СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО КОМПОЗИТА
METHOD OF PRODUCTION OF MINERAL COMPOSITE

Изобретение относится к области экологии, а именно к разработке способа получения минерального композита путем обработки гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, содержащих неорганические загрязнители - ионы тяжелых металлов (марганец, хром, ванадий, медь, никель, кобальт, кадмий, свинец и др.) органо-минеральным составом, и может быть использовано в качестве изолирующего материала на полигонах твердых бытовых отходов (ТБО), в качестве изолирующего слоя дорожных покрытий или в качестве компонента при изготовлении асфальта.
Известен способ химической фиксации тяжелых металлов в гальванических шламах, основанный на силикатизации или отверждении гальванических шламов с использованием неорганических вяжущих. Гальванические шламы смешивают с фиксирующим агентом (силикат натрия, портландцемент, известь). После отверждения вредные и токсичные соединения оказываются зафиксированными в нерастворимой фазе[Удаление металлов из сточных вод. Нейтрализация и осаждение. Под. ред. Кушни Дж. К. - 1987, с.157].
Известен способ связывания гальванических шламов раствором натриевого жидкого стекла и хлористого натрия, а также портландцементом в различных соотношениях [Cicikiewicz Z. Cementacig osagowze sciekow Galwanizerskich. Instytut Inzynierii Ochzny Srodowiska. Prace Naukowe. - 1977, S.202-211]. Описанный процесс является дорогостоящим, кроме того, отвержденный цементом осадок является твердым монолитным материалом, которому сложно найти применение.
Наиболее близким техническим решением является способ обработки загрязненного грунта, загрязненного различными органическими и неорганическими загрязнителями, например тяжелыми металлами, нефтепродуктами и т.п., заключающийся в том, что обработку осуществляют внесением в грунт глауконитсодержащего сорбента до достижения заданной концентрации загрязняющего вещества в грунте (патент РФ №2296016, МПК В09С 1/08, опубл. 27.03.2007 г.). Недостатком данного способа является то, что трудно найти мелиоранты, способные одинаково эффективно осуществлять иммобилизацию разных тяжелых металлов. Поэтому недостатком известного способа является то, что детоксикация проводится не в полном объеме, не используются другие мелиоранты-стабилизаторы, уменьшающие подвижность тяжелых металлов в обрабатываемом объекте детоксикации.
Задача, решаемая изобретением, - утилизаця гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, содержащих ионы тяжелых металлов (марганец, хром, ванадий, медь, никель, кобальт, кадмий, свинец и др.).
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ получения минерального композита из гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, содержащих ионы тяжелых металлов (марганец, хром, ванадий, медь, никель, кобальт, кадмий, свинец и др.) путем перевода тяжелых металлов в неподвижную форму, и отличительных существенных признаков, таких как предварительно увлажненные до не менее 80% гальванические шламы, отходы машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности, подвергают взаимодействию при комнатной температуре и периодическом перемешивании в течение не менее 10 часов с органо-минеральным составом, включающим глауконит, предварительно измельченный до фракции от 0,01 до 0,1 мм, и гуминовые кислоты, взятые в соотношении, вес.%: глауконит 97-99,5, гуминовые кислоты 0,5-3,0.
Согласно п.2 формулы изобретения количество органо-минерального состава определяют лабораторно-расчетным методом, с учетом получения минерального композита не ниже 4 класса опасности.
Ниже приводится обоснование существенности признаков и условий проведения процесса.
Использование в качестве мелиоранта-стабилизатора только глауконита без смеси с гуминовыми кислотами возможно, но необходимое время достижения цели изобретения составляет более суток, а использование органо-минерального состава позволяет сократить время реакции до 10 часов. Увлажнение гальванического шлама, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности до 80% является оптимальным, так как при меньшей влажности затрудняется перемешивание и уменьшается скорость взаимодействия отходов с органо-минеральным составом. Так как глауконит является сорбентом с развернутой поверхностью, то при увеличении размера частиц его сорбционная способность снижается, поэтому фракция 0,01-0,1 мм является оптимальной.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - сокращение времени процесса, полное обезвреживание тяжелых металлов в конечном продукте - минеральном композите, пригодном для использования в качестве изолирующего материала на полигонах ТБО, изолирующего слоя на дорожные покрытия или в качестве компонента для изготовления асфальта.
