Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

Крейтор В.П.

Торф относится к пожароопасным веществам, а при определенных условиях хранения и при некоторых режимах горения торфяных залежей - к взрывоопасным веществам. Это требует внимательного подхода к проблеме обеспечения пожарной безопасности, а задачи прогнозирования торфяных пожаров, решаемые на основе системного анализа, относятся к числу наиболее актуальных для сохранения одного из важнейших природных ресурсов.

Мелиорация территорий отработанных месторождений торфа, включает выполнение следующих задач:

  • модифицирование глинистых пород в районе дорожного и промышленно-гражданского строительства;
  • повышение продуктивности прилегающих территорий путем образования лесных экосистем с использованием нижних слоев торфа с высокой степенью разложения;
  • снижение пожароопасности прилегающих территорий с помощью ингибиторов поверхностного горения.

Комплексное использование ресурсов торфяно-болотной экосистемы и повышения их экологической безопасности необходимо рассматривать для функционирования ресурсодобывающей системы. При этом одновременно могут решиться проблемы функционирования отходоочистительной и транспортирующей систем.

Комплексное использование ресурсов торфяно-болотной экосистемы на этом уровне следует рассматривать в аспектах:

  • использование освободившегося грунта для строительства автомобильных дорог;
  • использование части снятого глинистого грунта, как основной части пленкообразующей композиции для повышения безопасности прилегающих участков торфяных залежей;
  • использование нижнего слоя торфяных залежей для лесопосадок вдоль автомобильных трасс, что, с одной стороны, повысит экологическую ценность экосистемы, увеличив почти на порядок ее продуктивность, с другой стороны, обеспечит защиту автомобильных дорог от снежных заносов и увеличит поперечную устойчивость оснований дорожных одежд, благодаря корневому армированию боковых зон полотна.

Известно, что токсичные отходы промышленных производств создают большую экологическую опасность. Например, отходы производства ароматических аминов и их производных при нормальном функционировании промышленности в целом по стране можно считать многотоннажными. Полутвердые отходы производства ароматических аминов, например, дифениламина, как правило, вывозили на полигон с периодическим сжиганием там; жидкие отходы производства анилина и его производных, вязкие отходы моноэтиланилина после обработки кислыми стоками сбрасывали в шлаконакопители. При этом, испаряясь из отходов, токсичные амины загрязняли атмосферу, а проникая через почву в грунтовые воды, загрязняли водоемы. Не исключены залповые выбросы токсичных вод в открытые водоемы. Весь комплекс вредных химических веществ, поступающих в атмосферный воздух и водные бассейны с выбросами промышленных предприятий, оказывает неблагоприятное влияние на почву, растительный мир. При сгорании смолистых отходов производства ароматических аминов и их производных образуется в воздухе широкий спектр органических соединений, самым канцерогенным из которых является диоксин, клеточный яд животного организма. Огромные площади некогда плодородных земель превращаются в пустыни из-за засоления, отравления ядохимикатами.

К аминокомплексным соединениям (АКС) относят продукты присоединения анилина и некоторых его производных к солям переходных металлов. Такие АКС, как показали наши исследования, во-первых, обладают свойствами ингибиторов горения, во-вторых, обеспечивают возможность существенного улучшения свойств глинистых грунтов, остающихся после выемки торфа, на основании которых после их модифицирования возможно строительство дорожного полотна или временных пожарных подъездных путей.

АКС - мелкокристаллический порошок с зернистыми включениями различной окраски в зависимости от катиона; температура плавления не ниже 100 оС.

АКС устойчивы на воздухе, при хранении не слеживаются, могут содержаться без специальных мер предосторожности длительное время. Анализ опытной партии показал отсутствие в нем свободного амина. Работа с АКС не вызывает опасности в жаркую погоду, так как они разлагаются при высоких температурах, не ниже 120 оС.

АКС могут найти широкое использование в качестве ингибитора горения торфа и нового компонента асфальтобетонной смеси. Асфальтобетонная смесь для устройства покрытий и оснований автомобильных дорог включает битум, минеральный наполнитель и поверхностно-активную добавку. С целью повышения прочностных характеристик и снижения водонасыщения асфальтобетонной смеси в качестве поверхностно-активной добавки может быть использовано АКС.

Частично изъятая глина с поверхностных слоев глинистых грунтов в виде водной суспензии с растворенными в ней АКС с концентрацией около 0,5 % по массе, равномерно распределенная по обе стороны дорожного полотна, может выполнять функции пленкообразователя с ингибиторными свойствами, обеспечивающими снижение вероятности пожара на обработанных поверхностях торфяной залежи.

