Бишофит как противогололедный реагент

Реферат

по химии

на тему:

Бишофит

Как противогололедный реагент

 

 

Волгоград

Оглавление

 

Введение 3

Бишофит как противогололедный реагент 4

1.1 Бишофит - базовые характеристики вещества 4

1.2 Бишофит и его свойства как противогололедного реагента 5

1.3 Бишофит и его влияние на окружающую среду и здоровье человека 11

Заключение 14

Список использованной литературы 17

 

Введение

 

Бишофит - вещество, которое иногда предлагают использовать как противогололедный реагент.

 

Цель данного реферата: определить, является ли целесообразным и безопасным применение бишофита в качестве средства для борьбы с обледенением автомобильных дорог и тротуаров.

 

В связи с этим поставлены следующие задачи:

 

• выяснить, как добывается бишофит, что представляет собой это вещество с точки зрения химического состава;
• определить, насколько эффективен бишофит в борьбе с гололедом и какова коррозионная активность вещества;
• определить, как влияет бишофит на окружающую среду и на здоровье человека.

 

Работа состоит из оглавления, введения, основной части (включающей в себя три параграфа), заключения и списка использованной литературы.

Бишофит как противогололедный реагент

 

1.1 Бишофит - базовые характеристики вещества

 

Бишофит - это соль Древнего моря, которая содержит гексагидрат MgCl₂⋅6H₂O (магний шестиводный), а также другие минеральные вещества, в том числе бор, бром, молибден, селен, медь, йод, железо. Бишофит используется для получения магнезиальных цементов, железистого магния и других элементов. Добыча бишофита производится путем закачки воды в подземную среду и извлечения соляных растворов с дальнейшим их выпариванием. Раствор бишофита представляет собой маслянистый рассол без запаха.

 

Существуют крупные запасы бишофита в Волгоградской области и в ряде других регионов.

По данным Всесоюзного научно-исследовательского института минерального сырья им. Н.М. Федоровского (ВИМС МПР РФ) в состав бишофитов входят более 65 химических элементов.

Количество примесей хлоридов и сульфатов натрия, калия и кальция варьируется в пределах от 5% до 15% от массы.

В минерале содержатся примеси большого числа химических веществ, к которым относятся хлористый калий (0,1-6,5%), сернокислый магний (0,1-2,5%), бромистый магний (0,45-0,95%), сернокислый кальций (0,1-0,7%), сернокислый натрий (0,5-0,7%), хлористый натрий (0,1-0,4% до 1,0-1,2%). При этом доля примесей может значительно варьироваться не только от месторождения к месторождению, но и в зависимости от пластов залегания солей в рамках одного месторождения.

Иногда массовая доля бора, брома, стронция, мышьяка, цинка, селена достигает промышленно значимых концентраций.

 

MgCl₂ (хлорид магния) - это неорганическая соль, которая является основным компонентом бишофита. Данное вещество обладает высокой гигроскопичностью, растворяется в воде при 20 °С 35,3% по массе. Внешне представляет собой бесцветные кристаллы плотностью 2,316 г/см³, t_пл 713 °С. Магний хлористый образует кристаллогидраты (устойчивые соединения, состоящие из основного вещества и молекул воды) с 1, 2, 4, 6, 8 и 12 молекулами воды.

 

1.2 Бишофит и его свойства как противогололедного реагента

Перечислим основные факторы, которые определяют, насколько эффективны противогололедные материалы:

• температура замерзания и концентрация растворов;
• плавящая способность;
• расход реагентов;
• вязкость растворов;
• коррозионная активность.

Важнейшей характеристикой для противогололедных реагентов является температура эвтектики - самая низкая температура, при которой теоретически может работать реагент. Чаще всего на практике концентрация образующегося при взаимодействии реагента со льдом раствора меньше эвтектической, поэтому замерзает этот раствор при более высокой чем эвтектическая температуре. В связи с этим принято ориентироваться на эмпирически определяемую “рабочую температуру”. В Таблице 1 представлены температуры эвтектики и рабочие температуры наиболее распространенных веществ, способных плавить лед.

