при переходах, соответственно, ксерогель-аэроэоль и ксерогель-аэрогель-аэрозоль). Аэрогели (порошки) с модифицированной различными веществам! поверхностью частиц уже мало отличаются друг от друга по прочностным параметрам ( оЗ^.^ ), но существенно - по дисперсности частиц.

Нак показали экспериментальные исследования, первичное и вторичное пылеобразование определяются качественно различными структурами аэрогеля и ксерогеля, формирование которых связано с природой пылесвязывающих кедесто. Полярные акриловые полимэры, дающие самую прочную поверхностную корку и обеспечивающие эффективное закрепление поверхности (рис.2а,б, табл.1), малоэффективны после разрушения структуры ксерогеля. Напротив, малополярные латексы, дающие, по сравнению с водой, небольшой прирост прочности обработанной системы, намного эффективнее по предотвращению вторичного пылеобразования за счет высокой аутогезии агрегатов частиц уже разрушенного материала (рис»2в,-табл.1). Для исследованных групп полимеров, отличных друг от друга уровнем полярности, эффективность предотвращения первичного пылеобразования и закрепления поверхности увеличивается в ряду: латексы - лигносуяьфонатн - акриловые полимеры. Однако, эффективность предотвращения вторичного пылеобразования имеет обратный характер (габл.1).

Влияние природы веществ на пылеобразование и экологи» подтверждено высокими значениями критерия Фишера (для угольной пыли Рф = 5,5-430, для породной Рр -6,3-115), многократго прозквишз^ми табличные значения ( =3,9-5,3). По значениям ранговоП корреляции устакоплсно достоверное влияние на прочность, дисперсность, влпго-

удержание, водостойкость обработанного материала таких показателей природы и состагл веществ как уровень полярности полимерных связующих, наличие специфических химических групп ПАВ, диаметр катион т. солей ( =/0,44-0,Ей/ > =0,33-0,5).

Экологическое действие вег;ссгг» определено нами применительно V. процессам биологической рекультивации. Акриловые полимеры в концентрациях до 0,4-0,0$ повышают всхожесть семян, улучшают рост кореягов и надземной часта проростков. Наиболее экологически безопасен из акриловых полимеров препарат К-9. Зитостимулируп-щий эффект отмечен для лигносульфонатов и латекса. Показатели роста растений на породе, обработанной латексом, в 1,5-2 раза вше, чем в контрольной группе (рис.2г).

Основными Дикторами, влияю«"!?,",! на экологическое действие веществ, ятшлтея наличие биологически активных радикалов полимеров и ПАВ, соотношения радиусов катионов солей ( В рекомен-

дуемых для пылесвязнчания концентрациях латокс, лигносульфонат, К-9 и составы на их основе экологически безопасны, имеит высокие значения экологического показателя ( !7д ), что обусловлено низкой токсичностью функциокапьннх групп о'г их полиморов (табл. 1,2) .Увеличение количества аэотосодеряшиог радикалсо повышает токсичность полимеров (ПАЛ). Экологическое действие пизкомолекуляр.чых ПАВ зависит от концентрации и поверхностно-а'стишых свойств растворов.. При низких концентрациях П0-1 сштанол ДТ-7, хороао смачивающие пыль, неопасны для растений. Самые низкие значения показателей имеют соли натрия, кальция (табл.1). °

Установленные закономерности позволяй? ранжировать вещества по относителиида показателям в соотеетстпяи с силой их действия и провести срапнптсльную оценку раяличшлс композиций (тобл.Е).

Лучшие прочностные и влагоудер-тиваго^е характеристики имеют материалы, обработаны!« составами с гасриловытт по ликерами, агре-гкругкцуг способность и водостойкость — покрытия, обработанные ла-текссоде{г.аг«.«.и композициями (табл.1,2).

Проведо:шая оценка и систематизация веществ послужила основой для рапр?.бот::и методики зибора ьиюсвязотао^вс веществ и составов длг: различных производственных уоговлМ.

