Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности

Сильный нагрев порошкового состава при тушении пожара приводит к его плавлению и переходу твердого вещества в жидкое состояние, а затем при испарении — в газ. Испарение и плавление твердых тел сопровождается поглощением теплоты испарения или плавления, затрачиваемой на преодоление связей между частицами и на отрыв частиц от поверхности кристаллов или жидкости. Температуры плавления твердых веществ и кипения жидкостей различны и объясняются различными энергиями связей между атомами и молекулами веществ. Именно эти физические свойства веществ учитываются при разработке, выборе и оценке эффективности огнетушащих средств и материалов.

Применяемые стандартные составы очень дороги, поэтому перспективно изучение пылевидных отходов промышленности в связи с их дешевизной, малыми затратами на окончательную доработку и возможностью утилизации.

На основании исследований предлагается использовать в качестве компонентов огнетушащего состава некондиционный (просроченный) порошок П-2АП, сохранивший свою огнетушащую способность [1] и мелкодисперсные отходы сырой доломитовой пыли цеха обжига доломита.

Основой огнетушащего порошка П-2АП является аммофос, состоящий из фосфорно-аммонийных солей. При разложении аммофоса реакция идет с поглощением тепла (эндотермическая): на 1 кг аммофоса затрачивается 584,85 кДж.

Пылевидные отходы цеха обжига доломита содержат большое количество оксидов и карбонатных соединений кальция и магния, обладающих гигроскопическими и связующими свойствами. Это позволяет эффективно использовать их в качестве веществ, замедляющих процессы взрыва и горения материалов, в частности, для осланцевания горных выработок, приготовления эмульсий и паст для связывания оседающей угольной пыли, антипирогенов, в составах огнетушащих порошков. Реакции разложения доломита также идут с эндотермическим эффектом и деструктуризацией, что свидетельствует о возможности применения пылевидных доломитовых отходов в огнетушащих составах.

Полученные расчетные данные хорошо согласуются с проведенными термографическими исследованиями доломитовой пыли методом ДТА [2], представленным на рисунке 1. Начало первого эндотермического пика при температуре 420°С соответствует началу диссоциации карбонатов магния, а второй пик при 750°С соответствует диссоциации карбонатов кальция, температуры разложения этих солей близки к справочным данным [3].

Решение комплексной задачи по разработке состава достигается за счет оптимально выбранного качественного и экспериментально подобранного количественного состава компонентов огнетушащих порошков, изготавливаемых из отходов доломитовой пыли и некондиционного огнетушащего порошка. Технически и экономически целесообразно применение в огнетушащих составах тонкодисперсной доломитовой пыли цеха обжига доломита, которая в основном состоит из частиц размером до 1,0 мм, т.е. не требуется затрат электроэнергии на ее дополнительное измельчение. Составы готовят путем механического смешивания компонентов до их равномерного распределения в смеси. При этом комочки, имеющиеся в просроченном порошке, разбиваются.

Радикальным решением экологической и экономической проблемы отходов является разработка путей их утилизации. Поскольку и просроченный огнетушащий порошок П-2АП, и пылевидные отходы производства доломита не находят применение и складируются в отвалах, загрязняя окружающую среду.

Температура, °С

1 и 1', 2 и 2' — соответственно прямые и дифференциальные температуры пробы (1) и эталона (2)

Рисунок 1 — Термограмма нагрева доломитовой пыли

В качестве объектов исследования были взяты следующие отходы:

- просроченный огнетушащий порошок П-2АП;

- доломитовая пыль сырого доломита ЦОИ-2 «Арселор Миттал Темиртау».

Было отобрано по три пробы каждого вида отходов, проведено их усреднение и сушка до постоянной влажности при 50°С в сушильном шкафу (массовая доля влаги не более 0,5%). Результаты работы по определению химического состава и гранулометрического анализа мелкодисперсных пылевидных отходов представлены в таблице 1.

Одним из параметров, позволяющим оценить огнетушащую способность порошков, является их дисперсность, которую можно определить либо по фракционному (гранулометрическому) составу, либо по удельной поверхности.

Исследования гранулометрического состава пыле­видных отходов проводились ситовым и микроскопи­ческим анализом.

Ситовый анализ огнетушащих порошков проводили согласно ТУ-113-08-597-86, на двух сетках: №02 (200 мкм) — остаток составил не более 5 % и №005 (50 мкм) — здесь остаток составил 10-50 % (т.е. значительная часть частиц порошка имеет размер менее 50 мкм). Аналогичная картина наблюдалась и у отходов доломитовой пыли. Микроскопические исследования порошков проводили в простом проходящем свете при увеличении в 1000 раз. Для определения гранулометрического состава подсчитывали количество частиц фракций 0-10,11-20,21-30,31-40 и 41-50 на десяти полях. На рисунке 2 представлены микроскопические исследования преобладающей фракции доломитовой пыли.

Микроскопические исследования показали, что доломитовая пыль не нуждается в дополнительном измельчении.

Для экспериментальной проверки показателей разработанных составов были приготовлены семь смесей с различным содержанием компонентов. Результаты приведены в таблице 2.

Исследования показали, что наиболее полно вышеустановленным требованиям отвечают составы 2-4, которые обеспечивают высокую огнетушащую способность и меньшую комкуемость огнетушащего состава при относительной низкой стоимости.

Установлено, что при снижении массовой доли доломитовой пыли в составе огнетушащего порошка менее 35 % увеличивается ее комкуемость, т.е. доля смеси, требующая дополнительного измельчения. При массовой доле доломитовой пыли в смеси более 45 % снижается огнетушащая способность смеси.

Гранулометрический и химический состав

Рисунок 2 — Микроструктура доломитовой пыли размером менее 50 мкм

Анализ полученных результатов показывает, что использование в предлагаемом огнетушащем составе в качестве основного компонента просроченного порошка П-2АП (сохранившего основные эксплуатационные свойства — огнетушащую способность) и невостребованных пылевидных отходов сырого доломита обеспечивает достаточно высокие эксплуатационные свойства состава при весьма незначительной его стоимости. Этим достигается высокая экономичность предлагаемых огнетушащих составов и не ухудшается их экологичность, так как порошок на фосфорно-ам­монийной основе и продукты его разложения не ока­зывают отравляющего воздействия на людей, не вы­зывают коррозии и порчи технологического оборудо­вания, при попадании на почву они усваиваются как удобрения. Добавление в почву гашеной извести так­же является агротехническим мероприятием.

Таким образом, оптимальным составом с точки зрения практического применения заявляемого огнетушащего порошка являются составы: № 2-4, что подтверждается промышленными испытаниями.