赵 鹏，孙 刚，翟 晶

(1. 煤炭科学技术研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013;2. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013;3. 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京 100013;4. 煤炭科学技术研究院有限公司 矿用材料分院，北京 100013)

0 引 言

2020年末我国公路总里程突破了500万km，其中高速公路达到15万km，遥遥领先第2名的美国，公路交通网的快捷安全是保障国民经济持续增长的重要基石。我国约有75%的领土属于冬季降雪冰冻区[1]，道路在结冰积雪的环境下经车辆碾压，路面的附着系数降低至0.15以下[2]，仅为无雪沥青路面或水泥混凝土路面附着系数的1/8～1/4，汽车制动困难，严重影响行车安全。据统计，冰雪天气交通事故的发生概率提高84%，人员伤亡率增加75%，在所有不利气候条件发生的交通事故和引发的经济损失中降雪位居第2[3]，严重威胁着道路安全畅通和人类的生命财产安全。

现有的融雪除冰技术可分为内部除冰和外部除冰技术[4]。内部除冰是1种利用外界热量加热路面或向铺设路面的材料中添加化学抑制剂，改变路面性质的技术，此类技术造价高不适合大面积使用。外部除冰技术包括机械除雪或者施撒融雪剂，机械除雪效率低。融雪除冰众多的方法中，当下只有融雪剂最为广泛和便捷，然而，融雪剂对环境的不利影响也日益凸显。世界各国对融雪剂的研究逐渐从纯氯盐型融雪剂向环保复合型融雪剂方向发展。对此，笔者总结分析了我国融雪剂的应用现状和存在问题以及融雪剂的研发趋势，为新型融雪剂的研发和合理使用提供有益参考。

1 融雪剂的作用机理

融雪剂被称为除雪剂、化冰盐、道路防冻剂、消雪化冰剂、冰雪速融剂等，是1种能够促使冰雪速融的化学试剂，主要应用于城市道路、高速公路、机场、港口、桥梁等设施[5]，具有播撒简单实用，融雪化冰效率高的特点。

融雪剂的融雪化冰作用原理为稀溶液依数性机理，难挥发的小分子溶质添加至稀溶液中导致溶液的蒸气压降低，沸点升高，凝固点下降。融雪剂为无机或有机盐类化学物质，溶于水后提高了水中离子的浓度，水的液相蒸气压降低，冰雪的固态蒸气压却没发生任何的变化，只有固态冰雪融化成水才能达到冰水混合物固液蒸汽压相等，融雪平衡沿着盐溶解的方向进行，盐分不断溶解，雪水冰点持续下降，从而达到融雪除冰的效果[6]。如融雪剂中氯化钠溶于水后冰点为-10 ℃，氯化钙溶于水后冰点降至-20 ℃，醋酸钾溶于水后冰点可降至-30 ℃。

2 氯盐型融雪剂的使用现状及发展趋势

2.1 传统氯盐型融雪剂

美国早在20世纪30年代就开始使用融雪剂。时至今日，融雪剂在全球范围内应用广泛，世界每年融雪剂使用量超过3 000万t，且呈逐年增加的趋势。欧美每年融雪剂使用量1 000万t，加拿大每年融雪剂的使用量500万t以上，而我国每年融雪剂使用量仅60万t左右，其中，黑龙江每年用量20万t，山东每年用量5万t，北京市加大提倡环保力度、减少融雪剂使用量，北京市环卫集团融雪剂的储存量也达到1.2万t[7]。与西方发达国家相比，我国融雪剂市场还处于开发的初级阶段。

氯盐型融雪剂是最早使用，也是至今使用量最大的1类传统型融雪剂，包括氯化钠、氯化镁、氯化钙、氯化钾等，此4类氯盐化合物中，氯化镁降低冰点性能最好，但毒性大，不宜大量使用，氯化钠价格低廉、无毒且效果较好，所以目前用量最多，氯化钙在溶解时会释放大量的热量，当氯化钙浓度达到32%时，最低冰点可达-49.7 ℃，主要应用于道路融冰作业。

