Создание связнодисперсной системы в подвижных песках модифицированными лигносульфонатами Лем, Руслан Алексеевич

brief description

Лем, Руслан Алексеевич.
Создание связнодисперсной системы в подвижных песках модифицированными лигносульфонатами : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.11. - Ташкент, 1984. - 198 с. : ил.
Введение диссертации (часть автореферата)на тему «Создание связнодисперсной системы в подвижных песках модифицированными лигносульфонатами»
Актуальность темы. На Октябрьском Пленуме ЦК КПСС 1984г., на котором обсуждались вопросы мелиорации и повышения эффективности использования мелиорированных земель в целях устойчивого наращивания продовольственного фонданы, отмечалась важность проблемы борьбы с ветровой эрозией почв при освоении песчанных пустынь. Опытом доказано, что химическая мелиорация подвижных песков имеет важное значение при освоении пустынных территорий СССР как ускоритель почвообразовательных процессов, а также с целью защиты инженерных сооружений от песчаных заносов и выдуваний.
Важность и перспективность изыскания путей широкого применения дешевых мелиорантов для предотвращения дефляционных процессов нашли отражение в ряде заключительных документов международных форумов - Международной конференции по аридным землям (США, 1969 г.), Международном симпозиуме по закреплению подвижных песков (Голландия, 1973 г.), Конференция ООН по борьбе с опустыниванием (Кения, 1977 г.) и др.
Химическая мелиорация подвижных песков немыслима без изучения и регулирования механизма структурообразования, а также процессов перевода свободнодисперсных природных систем в связ-нодисперсные, что является одной из актуальных задач современной прикладной коллоидной химии.
Эффективность химической мелиорации подвижных песков во многом зависит от силы сцепления их частиц между собой посредством клевдего агента. Прочность связи в свою очередь зависит от размеров структурно-кинетических единиц закрепителя в момент контакта их с частицами субстрата. Так как контактная поверхность песка очень мала, то максимальное увеличение прочности можно достичь заполнением контактной зоны связующим веществом. Следовательно, получение желаемого результата при закреплении подвижных песков связано с большим расходом мелиоранта, что экономически невыгодно.
Хотя номенклатура предлагаемых веществ в качестве мелиоранта составляет более 500, немногие из них получили практическое применение по различным причинам, одним из которых являются дороговизна и дефицитность.
В связи с этим представляют интерес работы, направленные на изыскание путей утилизации отходов целлюлозно-бумажной и химической промышленности в качестве вяжущих веществ для закрепления подвижных песков. Так как их структурно-кинетические единицы очень малы по сравнению с межчастичным пространством песка, то поэтому они не способны к образованию пленок в местах контакта частиц песчинок вследствие большой проникавдей способности в поры субстрата. По этой причине до настоящего времени эти отходы не применялись в качестве мелиоранта для закрепления подвижных песков.
Цель работы заключается в создании связнодисперсных систем в подвижных песках модифицированными лигносульфонатами для предотвращения дефляционных процессов.
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
- изучение гранулометрического, химического, минерологи-ческого составов и структурно-пористых характеристик песков;
- исследование процессов растворения поверхности природного песка;
- изучение коллоидно-химических свойств лигносульфонатов (СДБ) - отходов целлюлозно-бумажной промышленности, и отходов производства фенолформальдегидных смол - ОФП;
- исследование процессов структурообразования в водных дисперсиях бинарных и тройных смесях вторичных продуктов;
- изучение процесса импрегнирования мелиоранта в зависимости от величин его структурно-кинетических единиц и выявление роли импрегнирования в процессе создания связнодисперсной системы в подвижных песках;
- исследование эксплуатационных свойств системы песок -мелиорант в условиях пустынь и влияние ее на прорастание и приживаемость песколюбивых растений;
- разработка оптимальной технологии производства песко-закрепительных работ;
- проведение опытно-экспериментальных испытаний в полевых условиях и работ по внедрению;
- технико-экономическое обоснование и расчеты эффективности предлагаемых решений.