 

Таблица 1

Вещество	Температура эвтектики, oC	Рабочая температура, oC
Хлорид натрия, NaCl	-21,2	-9 -12
Хлорид кальция CaCl2	-51	-34
Хлорид магния MgCl2⋅6H2O	-33.6	-15
Хлорид калия KCl	-10,6	-4
Ацетат калия К(CH3CO2)2	-62	-50
Карбамид (NH2)CO	-11	-5 -7
Формиат натрия HCOONa	-17	-15
Формиат калия HCOOК	-55	-50

 

Разница между температурой эвтектики и рабочей температурой зависит от многих факторов, в том числе от молекулярного строения вещества, его растворимости, вида протекаемой реакции растворения (эндо- или экзометрическая), количества выделяемого/поглощаемого тепла и т.д.

Например, хлорид натрия растворяется с поглощением тепла. Охлаждающая способность соли используется в холодильниках и при производстве мороженого, но не улучшает ее противогололедные свойства. Температура раствора хлорида натрия на дороге может быть на несколько градусов ниже, чем температура воздуха. Именно поэтому техническую соль (галит) не рекомендуют использовать при температуре ниже -9-12С, чтобы избежать повторного обледенения поверхностей.

 

Хлорид магния в бишофите представлен сложной структурной молекулой, где на 2 молекулы магния приходится 6 молекул воды. То есть самого хлорида магния в реагенте всего ⅓. Обычно кроме хлористого магния в бишофите присутствует еще небольшое количество хлоридов натрия, кальция и калия. Но в целом действующего вещества, которое плавит лед, в противогололедном реагенте бишофит бывает не более 48%. Остальное - вода и примеси элементов, включая тяжелые металлы. Этим и обосновывается его относительно небольшая рабочая температура. Для сравнения, в других солях - хлориде натрия и хлориде кальция содержание действующего вещества не менее 85%.

Очень низкой рабочей температурой обладают ацетат и формиат калия. Но ацетаты из-за выделяемого при растворении резкого запаха уксуса запрещены к применению в населенных пунктах. К тому же стоимость ацетата и формиата калия достаточно высока - более 60 тыс рублей за тонну. Поэтому эти реагенты используют в основном для борьбы с гололедом на аэродромах, где важно не только избавиться от наледи, но и сохранить воздушные суда от коррозии. У ацетатов и формиатов наименьший показатель коррозионной активности из всех противогололедных реагентов.

Плавящая способность - количество льда, которое может расплавить один грамм реагента. Смеси различных солей обладают лучшей плавящей способностью, чем однокомпонентные реагенты. Так плавящая способность хлоридов натрия, кальция и магния в отдельности примерно одинакова, но значительно уступает по данному показателю смеси из хлоридов кальция и натрия в соотношении один к трем.

 

Наибольшую плавящую способность в значительном интервале отрицательных температур до –16 ⁰С имеют хлориды кальция и натрия и их смеси. Хлорид магния в твердых ПГР представлен в основном в виде шестиводного кристаллогидрата - бишофита (содержание солей – не более 48%). Поэтому в обозначенном выше диапазоне температур противогололедные реагенты на основе хлорида магния (бишофита) имеют в 2,0-2,5 раза более низкую плавящую способность, чем антигололедные материалы на основе других солей, где содержание действующего вещества 83-98% (хлориды кальция и натрия, формиаты натрия и калия, ацетаты).

 

Что касается коррозионной активности бишофита по отношению к стальным конструкциям, то она выше, чем у других солей и может превышать предельно допустимый показатель для противогололедных реагентов, установленный ОДМ 218.2.027-2003 “Требования к противогололедным материалам”. По данным испытательной лаборатории “Реактив” ФГУП ИРЕА твердый бишофит может иметь значение 1.1 мг/см²*сут (при воздействии на сталь марки 3) при допустимом значении 0.8. Коррозионная активность хлоридов кальция и натрия меньше 0.8. Коррозионная активность же ацетатов и формиатов настолько мала, что приближается к показателям воды.