Раг.работ^п. г'ото"-:::п гд-'Гар л. !г-у»ссгяяигпгг»;чх вс.-лоств. Ди л п а а он узлопий внлсоЛрг.солмпт очень п:ротг. В завнскиоси! от конкретных производстппыны:: тр^'гтеш:? критерии рыбора тивспя.чнчгеааг-х веществ будут Для прочности !.'ркм( дисперсности част:'.!', оскопт?! !"р;;Т!л;;1;с:; г-\;'юра встес*» мотет схуткть уровень полярности

Таблица 2

Закономерности действия пылесвяэывающих веществ

Показатели

Значение относительных показателей

действия ! ухудшение -«веществ ¡-0,2 - 0,0

-улучшение

0,2 - 0,4 -0,6-0,8 - 1,0

I.Прочность корки

Полимеры:

|малоиолярные

полярные

Соли

ПАВ

2.Агрегирующая способность

(полярные

Полимеры:

-V малополярные

Соли:

с меньшим

с большим

диаметром катиона

' ПАВ

3.Смачивание

ПАВ:

разветвленные■

линейные

Соли

-С4Н,,-,УН,НА-

АПАВ --- НПАВ

Полимеры

4.Влагоуде-ркание в

Полимеры:

[малополярные - -»- полярные |

ПЫЛИ ПАВ '

Соли |

5.Водостойкость покрытия

ПАВ

Соли

[полярные"

Полимеры

малополярные)

б.Экологиче-

Полимеры и ПАВ с группами:

екая безопасность + Ч ' / «5 -С( (осн3) -с4нч0-,-(с6н^с(снэ)-

Соли:

о меньшим «-»-с большим

диаметром катиона

полимерных связующих ( =/0,48-0,08/ >^=0,33).

Сравнение разных веществ по этому критерию позволяет сделать однозначный выбор п зависимости от условий. Для динамически х процессов, связанных с механическим разрушением обработанного пылящего материала (при отвалообраэовании, на автодорогах), лучше использовать малополярные латексы, для статических условий, где нутгно прочное закрепление поверхности (на отвалах, бортах разрезов, хвостохранилищях) лучие использовать полярные акриловые полимеры. Совместное применение акриловых полимеров и латек-сов дает положительный эффект для различных условий.

Дополнительным критерием выбора веществ мохет служить молекулярная масса полимеров. При обработке органической угольной пыли увеличение молекулярной массы вещества способствует повышению прочности корки < =0,47 > =0,33).

Улучшение смачивания материалов, повышение влагоудерживания системы и пластичности поверхностной корки достигается добавками в составы экологически безопасных ПАВ. Критерием выбора ПАВ -смачивателей является их поверхностная активность ( ^=0,62 -0,74 >ег =0,50).

Главным критерием экологической оценки- пылесвязыващих веЛ .радикалов-ществ является влияние отдельных биологически активныхчполимеров

( 2^=0,45 У =0,33) и ПАВ ( 2¿7 =0,54 :> =0,50), соотношение диаметров катионов солей ( =0,50 <^.=0,40). Соли в концентрациях, эффективных для пылесвяэывания, экологически небезопасны и могут применяться только при отсутствии их непосредственного контакта с биообьектами, особенно при биологической рекультивации.

Сравнение разных веществ по этим критериям, а такте материало-и энергоемкости технологий их применения позволяет сделать окончательный выбор пылесвязыващих средств для конкретных условий.

Методика выбора пылесвязывающих веществ включает.

I. Определение индивидуальных веществ для борьбы с пылью на основе закономерностей, связывающих их природу с показателями пы-леобразования и экологии;..