Положения, выносимые на защиту;
- модифицирование лигносульфоната ацетоноформальдегида-минной смолой и отходом производства фенолформальдегидных смол с установлением оптимального состава новообразования методом математического планирования эксперимента;
- выявление зависимости формы импрегнирования водной дисперсии мелиоранта от размеров частиц песка;
- разработка способа приготовления водной дисперсии мелиоранта и технологии нанесения его на поверхность подвижных песков с созданием защитного покрытия с заранее заданными свойствами.
Научная новизна.
Впервые установлен функциональный состав образующихся новых соединений в двойных и тройных смесях лигносульфонатацетоноформальдегидаминная смола - отход производства фенол-формальдегидных смол, что позволило подобрать оптимальный состав мелиоранта, защищенного авторским свидетельством Л 1079755.
Показано, что водная дисперсия новых соединений тройной смеси является гетерогенной системой, состоящей из безформен-ных пространственных типов надмолекулярных структур, между которыми действуют слабые связи, обусловленные переносом заряда (ПЗ), установлены пути регулирования размеров надмолекулярных структур.
С помощью ртутной порометрии получены проограммы и рассчитаны структурно-пористые характеристики Каракумских и Североприкаспийских песков, установлено наличие в них пор различных радиусов и дискретность их распределения, что позволило установить особенность импрегнирования мелиоранта на основе СДБ в песок. Выявлена растворимость поверхности частиц песка в средах с различной рН, определяемая амфотерностью поликремневых кислот, образующихся в процессе гидратации кремнезема.
Определены оптимальные условия получения мелиоранта для создания полимерпесчаной корки с заданными прочностными показателями.
Установлено, что прочность полимерпесчаного покрытия обуславливается адсорбционными процессами, протекающими при нанесении водной дисперсии мелиоранта на поверхность песка.
Выявлено, что мелиорант, полученный на основе вторичных продуктов не проявляет токсичных и гербицидных свойств, а покрытие на его основе повышает влажность песка на 10-20 % и снижает температуру на 20 °С по сравнению с окружавдей средой в жаркий период года.
Практическая ценность. Результатами исследований выявлена возможность использования отходов целлюлозно-бумажной промышленности и производства фенольных смол в качестве мелиорантов для закрепления подвижных песков. Этим самым решаются одновременно три важные народнохозяйственные проблемы: замена дефицитных вяжущих на дешевые отходы промышленности; улучшение санитарных условий в районах накопления и хранения этих вредных отходов за счет их утилизации; охрана окружающей среды путем закрепления движущихся песков.
Опытами доказано, что создаваемое защитное покрытие на основе разработанных составов мелиорантов способно стимулировать прорастанию семян и развитию песколюбивых растений, что важно для фитомелиорации подвижных песков.
Выявлена закономерность языковатого движения фронта жидкости при нанесении рабочего состава мелиоранта на поверхность песка и зависимость глубины пропитки от размеров частиц субстрата и концентрации вяжущего позволяет установить оптимальную норму расхода исходных продуктов, входящих в состав рекомендуемых модифицированных отходов промышленности.
Разработана технология приготовления рабочих составов вяжущих на основе смеси СДБ - ОФП - САФА и даны рекомендации по нанесению мелиоранта на обрабатываемую поверхность, нашедшие применение в практике пескозакрепительных работ на железных дорогах и площадочных объектах.
Рекомендации автора работы внедрены на железнодорожных линиях Чарджоу-Мары, Гурьев-Астрахань, Челкар-Саксаульская и при строительстве Астраханского газоперерабатывающего завода с полученным экономическим эффектом 700 тыс.руб.
Работа выполнена в Институте химии Ш. УзССР в соответствии с его тематикой "Разработка физико-химических основ применения поверхностно-активных веществ и полиэлектролитов для регулирования свойств минеральных дисперсий", коордшшруемой Узбекским филиалом Проблемного Совета Ш СССР "Физико-химическая механика и коллоидная химия", утвержденной Президиумом Ж УзССР, и в Ташкентском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров железнодорожного транспорта по теме "Закрепление подвижных песков" согласно приказу Министра путей сообщений СССР Л 49Ц от 31.12.1982 г.

- 8