 

Хлорид магния, в отличие от хлоридов натрия, кальция и других, используемых в качестве ПГР веществ, оказывает очень серьезное разрушающее воздействие на бетонные дорожные покрытия. При так называемой магнезиальной коррозии происходит замещение кальция в бетоне на магний. Образующийся при этом гидроксид магния очень мало растворим в воде, поэтому такая реакция идет до полного израсходования кальция и перехода его в ту или иную растворимую соль, вымываемую из бетона. Все это сопровождается разрушением бетона. Коррозия цемента под действием MgCl2 становится значительной, если концентрация его в воде превышает 1,5 - 2 %. При использовании противогололедных реагентов, как правило, создаются концентрации, намного превышающие указанные значения. Использование хлорида магния в качестве реагента для дорог может привести к ускоренному разрушению элементов ОДХ: бордюров, бетонных покрытий, фонарных столбов и т.д.

 

Также очень важно, какую вязкость имеют реагенты для дорог, ведь от нее напрямую зависит скользкость дорожного покрытия - чем выше вязкость, тем ниже коэффициент сцепления с дорогой. Растворы хлорида магния обладают очень большой вязкостью, соответственно, при высокой концентрации вещества коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием составляет менее 0,28. Это значение недопустимо с точки зрения безопасности дорожного движения. Вязкость у 26% раствора хлорида магния - 9.56 сантипуаз при -5С, что превышает предельно допустимые показатели почти в 2 раза. При этом при понижении температуры воздуха вязкость бишофита возрастает. Если принять сцепление колес с сухим асфальтом за 100 процентов, то сцепление колес с полотном, обработанным раствором хлорида магния - всего 65 процентов. Вязкость растворов хлорида магния значительно выше, чем хлорида кальция и натрия (см. Таблицу 2)

Таблица 2 Вязкость некоторых солей противогололедных материалов в зависимости от температуры

	Вязкость, сП
Температура раствора, С	NaCl, 23%	MaCl2, 26%	CaCl2, 26%	ХКМ (хлористый кальций модифицированный)	Ацетат калия
	3,15	7,80	4,36	4,44	7,42
-5	3,68	9,56	5,19	5,19	8,6
-10	4,27	11,72	6,06	6,05	8,94
-15	5,51	14,93	7,89	7,72	12,3
-20	6,71	19,32	9,15	8,47	13,72
-25	-	25,50	11,00	10,50	14,99
-30	-	-	14,74	-	16,79

 

То есть, как видно из таблицы, чтобы избежать появления скользкой пленки на дороге, хлористый магний в чистом виде использовать нельзя.

 

Что касается класса опасности бишофита, то по данным исследований НИИ ЭЧ и ГОС ИМ. А.Н. Сысина бишофит из-за высокого содержания потенциально токсичных элементов (первого и второго классов опасности): селена, фтора, брома и йода относится ко 2-му классу опасности (высокоопасные вещества). При этом, как было сказано выше, состав и примеси рассола значительно отличаются друг от друга в зависимости от пластов и месторождений. Удаление потенциально опасных примесей из бишофита - достаточно дорогостоящий процесс, что делает бишофит нерентабельным с точки зрения продаж как противогололедного реагента. Поэтому процесс добычи этого рассола максимально упрощен. Что однозначно сказывается на его качестве и экологической безопасности, а также отрицательно влияет на стабильность химического состава.

В 2004 году было полностью запрещено использование хлорида магния на территории г. Москвы в качестве противогололедного материала (Приказ МПР России от 25 ноября 2003 года №1036 и приказ Росприроднадзора от 30 декабря 2004г №206). В 2012 году противогололедные материалы на основе бишофита Волгоградского магниевого завода (ООО ВМЗ) снова получили отрицательное заключение Государственной экологической экспертизы ввиду их высокой токсичности, повышенной вязкости и коррозионной активности.

 

В соответствии с приказом МПР России от 15.06.2001 за № 511 “Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды” класс опасности определяется либо расчетным, либо экспериментальным методом. Хлориды натрия, кальция, калия относятся к 3-му классу опасности. Однако, как показывают экспериментальные испытания, сами антигололедные реагенты на основе хлоридов могут иметь разный класс опасности. Известны ПГР на основе хлоридов, которые по воздействию на окружающую среду и микроорганизмы имеют 4 класс опасности - то есть являются малоопасными.

