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Story Of Salt
金坛盐自述
贤文化
冰雪路上的平安符
王昆

冬之时,风雪交加的路上,正在行旅中的人们,或急切的等着飞机的起降消息,或胆战心惊的在高速路上疾驰,或艰难的在城市的大街小巷中穿行。


此刻,他们都有一个共同的期盼,平安出行,安全到家。

这时,如果看到除雪车向雪路上抛撒白色的粉末,就会融化路上与人心中的冰雪,交通恢复畅通,行旅之人得以继续他们的行程。人们不禁要问,这些能融冰化雪的白色粉末是什么?原来,它们就是冰雪路上的平安符——融雪剂。

融雪剂的由来

那么,融雪剂究竟是什么?它有哪些特点呢?其实,它就是由盐发展而来的一种物质,从传统意义上来区分,融雪剂可以分为三类:氯盐类、有机类和混合类。氯盐类融雪除冰剂是一个氯盐家族,主要包括氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等,在国外通称作“化冰盐”。有机类融雪剂主要是以醋酸钙镁盐类(CMA)、尿素和有机醇类物质为主,具有优秀的环保性性能,但由于价格昂贵(约3000~6000/吨),使用仅限于一些对环保要求较高的场合,如机场和钢铁桥梁。混合类融雪剂是近期研究者关注的一个重要方向,它的成分主要是以氯盐类为主题原料,通过加入缓蚀剂或者环保类化学药剂,使其具有价格和环保方面的双重优势。(图1 不同融雪剂的优缺点

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1 不同融雪剂的优缺点

在世界范围来说,氯盐类融雪剂由于具有价格低廉和货源充足的特点,成为目前使用量最为广泛的融雪剂。然而不同的氯盐类融雪剂在对环境的影响(金属、混凝土、土壤和地下水等因素)、融雪化冰能力(冰点、融雪速度适宜和持续作用时间等因素),以及价格等不同方面因素进行综合评价,在氯盐家族中,氯化钠的综合能力最高,其次是氯化钙、氯化镁、氯化钾。因此氯化钠成为全世界使用最广的融雪剂,以发达国家的代表美国为例,其融雪除冰剂主要以氯化钠为主,在20082013年的大雪年份,年使用量占美国盐业总产量的三分之一。此外,欧洲的氯化钠化冰盐使用量同样很高。(表1

1 不同氯化类融雪剂的优缺点

对比项目

氯化钠

氯化钙

氯化镁

氯化钾

对金属的腐蚀性

100%

80100%

80100%

6080%

对水泥的腐蚀性(250次冻融)

轻微破坏

100%

强烈破坏

200%

强烈破坏

150%

轻微破坏

100%

对土壤影响

土壤轻度板结

土壤板结

土壤板结

改良碱性土壤

对地下水的影响

钠质增高

对人的影响较小

钙质增高

对人的影响较大

镁质增高

对人的影响较大

钾质增高

对人无害

最低冰点

-21℃

-50℃

-33℃

-60℃

融雪速度

100%

150%

150%

200%

适宜工作温度

-1-15℃

-1-30℃

-1-20℃

-1-40℃

保持时间

(雪前喷洒)

1

12

23

47

价格

400

1000

800

1600

综合能力

★★★★

★★★☆

★★★

★★

 

那么是什么原因引发人类开发融雪剂的热情呢?这要归功于科技引起的道路交通的发展。在20世纪初,一些技术先进的国家快速发展城市和公路交通,汽车遂成为主体交通工具。比如美国和欧洲,汽车的运力早已远远超过火车,因此城市交通和公路交通在国民经济发展中占据了特殊重要的地位。冬季冰雪对道路交通造成极大的危害,会引起车祸频发,道路封锁、机场停飞等不利事件。处理不当或不及时,可影响城市、地区乃至国家的经济发展,同时影响人民的正常生活,甚至会造成局部“瘫痪”和大面积事故的发生。因此,及时化冰融雪具有重大社会、经济和国防意义,也是世界性难题之一。就当今世界状况看,通过撒播融雪剂达到融化冰雪,以及降低路面冰点、防止道路结冰成为最常用的方法。

融雪剂的发展

知道了融雪剂为人类带来的好处,我们再来看看它能融冰化雪的原因吧。

原来,经研究发现,由盐而生的融雪剂具有吸收空气或者冰雪表面的水后形成溶液的能力,随着溶液中离子浓度增大,使得液相蒸气压下降,但冰的固态蒸气压不变。为达到冰水混合物平衡共存时固液相蒸气压相等的状态,固态的冰雪便融化,逐渐形成冰水混合物,足够的融雪剂可以使得冰雪最终完全转化为溶液状态。它的奇迹就是通过溶于水后降低溶液的冰点,使冰雪的冰点都降至零度以下。融雪剂的溶解使含盐雪水的凝固点降低,因此在雪水中溶解了盐之后就难以再形成冰块。

