CC BY
155УДК 625.768.5
С.П. АРЖАНУХИНА, канд. техн. наук,
главный специалист ФГУП «РОСДОРНИИ» (Москва)
Отраслевые особенности применения хлорида кальция
В современных условиях заметно расширение областей применения безводного хлорида кальция, а также материалов на его основе. Это определяется его физико-химическими свойствами, а также возможностью массового производства.
Химическое название: calcium chloride anhydrouse. Внешний вид: белое либо светло-серое гранулированное, зернистое гигроскопичное вещество без запаха. Существует несколько его кристаллогидратов, а именно безводный, двух-, четырех- и шестиводный. Фотографии баз-водного хлорида кальция и противогололедного материала (ПГМ) на его основе представлены на рис. 1 и 2.
Природный хлорид кальция — это обычно кристаллогидрат СаС126Н20, который при нагревании теряет сначала четыре молекулы воды, а затем и остальные. Он также встречается в виде редкого минерала антарктици-та, содержится в рапе некоторых соляных озер и подземных рассолах. Его получают как побочный продукт в производстве соды аммиачным способом и бертолетовой соли, а также при действии соляной кислоты на известковое молоко. Растворы упаривают и выделяют хлорид кальция в виде белой или сероватой пористой массы (плавленый хлорид кальция). Вещество разлагается при разогреве до высокой температуры и при сжигании с образованием токсичных и едких паров. Водный раствор является слабым основанием.
Молекулярная масса 110,08. Температура плавления 772оС. Температура кипения более 1600°. Плотность 0,0215 кг/м3 при 20оС. Уровень pH 8—9. Растворимость (1 г на 100 г H2O): 74 (20оС) и 159 (100оС). При растворении им выделяется много тепла. Водные растворы замерзают: 20%-й при 18,6оС, 30%-й при 48оС).
Хлорид кальция — это материал, которым поглощается одно или более веществ из жидких или газообразных сред, контактирующих с ним, и в процессе контакта изменяет свое физическое или химическое состояние или то и другое одновременно. Материал обладает высокой адсорбиционной способностью. Его применяют для сушки жидкостей и газов (азота, кислорода, водорода, хлорида водорода, двуокиси серы и др.), а также, чтобы получить сложный эфир, эфир и акриловую смолу. Высушивание гранулированным хлоридом кальция при 25оС понижает влажность газов до 0,14—0,25 г воды на 1 м3.
Он очень хорошо абсорбирует воду, так как при температуре, не превышающей 30о, образует СаС126Н2О.
При относительной влажности 36; 60; 70; 80; 85; 90 и 95% на единицу массы СаС12 приходится соответственно 1; 1,6; 2; 2,8; 3,5; 5 и 8,4 % воды.
Однако он не относится к числу быстродействующих осушителей и для высушивания требуется продолжительное время, так как поверхность твердого хлорида кальция покрывается тонким слоем его раствора в извлекаемой воде; при стоянии вода поглощается с образованием твердого низшего гидрата, который в свою очередь также является осушителем.
Например, на ООО «Зиракс» (Волгоград) безводный хлорид кальция получают путем управляемой химической реакции соединения соляной кислоты и известняка с определенными характеристиками. Вещество гигроскопично, хорошо растворяется в воде, его применяют для сушки жидкостей и газов. Смеси этой соли со снегом или мелкоистолченным льдом плавятся при температуре намного ниже нуля. Точка плавления холодильной смеси состава 58,8% СаС126Н2О и 41,2% снега - -55оС.
Существует два основных способа производства хлорида кальция: первый — из природных рассолов после удаления поваренной соли и брома (при необходимости) с последующей обработкой известковым молоком или гидроксидом магния; второй — при производстве соды по способу Сольвея, когда известковое молоко или негашеную известь используют для возвращения в процесс получения аммиака. Затем хлорид кальция осветляют, а непрореагировавшую поваренную соль высаливают.
Хлорид кальция технический выпускают по ГОСТ 450—77, двуводный хлорид кальция — по ТУ 6-09-5077—83.
Хлорид кальция абсорбирует влагу из внешней среды и растворяется в ней с выделением тепла; наличие влаги и тепла способствует увеличению скорости растворения хлорида натрия. Полученный автором типовой способ поглощения влаги хлоридом кальция из внешней среды представлен на рис. 3, где видно, что гранулы хлорида кальция при нормальной температуре превратились в течение часа в капли солевого раствора.
Растворимость хлорида кальция зависит от температуры: чем ниже температура, тем меньше растворимость. Уменьшение растворимости имеет свои пределы — точку, в которой ПГМ больше не растворяется и в которой нельзя снизить температуру замерзания.
