Способ получения вяжущего для дорожного покрытия

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК С 1 ОС 3/ ИЗОБРЕТЕНИЯИДЕТЕЛЬСТВУ 3аМ1 а ю- пласГ% гольную Я ловязГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРОО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(7 1) Харьковский автомобильно-дорожный институт им. Комсомола Украиныи Украинский ордена "Знак Почета"научно-исследовательский углехимический институт(56) 1. Чен Н.Г. Исследование свойствсмол, получаемых из отходов коксохимпроизводства. - "Металлургия и горнорудная промышленность". 1973, У 2,с. 41-42.2. Авторское свидетельство СССР1 Р 358350, кл. С 10 С 1/00, 19 б 9.3. Авторское свидетельство СССРР 558930, кл. С 10 С 1/00, 1975.4. Авторское свидетельство СССРН 419544, кл. С 10 С 1/04, 1971(54)(57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГОДЛЯ ДОРОЖНОГО. ПОКРЫТИЯ, включающийстадии нейтрализации отхода коксохимического производства, содержащегокислую смолку сернокислотной очисткибензола, водным раствором щелочногореагента, отделения водного слоя исмешения нейтрализованного отходас пластификатором, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения качества вяжущего, в качествеотхода используют отвалы коксохимического производства, которые посленейтрализации промывают водой, отде"ляют водный слой, остаток обезвоживают выпариванием при нагревании исмешивают с 8-40 мас. Х пластификато 2. Способ по и. 1, о т л и щ и й с я тем, что в качеств тификатора используют каменно смолу, антраценовое масло и м кие каменноугольные дегти.Изобретение относится к технике переработки кислых отходов коксохимического производства с получением вяжущего для дорожных покрытий и может быть использовано в коксохимичес- .5 кой и химической промьппленности.В настоящее время на действующих коксохимических предприятиях имеются кислые и другие отходы, которые накапливаются в отвалах, расположенных 1 О вблизи коксохимзаводов. Эти отвалы представляют собой смесь продуктов конденсации и полимеризации от пооцесса переработки каменноугольной смолы, сырого бензола и коксового .газа, а также содержат кислую смолку, сульфокислоты бензольных углеводородов, свободную серную кислоту,. фусы, сульфат аммония, соли и окислы различных металлов, мелкие классы угля, грунтовую пыль и смолистые отложения от чистки аппаратуры и трубопроводов коксохимпроизводства. Отвалы могут характеризоваться показателем рН водной вытяжки, который колеблется в пределах 1,9-6,5.Утилизация этих отходов пока не нашла решения. Их сбрасывают в овраги, котлованы, карьеры, занимая огромные площади земли, что приводит к недопустимому загрязнению окружающей среды токсичными испарениями и вредными водорастворимыми ве 1 ествами.Известен способ переработки кислых смолок, образующихся при очистке35 сырого бензола серной кислотой в смеси с кубовыми остатками его днстилляции, включающий стадии нейтрализации аммиачной водой, смешения40 с хлорным железом или гипохлоритом кальция и термообработку с получением в качестве готового продукта вяжущего для цорожного покрытия 11.Недостатками способа являются45 сложность технологии его осуществления и ограниченность сырья - кубовых остатков ректификации сырого бензола, используемых более квалифицированно для получения инден-кумароновых смол,50 а также в качестве поглотителя для очистки коксового газа от бензольных углеводородов и нафталина.