以上原理也能很好地解释了生活中盐水不易结冰的道理。简单地说,融雪剂的作用原理就是降低了冰雪的熔点,使其更容易融化。(图2 融雪剂融雪化冰的过程

 

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2 融雪剂融雪化冰的过程

 

国外融雪剂

掌握了融雪剂的原理后,世界上许多发达国家大力研发生产这种产品,大大提高了交通安全。其中氯化钠型融雪剂在全世界被广泛使用,在2011年的总消耗量估计在4800万吨,占世界总数的16%,而在2012年总消耗量估计在3500万吨,占世界总数的12.6%。在不同的氯化钠来源中,井矿盐是氯化钠型融雪剂的主要形式,在美国井矿盐占有95%以上融雪剂比例,欧盟则达到70%左右。美国Cargill公司批量生产的氯化钠型融雪剂典型技术指标如表2所示(表2)。美国使用氯化钠时,对其钙镁离子和硫酸根离子浓度有一定限制。因此,很少有对道路桥梁及土壤的腐蚀与损害。

2:氯化钠型融雪剂技术指标

成分

指标值

典型值

干基NaCl%

≥95.0

98.0

钙镁(%以钙计)

0.4

硫酸盐(%以硫酸根计)

0.75

水不溶物(%

≤2

0.75

表面水分(%

≤0.1

0.40

亚铁氰化钠(ppm

≤100

100

密度(g/L

1120—1250

1250

 

国内融雪剂

配合我国高速和城市公路发展对融雪除冰剂的迅猛需求,我国也积极研究开发融雪剂,但是目前在品种及产量上还远远低于欧美国家。在早期,借鉴发达国家的经验,同样以氯盐类为主,但是忽略了美国使用氯化钠时,对其钙镁离子和硫酸根离子浓度有一定限制,部分地区直接使用含有大量杂质(钙镁离子和硫酸根)的海盐作为为融雪剂,对道路桥梁和生态环境造成一定的破坏。其中,氯盐类物质本身会对道路桥梁的钢铁部件产生电化学腐蚀、减少其使用寿命;钙镁离子和硫酸根离子会对混凝土内部的氢氧化钙产生化学反应,生成膨胀类的复盐物质,造成混凝土表面的剥落,从而影响道路的正常使用。此外,氯盐类物质通过溶解随水进入周围土地和地下水,会造成土壤盐渍化合地下水的污染。总之,对于劣质海盐类型除冰剂危害生态环境的重视不足,势必会影响国内城市和地区的可持续发展。

目前,随着社会的进步和和人们生活水平的不断提高,国内对冬季道路安全和除冰剂的要求不断提高,对融雪剂产品提出了很高的质量要求。与国外产品相比,我国用增加固体融雪剂的粒径代替国外的粉末体,更便于机械化撒布;重新制定了道路桥梁中钢铁结构(碳钢腐蚀率)和水泥混凝土融雪剂对应的指标,减少了对道路的破坏;增加了损害植物的重金属含量指标,减少了对环境的污染。(图3.1-3.3

 

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3.1 国内椭圆形融雪剂

3.2 国内片状融雪剂

3.3 国外粉末性融雪盐

在国内不断加强的融雪剂使用规范要求,限制了单一氯盐类融雪剂的使用,很多道路养护部门都开始储备尿素等昂贵的融雪剂,因此开发低价环保的除冰盐产品,具有很广阔的市场前景和迫切的必要性。

国内融雪除冰行业的展望

根据统计,美国高速公路总里程是我国的3.5倍,两国国土面积差不多,但中国人口数量庞大,因而高速公路网需要继续扩大。为此中国融雪剂的市场必将逐步增大,慢慢的接近甚至超过美国的规模,为环保型的融雪剂产品的市场留下了广阔空间。

然而目前国内融雪剂及其使用规范尚不健全,融雪除冰行业正处于发展起步阶段,国家也正在逐步的出台和完善相应的法律法规,在确保冬季安全畅通的同时,也要确保其使用过程中道路桥梁和生态环境的安全。为此需要大力协作。首先,使用者对产品提出性能要求;其次,生产者尽可能研发和生产性能优异的产品;再次,管理者对产品做好监督评价,并制定产品标准和使用规范,从而形成整个行业的良性循环,实现可持续发展。