Учитывая вышесказанное, можно сделать следующие выводы:

1. Как противогололедный реагент бишофит не является эффективным: плавящая способность хлорида магния в 2-2,5 раза ниже, чем у других солей;

2. При этом коррозионная активность на металлы у хлористого магния может превышать предельно допустимые для противогололедных материалов значения. У жидкого хлористого магния она выше, чем у твердого;

3. Хлористый магний вызывает ускоренное разрушение бетона - возникает магнезиальная коррозия. Она имеет высокие значения даже при незначительных концентрациях вещества(1,5-2%);

4. Бишофит является очень вязким веществом, а значит применение его на дорогах может привести к появлению скользкой пленки и, соответственно, к возникновению аварийных ситуаций. С понижением температуры вязкость хлористого магния растет;

5. Бишофит относится ко второму классу опасности - опасные вещества - и содержит более 62 элементов из таблицы Менделеева.

 

1.3 Бишофит и его влияние на окружающую среду и здоровье человека

 

Повторимся, что согласно исследованиям ФГБУ “Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина” хлористый магний является самым токсичным из всех хлоридов, которые используются как противогололедные реагенты, и относится ко 2-му классу опасности.

В чем же именно состоит опасность для окружающей среды?

Достаточно сказать, что хлористый магний в виде раствора бишофита широко используется в сельскохозяйственной практике как десикант - вещество, способствующее усыханию, отмиранию и опаданию листьев. 2% - 5% раствором бишофита обрабатывают растения от вредителей. То есть 5% раствор бишофита является губительным для насекомых. Раствор бишофита более 5% вызывает ожоги листьев и плодов. Магний же имеет свойство накапливаться в почве, загрязняя ее, а значит противогололедные реагенты, содержащие хлорид магния, могут представлять большую опасность для растительности, особенно при постоянном их использовании в большом количестве.

Из заключения НИИ им. Сысина “Санитарно-гигиенические характеристики некоторых веществ, входящих в состав ПГМ” следует, что использование бишофита негативно влияет и на процессы самоочищения водоемов, на микроорганизмы. Экспериментальным путем было доказано: чтобы исключить неблагоприятное воздействие на водоемы, концентрация хлористого магния не должна превышать 0,02 мг/л (к примеру, для хлористого кальция данная концентрация - 1000 мг/л, для хлористого натрия - 350 мг/л). Хлорид магния теряет токсичность по отношению к деревьям и микрофлоре почвы лишь при уменьшении концентрации вещества в 700 раз. При концентрации 1:700 раствор бишофита не содержит примесей тяжелых металлов и других химических веществ в опасных концентрациях. Но в таком случае бишофит полностью теряет свойства противогололедного реагента, что делает его использование бессмысленным.

 

В бишофитах содержатся в значительных концентрациях соединения потенциально токсичных элементов (первого и второго классов опасности): тяжелых металлов, галогенов – фтора, брома и йода. Последние в высоких концентрациях представляют потенциальную опасность для растений и животных, а также для человека.

 

Согласно заключению испытательной лаборатории “Реактив” ФГУП ИРЭА в растворе природного бишофита было обнаружено превышение допустимого содержания химических веществ, в частности селена в 20 раз, что не соответствует нормам ОДН 218.2.027-2003. Селен и большинство соединений с селеном являются токсичными для человека даже в средней концентрации, а концентрация селена в бишофите очень велика.

 

Отметим, что бишофит используют в медицине. Раствором или мазью лечат суставы, но лечение проводят под строгим контролем врача и не более 10 дней. Рассол содержит магний, фтор, бром, стронций, цезий, железо, мышьяк, кремний, фосфор, молибден и еще более десятка элементов таблицы Менделеева. Находясь в растворенном состоянии, эти элементы обладают высокой активностью. Они легко проникают в кожу и кровь человека, разносятся по организму и накапливаются в нем. Учитывая эту особенность, лечение бишофитом проводят коротким курсом, микродозами и точечно.