Известен способ получения вяжуще-. го для дорожного покрытия из каменноугольных масел и кислых смолок со55 значительным содержанием серной кислоты путем термической обработки их смеси при 200-320 С Г 2 1. Недостатком указанного способатермической переработки кислых смолок является значительная коррозияоборудования из-за совместного воз"действия высоких температур и концентрации кислоты,Известен также способ получениявяжущего для дорожного покрытия путем нейтрализации кислых смолок процессов ректификации и улавливаниябеизола коксохимических заводов с последующей обработкой суспеизией, состоящей из каменноугольного масла ипорошкообразной извести при 8090 С 33.Однако вяжущие, полученные такимспособом, обладают низкими когезионными свойствами и недостаточнойводоустойчивостью,. Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ получения вяжущегодля дорожного покрытия путем нейтрализации отхода коксохимического производства - кислой смолки сернокислотной очистки бензола - 227-нымводным раствором аммиака или 453-нымраствором сульфата аммония в смесис антраценовым маслом, взятым в количестве 20-30 мас. 7 перемешиванияполученной смеси, отстоя прн 80-90 фС,отделения верхнего углеводородногослоя, содержащего раствор органической массы смолки в антраценовом масле, и нижнего слоя - водного раствора аммиачных солей органических сульфокислот. Углеводородный слой, содержащий около 503 воды, дистиллируютв кубе с отбором бензольной фракции.Оставшийся масляный слой вновь обрабатывают пластификатором - антраценовым маслом в присутствии воздуха,далее отстаивают. Полученный послеотстоя масляный слой может быть использован в качестве сырья для производства вяжущего для дорожных покрытий 41.Недостатком способа являетсянизкое качество получаемого вяжущего. Цель изобретения - повышение качества вяжущего.Поставленная цель достигается путем нейтрализации отвалов коксохимического производства, содержащих кислую смолку сернокислотной очистки бензола, водным раствором щелочного реагента, последующей промывки полученного продукта водой, отделения водного слоя, обезвоживания остатка1113400 7-50502-404-810,0-18,00,1-3555 выпариванием при нагревании и даль" нейшего смешения с 8-40 мас. й пластификатора.Предпочтительно в качестве пластификатора использовать каменноугольную смолу, антраценовое масло и мало- вязкие каменноугольные дегти.Предварительная обработка нейтрали зованных отвалов коксохимпроизводства водой позволяет удалить водораство О римые компоненты, а в,процессе обезвоживания выпариванием уплотнить углеродсодержащие соединения и получить вяжущее с упорядоченной структу.рой, что приводит при использовании этого связующего для дорожного покрытия к повышению его срока службы.Способ осуществляетсяследующим образом.В подогретые до 60-80 С отвальные 20 отходы добавляют 30-507,-ный водный раствор щелочи для нейтрализации до рН 6,5-7,8. Смесь перемешивают, в течение 20-30 мин до образования однородной массы, после чего ее про мывают водой. Для более полного отделения водорастворимых веществ промывку водой ведут при температуре массы 70-80 С до содержания в ней водо-. растворимых веществ не более 4 мас. Х З 0После отстоя и отделения воды массу подвергают выпариванию для удаления остаточного количества воды, после чего в отходы добавляют в качестве пластификатора каменноугольное мас.З ло, каменноугольную смолу или дегти.