• 2. Определение возможны* сочетаний веществ для анализа и выбраковка "бессмысленных" (при несовместимости и т.п.);

3. Экспертная оценка значимости ) пылесвязыващих, зколо-гическихи экономических показателей для конкретных условий;

4. Определение уровня относительных пылесвязыващих,.экологических и экономических показателей водных составов веществ, из экспериментальных данных или их экспертной оценки по приведенной

шкале;

5. Определение величины комплексных показателей пылесвязы-вания по величине и значимости относительных показателей для конкретных производственных: условий;

6. Ранжировка составов по комплексным показателям и выбор лучших для заданных условий по максимальным значениям Пк .

Выбор пылесвязывающих составов по комплексна показателям проведен нами для различных производстпенньэс условий и видов пыли (табл.3). Испытания и внедрение подтвердили правильность предлагаемой методики. На разработанные составы получены полояисальные решения, авторские свидетсльстпа Госкомизобретений.

Установленные закономерности, разработанные способ и методику моано использовать для сценки веществ при отсутствии или недостатка экспериментальных данных. Так, оценка унивсрсина как пы-лесвязьшаххцего средства для автодорог разрезов дает значение

Пк= 0,5. Нами для этих условий рекомендован водный состав, содержащий латекс СКМС и ПО-I с Лд-=0,82 (табл.3). Оба состава эффективно связывают пыль. Но унизерсин экологически небезопасен, применяемый в чистом виде (100%), характеризуется матерлалоемкой технологией. Рекомендуемый нами состав экологически безопасен. Применяемый в низких концентрациях (0,2-0,5%) состав в 50-100 раз более экономичен, чем универсин.

Дня условий золоотвалов экспериментально было определено действие только одного вещества, - препарата п.--Э. Данные по другим водньм составам были получены из установленных закономерностей при сравнении с К-9. Как показали расчеты Пц , лучшими для предотвращения пыления гкдрозолоотвалов дол-ньг являться водостойкие латексныа составы, самый простой из которых - водная эмульсия латекса. Это подтверлдгно результатами производственных испытаний.

Таким образом, использование разработанных способа и методики на основе установленных взаимосвязей шяеевязигя'удего, экологического действия вощестп и их химической природы позволяет сократить трудоемкие экспериментальные исследования й недобрать ¡эффективные составы для данного пылящего материала и конкретных производственных условий.

Технология применения составов к роплиппния исследований в пг>г.ктикй«Предлокенпш композиции применимы для пнлесвязьшашя на открнтгк складах, породных отгулах, автодорогах, для биологической рекультивации техногенных пород и иппоеягся на пияггяе поверхности раябшзгивонилч при лонггцм пгерсдчягяоР пояятлюнто?- техника или

Таблица 3

Выбор пылесвязыващих ■ веществ на основе комплексных показателей

Источник пылеобразоЕания

Значения комплексных показателей для веществ и составов

!Лигно—! ! ! ' ! К-9, ! К-9, !Лигно-!Латекс« К-9, ! ПАВ,

К-9 !сульфо4Латекс! ПАВ ! Соли !лигно-!Латекс!сульфо! ПАВ "латекс,! соли

!нат ! ! ! !сульфо! !нат, ! ! ПАВ !

! _! ! ! !нат ! !латекс! ! !

а) У г о л ь н а я п ад ь

I. Борта и площадки разрезов 0,76 0,64 0,65 0,52 0,27 0,75 0,82 0,75 0,68 0,77 0,36

п. Открытые склады угля 0,70 0,62 0,75 0,56 0,28 0,68 0,80 0,79 0,78 0,77 0,39

ш. Автодороги, сырье в вагонах 0,67 0,62 0,76 0,60 б) П о р о д н 0,30 а я п 0,65 ы л ь 0,77 0,81 0,82 0,76 0,40

I. Отвалы вскрышных пород 0,80 0,71 0,70 0,58 0,34 0,76 0,85 0.79 0,69 0,83 0,40

п. Отвалы при биологической рекультивации 0,78 0,73 0,72 0,61 0,34 0,76 0,84 0,77 0,75 0,83 0,43

