ИЗОЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ШЛАМОХРАНИЛИЩ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
INSULATING MATERIAL FOR SLURRY STORAGES OF INDUSTRIAL WASTES

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
Na<sub>6</sub>Ca(AlSiO<sub>4</sub>)<sub>4</sub>(CO<sub>3</sub>)H<sub>2</sub>O
35-50
Гидроалюмосиликат кальция и алюминия типа гидрограната
Ca<sub>3</sub>Al<sub>2</sub>(SiO<sub>4</sub>)n·OH)<sub>12-4n</sub>, где 0,4≤n≤1,4
25-40
Оксид железа типа гематита Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
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.%:
SiO<sub>2</sub>
80,0-95,0
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,2-0,5
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,2-0,5
CaO
1,2-4,0
MgO
0,8-3,0
С<sub>свободный</sub>
3,0-8,0
Na<sub>2</sub>O
до 0,1
SO<sub>3</sub>
0,1-0,2
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,1-0,15
K<sub>2</sub>O
0,1-0,4
TiO<sub>2</sub>
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
2
3
Удельная поверхность - 15-28 м/г. Насыпная плотность - 0,2-0,25 г/см.
Мелкодисперсные пыли газоочисток электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов относятся к группе возгонных пылей, образующихся при испарении в зоне высоких температур 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<sup>-4</sup>
2
Суглинок
87
2,0·10<sup>-4</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
13
3
Суглинок
85
7,5·10<sup>-5</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
15
4
Суглинок
80
5·10<sup>-5</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
20
5
Суглинок
75
3,8·10<sup>-5</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
25
6
Суглинок
70
1,5·10<sup>-4</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
30
7
Суглинок
65
2,0·10<sup>-4</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
35
8
Глина
100
8,5·10<sup>-6</sup>
9
Глина
87
5,7·10<sup>-6</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
13
10
Глина
85
4,0·10<sup>-6</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
15
11
Глина
80
2,5·10<sup>-6</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
20
12
Глина
80
2,6·10<sup>-6</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
20
13
Глина
70
3,0·10<sup>-6</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
30
14
Глина
65
3,9·10<sup>-6</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
35
15
Глина
80
2,6·10<sup>-6</sup>
Пыль газоочистки производства кремния
10
Пыль газоочистки производства ферросилиция
10
16
Глина
70
3,0·10<sup>-6</sup>
Пыль газоочистки
15
производства кремния
Пыль газоочистки производства ферросилиция
15
17
Суглинок
70
1,5·10<sup>-4</sup>
Пыль газоочистки производства ферросилиция
30
18
Суглинок
70
1,5·10<sup>-4</sup>
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.