Результат интеллектуальной деятельности: МАТЕРИАЛ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для рекультивации нарушенных земель и утилизации промышленных отходов.

Известен материал для восстановления нарушенных земель после ведения открытых разработок месторождений, используемый в способе восстановления выработанных карьеров и состоящий из строительных отходов, близких по своему составу к природным минералам с различной крупностью фракций. В качестве строительных отходов используют битый обожженный кирпич, бетон, железобетон, керамическую плитку (патент RU №2274749 от 20.04.2006 г.).

Недостатком известного материала для восстановления нарушенных земель после ведения открытых разработок месторождений является то, что строительные отходы разнородны по своему фракционному (гранулометрическому) составу, содержат в своем составе в большинстве случаев крупные элементы железобетонных, армокаменных и металлических изделий в значительном количестве, а значит, требуют перед использованием дополнительной переработки и технологических переделов, что значительно усложняет способ получения материала.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является материал для рекультивации карьеров, используемый в способе рекультивации карьеров, состоящий из смеси вскрышных пород и неорганических отходов - пыли электрофильтров цементных производств и цитрогипса производства лимонной кислоты в соотношении, мас. ч.: вскрышные породы:пыль электрофильтров цементного производства:цитрогипс =2:(1-1,5):(0,2-0,3) (патент RU №2479721 от 20.04.2013 г.). Данный материал принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - природный грунт, промышленные отходы.

Недостатком известного материала, принятого за прототип, является его многокомпонентность и, как следствие, сложность его получения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение материала для рекультивации нарушенных земель, в том числе полигонов твердых коммунальных отходов и карьеров, по упрощенной технологии, расширение сырьевых ресурсов для его получения, а также утилизация отходов угольной промышленности, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

Поставленная задача решается за счет того, что известный материал для рекультивации нарушенных земель, содержащий природный грунт и промышленные отходы, в качестве промышленных отходов содержит терриконики, подвергшиеся в процессе хранения самовозгоранию, при массовом отношении природного грунта к терриконикам, равном 1:1.

Отличительными признаками заявляемого материала для рекультивации нарушенных земель от прототипа являются использование в качестве промышленных отходов террикоников - отходов угольной промышленности, подвергшихся в процессе хранения самовозгоранию; массовое отношение природного грунта к отходам угольной промышленности, равное 1:1.

Терриконики представляют собой смесь песка и щебня и состоят из алевритов, алевролитов и углистых сланцев. Известны два вида террикоников: «красные» и «черные». Для рекультивации нарушенных земель предлагается использовать ту часть отходов угледобычи, которая в процессе хранения подверглась самовозгоранию - так называемые «красные» терриконики в силу их кирпично-красного цвета. «Красные» терриконики представляют собой продукты обжига и по составу соответствуют метакаолиниту в виде сланцеватого материала. В составе «красных» террикоников, в отличие от «черных», не подвергшихся в ходе хранения самовозгоранию, отсутствует свободный углерод, что исключает возможность протекания самопроизвольных высокотемпературных процессов горения.

Содержание химических элементов в террикониках, мас. %: SiO₂ 42-60; TiO₂ 0-2,5; Al₂O₃ 14-23; MnO 0-0,5; MgO 0-0,5; CaO 0-4; Na₂O 0-2; K₂O 0-4; P₂O₅ 0-0,5; S 0-7.

Отходы угледобычи в настоящее время не утилизируются, а размещаются в платообразных, хребтовидных или конических отвалах, достигающих высоты 100 метров. Как правило, эти отвалы расположены в непосредственной близости от населенных пунктов, а зачастую и на их территории.

Как правило, «красные» терриконики являются промышленным отходом V класса опасности. Они являются нетоксичными, пожаро- и взрывобезопасными. Авторами были исследованы «красные» терриконики Кизеловского угольного бассейна. Показатели ХПК и БПК_полн данных террикоников равны 147,1 мгО/л и 60 мг/л соответственно. Благодаря указанным значениям показателей ХПК и ΒΠΚ_полн «красных» террикоников возможно использовать их в составе материала для рекультивации. Кроме того, «красные» терриконики по своему химическому и минералогическому составу близки к природным глинам, что также обуславливает возможность их применения в составе материала для рекультивации нарушенных земель.

Предлагаемый состав материала для рекультивации обеспечивает минимальное негативное воздействие на окружающую среду при его использовании.

Физико-химические свойства предлагаемого материала для рекультивации нарушенных земель обеспечивают возможность его применения для рекультивации не только карьеров, но и полигонов твердых коммунальных отходов. Заявленный материал по показателям ХПК и БПК_полн, равным 147,1 мгО/л и 60 мг/л соответственно, удовлетворяет требованиям санитарных правил СП 2.1.7.1038-01 «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов», а именно не превышает 300 мг/л.

Авторы впервые предлагают, используя отходы угольной промышленности, - «красные» терриконики, создать материал для рекультивации нарушенных земель.

В качестве природного грунта возможно использование почвы, песка, глины или смеси данных материалов.

На чертеже изображена технологическая схема рекультивации нарушенных земель. На чертеже показаны:

1 - слой рекультивационного материала;

2 - слой потенциально плодородной почвы.

Материал для рекультивации нарушенных земель получают следующим способом.

Отходы угледобычи, подвергшиеся во время хранения самовозгоранию, направляют на грохочение. В ходе грохочения отделяют фракцию более 250 мм, которую затем направляют на дробление до размеров менее 250 мм. Данный размер регламентируется как наиболее крупная фракция материала, допускаемая для использования в качестве рекультивационного материала для нарушенных земель. Содержание столь крупной фракции в общей массе отходов угледобычи относительно невелико и, как правило, не превышает 5%, что обуславливает невысокие трудозатраты при производстве материала, фракция которого не превышает 250 мм. «Красные» терриконики, полностью удовлетворяющие требованиям по гранулометрическому составу, смешивают с природным грунтом в соотношении 1:1 по массе.

Таким образом, предложенный материал для рекультивации нарушенных земель может быть получен по простой, экономически доступной технологии. При этом используется техногенное сырье. Отходы угледобычи, подвергшиеся в ходе хранения самовозгоранию, могут использоваться для рекультивации нарушенных земель круглогодично.

Для полученного материала были исследованы его физико-химические и токсикологические свойства.

Проведенные исследования показали, что полученный материал на основе отходов угольной промышленности - террикоников, подвергшихся в процессе хранения самовозгоранию, может быть использован в качестве рекультивационного материала нарушенных земель, в том числе для полигонов твердых коммунальных отходов.

Технологическая схема рекультивации нарушенных земель: засыпка нарушенных земель смесью «красных» террикоников с природным грунтом в соотношении 1:1 по массе. Далее биологический этап рекультивации с укладкой слоя потенциально плодородного слоя почвы и высадкой насаждений (чертеж).

Преимущество заявляемого изобретения состоит в том, что оно способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы материалов для рекультивации нарушенных земель. Материал получен по простой, экономически доступной технологии.