Способ создания противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов
Владельцы патента RU 2544376:
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)
Изобретение относится к способам предотвращения загрязнения грунтов и подземных вод компонентами промышленных отходов, в частности к созданию противофильтрационных экранов полигонов захоронения и складирования отходов, шламовых полей. При создании противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов, например шламонакопителя, формирование слоев экрана на основании шламонакопителя производят с использованием суспензии промышленных отходов, содержащих мелкодисперсные частицы, с уплотнением слоев. Основание шламонакопителя выполняют из глины или суглинка, уплотняют, заливают на уплотненный слой водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при отношении в ней Ж:Т в пределах 3÷10:1. Выдерживают суспензию до впитывания в слой основания шламонакопителя. Сверху укладывают слой глины или суглинка и уплотняют его. Водную суспензию заливают в количестве 50-100 л/м2. Изобретение позволяет предотвратить загрязнение прилегающего к хранилищам почвенного слоя за счет уменьшения коэффициента фильтрации изолирующего материала, утилизировать техногенные отходы в виде мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к способам предотвращения загрязнения грунтов и подземных вод компонентами промышленных отходов, в частности к созданию противофильтрационных экранов полигонов захоронения и складирования отходов, шламовых полей.
Известен способ образования защитного экрана, заключающийся в приготовлении гидроизоляционной смеси, содержащей отходы полиэтилена, укладке ее на основание хранилища и термической обработке, в котором приготавливают смесь из отходов полиэтилена 70-99% и полипропилена 1-30%, после укладки на основание хранилища ее подвергают термической обработке при температуре плавления смеси или поверхностного слоя хранилища (патент RU №2255178, E02D 3/12, E02B 3/16, опубл. 27.06.2005 г.). Реализация данного решения требует значительных затрат, как на приготовление и формирование гидроизоляционного слоя, так и энергетических затрат на изготовление этого слоя.
Известен способ возведения противофильтрационной завесы, включающий разработку траншеи под защитой глинистой суспензии и заполнение траншеи глиноцементным раствором с одновременным вытеснением глинистой суспензии, в котором перед заполнением траншеи глиноцементным раствором последний вспенивают путем его перемешивания с технической пеной (а.с. СССР №987010, E02B 3/16, 1990 г.). Данное решение требует для реализации значительных затрат, как материальных (цемент, техническая пена), так и на приготовление глиноцементного раствора и перемешивание его с технической пеной, при этом не обеспечиваются высокие противофильтрационные свойства, так как «в теле завесы образуются местные пустоты, что удлиняет путь фильтрации», что со временем может привести к образованию фильтрационных каналов, к загрязнению грунтовых вод и окружающей среды.
Известен состав противофильтрационного экрана, применяемого на шламонакопителях глиноземных заводов, состоящий из двойного слоя полиэтиленовой пленки с защитным грунтовым (Цеховой А.И. и др. Применение асфальтополимербетона в гидроизолирующих покрытиях шламонакопителей. «Цветные металлы», 1978 г., №11, с.58-59). Реализация данного решения требует значительных затрат, как на приготовление и формирование гидроизоляционного слоя, так и энергетических затрат на изготовление этого слоя.
Известен способ создания гидроизолирующих элементов гидротехнических сооружений, включающий доставку материала, его подготовку и укладку, в котором в качестве материала гидроизолирующего элемента используют шлам от переработки боксита по способу Байера, выходящий из процесса с влажностью Т:Ж=1:2-10, который перед укладкой подготавливают путем обезвоживания до влажности Т:Ж=1:0,5-0,6, при этом содержание фракций +50 мкм в шламе составляет не более 10 мас.%, после чего подготовленный материал уплотняют до пористости не более 0,60-0,65 (а.с. СССР №1564257, E02B 3/16, 1990 г.).
Основные недостатки данного технического решения, принятого за ближайший аналог, - значительные затраты на обезвоживание суспензии, сложность подготовки, укладки и уплотнения влажного материала, недостаточно высокие противофильтрационные свойства экрана.
Задачей предлагаемого решения является снижение затрат на создание противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов и повышение экологической безопасности хранилища.
Техническим результатом является использование в составе противофильтрационного экрана природных материалов и промышленных отходов, повышение противофильтрационных свойств экрана.