Глинистые грунты широко распространены и часто используются при строительстве, как естественные основания, строительные материалы, а иногда и как промышленное сырье. Свойства глинистых грунтов повышенной влажности, важные в дорожном отношении, могут быть улучшены посредством добавок к ним нетоксичных АКС. Последнее обстоятельство имеет значение как с точки зрения получения новых материалов, так и с точки зрения решения ряда экологических вопросов. Высоко-влажные глинистые грунты после обработки АКС характеризуются агрегируемостью, способствующей удобообрабатываемости и облегчающей введение вяжущих; повышенной - в сравнении с необрабатываемыми грунтами - прочностью, меньшей липкостью, почти полным отсутствием морозного пучения.

Высоко-влажные глинистые грунты невозможно разрыхлять, а, следовательно, применять для их закрепления цемент и другие вяжущие. Образующиеся в процессе рыхления комья высоко-влажных грунтов слипаются друг с другом, прилипают к рабочим органам и ходовой части машин. Это приводит к потере времени и повышению стоимости гидромелиоративного, транспортного, аэродромного и других видов строительства, а также добычи полезных ископаемых открытым способом. Добавки АКС вызывают уменьшение липкости высоко-влажных глинистых грунтов. Устранение повышенной липкости гидрослюдистой и каолиновой глин происходит при добавке аминокомплекса в количестве 1,0 - 1,5 %; монтмориллонитовой глины - 1,5 - 2,0 % (от массы воздушно-сухой породы).

Введение АКС в глинистый грунт для улучшения его свойств и на поверхность торфяной залежи для снижения опасности возникновения пожара от точечных источников энергии не вызывает загрязнение окружающей среды, так как они растворяются только в сильных кислотах (рН = 1) с концентрацией 3 - 4 % и щелочах (рН = 12) с концентрацией 2 -3 %. Поскольку предлагаемый новый материал (на основе глинистых грунтов и АКС) рекомендуется для строительства оснований дорожных одежд, то мало вероятно воздействие на АКС внешних агрессивных сред. Проникновение АКС в материалы дорожного покрытия значительно улучшает его свойства, а диффузия АКС в глубь торфа повышает его пожаростойкость, уменьшает склонность к саморазогреву и самовозгоранию при понижении влажности торфа менее критического значения.

В технологических процессах приготовления строительных материалов земельные и строительные машины могут использоваться (без проведения специальных мероприятий) лишь до тех пор, пока липкость грунта повышенной влажности невысока. Разработка глинистых грунтов при помощи скреперов практически возможна при относительной влажности до 0,70 - 0,72. Автогрейдеры с прямой лопатой - при Wотн = 0,70 - 0,75. Бульдозеры могут работать при любой влажности грунта при условии обеспечения достаточного сцепления ходовой части машины с грунтовым основанием, однако их производительность по мере увеличения липкости породы значительно снижается. Таким образом, на стадии разработки грунтов повышенной влажности основная задача сводится к уменьшению их повышенной липкости. При этом устраняется сильное прилипание к рабочим органам и ходовой части машин или уменьшается слипаемость отдельных агрегатов грунта повышенной влажности.

С позиции использования аминокомплексных соединений как ингибиторов горения торфа основное внимание было уделено термогравиметрическим исследованиям их свойств. Эти исследования позволяют изучить термические эффекты при разложении в интересующем диапазоне температур 150 - 300 оС, который включает температуры самовоспламенения торфа. Анализ проводился на серийном дериватографе при скорости подъема температуры 10 о в минуту.

Установлено, что начало разложения перечисленных выше аминокомплексных соединений лежит в пределах 160 - 225 оС, температура максимальной скорости разложения 255 - 265 оС, температурный интервал, в котором происходит последовательное отщепление молекул анилина, составляет 160 - 450 оС. Сами молекулы анилина могут расщепляться с выделением негорючих соединений азота. По-видимому, именно разложение аминокомплексов в диапазоне температур воспламенения торфа объясняет способность аминокомплексных соединений ингибировать горение.

Особое влияние аминокомплексы оказывают на характер взаимодействия воды с основным компонентом глины - каолином. Как показали обнаруженные эндотермические эффекты, в указанном диапазоне температур происходит выделение воды химически связанной в системе «каолин - Н2О - АКС». Для некоторых аминокомплексных соединений химически связанная вода удалялась лишь при температурах, существенно превышающих 200 оС. Образующаяся при этих температурах паровая рубашка также обеспечивает ингибирование самовоспламенения торфа.

Работа представлена на научную международную конференцию «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», Австралия (Сидней), 24 декабря 2008 г. - 12 января 2009 г. Поступила в редакцию 14.11.2008.