Количество добавляемого пластификатора регламентируют величиной заданной вязкости, которая может быть в пределах вязкости дегтя любой мар ки. Для дегтебетонных смесей горячего типа рекомендуется получать вяжутощее вязкостью С, =50-120 с. Отвалы коксохимпроизводства, которые используют в качестве исходного сырья, содержат, мас. Х:Кислая смолка цеха улавливания химпродуктовКислая смолка цеха ректификации сырого бензолаКаменноугольная смолаФусыфенолсодержащие маслаОтходы в виде угрероцистых и минеральных стложений от очистки аппаратурыи дре 10-20 Химический состав отвалов следующий, мас. Й:Серная кислота 0.,5-20Углеводороды 56-90Нерастворимые веществав толуоле 7-50Зола 4 Г 18Вода 6-26рН отвалов составляет 1-6,5Плотность, кг/м1150-1350Фусы представляют собой кроме продуктов конденсации мелкие классы угля, золу, состоящую из окислов примерного состава 810, 80, Р Оз, РеОэ, А 10, МпО, СаО, М 80 и. др. Кислая смолка сульфатного отделения образуется при улавливании аммиака путем обработки коксового газа серной кислотой за счет полимеризации не- предельных соединений, содержащихся в газе, а также конденсации из газа каменноугольной смолы и др. ве" ществ. Кислая смолка цеха ректификации является побочным продуктом при очистке сырого бензола от непредельных и сернистых соединений (в основном тиофена и его гомологов) и образуется в результате реакций полимеризации, сополимеризации, конденсации и сульфирования, протекающих при воздействии на сырой бензол кон" центрированной серной кислоты. Кислая смолка цехов ректификации представляет собой комплекс .из серной кислоты, сульфосоединений примесей бензола и углеводородов.Кислые смолки являются основой смеси отходов в отвалах. Под влиянием внешней среды, отработанных кислот и щелочей, сливаемых в отвалы, в течение времени они уплотняются и некоторая часть их приобретает нейтральный характер.В качестве пластификаторов- раэжижителей рекомендуется применять каменноугольную смолу, антраценовое масло (фракция), маловязкие дегти. Физико-химические свойства пластификаторов приведены в табл. 1П р и м е р 1. 10 кг отвалов коксохимического производства Горловского завода, характеризующихся рН. 1,9 плотностью 1330 кгlм и содержащих, мас. 7,; серная кислота 8,0; углеводороды 82; в т.ч. нерастворимые вещества в толуоле 27,0; зола 4,0 и вода 6,0. Нагревают доо60 С, после чего добавляют 1,2 кг1113400 Нет16,832,3 23,2 0,8 23,1 31,8 81 25,1 5гидроокиси натрия в виде 30%-ноговодного раствора и перемешиваютсмесь в течение 30 мин. К полученнойнейтрализованной массе добавляют 5 лводы с температурой 70 С. Промьвку 5водой ведут трехкратно. После отстояи отделения ее продукт с влажностью3,4 мас. % подвергают выпариваниюв течение 40 мин, после чего в него(8,3 кг) вводят пластификатор - ка Оменноугольную смолу в количестве2,0 кг, что составляет 24 мас. %к подготовленным отходам. Смесь перемешивают в течение 20 мин при 80 С.В итоге получают 10,3 кг вяжущего, 15содержащего, мас. %; подготовленныеотходы 81; пластификатор 19 и характеризующегося следующими показателями качества:Вязкость Ср с87Содержалие нерастворимых в толуоле веществ,мас. %Фракционный состав,мас. 7.: 25до 170 Сдо 270 Сдо ЗОООСТемпература размягченияпо Кий, ОС 40 . 30Плотность,кг/м 1300Зольность, мас. 7 3,4Адгезия к граниту ХорошаяТемпература хрупкостч -4 СВыход продукта, мас. 7. 85П р и м е р 2. К 7,7 кг смеси смолистых отходов Горловского КХЗ тойже характеристики добавляют 1,2 кггидроокиси натрия в виде 30%-ного вод"ного раствора с последующим переме Ошиванием в течение 30 мин. После этого в полученную нейтрализованную массу добавляют 5 л воды, смесь подогревают и перемешивают. Через 5 мин после отстаивания воду сливают. Промыв ку водой ведут трехкратно, Послеотделения воды продукт подвергаютвыпариванию. Продолжительность выпаривания оставшейся влаги составляеФ40 мин. В нейтрализованную промытуювыпаренную смесь отходов в количестве 6,2 кг добавляют 2,3 кг антраценового масла. Смесь перемешиваютв течение 20 мин при 80 С с получением вяжущего в количестве 8,5 кг,55содержащего, мас. 7.; подготовленныертходы 73 и пластификатор 27. Потериот исходного сырья составляют20 мас. 7 и имеют место за счет удаления из отходов нейтрализованныхводорастворимых и водовымьваемых вецеств, выводимых из смеси отходовна этапе промывки водой и выпаривания, и рассчитываются от массы исходой отходов (в примере 7,7 кг) .