Гликоли в составе веществ-пылеподавителей

Этиленгликоль и пропиленгликоль входят в состав специализированных реагентов-пылеподавителей, широко применяемых в горнодобывающей и других отраслях промышленности. Рассказываем о принципах пылеподавления и свежих разработках с применением гликолей.

В запыленных помещениях и пространствах трудно дышать – мелкие частицы попадают в глаза и легкие. Пыль ускоряет износ оборудования, портит жидкости, может стать причиной пожаров и других ЧП.

Естественное средство для борьбы с пылью – вода. Однако в условиях, где запыленность неизбежна и является частью рабочего процесса, требуются специальные реагенты-пылеподавители.

На рынке доступны пылеподавители с разным составом, в том числе с содержанием этиленгликоля и пропиленгликоля. Сразу оговоримся, что гликоли не являются необходимым или распространенным компонентом пылеподавителей. Однако они занимают свою нишу, которая может представлять интерес для производителей промышленной химии.

Кому полезны и как действуют?

Основные сферы, в которых востребованы пылеподавители:

• горнодобывающая отрасль – угольная и рудная пыль образуются при добыче, транспортировке и хранении угля и металлорудных концентратов;

• производство удобрений и сельское хозяйство – мелкодисперсная пыль возникает на всех этапах изготовления и использования минеральных удобрений;

• металлургия и другая промышленность – пыль образуется в процессе газоочистки, а на предприятиях, использующих кокс для выплавки металла, особенно актуальна проблема угольной пыли;

• коммунальные и дорожные службы – в теплый сезон проводится противопылевая обработка дорог.

По принципу действия пылеподавители принято разделять на две основные категории:

1. Образующие защитную корку – при контакте с пылью создают плотный слой, препятствующий ее распространению. Такие пылеподавители используются, когда порода, например, уголь находится на хранении.
2. Смачиватели – улучшают взаимодействие пылящих частиц с водой, способствуя их сцеплению без образования корки. Эти реагенты применяются при транспортировке материалов или для осаждения дорожной пыли.

Реагенты-пылеподавители наносят на обрабатываемую поверхность с помощью разнообразных технических средств, включая распылители, поливальные установки, туманообразующие пушки.

Морозоустойчивые пылеподавители

Самый известный в России реагент-пылеподавитель с этиленгликолями – это «Пылеподавитель калийных солей», который выпускают на заводе «Нижнекамскнефтехим» (входит в компанию «Сибур»). Эта темная жидкость с характерным запахом образуется при переработке остатков производства этиленоксида, эфиров гликолей, моноэтиленгликоля (МЭГ) и сопутствующих продуктов. Пылеподавитель предлагают в двух вариантах: марки А и Б.

Полезное действие вещества заключается в его способности связывать и осаждать пыль. Средство успешно используется не только при производстве, хранении и транспортировке удобрений, но и в добывающей отрасли, сельском хозяйстве и на металлургических заводах.

Калийные соли – сырье для производства калийных удобрений, которые обеспечивают растения необходимым элементом. Калий улучшает урожайность и повышает устойчивость растений к заболеваниям.

Вариантов применения этиленгликолей для пылеподавителей существует множество. Например, средства на основе глицерина с водно-гликолевым компонентом и добавлением разнообразных присадок используются при добыче угля.

В российских условиях важным свойством пылеподавителей является устойчивость к морозам, так как добыча угля или металлорудного концентрата часто ведется в районах с суровым климатом. Морозоустойчивые пылеподавители эффективно функционируют даже при отрицательных температурах, предотвращая смерзание обрабатываемого материала. Для этого в их состав иногда добавляются этиленгликоль или пропиленгликоль (о морозоустойчивости гликолей мы писали здесь). Так, 65-70%-ный водный раствор гликоля с ингибитором коррозии и поверхностно-активным веществом, обеспечивающим смачивание, может оставаться жидким при температуре до – 65 °C.

Пылеподавитель с гликолями: российская разработка

Гликоли выступают компонентами новых вариантов пылеподавителей, которые разрабатывают ученые и промышленные технологи.

Так, разработчики из Кемеровской области в 2023 году запатентовали новый пылеподавляющий агент для смачивания пыли. По заявлению изобретателей, пылеподавитель предназначен для горнодобывающей отрасли и используется как средство против смерзания и пыления сыпучих материалов, а также для пылеподавления при добыче, погрузке и транспортировке угля.

Смесь состоит из следующих компонентов:

• вода – основной компонент, который придает раствору основные свойства: текучесть и способность распыляться;

• этиленгликоль или пропиленгликоль с концентрацией от 15 до 35% – придают жидкости морозоустойчивость;

• свекловичная меласса (с долей от от 5 до 25%) – создает тонкий слой, который предотвращает пыление самых мелких частиц;

• лигносульфат натрия (в объеме от 5 до 10%) – снижает межфазное натяжение на границе раздела между водой и воздухом, а также между воздухом и твердыми частицами;

• крахмальная патока (с долей от 0,5 до 5%) – придает смеси вязкость и способствует сцеплению пылинок;

• нонилфениловые эфиры (с долей от 10 до 30%) – обеспечивают легкость распыления жидкости.

Агент для подавления пыли представляет собой раствор средней вязкости и морозоустойчивости, который позволяет осаждать пылевые частицы. Заявлено, что смесь не вызывает порчи или комкования угля и других сыпучих материалов. Согласно сопроводительной информации к патенту, разработка доказала эффективность во время испытаний.

Пылеподавитель с гликолями: китайский вариант

Группа китайских ученых в 2022 году проводила эксперименты по разработке оптимального состава пылеподавителя с антифризными свойствами, предназначенного для снижения запыленности и защиты от мороза на автомобильных дорогах и в угольных шахтах. Исследования проходили в автономном районе Внутренняя Монголия на севере Китая, где расположены крупные угледобывающие предприятия страны. Регион отличается резко континентальным климатом и суровыми зимними морозами.

Ученые тестировали комбинации различных веществ, которые можно разделить на несколько ключевых компонентов:

• поверхностно-активные вещества – повышают гидрофильность частиц пыли, улучшая их смачиваемость водой, и снижают поверхностное натяжение;

• увлажнители – создают защитную пленку, замедляя испарение влаги из пылевых частиц;

• коагулянты – способствуют агрегации мелких пылевых частиц в более крупные образования, ускоряя их осаждение;

• антифриз – предотвращает замерзание состава при низких температурах.

В ходе эксперимента исследователи использовали различные сочетания моноэтиленгликоля (МЭГ), ацетата калия и формиата калия в водных растворах.

Важно отметить, что морозоустойчивая смесь добавлялась к базовому составу пылеподавителя. Готовый раствор наносили на дороги и прилегающие к шахтам территории методом машинного разбрызгивания.

Эксперименты по смешиванию компонентов и повышению эффективности антифриза показали, что температура замерзания большинства растворов достигала уровня ниже -45 °C. Зимой температура в богатых углем районах Внутренней Монголии в среднем составляет -25 °C, но временами показывает значения и ниже -40 °C.

С учетом себестоимости компонентов оптимальным составом антифриза было признано сочетание: 30% МЭГ, 5% ацетата калия, 10% формиата калия и 55% воды.

Испытания нового пылеподавителя на основе этиленгликоля показали, что его эффективность по ключевым параметрам в среднем на 40% превосходит ранее используемые составы.