Изолирующий материал для шламохранилищ промышленных отходов

Изолирующий материал для шламохранилищ промышленных отходов

Реферат

Изобретение относится к специальным материалам для использования в качестве изолирующего материала для шламохранилищ промышленных и бытовых отходов.

Известно использование, в качестве слабопроницаемого изолирующего материала, глины (Министерство строительства РФ. Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов. М., 1996 г., с.26, п.3.10.4).

Существенный недостаток глин и суглинков - высокий коэффициент фильтрации, в случае низкого числа пластичности (7-16). Глины с высоким числом пластичности (18-33) и соответственно с низким коэффициентом фильтрации встречаются относительно редко. Пониженный коэффициент уплотнения, недостаточная морозостойкость ограничивает их использование в качестве изолирующего материала для ТБО, а также для захоронения токсичных промышленных отходов.

Известна гидроизоляционная смесь, включающая песок, известь и нефтесодержащий компонент, которая дополнительно содержит глину, а в качестве нефтесодержащего компонента содержит отход нефтедобычи - асфальто-парафинистые смолоотложения АСПО при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина - 45-50

Песок - 15-20

Известь - 10-15

АСПО - 20-25 (патент RU №2177918, C04B 26/26, опубл. 10.01.2002 г.).

Известен состав для противофильтрационного экрана на основе смеси гидроалюминатов и оксидов, в котором в качестве смеси гидроалюминатов и оксидов он содержит шламовые отложения глиноземистого производства следующего состава, мас.%:

Гидроалюмосиликат натрия и кальция типа канкринита

Na6Ca(AlSiO4)4(CO3)H2O

35-50

Гидроалюмосиликат кальция и алюминия типа гидрограната

Ca3Al2(SiO4)n·•(OH)12-4n, где 0,4≤n≤1,4	25-40
Оксид железа типа гематита Fe2O3	остальное

(А.с. СССР №1209744, E02B 3/16, C09K 17/00, 1986 г.).

Известен способ создания гидроизолирующих элементов гидротехнических сооружений, 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.).

Известен изолирующий материал, включающий глину, который дополнительно содержит отработанный известковый материал и нефтяной шлам при следующем содержании компонентов, мас.%:

Глина 10-60

Отработанный известковый материал 15-40

Нефтяной шлам 25-50

В качестве отработанного известкового материала он может содержать технологические отходы теплоэлектростанций - осадок гашеной извести или шлам химводоочистки, а в качестве нефтяного шлама может быть использован донный или плавающий нефтешлам или загрязненный нефтепродуктом грунт (патент RU №2271882, B09B 1/00, опубл. 20.03.2006 г.).

По назначению, по технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Недостатки известного решения: недостаточно низкий коэффициент фильтрации, недостаточная морозостойкость, использование специфического отхода в виде нефтяного шлама.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение экологической безопасности шламохранилищ промышленных отходов, снижение себестоимости их строительства.

Техническими результатами являются получение изолирующего материала с пониженным коэффициентом фильтрации и утилизация техногенных отходов.

Технические результаты достигаются тем, что изолирующий материал для шламохранилищ промышленных отходов, включающий глиносодержащий материал и материал в виде техногенного отхода, в качестве глиносодержащего материала содержит глину или суглинок, в качестве техногенного отхода - мелкодисперсную пыль газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при следующем содержании компонентов, мас.%:

глина или суглинок	70-85
мелкодисперсная пыль газоочистки
электротермического производства кремния
и/или кремнистых ферросплавов	15-30.

Сравнительный анализ решения по ближайшему аналогу и предлагаемого решения показывает следующее.

Известное решение и предлагаемое характеризуются сходными признаками:

- изолирующий материал для шламохранилищ промышленных отходов, включающий:

- глиносодержащий материал;

- глиносодержащий в виде глины;

- материал в виде техногенного отхода.