Вяжущее характеризуется следующими показателями качества:ВЯЗКОСТЬ СоС1 о93Содержание нерастворимых в толуоле веществ,мас. % 20,3Фракционный состав,мас. %:до 170 Сдо 270 Сдо 300 СТемцература размягченияпо КиШ, ОС 43Плотность, кг/м 3 1320Зольность, мас, 7 3,3Адгезия к граниту ХорсшаяТемпература хрупкости -6 ОСП р и м е р 3. 8,0 кг смеси смолистых отходов Горловского КХЗ, характеризующихся рН 1,9, нагреваютдо 60 С, добавляют 1,2 кг гидроокисинатрия в виде 307.-ного водного раствора, подвергают перемешиванию в течение 30 мин. После этого в полученную нейтрализованную массу добавляют5 л воды, подогревают и перемешиваютсмесь. Через 5 мин, после отстаивания, воду сливают. Промывку водойпроводят трехкратно. После слива воды продукт подвергают выпариваниюдля удаления оставшейся воды. Продолжительность выпаривания 40 мин, количество выпаренных отходов 6,5 кг.В нейтрализованную, промытую, выпаренную смесь отходов добавляют в качестве пластификатора 1,6 кг дегтямарки Д, Смесь перемешивают в течение 20 мин при 80 ОС, В результатеполучают 8,1 кг вяжущего, содержащего 80 мас. % подготовленных отходови 20 мас; % пластификатора.Потери составляют 19,47. от массыисходной смеси отходов.Характеристика свойств полученного вяжущего: Вязкость Сс Содержание нерастворимых в толуоле веществ, мас. %фракционный состав, мас. %:до 170 ОС64 1,2 16,7 32,1 50 до 270 С 18,4до 300 фС 28,9Температура размягченияпо Кий, С 41Плотность, кг/м 1310 5Зольность, мас. 7 3,3Адгезия к граниту ХорошаяТемпература хрупкости - 3 СП р и м е р 4. 8,0 кг смеси смолистых отходов Баглейского КХЗ, ха 1 Орактеризующихся рН 6,5, плотностью1300 т/м и, содержащих, масЕ 1серная кислота 0,8; углеводороды 87,в том числе нерастворимые 23; зола 2 и влага 10,2, нагревают до 60 С, 15добавляют 8 г гидроокиси натрия в виде 30%-ного водного раствора. Количество щелочи для нейтрализации от"ходов составляет 1 мас. Х. Отходы сощелочью перемешивают в течение 30 минЛПосле этого в полученную нейтрализованную массу добавляют 5 л воды,подогревают и перемешивают смесь. Через 5 мин, после отстаивания, водусливают. Промывку водой ведут трехкратно. После слива воды продукт подвергают выпариванию. Продолжительность выпаривания 40 мин, количествоподготовленных отходов составляет6,6 кг. В нейтрализованную, промытую, 30выпаренную смесь отходов добавляютпри перемешивании 600 г каменноугольной смолы,что составляет 9 мас.Е отколичества отходов. При этом получают 7,2 кг вяжущего, содержащего92 мас. 7 подготовленных отходов и8 мас. Е пластификатора. Потери составляют 18 мас. 7.Характеристика свойств полученного вяжущего: 401 ОВяэкостьр С 5 о у сСодержание нерастворимых в толуоле веществ,мас. Х 20,5фракционный состав,мас. 7до 170 Сдо 270 Сдо 300 СТемпература размягченияпо КиШ, С 34Плотность, кг/м 1260Зольность, мас. 7, 2,8Адгеэия к граниту ХорошаяТемпература хрупкости -8 С55Таким образом, в примерах 1, 2и 3 проиллюстрирована возможностьприменения различных пластификаторов(каменноугольной смолы, антраценового масла и дегтя марки Д) к одному виду отвалов коксохимпроизводства,В примере 4 показана возможность получения вяжущего с применением в качестве исходного сырья отвалов коксохимпроизводства Баглейского КХЗ, несколько отличающихся по составу от отвалов Горловского КХЗ.