Технический результат достигается тем, что в способе создания противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов, например шламонакопителя, включающем формирование слоев экрана на основании шламонакопителя с использованием суспензии промышленных отходов, содержащих мелкодисперсные частицы, уплотнение слоев, основание шламонакопителя выполняют из глины или суглинка, уплотняют, заливают на уплотненный слой водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при отношении в ней Ж:Т в пределах 3÷10:1, выдерживают суспензию до впитывания в слой основания шламонакопителя, укладывают сверху слой глины или суглинка и уплотняют его.
При этом водную суспензию заливают в количестве 50-100 л/м2.
Сравнительный анализ решения по ближайшему аналогу и предлагаемого решения показывает следующее.
Известное решение и предлагаемое характеризуются сходными признаками:
- способ создания противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов, включающий:
- формирование слоев экрана;
- использование суспензии промышленных отходов;
- использование промышленных отходов, содержащих мелкодисперсные частицы;
- уплотнение слоев.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:
- основание гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов - шламонакопителя - выполнено из глины или суглинка;
- основание шламонакопителя из глины или суглинка уплотняют;
- заливают на уплотненный слой водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов;
- в суспензии поддерживают отношении Ж:Т в пределах 3÷10:1;
- выдерживают суспензию до впитывания в нижележащий слой;
- укладывают сверху слой глины или суглинка;
- верхний слой глины или суглинка уплотняют.
При этом водную суспензию заливают в количестве 50-100 л/м2.
Наличие в предлагаемом техническом решении признаков, отличных от признаков решения по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого условию патентоспособности изобретения «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
В составе противофильтрационного экрана используют природный материал, включающий глину или суглинок, а в качестве техногенного отхода используют водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов.
Мелкодисперсные пыли газоочисток электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов содержат тонкодисперсные частицы, в основном диоксид кремния, и имеют следующий состав, мас.%:
| SiO2 | 80,0-95,0 |
| Al2O3 | 0,2-0,5 |
| Fe2O3 | 0,2-0,5 |
| CaO | 1,2-4,0 |
| MgO | 0,8-3,0 |
| Cсвободный | 3,0-8,0 |
| Na2O | до 0,1 |
| SO3 | 0,1-0,2 |
| P2O5 | 0,1-0,15 |
| K2O | 0,1-0,4 |
| TiO2 | до 0,02 |
| SiC | 3,0-5,0 |
Химический состав пылей может колебаться, в зависимости от исходных видов сырья и технологии, однако содержание основного компонента - диоксида кремния, находится в указанных пределах.
Пыли имеют следующий гранулометрический состав фракции:
| мкм | % |
| 0-1 | 13,0 |
| 1-3 | 13,8 |
| 3-5 | 8,4 |
| 5-10 | 10,4 |
| 10-20 | 14,8 |
| 20-29 | 7,0 |
| >30 | 32,6 |
Удельная поверхность - 15-28 м2/г. Насыпная плотность - 0,2-0,25 г/см3.
Мелкодисперсные пыли газоочисток электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов относятся к группе возгонных пылей, образующихся при испарении в зоне высоких температур и последующей конденсации возгонов. Частицы таких пылей несут одинаковый статический электрический заряд.
Повышение противофильтрационных свойств материала связано с наличием микрочастиц, перекрывающих имеющиеся поры и с высокой удельной поверхностью пылей.
Формирование экрана производят послойно с уплотнением слоев природного материала в виде глины или суглинка. При этом заливают на уплотненный слой водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при отношении в ней Ж:Т в пределах 3÷10:1, выдерживают суспензию до впитывания в нижележащий слой. При отношении Ж:Т менее 3:1 суспензия имеет повышенную вязкость, затруднено равномерное нанесение материала на уплотненный слой глины или суглинка. При отношении Ж:Т более 10:1 мало количество пыли в составе суспензии, снижаются противофильтрационные свойства экрана.
Использование в строительстве шламонакопителя промышленных отходов позволяет не только эффективно их утилизировать, но и снизить себестоимость строительства шламонакопителя за счет снижения затрат на строительство как за счет снижения стоимости материалов, так и за счет снижения энергетических и трудовых затрат. При этом противофильтрационные свойства получаемого экрана полностью отвечают предъявляемым требованиям.