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:

- в качестве техногенного отхода изолирующий материал содержит мелкодисперсную пыль газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов;

- изолирующий материал содержит компоненты, мас.%:

глина или суглинок	70-85
мелкодисперсная пыль газоочистки
электротермического производства кремния
и/или кремнистых ферросплавов	15-30

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.

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

С_{свободный} - 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 температар и последующей конденсацией возгонов. Частицы таких пылей несут одинаковый статический электрический заряд.

При мокром смешивании глины или суглинка с мелкодисперсной кремнистой пылью образуется материал с высокими противофильтрационными свойствами. Повышение противофильтрационных свойств материала связано с наличием микрочастиц, перекрывающих имеющиеся поры и с высокой удельной поверхностью пылей.

Содержание в составе изолирующего материала мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов менее 15 мас.% не обеспечивает в необходимой мере повышение противофильтрационных свойств материала.

Содержание в составе изолирующего материала мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов более 30 мас.% нецелесообразно, так как при этом значительно снижается вязкость материала, затрудняется его использование при строительстве шламохранилища.

Соотношения компонентов в заявляемом изолирующем материале установлены экспериментально. Результаты экспериментов по выбору соотношений компонентов и по свойствам получаемого материала представлены в таблице.

Таблица
Результаты экспериментов
№п/п	Компоненты состава	Содержание компонентов, мас.%	Коэффициент фильтрации, м/сут
1	Суглинок	100	3,3·10-4
2	Суглинок	87	2,0·10-4
Пыль газоочистки производства кремния	13
3	Суглинок	85	7,5·10-5
Пыль газоочистки производства кремния	15
4	Суглинок	80	5·10-5
Пыль газоочистки производства кремния	20
5	Суглинок	75	3,8·10-5
Пыль газоочистки производства кремния	25
6	Суглинок	70	1,5·10-4
Пыль газоочистки производства кремния	30
7	Суглинок	65	2,0·10-4
Пыль газоочистки производства кремния	35
8	Глина	100	8,5·10-6
9	Глина	87	5,7·10-6
Пыль газоочистки производства кремния	13
10	Глина	85	4,0·10-6
Пыль газоочистки производства кремния	15

11	Глина	80	2,5·10-6
Пыль газоочистки производства кремния	20
12	Глина	80	2,6·10-6
Пыль газоочистки производства кремния	20
13	Глина	70	3,0·10-6
Пыль газоочистки производства кремния	30
14	Глина	65	3,9·10-6
Пыль газоочистки производства кремния	35
15	Глина	80	2,6·10-6
Пыль газоочистки производства кремния	10
Пыль газоочистки производства ферросилиция	10
16	Глина	70	3,0·10-6
Пыль газоочистки	15
	производства кремния
Пыль газоочистки производства ферросилиция	15
17	Суглинок	70	1,5·10-4
Пыль газоочистки производства ферросилиция	30
18	Суглинок	70	1,5·10-4
Пыль газоочистки производства кремния	15
Пыль газоочистки производства ферросилиция	15

Соотношения компонентов в составе изолирующего материала могут варьироваться в заявляемых пределах в зависимости от составов и свойств используемого глиносодержащего материала, технологических требований к получаемому материалу.

В результате поиска и сравнительного анализа не выявлено технических решений, характеризующихся совокупностью признаков, аналогичной или идентичной совокупности признаков, характеризующей предлагаемое техническое решение, обеспечивающей при использовании достижение аналогичных технико-экономических результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Использование предлагаемого технического решения позволяет снизить себестоимость строительства шламохранилищ, 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.

Изолирующий материал для шламохранилищ промышленных отходов, включающий глиносодержащий материал и материал в виде техногенного отхода, отличающийся тем, что в качестве глиносодержащего материала он содержит глину или суглинок, в качестве техногенного отхода - мелкодисперсную пыль газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при следующем содержании компонентов, мас.%:

глина или суглинок	70-85
мелкодисперсная пыль газоочистки
электротермического производства кремния
и/или кремнистых ферросплавов	15-30