Профилактический состав для предотвращения выдувания мелкодисперсных материалов

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для закрепления поверхностей мелкодисперсных материалов. Дополнительное введение в профилактический состав мочевины и кремнийорганической эмульсии при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: мочевино-формальдегидная смола 40 - 50; отвердитель 0,5 - 1,5; хлористый кальций 10 - 20; мочевина 4 - 5; кремний органическая эмульсия 1,0 - 1,5; вода остальное позволяет улучшить эксплуатационный свойства полимерной пленки, образующейся на поверхности мелкодисперсных материалов после налипания на них профилактического состава. 1 табл.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для предотвращения выдувания мелкодисперсных материалов, повышения устойчивости горных выработок, укрепления угольных массивов, упрочнения неустойчивых песков, стабилизации поверхности хвостохранилищ и золоотвалов.

Известен состав для закрепления грунта [1], содержащий, мас.%: карбамидная смола 60-65; щавелевая кислота 3-5; ацетат кобальта или цинка 0,03-0,2, вода - остальное.

Недостатком известного состава являются его пониженная водостойкость в результате разрушения водорастворимого полимера атмосферными осадками, а также невысокая механическая прочность образующейся полимерной пленки при вибрации, которая возникает при транспортировке мелкодисперсных грузов и отрицательных температурах ниже минус 20^оС.

Известен профилактический состав для предотвращения выдувания мелкодисперсных материалов [2], включающий, мас.%: мочевино-формальдегидная смола 25-35; отвердитель 0,5-1,5; хлористый кальций 10-20; вода - остальное.

Недостатки этого состава те же, что и у вышеописанного, т.е. подверженность полимерной пленки водной эрозии, а также низкая механическая прочность пленки при вибрациях и отрицательных температурах ниже 20^оС. Причем при температуре минус 30^оС пленка разрушается на 75%.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных свойств полимерной пленки за счет повышения ее водостойкости и механической прочности.

Это достигается тем, что профилактический состав для предотвращения выдувания мелкодисперсных материалов, содержащий мочевино-формальдегидную смолу, отвердитель, хлористый кальций и воду, дополнительно содержит мочевину и кремнийорганическую эмульсию, при следующем соотношении компонентов, мас. % : Мочевино-формаль- дегидная смола 40-50 Отвердитель 0,5-1,5 Хлористый кальций 10-20 Мочевина 4-5 Кремнийорганическая эмульсия 1,0-1,5 Вода Остальное Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый профилактический состав для предотвращения выдувания мелкодисперсных материалов отличается от известного введением новых компонентов, а именно: мочевины, кремнийорганической эмульсии. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных профилактических составов для предотвращения выдувания мелкодисперсных материалов показал, что некоторые введенные в заявляемое решение вещества известны. Однако их применение в профилактических составах в сочетании с другими компонентами и в других соотношениях не обеспечивает таких свойств, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно повышение водостойкости при положительных температурах и механической прочности образующейся полимерной пленки при вибрациях и температурах ниже минус 20^оС. Таким образом, данный состав и соотношение компонентов придает профилактическому составу новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Для экспериментальной проверки заявляемого состава было подготовлено 12 смесей ингредиентов (см.таблицу).

Все испытания проводились в летнее время на отвальных песках обогатительной фабрики Сорского молибденового комбината, представляющих собой остаточный продукт переработки сульфидно-молибденовых руд, складируемый в виде хвостохранилищ. Хвосты не содержат органических соединений, имеют рыхло-песчаную структуру, хорошую влагопроницаемость и влагоемкость (4,16-17,4%).

По минералогическому составу пески на 70,64% представлены кварцем, остальная часть приходится на биотит, розовую обманку и сульфиды. Все фракции песков подвержены водной и ветровой эрозии.

В качестве основы в смесях профилактического состава применялась мочевино-формальдегидная смола марки КС-11. Мочевино-формальдегидная смола - продукт поликонденсации мочевины с формальдегидом, способный превращаться в пространственный полимер линейной структуры. В отвержденном состоянии для него характерна пониженная водостойкость. Оптимальная концентрация мочевино-формальдегидной смолы в растворе выбрана с учетом оптимальной смачиваемости покрываемого материала. Повышение количества смолы более 50 мас.% приводит к повышению вязкости состава и, как следствие, ухудшению смачиваемости покрываемого материала, отсутствию сплошности покрытия, отверждению раствора в расходной емкости, затруднению эксплуатации оборудования. Понижение количества смолы ниже 40 мас.% приводит к чрезмерному понижению вязкости состава, в результате чего прочность получаемой пленки уменьшается, увеличивается хрупкость. В качестве отвердителя использовался 10%-ный раствор ортофосфорной кислоты. Отвердитель способствует образованию твердой корки на поверхности. Повышение его количества больше 1,5 мас.% приводит к отверждению раствора в расходной емкости. Понижение количества отвердителя меньше 0,5 мас.% приводит к снижению механических свойств покрытия (см.таблицу).

Соль хлористого кальция снижает температуру застывания рабочего раствора при отрицательных температурах в процессе образования пленки. С повышением содержания хлористого кальция в растворе повышается водостойкость отверждаемой пленки, но увеличение содержания его более 20 мас.% приводит к увеличению вязкости раствора, что усложняет технологию нанесения раствора на поверхность мелкодисперсных материалов.

С целью связывания свободного формальдегида, который выделяется при реакции фенолформальдегида с отвердителем и образования сетчатой структуры полимера, в композицию введена мочевина. В результате повышается прочность и водсотойкость покрытия. Введение мочевины более 5 мас.% приводит к снижению вибростойкости полученного покрытия при отрицательных температурах, снижению удельного сопротивления, сжатию замерзшего образца, т.е. увеличение содержания мочевины приводит к ухудшению механических свойств покрытия (см. таблицу).