щ. Автодороги. 0,73 0,70 0,78 0,64 в) 3 о л а 0,39 0,69 0,82 0,83 . 0,83 0,79 0,46

м СП Золоотвалы ТЭЦ 0,65 0,68 0,80 0,51 0,27 0,71 0,80 0,81 0,77 0,80 0,38

стационарных установок гидрообеспыливания. Используемые вещества способствуют повышению надежности работы систем водоподготовки для борьбы с пылью. Рекомендуемые составы испытаны и внедрены в производство с общим экономическим эффектом 70 тыс.руб. Сна период 1991г.). Для выбора пылесвязывахщих составов разработан алгоритм, реализованный на ЭВМ-.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выбор веществ для связывания пыли в настоящее время носит эмпирический характер. Применяемые на практике вещества оказываются малоэффективными и «и токсичными. Основными компонентами применяемых составов являются полимеры, ПАВ, соли, нефтепродукты, но из них самыми экологически безопасными являются полисахариды, латексы, акриловые полимеры.

2. Анализ процесса пылесвязывания показал, что наиболее перспективным путем управления пылеобразования является изменение аутогезии в пылящем материале за счет его структурирования химическими вещества).™.

3. Экспериментальными исследованиями установлена закономерная связь свойств обработанной пили (прочность корки, дисперсность частиц, влагоудержание, водостойкость материала) с природой пьшесвязшающих веществ: уровнем полярности полимерных связующих, их молекулярной массой, наличием специфических химических групп полимеров и ПАВ, диаметром катиона солей.

Прочность закрепленной поверхности, влагоудержание в пыли изменяются прямопропорционально уровню полярности полимерных связующих в ряду: латексы - лигносульфонаты - акриловые полимеры. Вещества по агрегирующей способности и водостойкости располагаются в обратном порядке.

Л. Уровень экологической опасности пылесвязываюцих веществ связан с наличием в их составе специфических функциональных групп (полимеры и ПАВ) и с диаметром катиона солей. Экологическая безопасность полимеров и ПАВ в концентрациях, рекомен,дуемых для пылесвязывания, подтверждается их положительным влиянием на всхожесть и рост растений в процессах биологической рекультивации. Минерализованные воды могут быть испольаопаны для пылесвязывания только в случае отсутствия контакта с биообъекта1.™.

5. Разработана методика выбора веществ .для связывания пьии и предотвращения вторичного пылеобразования. Комплексный показатель пылесвязывания служит основным критерием выбора веществ для кон-

кретных производственных условий и определяется из отдельных показателей пылесвязыващего, экологического действия и стоимости веществ с учетом критериев-характеристик их природы и состава: уровня полярности полимерных связующих, наличия специфических функциональных групп полимеров и ПАВ, соотношения диаметров катионов солей,

6. На основе разработанной методики для промышленного использования на открытых угольных складах, бортах разрезов, отвалах техногенных пород предложены водные экологически безопасные составы на основе акрилового полимера К-9, солей лигносульфоновых кислот, латексов СКМС, включающие ПО-1 и синталол ДТ-7.

7. Производственные исследования показали эффективность рекомендованных для заданных условий составов. Их внедрение на объектах ПО "Экибастузуголь", Экибастузской ГРЭС, Управления по рекультивации ПО "Карагандауголь" позволило сократить запыленность воздуха в 3-15 раз, доведя ее до уровня ПДК. Общий экономический эффект от внедрения ¿оставил 70 тыс.руб. (на период 1991г.). Полученные результаты также внедрены в практику экологического образования в Карагандинском госуниверситете.

По теме диссертации опубликовано 52 работы, основные из них следующие:

\/ I. Волкова В.П., Скопин А.Н. Подготовка технической воды для

пылеподавления// Химия и технология воды.-1984, Т.б,№1.-С.75-78.