При ежедневном длительном применении бишофита возможны:

• раздражения тканей, кожные аллергические реакции;
• появление признаков йодизма, бромизма (переизбытка йода и брома): заторможенности, апатии, нарушения памяти. Переизбыток йода блокирует работу щитовидной железы, при беременности приводит к генетическим уродствам плода.

Избыток магния (в бишофите его до 430 г/л) в организме ведет к слабости, понижению артериального давления, расстройству дыхания, вплоть до остановки сердца. Даже в инструкции по применению бишофита написано, что контакт с этим веществом противопоказан больным с нарушениями в функционировании сердечно-сосудистой системы.

 

Высокая биоактивность бишофита может стать проблемой для работников коммунального хозяйства, которые будут ежедневно контактировать с данных веществом при применении его в качестве противогололедного реагента, а также для домашних животных. Ежедневные прогулки по снегу с примесью бишофита могут нанести вред организму животного, если его лапы не защищены обувью. Как указано в инструкции к бишофиту, он может всасываться через кожные покровы (лапы животного) и приводить к общей интоксикации организма вплоть до летального исхода.

 

Учитывая, что бишофит оказывает существенное негативное влияние на здоровье человека, животных и на окружающую среду, как противогололедный реагент он применяться не должен.

 

Заключение

 

В ходе работы над рефератом удалось сделать следующие выводы:

1. Бишофит, являющийся наиболее распространенной солью, содержащей хлорид магния - самый токсичный из всех хлоридов, которые используются как противогололедные реагенты. В ряде случаев он относится ко 2 классу опасности;

2. Бишофит содержит соединения потенциально токсичных элементов (первого и второго классов опасности): тяжелых металлов - селена, фтора, брома. То есть в высоких концентрациях данное вещество представляет опасность для растений и животных, а также для человека;

3. Коррозионная активность, которую имеет противогололедный реагент бишофит, превышает предельные значения, установленные на федеральном уровне, при этом плавящая способность вещества в 2-2,5 ниже, чем у других солей, так как действующего вещества в бишофите не более 48%. Остальное - кристаллическая влага;

4. Вязкость хлористого магния и растворов бишофита в два раза превышает нормы, которые установлены на федеральном уровне. При этом с понижением температуры вязкость возрастает. Это приводит к образованию скользкой пленки на проезжей части и, соответственно, способствует возникновению аварий;

5. Хлористый магний - самый агрессивный хлорид по воздействию на бетонные покрытия. Даже при концентрации 1,5-2% он вызывает магнезиальную коррозию, которая ускоряет разрушение бетона;

6. В 2004 году использование хлорида магния в качестве противогололедного материала на территории Москвы было запрещено.

 

Противогололедный реагент Бишофит угрожает здоровью людей, наносит вред окружающей среде, животным и растениям. Лишь при соотношении с водой 1:700 раствор бишофита не содержит примесей тяжелых металлов и других химических веществ в опасных количествах. Но при такой концентрации бишофит полностью теряет свойства противогололедного реагента. А значит, его использование бессмысленно.

 

Хлорид магния возможно использовать в незначительных количествах лишь в качестве компонента в многокомпонентных противогололедных материалах с обязательным добавлением ингибирующих веществ (например, формиата натрия).

 

Список использованной литературы

1. Маслов Б.С. и др. Справочник по мелиорации. – М.: Росагропромиздат, 1989

2. Протокол испытаний жидкого Бишофита №127.1-8 от 27.02.2012 года

3. Разъяснения о возможности применения бишофитов №39/22-РЭТ от 14.05.212

4. Отчет ФГБУ “Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина” по теме: “Сравнительная гигиеническая характеристика основных химических компонентов некоторых противогололедных материалов”

5. Заключение экспертов Центра общественной химико-экологической экспертизы “ЭХО” об использовании хлорида магния в качестве противогололедного средства в качестве однокомпонентного реагента и в составе многокомпонентных противогололедных материалов.