Способ осуществляют следующим образом: гальванические шламы, отходы машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности засыпаются в емкость с устройством для смешивания, увлажняются до достижения влажности не менее 80%, смешивают при комнатной температуре с сорбционным препаратом, состоящим из смеси природного сорбента глауконита, измельченным до фракции 0,01-0,1 мм, и гуминовых кислот в весовых соотношениях от 99,5 к 0,5 до 97 к 3. Так как гальванические шламы, отходы машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности от разных предприятий содержат разное количество ионов тяжелых металлов, то количество добавляемого препарата определяется лабораторно-расчетным методом чтобы образующийся минеральный композит имел класс опасности по МПР не ниже 4 в соответствии с приказом Министерства природных ресурсов РФ №511 от 15.06.2001 г. об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды. Время пребывания веществ в смесительной емкости - не менее 10 часов при периодическом перемешивании.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
4
2
3
2
3
2
2
2
2
2
5
3
2
3
Проводили заявляемым способом получение минерального композита путем обработки при комнатной температуре сорбционным препаратом предварительно увлажненного до не менее 80% гальванического шлама 3 класса опасности по МПР, имеющего следующий состав: СаSO - 41,1%; CaO - 12,78%; АlО - 2,77%; FеO - 3,17%; КО - 0,03%; SiO - 3,3%; MgO - 0,7%; NaO - 0,45%; MnO - 0,1%; РО - 1,54%; AgO - 0,00017%; СrО -8,64%; NiO - 0,54%; CuO - 0,97%; ZnO - 0,32%; CoO - 0,01%; CdO - 0,07%; PbO - 0,06%; BaO - 0,05%; ВO - 0,05%. При добавлении сорбционного препарата состава, вес.%: глауконит - 97,0 (предварительно измельченный до фракции от 0,01-0,1 мм), гуминовые кислоты 3,0 в количестве 10% от массы гальванического шлама, выдержке в смесительной емкости в течение 10 часов и периодическом перемешивании, получили минеральный композит, который исследовали на класс опасности. Констатировали отсутствие острого токсического действия водной вытяжки минерального композита на дафний при концентрации 5% и при всех последующих разбавлениях. Гибель дафний при данной концентрации не превысила 10%. В соответствии с «Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (Утверждены приказом МПР РФ от 15 июня 2001 г., №511) полученный минеральный композит относится к 4 классу опасности.
Пример 2
2
5
2
2
3
2
2
3
Проводили заявляемым способом получение минерального композита путем обработки при комнатной температуре сорбционным препаратом предварительно увлажненного до не менее 80% отхода металлургической промышленности 3 класса опасности по МПР, имеющего следующий состав: VO - 3,58%; МnO - 10,1%; СаО - 30%; FеО - 0,62%; MgO - 1,03%; TiO - 0,5%; АlO - 0,12%. При добавлении сорбционного препарата состава, вес.%: глауконит - 95,5 (предварительно измельченный до фракции от 0,01-0,1 мм), гуминовые кислоты 0,5 в количестве 15% от массы гальванического шлама, при выдержке в смесительной емкости в течение 10 часов при периодическом перемешивании получился минеральный композит, который исследовали на класс опасности. Констатировали отсутствие острого токсического действия водной вытяжки минерального композита на дафний при концентрации 5% и при всех последующих разбавлениях. Гибель дафний при данной концентрации не превысила 10%. В соответствии с «Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (Утверждены приказом МПР РФ от 15 июня 2001 г., №511) полученный минеральный композит относится к 4 классу опасности.
Пример 3
2
5
2
3
2
2
3
2
Проводили заявляемым способом получение минерального композита путем обработки при комнатной температуре сорбционным препаратом предварительно увлажненного до не менее 80% отхода металлургической промышленности 3 класса опасности по МПР, имеющего следующий состав: VO - 4%; МnO - 20%; СаО - 20%; FеО - 2%; MgO - 3%; TiO - 0,6%; АlO - 0,3%; SiO - 3%. При добавлении сорбционного препарата состава, вес.%: глауконит - 98,25 (предварительно измельченный до фракции от 0,01-0,1 мм), гуминовые кислоты 1,75 в количестве 10% от массы гальванического шлама, при выдержке в смесительной емкости в течение 10 часов при периодическом перемешивании, получился минеральный композит, который исследовали на класс опасности. Констатировали отсутствие острого токсического действия водной вытяжки минерального композита на дафний при концентрации 5% и при всех последующих разбавлениях. Гибель дафний при данной концентрации не превысила 10%. В соответствии с «Критериями отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды» (Утверждены приказом МПР РФ от 15 июня 2001 г., №511) полученный минеральный композит относится к 4 классу опасности.
Способ прост, а в процессе обработки токсичных гальванических шламов, отходов машиностроительной, металлургической, горнодобывающей, обогатительной отраслей промышленности образуется нетоксичный продукт - минеральный композит, представляющий собой однородную массу темно-коричневого цвета.
Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.