В табл. 2 приведены эксперименталь" ные данные, иллюстрирующие влияние пластификатора на качество вяжущего. Опыты проведены с использованием отвалов Горловского КХЗ, подготовленных предлагаемым способом, и в качестве пластификатора - каменноугольной смолы.Таким образом, оптимальная концентрация пластификатора при приготовлении вяжущего составляет 8- 40 мас, Е. При использовании концентрации ниже указанной ухудшается качество вяжущего по показателям адгезии к граниту и температуре хрупкости. При использовании более высокой концентрации ухудшается качество вяжущего по показателю вязкости, которая не обеспечивает необходимую прочность дорожного покрытия.В табл. 3 приведены сопоставительные данные показателей качества вяжущего, полученного по предлагаемому и известному способам в сравнении с базовым объектом.Данные табл. 3 показывают, что вяжущее, полученное по предлагаемому способу, характеризуется более высокими показателями вязкости, содержанием нерастворимых в толуоле веществ зольностью, смоляной составляющей, обеспечивающих получение асфальтобетонов на их основе с более высокими прочностными свойствами, водоустой. чивостью и долговечностью в сравнении с базовым объектом. Из вяжущего, полученного согласно известному способу, асфальтобетон получить нельзя, и его используют для вспомогательных работ: подгрунтовки, пропитки, полупропиткиВ табл. 4 приведены физико-механические свойства бетонов, полученных с использованием известного ипредлагаемого вяжущих.Таким образом, иэ приведенных .данных видно, что при использовании предлагаемого вяжущего получают бетон10 1113400 более прочный и водоустойчивый. Высокая механическая прочность бетона со 1 структурированным вяжущим обеспечиваТаблица 1 з Плотность при 20 Скг/м 00-124 100-1 язкость С,6 1 а фракционный состав, 7 мас 70 С 0 О,Отсут- Отсутствует ствует 12,3 13,1 ООС 0 18,4,9 24,3 Содерж .раство мас. % ет лучшие зкс свойства., что удлиняет срок службы дорожныхпокрытий. одержание пластификатора в вяжущем мас, %. П о олже ие 1113400 рд и табл, 2 1 Наименование показателей Содержание пластификатора в вяжущем,мас. Х2,0 40 45,0 20,0 8,0 Температура размягче-.ния, С 61 40,0 1321 1320 1300 1280 1260 2,8 2,6 4,6 3,4 Адгезия к граниту Хорошая Температура хрупкости,-8 -11 При таком содержании пластификатора вязкость определяетсяпри См Т а б л и ц а 35-70 50"120 1 оФракционный состав, мас. 7,не болеедо 170 С 10-80 1,0 1 ф 5 до 270 С 20 1 О 30 20 до 300 СТемпература размягчения остатка после отбора фракции до 300 С, не более 80 120 70 Содержание нафталина, мас, 7,не более 3 7-9 Следы рН среды, не менее Содержание водорастворимыхсоединений, мас. 7., не более Содержание нерастворимых в толуоле веществ, мас. 7. 25 20 20 2-8 ность мас. 7 Плотность, кг/мЗольность, мас. 7 Неудов- Неудовлетвори- летворительная тельная Подвижная Подвиж- система ная сис не опре. ма не делена опреде- лена Удовлет.-Удовлетвори- норительная тельная13 1113400 Т а б л и ц а 4 Набухание,мас. Я Водонасыщениее,мас. К Объемная масса,кг/мЗ Вяжущее Деготь марок Д, Д(базовый вариант) 2400 1,23 3,60 2400 0,8 2,3 Продолжение табл, 4 Вяжущее озффициент водоустойКго /КиПредел прочности при сжатии,МПа, при температуре, ОС 20 20 50 Деготь марок Д, ДО,0 2,6 2,8 По предлагаемомуспособу 7,4 0,85 8,5 Составитель Е,ГорловРедактор И .Рыбченко Техред М .Кузьма Корректор В .Бутяга Заказ 6527/20 . Тираж 488 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5(базовый вариант) По предлагаемомуспособуФ Деготь марки Д-б,С:80 с1 базовый вариант) Непригоден для приготовления дегтебетонных смесей