В качестве гидрофобизатора в состав покрытия вводятся кремнийорганические эмульсии: КЭ Данковского химзавода ТУ 602-816-78, содержащая 50% кремнийорганики и 50%-ная эмульсия на основе КОПП (ТУ 6-01-20-62-89).

В зависимости от климатических условий для получения необходимой вязкости состава выбирается определенное соотношение ингредиентов.

Так, летом, когда состав используется при положительных температурах, соотношение ингредиентов следующее, мас.%: Мочевино-формаль- дегидная смола 50,0 Отвердитель 1,5 Хлористый кальций 10,0 Мочевина 5,0 Кремнийорганическая эмульсия 1,0 Вода Остальное В зимний период года при отрицательных температурах воздуха для получения необходимой вязкости состава без ухудшения технологических свойств получаемой защитной пленки соотношение ингредиентов следующее, мас.%: Мочевино-формаль- дегидная смола 40,0 Отвердитель 0,5 Хлористый кальций 20,0 Мочевина 4,0 Кремнийорганическая эмульсия 1,0 Вода Остальное В межсезонье, в период интенсивных осадков, покрытие должно удовлетворять требованию повышенной водостойкости. В это время используют состав при следующем соотношении ингредиентов, мас. % : Мочевино-формаль- дегидная смола 45,0 Отвердитель 1,0 Хлористый кальций 10,0 Мочевина 5,0 Кремнийорганическая эмульсия 1,5 Вода Остальное Предлагаемый профилактический состав получают следующим образом.

В отдельных емкостях готовят раствор хлористого кальция и 10%-ный раствор отвердителя. Затем в расходном баке мочевино-формальдегидную смолу разбавляют раствором хлористого кальция, добавляют мочевину и кремнийорганическую эмульсию, затем все перемешивают. За 20-30 мин до начала обработки поверхности в расходный бак добавляют приготовленный 10%-ный раствор отвердителя и полученную композицию тщательно перемешивают.

В дальнейшем производят нанесение на поверхность мелкодисперсных материалов, в частности отвальных песков, полученный состав путем форсуночного напыления под давлением до 5 атм. Результаты испытаний составов для защиты мелкодисперсных материалов от ветровой и водной эрозии, выполненные на песках обогатительной фабрики Сорского молимбденового комбината, позволяют судить об эффективности предлагаемых профилактических составов при использовании с целью повышения устойчивости горных выработок, укрепления угольных массивов, упрочнения неустойчивых песков, стабилизации поверхности хвостохранилищ и золоотвалов.

Гидрофобность покрытия оценивают по краевому углу смачивания пленки методом "сидящей капли". Результаты, приведенные в таблице, показывают, что введение в состав мочевины увеличивает краевой угол смачивания с 56,0 до 56,2^о, кремнийорганической эмульсии - с 60 до 69,3^о, при оптимальной добавке мочевины - 4-5 мас.%, кремнийорганической эмульсии - 1,0-1,5%. Водостойкость оценивают визуально по степени разрушения образца, помещенного в воду с температурой 20^оС на 24 ч. Как видно из данных таблицы, введение в состав мочевины с 4 мас.% и кремнийорганической эмульсии делает пленку водостойкой. Вибростойкость покрытия определяют путем испытания форм с песком на виброплощадке (тип СМЖ-539, частота колебаний 2800 в 1 мин, амплитуда колебаний - 0,5 мм) в течение 10 с. Процент разрушения пленки определяют визуально.

Табличные данные показывают, что предлагаемый состав не разрушается на виброустановке при от 20-(-50)^оС.

Испытание закрепленной поверхности на разрыв (одноосное растяжение) проводят на универсальной испытательной машине УММ-10. Заявляемый состав вносится в массу песка с содержанием влаги 10%, тщательно перемешивается и загружается в разъемные формы, имеющие вид восьмерки. После отверждения образцы испытывают. Величина усилия на разрыв связанного мелкодисперсного материала позволяет оценить силу сцепления закрепителя с минеральной поверхностью и, следовательно, эффективность закрепителя. Наибольшей величиной усилия на разрыв обладают составы, содержащие 1,0-1,5 мас.% кремнийорганической эмульсии и 4-5 мас.% мочевины.

Механическую прочность закрепленной поверхности определяют по удельному сопротивлению сжатия образца, представляющего собой кубик из песка, пропитанного соответствующим составом. Песок и состав перемешивают и загружают в кубические формы (V = 125 см³⁾, изготовленные из фольги, и оставляют до полного отверждения. После отверждения кубики испытывают на гидравлическом прессе ПГЛ-5 на раздавливание.

При нанесении состава в количестве 1 л/м³ толщина закрепленного слоя составляет 10 мм. Для увеличения толщины закрепленного слоя можно увеличивать расход полимера либо наносить его вместе с песком в соотношении 2:1, 1:1, 1:2.

Из данных таблицы следует, что предлагаемый профилактический состав по сравнению с прототипом обладает более высокой водостойкостью и большей механической прочностью.

Температурный диапазон устойчивости предлагаемых композиций делает возможным их использование в условиях Восточной Сибири и районов Крайнего Севера, где минимальная температура поверхности в зимнее время (-50)^оС.

Формула изобретения

ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫДУВАНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий мочевино-формальдегидную смолу, отвердитель, хлористый кальций и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит мочевину и кремнийорганическую эмульсию при следующем соотношении компонентов, мас.%: Мочевино-формальдегидная смола 40 - 50 Отвердитель 0,5 - 1,5 Хлористый кальций 10 - 20 Мочевина 4 - 5
Кремнийорганическая эмульсия 1,0 - 1,5
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3