Рис. 1. Хлорид кальция
Рис. 2. ПГМ на основе хлорида кальция
Рис. 3. Поглощение влаги хлоридом кальция из окружающего воздуха
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
60 октябрь 2010
feWlSilitfibilS Ы ®
Рис. 4. Обеспыливание грунтовых дорог
Вещество хранят в герметичных мешках, а помещение должно быть снабжено хорошей вентиляцией. Тару располагают таким образом, чтобы была обеспечена циркуляция воздуха: мешки, хранящиеся долгое время, должны быть использованы в первую очередь. Слежавшийся хлорид кальция следует измельчить, иначе он будет медленно растворяться в воде. Хлорид кальция нетоксичен. Если он попадает на кожу или одежду, его смывают водой.
Рекомендуется готовить концентрированный раствор хлорида кальция с последующим его разбавлением; свежеприготовленный раствор обычно теплый, перед употреблением он должен быть охлажден.
В процессе приготовления безводного хлорида кальция (выпаривание насыщенного раствора и последующее прокаливание) обычно в незначительной степени происходит гидролиз соли. Вследствие этого осушитель всегда может содержать небольшое количество гидрата оксида кальция или основной соли кальция. Хлорид кальция образует соединения со спиртами, фенолами, аминами, аминокислотами и амидами.
Хлорид кальция технический применяется в промышленности (химической, лесной, деревообрабатывающей, нефтяной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической); в холодильной технике, в строительстве и при изготовлении строительных материалов, в цветной металлургии, при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, а также в качестве осушителя.
При обработке раствором хлорида кальция грунтовой или щебеночной автомобильной дороги или другой пылящей поверхности она останется влажной намного дольше, чем после поливки водой. Это происходит потому, что упругость пара над раствором хлорида кальция очень мала; такой раствор поглощает влагу из воздуха и поэтому долго не высыхает. Примеры обработки грунтовых дорог безводным хлоридом кальция приведены на рис. 4.
Введение хлорида кальция в слои конструкции автомобильной дороги повышает прочность покрытия и
Рис. 5. Обработка безводным хлоридом кальция обледеневшего дорожного покрытия
увеличивает срок службы дороги.
Использование гранулированного хлорида кальция в сравнении с жидким с содержанием СаС12 28—32% существенно снижает капитальные и операционные затраты по применению продукта в пересчете на основное вещество.
Хлорид кальция по ГОСТ 450—77 применяется при строительстве дорог, в работах по уходу и содержанию дорог и пешеходных зон (в борьбе со льдом и пылью). Его используют в качестве профилактического средства для предотвращения образования льда перед понижением температуры или во время снегопада, при +2 —2оС.
Безводный хлорид кальция при противогололедной обработке в твердом виде эффективен до -34оС, при растворении выделяет большое количество тепла, что обусловливает его быстрое растворение и начало процесса плавления льда. Его используют для повышения эффективности действия хлорида натрия. Ввиду высокой активности расход материала невелик. Он менее вреден с экологической точки зрения, чем техническая соль.
Его используют против обледенения летных полей, железнодорожных рельсов и стрелок.
Работа безводного хлорида кальция как низкотемпературного противогололедного материала показана на рис. 5.
Например, противогололедный материал АЙСМЕЛТ™ (три части хлорида натрия и одна часть безводного хлорида кальция) в Москве успешно применяется с 2004 г., до 20 тыс. т ежегодно. Важным его преимуществом является предельно низкая степень коррозионной активности. Скорость коррозии образцов из стали при погружении в 5%-й раствор составляет 0,056 г/м2-ч, а скорость атмосферной коррозии — до 0,27 мм/год. Что убедительно выглядит в сравнении с водопроводной водой — соответственно 0,116 г/м2-ч и 0,264 мм/год и с нормативами «Требования к противогололедным материалам» — 0,4 мм/год.
Присутствие кальция в химически чистых реагентах снижает количество ионов натрия и их негативное воздействие на окружающую среду. На основе результатов научных изысканий разработан противогололедный материал нового поколения АЙСМЕЛТ™ с ингибиторами коррозии, рекомендуемый к применению при зимнем содержании дорожных покрытий федеральных, территориальных и городских автомобильных дорог. Размерные, физические и физико-химические параметры обеспечивают равномерное распределение его гранул на дорожном покрытии с минимальными потерями. Материал имеет самую низкую норму расхода при температуре воздуха до -20оС.
Ключевые слова: безводный хлорид кальция, отрасли применения, физико-химические свойства, производство.
Литература
1. Карякин Ю.В. Чистые химические реактивы. М.—Л.:
Госхимиздат, 1955. 225 с.
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Л] : : ® октябрь 2010 61~"