Результаты отработки создания противофильтрационного экрана по предлагаемому способу приведены в таблице.
| № п/п | Противофильтрационный экран | Характеристики экрана | Время впитывания суспензии, час | Коэффициент фильтрации, м/сутки |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | Уплотненный суглинок | 300 мм | - | 3,2·10-4 |
| 2 | Уплотненный суглинок - нижний слой | 200 мм | 2,0 | 1,3·10-4 |
| Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния | Ж:Т=5:1 | |||
| 30,0 л/м2 | ||||
| Уплотненный суглинок - верхний слой | 100 мм | |||
| 3 | Уплотненный суглинок - нижний слой | 200 мм | 3,5 | 9,5·10-5 |
| Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния | Ж:Т=5:1 | |||
| 50,0 л/м2 | ||||
| Уплотненный суглинок - верхний слой | 100 мм | |||
| 4 | Уплотненный суглинок - нижний слой | 200 мм | 12,0 | 2,7·10-5 |
| Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния | Ж:Т=5:1 | |||
| 100,0 л/м2 | ||||
| Уплотненный суглинок - верхний слой | 100 мм | |||
| 5 | Уплотненный суглинок - нижний слой | 200 мм | 64,0 | 2,9·10-5 |
| Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния | Ж:Т=5:1 | |||
| 200,0 л/м2 | ||||
| Уплотненный суглинок - верхний слой | 100 мм | |||
| 6 | Глина уплотненная | 300 мм | - | 7,2·10-6 |
| 7 | Глина уплотненная - нижний слой | 200 мм | 3,0 | 5,7·10-6 |
| Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния | Ж:Т=5:1 | |||
| 30,0 л/м2 | ||||
| Глина уплотненная - верхний слой | 100 мм | |||
| 8 | Глина уплотненная - нижний слой | 200 мм | 6,0 | 4,9·10-6 |
| Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния | Ж:Т=5:1 | |||
| 50,0 л/м2 | ||||
| Глина уплотненная - верхний слой | 100 мм | |||
| 9 | Глина уплотненная - нижний слой | 100 мм | 27,0 | 1,5·10-6 |
| Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния | Ж:Т=5:1 | |||
| 100,0 л/м2 | ||||
| Глина уплотненная - верхний слой | 100 мм | |||
| 10 | Глина уплотненная - нижний слой | 200 мм | 80,0 | 1,45·10-6 |
| Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния | Ж:Т=5:1 | |||
| 200,0 л/м2 | ||||
| Глина уплотненная - верхний слой | 100 мм |
При проведении исследований использованы суглинки, глина и водная суспензия пыли газоочистки электротермического производства кремния. Отношение Ж:Т принято 5:1. При отношении Ж:Т менее чем 3:1 пыль плохо и неравномерно распределяется по поверхности. Отношение Ж:Т более 10:1 нецелесообразно, так как увеличивается объем суспензии, снижается эффективность пыли в составе экрана. Использование суспензии в количестве менее 50 л/м2 поверхности дает незначительный эффект по повышению противофильтрационных свойств экрана, а при увеличении количества суспензии более 100 л/м2 поверхности эффективность не увеличивается, но значительно возрастает время впитывания суспензии в нижний слой возводимого противофильтрационного экрана.
Использование предлагаемого технического решения позволяет снизить себестоимость строительства шламонакопителя, предотвратить загрязнение прилегающего к хранилищам почвенного слоя за счет уменьшения коэффициента фильтрации изолирующего материала, утилизировать многотоннажные техногенные отходы в виде мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов.
1. Способ создания противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов, например шламонакопителя, включающий формирование слоев экрана на основании шламонакопителя с использованием суспензии промышленных отходов, содержащих мелкодисперсные частицы, уплотнение слоев, отличающийся тем, что основание шламонакопителя выполняют из глины или суглинка, уплотняют, заливают на уплотненный слой водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при отношении в ней Ж:Т в пределах 3÷10:1, выдерживают суспензию до впитывания в слой основания шламонакопителя, укладывают сверху слой глины или суглинка и уплотняют его.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водную суспензию заливают в количестве 50-100 л/м2.