氯盐型融雪剂具有冰点低、资源丰富、价格低廉、融雪效果好的优势[8-9]，广泛应用于公路融雪，应用比例高达90%以上，即使是一些发达国家目前仍在使用氯盐型融雪剂。

2.2 复合氯盐型融雪剂

氯盐型融雪剂中氯离子腐蚀性强，该类融雪剂的大量使用，造成了绿化植物的大量死亡，路面、桥面腐蚀严重，地下水源污染，科学家还发现，盐水的喷洒还造成大气臭氧层的破坏。据不完全统计，使用1t融雪剂引发经济损失高达803美元，因此，为保证融雪剂高效的融雪除冰能力，广大科研人员以低廉的氯盐为主要成分，通过缓释剂等的添加复配，进行融雪剂配方的优化改进，大大降低了氯盐型融雪剂的腐蚀性。

张景亚[10]研发了1种“作物营养，环境友好”型系列融雪剂KCl-MgCl2-Lux，Lux由硝酸铵钙、尿素、硝酸铵和亲水型表面活性剂组成的低熔点、高渗透性的复合物，Lux的加入对植物有一定的增肥滋养功效，降低了环境污染和氯离子的伤害。王小光[11]将氯化镁、氯化钙和氯化钾等氯盐作为融雪剂的主成分，以融雪化冰能力为参数进行融雪剂配方的优化，将葡萄糖酸钠、硫酸锌、磷酸盐、硫脲、钼酸钠、硅酸钠和钨酸钠等7种缓蚀剂与优化后的融雪剂复配，并进行碳钢的腐蚀性检测，结果表明，此种PSA系列融雪剂具有融冰速率快和良好的防腐蚀性。韩永萍[12]将黄腐酸、硝酸铵、醋酸钙和氯盐混配制备了绿色环境型融雪剂。陈艳鑫[13]将缓蚀剂苯甲酸钠与氯化钙、氯化镁复配出1种低腐蚀性能的复合融雪剂，提出了最佳制备工艺参数。

氯盐型融雪剂配方优化的改进技术不仅提高了融雪剂的融雪化冰性能，一定程度上还降低了融雪剂对钢筋的腐蚀和对道路及植被的破坏，复合氯盐型融雪剂是氯盐融雪剂的升级产品，是传统氯盐型融雪剂的发展趋势，也是未来融雪剂市场上的大众消费品。然而，氯离子的危害仍然得不到行之有效的根治。

3 环保型融雪剂的评价标准

纵观全球，凡是大量使用融雪剂的国家和地区，都有相应的国家或地方的标准，如太平洋西北战雪者协会(PNSA)标准、北美除雪协会(NACE)TM0169-95标准、美国国立研究委员会(SHRP)H-205标准、韩国EL610-2014标准，以及中国GB/T 23851—2017标准[14]。各个国家或地区具体标准不同，但都是基于安全和环保为基准制定的。

融雪剂的性能主要从融雪化冰能力，腐蚀性以及重金属含量等多方面进行综合评价。国际上主要是太平洋西北除雪协会制定的环保型融雪剂的技术指标，针对融雪剂的酸碱度、比重、浓度与冰点的关系曲线、氰化物、腐蚀性重金属含量进行规定，明确了环保型绿色融雪剂的pH值为6.0～8.0，腐蚀性不大于氯盐型融雪剂的30%，氯含量低于0.2×10-6，As含量低于5.0×10-6。在我国，北京市质量技术监督局发布的融雪剂北京市地方标准，主要从含水率、颜色、气味、融雪速度、融雪量、冻结温度、融雪速度、金属腐蚀性能、沥青路面剥落的影响、水泥路面脱皮的影响、刹车指数、摩擦力测试、毒性以及对植被影响等进行了相应规定。国家标准与北京市标准具有代表性，明确了环保型融雪剂各项指标，指标见表1。

表1 融雪剂国家标准与北京市地方标准指标比对Table 1 Comparison of China national and Beijing local standard of snow-melting agent

北京市地方标准对于氯、硝酸盐和亚硝酸盐均进行更加严格的限制[15]。从国内外环保型融雪剂评价标准可知，环保型融雪剂应具有低腐蚀性(无氯)、低成本、强融雪性能，无环境污染等特点。

我国与国际环保型融雪剂的总体评价标准相似，GB/T 23851—2017更贴合中国融雪剂生产厂家的实际情况，对于满足国内外市场需求，统一和规范市场、提高产品质量、扩大产品出口以及中国企业的生产管理和销售都具有重要的指导意义，也为广大科研工作者开发环保型融雪剂提供了研发依据并指明了方向。因此，非氯型环保融雪剂的产品开发成为广大科研工作者关注的焦点。

