Противогололедный реагент Бишофит: его свойства и целесообразность применения

07.10.16

В Волгоградской области существуют большие залежи минерала бишофита. Такая относительная доступность вещества позволяет достаточно активно использовать его в том числе и в качестве средства для борьбы с гололедом. Но насколько это оправдано?

Для начала давайте разберемся, что же представляет собой противогололедный реагент Бишофит с точки зрения химического состава.

Бишофит - это соль Древнего моря, которая содержит гексагидрат MgCl2⋅6H2O (магний шестиводный), а также другие минеральные вещества (бром, бор, селен, молибден, йод, медь, железо и так далее). Добыча бишофита происходит путем вымывания солей из скважин. Раствор бишофита - это маслянистый рассол без запаха.

Главным действующим компонентом бишофита является хлорид магния, или магний хлористый (химическая формула MgCl2). Это неорганическая соль - бесцветные кристаллы, плотность которых составляет 2,316 г/см3, tпл - 713 °С. Хлорид магния - достаточно гигроскопичное вещество. Его растворимость в воде при 20 °С - 35,3% по массе. Хлористый магний образует кристаллогидраты (устойчивые соединения, состоящие из основного вещества и молекул воды) с 1, 2, 4, 6, 8 и 12 молекулами воды.

Итак, бишофит предлагается некоторыми производителями плавящих лед составов в качестве противогололедного материала.

Противогололедные материалы (ПГМ) - это средства, которые позволяют уменьшить скользкость на дорогах. Они делятся на:

• фрикционные материалы - щебень, песок и так далее, которые не плавят лед и снег, а уменьшают скользкость за счет создания шероховатой поверхности;
• противогололедные реагенты (ПГР) - химические составы, которые плавят лед и снег, при этом образуя раствор, который имеет температуру замерзания ниже, чем у воды. Чем ниже температура замерзания - тем эффективнее противогололедный реагент.

Итак, бишофит имеет формулу MgCl2⋅6H2O. Отметим, что действующего вещества (хлорида магния) в этом соединении не более 48%, то есть бишофит - “твердый раствор” хлорида магния. За счет этого снижается плавящая способность бишофита, увеличивается его расход и затраты на транспортировку и хранение “лишней воды”.

В этой связи поступают предложения использовать в качестве ПГР обезвоженный хлорид магния. Но здесь существуют определенные нюансы - для получения безводного хлорида магния бишофит обезвоживается до MgCl2⋅2Н2О, а затем проводится дегидратация MgCl2⋅2Н2О в токе HCl при 100-200°С. Из-за этих сложных манипуляций безводный хлорид магния получается довольно дорогим для использования его в качестве противогололедного реагента. А так как безводный хлорид магния чрезвычайно гигроскопичен, его хранение и распределение по дорожному полотну проблематично, ведь он поглощает влагу из воздуха и при этом теряет свою структуру.

Необходимо сказать о том, что неочищенный природный минерал бишофит, который выступает сырьем для производства противогололедных материалов на основе хлорида магния, кроме магния содержит более 70 элементов, в том числе тяжелые металлы и галогены. Из-за высокой концентрации данных примесей, ПГР, изготовленный из неочищенного бишофита, опасен как для окружающей среды, так и для человека.

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 состав и примеси рассола значительно отличаются друг от друга в зависимости от пластов и месторождений.

В чем же именно состоит опасность бишофита для окружающей среды?

Чтобы объяснить это, достаточно будет упомянуть, что хлористый магний в виде раствора бишофита активно применяется в сельском хозяйстве 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, что мешает усвоению других микроэлементов. При борьбе с гололедом противогололедные реагенты могут попадать в почвы с талым снегом, нанося урон растениям.

Противогололедный реагент Бишофит представляет серьезную опасность для здоровья человека при постоянном контакте. Бишофит легко всасывается через кожу.
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 мазей из бишофита указано, что контакт с этим веществом противопоказан больным с нарушениями в функционировании сердечно-сосудистой системы.

Учитывая вышесказанное, делаем вывод, что использование бишофита как противогололедного реагента может оказать необратимое негативное воздействие на окружающую среду, повлиять на здоровье человека и животных. А значит, применение данного вещества в качестве противогололедного реагента нецелесообразно и потенциально опасно.

Более того - свойства бишофита как средства для борьбы с гололедом также оставляют желать лучшего.

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

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

Крайне важная характеристика для противогололедных реагентов - температура эвтектики. Это наиболее низкая температура, при которой может работать реагент в теории. Что касается практики - концентрация образующегося при взаимодействии реагента со льдом раствора меньше эвтектической, поэтому замерзает этот раствор при более высокой чем эвтектическая температуре. Именно поэтому принято ориентироваться на так называемую “рабочую температуру”, которая измеряется эмпирически. В Таблице 1 указаны температуры эвтектики и рабочие температуры самых распространенных веществ, обладающих плавящей способностью.

Таблица 1

Вещество	Температура эвтектики, °C	Рабочая температура, °C
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

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 защитить воздушные суда от коррозии. У ацетатов и формиатов наименьший показатель коррозионной активности из всех противогололедных реагентов.

Рассмотрим бишофит также с точки зрения его способности эффективно плавить лед - плавящей способности. Это количество льда в граммах, которое способен растопить 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 смеси из хлоридов кальция и натрия в соотношении один к трем.

Наибольшую плавящую способность в значительном интервале отрицательных температур до –16 °С 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).

Но не только плавящая способность реагента имеет значение! Очень важна такая характеристика, как вязкость. От нее напрямую зависит скользкость дорожного покрытия - чем выше вязкость, тем выше скользкость. Растворы хлорида магния обладают очень большой вязкостью и при высоких концентрациях, которые образуются на дороге при таянии льда, коэффициент сцепления имеет недопустимые с точки зрения безопасности движения значения - менее 0,28. Вязкость у 26% раствора хлорида магния - 9.56 сантипуаз при -5С, что превышает предельно допустимые показатели почти в 2 раза. При понижении температуры воздуха вязкость бишофита возрастает. Если принять сцепление колес с сухим асфальтом за 100 процентов, то сцепление колес с дорожным покрытием, обработанным хлоридом магния, составит всего 65 процентов. Вязкость растворов хлорида магния в 2 раза выше, чем хлорида кальция, при одинаковых концентрациях.

При этом коррозионная активность бишофита на сталь очень высока и превышает ту, которой может обладать противогололедный реагент согласно нормативам. По данным испытательной лаборатории “Реактив” ФГУП ИРЕА она имеет значение 1.1 мг/см2*сут (при воздействии на сталь марки 3), а допустимое значение - 0.8. Коррозионная активность хлоридов кальция и натрия меньше 0.8. Применение же ингибиторов коррозии в смесях, в которых есть хлориды натрия и кальция, дает возможность значительно понизить коррозионную активность многокомпонентного реагента. Следует также отметить, что хлорид магния, в отличие от хлоридов натрия, кальция и других, используемых в качестве ПГР веществ, оказывает очень серьезное разрушающее воздействие на бетонные дорожные покрытия.

Учитывая вышеперечисленные данные, использование противогололедных материалов только на основе хлорида магния/бишофита, нецелесообразно. Возможно применение хлорида магния как компонента в многокомпонентных ПГР. Составы с присутствием сразу четырех видов хлоридов: натрия, кальция, магния и калия существуют, например, в виде природных рассольных подземных морей. Концентрация хлорида магния в таких рассолах не превышает 10%, а присутствие менее вязких солей снижает общую вязкость раствора до допустимых норм.