Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭКРАНА ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

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.%:

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:

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.

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.