4 非氯型环保融雪剂

非氯型环保融雪剂主要含有醋酸盐(如醋酸钙镁、醋酸钾)、二元醇、尿素等不含氯的化学物质。主要缺陷是冰点高和融雪效果较差，如醋酸钙镁极限冰点-10 ℃，达到同样效果，氯盐类融雪剂的使用量可减少60%左右，另外，非氯型环保融雪剂价格昂贵，是氯盐型融雪剂价格的十倍，另外，非氯型环保融雪剂在贮存、处理、环保、安全等方面也存在各种问题。目前，仅在机场、高级停车场、别墅等小范围区域使用。各类融雪的性能比较见表2。

表2 各类融雪的性能比较Table 2 Properties comparation of different snow melting agents

早在20世纪80年代，美国DOT公司开始了非氯型融雪剂—醋酸钙镁盐(CMA)的研发，原料为纤维素废物和含碳酸镁的石灰石，对环境的影响大大降低，每吨近万元，未能大面积推广应用[16]。我国从20世纪90年代末开展非氯型融雪剂的研发，以有机酸为原料进行化学合成。赵音延等人[17-19]采用化学萃取回收的醋酸稀溶液，钙镁氧化物为原料制得CMA，提出了醋酸稀溶液生产CMA的最佳加工参数。张良佺[20]以冰醋酸和白云石为原料反应制得CMA，考察了工艺条件对融雪剂性能的影响，提出了CMA适宜的工艺条件和应用环境。然而，CMA与氯盐型融雪剂价格相差悬殊，很难被普遍接受。

醋酸是影响CMA价格的主要因素，使用低廉的醋酸是降低成本的关键。因此，当前更多的学者开展了各类废醋酸制备CMA的研究，并开发简单的生产工艺。许英梅[21]利用醋酸废液(木醋液)和白云石粉反应制得CMA，成本低，工艺简单，对金属腐蚀小，对植物伤害低，融冰能力达到氯化钠的91%。韩爱霞[22]研发了1种新的厌氧发酵方法，利用乳酪和乳酪素的副产品乳清发酵成醋酸，再与Ca/MgO反应制备CMA。肖进兵[23]以氧化镁、氢氧化钙和冰醋酸等为原料制得CMA，考察了不同钙镁比对融雪剂融冰能力的影响，发现CMA融冰能力与吸湿能力和溶解度有关。张巨功[24以电石渣为原料探讨了制备醋酸钙融雪剂的工艺参数。

醋酸钙镁盐的环保特性引起了人们的重视，醋酸根在土壤中的迁移和离子交换作用能析出痕量金属。醋酸根在有水的条件下分解成H2CO3，并与土壤中的锌和铅形成碳酸锌和碳酸铅，在方解石共沉淀作用下使水中的Cd、Cu、Zn、V和Cr等元素浓度降低[25]。醋酸根在环境中可以降解，研究人员对醋酸类融雪剂展开了大量研究，栾国颜[26]以木醋液和秸秆灰为原料制备出的融雪剂具有低成本和环保的特点。赵青[27]以醋酸钠作为原料制备出1种新型融雪剂，评价了醋酸钠的冰点和腐蚀性。

研发人员投入大量精力研发非氯型环保融雪剂，可从低成本原料的筛选或利用煤化工，造纸糖渣等废料调配入手，在确保融雪化冰性能良好的同时，生产成本进一步降低，但目前价格仍旧是氯盐型融雪剂的数倍，短期内难以大范围使用。

5 结 论

(1)低腐蚀性复合氯盐型融雪剂是氯盐融雪剂的升级产品，是传统氯盐型融雪剂的发展趋势，该类融雪剂开发的重点为改善腐蚀性能，包括与无氯环保型融雪剂的复配，阻锈剂、防锈剂的研发，高效复合型缓蚀剂的添加，以及土壤改良剂的使用。该类融雪剂价格优势显著，必定会成为未来融雪剂市场中的大众消费品。

(2)无氯型环保融雪剂是融雪剂行业未来的发展趋势，也是广大科研工作者的研发方向。以国标为环保融雪剂的研发依据，规范行业行为和促进行业发展，加大新型非氯环保融雪剂的研发力度，采用农作物(稻草、秸秆等)、工业生产废料(造纸废液、木醋液等)为原料，优化生产路线与工艺条件，实现降低生产成本，达到高效环保的双重目的。在日益注重环保的今天，基于醋酸类物质开发1种高效低廉无污染的无氯型环保融雪剂替代传统氯盐融雪剂尤为重要。