2. Скопин А.Н. Изучение дисперсности угольной пыли в процессе вторичного преобразования// Сб.научн.трудов Рост.ин*.-строит, ин-та "Обеспыливание при проектировании, строительстве и реконструкции пром.предприятий".-Ростов-на-Дону,1989.-С.40-44.

3. Скопин А.Н., Волкова В.П. Использование оборотной воды аглопроизводства// Водоснабжение и санит.техника.-1989,Ж7.--С.22-23.

4. Скопин А.Н. Влияние хлоридов металлов на дисперсность угольной пыли// Тез.докл.ХУ Всес.конф."Актуальные вопросы физики аэродисп.систем",26-29 сент.-Одесса,1989, Т.П.-СЛ65.

V 5. Скопин А.Н., Волкова В.П. Структурообразование в угольной

пыли под действием растворов солей и ПАВ// Научн.труды КазХТИ "Проблемы промышл.экологии" - Чимкент,1990.-С.12-15.

\у б. Скопин А.Н. Применение синтетических латексов и лигносуль-фонатов для борьбы с пылью// Сб.научн.трудов Рост.ин*.-строит, ин-та "Обеспыливание в строительстве" - Ростов-на-Дону,1991.-С.101-104. ■

7. Скопии А.Н. Управление преобразованием с помощью химических веществ и проблемы экологии// Тез.докл.Всес.научно-техн.конф. "Обеспыливание воздуха и технол.оборуд. в промышленности" - Ростов-на-Дону, 1991, Т.2.-С.48.

8. Скопин А.Н. Борьба с пылью и биологическая рекультивация с применением акриловых полимеров// Тез.докл.конф. "Научно-практические проблемы промышл.ботаники в Казахстане,18-21 июня.-Караганда,1991.-С.86.

9. Положительное решение ВНЖГПЭ от 17.06.91 по заявке

№ 4866391/03 от 26.09.90, СССР.МКИ Е 21 F 5/06. Состав для связывания пыли/ Цыцура A.A., Скопин А.Н., Тарасова Т.Ф. и др.

10. Положительное решение ВНШП1Э от 24.10.91 по заявке

№ 4873621/03 от 11.10.91, СССР.МКИ Е 21 F 5/06. Состав для борьбы с пылью/ Скопин А.Н., Подобрадин С.Н., Цыцура A.A. и др.

11. Составы для связывания пыли/ Скопин А.Н..Цыцура A.A. и др.//Матер.Всес.научно-техн.конф. "Обеспыливание воздуха и техн. оборуд. в пром-сти". Технич.решения.- Ростов-на-Дону,199I,Т.3.-С.124.

12. Положительное решение ВНИИГОЭ от 18.II.91 по заявке

№ 4916242/03 от 17.12.90,СССР.МКИ Е 21 F 5/06. Состав для борьбы с пылью/ Ищук И.Г., Скопин А.Н., Подобраясин С.Н. и др. \/ . 13. A.c. 1724669, СССР МВД С 09 К 3/22. Состав для борьбы "с пьиью, ветровой эрозией и рекультивации/ Скопин.А.Н., Куприянов А.Н., Рахимов У и''др. - Заявл. 05.06.90; Опубл.07;04.92.Бюл.№13.

14. A.c. 1726488, СССР.МКИ Е 21 F 5/06. Состав для борьбы с пылью/ Скопин А.Н., Куприянов А.Н., Жолтиков A.A. и др. - Занвл. 12.06.90; Опубл. 15.04.92. Бюл.М4.

15. A.c. 1726487, СССР.МКИ Е 21 F 5/06. Состав для пылело-давления/ Скопин А.Н., Цыцура A.A., Тилляев С.К. и др. - Заявл. 12.06.90; Опубл. 15.04.92. Бюл.М4.

Подписано б печать 15.02.1993г.Объем I уч.-изд.л., заказ 145-93, тираж 100 экз. Бесплатно.

Ротапринт Ш1К0Н РАН. Москва, Крюковский тупик, 4