СПОСОБ КОНСЕРВАЦИИ И ИЗОЛЯЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
METHOD FOR PRESERVATION AND ISOLATION ANTHROPOGENIC DEPOSITS

Изобретение относится к области экологии и рационального природопользования, а именно способам гидроизоляции площадок кучного выщелачивания и хранилищ отходов, с целью предотвращения загрязнения грунтов, подземных и поверхностных вод, а также приземных слоев атмосферы токсичными химически веществами, в частности к созданию экранов хвостохранилищ, шламонакопитилей, полигонов твердых бытовых отходов и насыпных массивов, препятствующих загрязнению природной среды токсичными компонентами и пылению, в результате инфильтрационных и эрозийных процессов.
Известна герметизирующая и гидроизолирующая композиция (патент RU №2434922, опубл. 27.11.2011, МПК С09К 3/10), которая содержит, мас.ч.: полисульфидный олигомер 100, диоксид марганца 9-15, мел природный технический дисперсный марки МТД-2 90-150, диатомит 20-30, пластификатор 30-60, дифенилгуанидин 0,2-0,6 и модифицирующая добавка 0,5-1,0. Модифицирующая добавка представляет собой кубовый остаток с температурой кипения не менее 200°C, полученный после отгонки из кубового отхода производства N-метиланилина фракции с температурой кипения до 200°C. Недостатком изобретения является необходимость поэтапного формирования противофильтрационного экрана, что требует строгого соблюдения рецептуры и технологии приготовления покрытия, что является сложным и трудноосуществимым в полевых условиях на месте устройства покрытия.
Известно гидроизоляционное покрытие (патент RU №2301206, опубл. 20.08.2007, МПК С04В 26/26), включающий отход нефтедобычи - асфальтосмолопарафинистые отложения АСПО и полимер, содержащий отход полиформальдегида, при следующих соотношениях компонентов, масс.%: АСПО - 60-80, отход полиформальдегида - 20-40. Недостатками данного изобретения являются возможная токсичность отходов нефтедобычи, в процессе эксплуатации состав продолжает быть токсичным и вступает в реакцию с минерализованным фильтратом; возможность разложения уже при 100°C полиформальдегида на формальдегид, который является быстродействующим клеточным ядом и канцерогеном; низкая прочность покрытия и высокая фильтрационная способность.
Известен способ консервации накопителя жидких промышленных отходов (патент RU №2452860, опубл. 10.06.2012, МПК Е02В 3/16), который заключается в удалении воды из понижения, придании дну понижения заданного положения, укладке на это дно водонепроницаемой геомембраны и покрытии геомембраны и пляжа защитным слоем из природного грунта. Кромку геомембраны располагают выше расчетного уровня воды в водоеме, создаваемом в понижении атмосферными осадками и вводимом в хозяйственный оборот. В плане за пределами геомембраны защитный слой в своем основании содержит противофильтрационный слой, сопряженный с геомембраной. Недостатками данного изобретения являются необходимость укладки рулонного материала с последующим сшиванием листов, что негативно сказывается на прочностных характеристиках предлагаемого покрытия; необходимости создания подстилающих слоев насыпных грунтов различного состава; геомембрана испытывает воздействие климатических, гидрографических, техногенных факторов (перепады температур, солнечный свет, кислые осадки и т.п.), что приводит к нарушению целостности основы, разрывам и ухудшению эксплуатационных свойств покрытия.
Известна композиция для консервации промышленных отвалов (патент RU №2437853, опубл. 27.12.2011, МПК E02D 3/12), включающая заполнитель, портландцемент, адгезионный материал и воду, причем в качестве заполнителя используется отход литейного производства - отработанную формовочную землю, адгезионный материал - смесь жидкого стекла и жидкого сульфата алюминия, при следующем соотношении ингредиентов, масс.%: отработанная формовочная земля 82,5-87, портландцемент 5,0-8,2, адгезионный материал (смесь жидкого стекла и жидкого сульфата алюминия) 2-0,5, вода - остальное. Недостатками данного изобретения являются етяжелых для транспортировки материалов и использование опасного при естественном разрушении адгезионного материала.
Известен способ консервации и изоляции техногенных месторождений (патент RU №2301300, опубл. 20.06.2007, МПК E02D 3/12), принятый за прототип, заключающийся в приготовлении гидроизоляционной смеси, содержащей отходы полиэтилена 70-99%, полипропилена 1-30%, укладке ее на поверхность хранилища, в термической обработке при температуре плавления смеси или поверхностного слоя хранилища, причем перед укладкой гидроизоляционной смеси на поверхности хвостохранилища создают уклон 2-5° от центра к краям, а после термической обработки на остывшую поверхность наносят изоляционный слой толщиной 3-10 см из крупнозернистого материала. Технический результат - повышение экологичности, технологичности и снижение затрат при сооружении противофильтрационных экранов, повышение прочности, надежности, сроков безаварийной эксплуатации гидроизоляционных покрытий. Недостатками данного изобретения являются формирование покрытия в два этапа: первый - укладка полимеров на необработанную поверхность, второй - последующая термообработка, что не гарантирует равномерного смешения компонентов смеси, а также однородности самого покрытия, низкая устойчивость к внешним природным факторам, а именно ультрафиолетовому излучению, которое оказывает наибольшее влияние на микроструктуру полимеров и снижает их физико-механические характеристики, малая эффективность применения данного способа при подготовке площадок для хранения отходов, так как смесь полиэтилена и полипропилена имеет повышенную склонность к растрескиванию, что повышает вероятность инфильтрационных процессов из тела массива.
Техническим результатом изобретения является формирование покрытия, предотвращающего инфильтрацию атмосферных вод и продуктивных растворов из тела штабелей, отвалов, шламонакопителей и хранилищ твердых бытовых отходов, сопровождающуюся загрязнением подземных вод токсичными веществами, а также пылевыделение и вынос ценных компонентов из тела массива.
о
Технический результат достигается тем, что способ консервации и изоляции техногенных месторождений, заключающийся в приготовлении гидроизоляционной смеси, укладке ее на поверхность хранилища, предварительно при экранировании насыпей на поверхности тела массива создается уклон 2-5° от центра к краям, отличающийся тем, что гидроизоляционную смесь приготавливают из отходов полиэтилена высокого давления - 74-76 мас.%; отходов полиэтилена низкого давления - 14-16 мас.%, полиизобутилена - 6-7 мас.% и газовой сажи - 3-4 мас.%, которую укладывают экструзивно на подготовленную поверхность при температуре плавления смеси 180-200С, затем на остывшую поверхность наносят дренажный слой из крупнозернистого материала толщиной 0,1-0,15 м, а
укладку гидроизоляционной смеси осуществляют полосами шириной 2-2,5 м с взаимным перекрытием на 0,15-0,2 м.
Способ формирования защитного покрытия осуществляется следующим образом.
Приготавливают гидроизоляционную смесь из отходов полиэтилена высокого давления (ПЭВД) (74-76 мас.%), отходов полиэтилена низкого давления (ПЭНД) (14-16 мас.%), полиизобутилена (6-7 мас.%) и газовой сажи (3-4 мас.%), точный состав смеси определяется климатическими условиями и литологическими особенностями состава техногенных отходов.
В северных районах, то есть в районах развития многолетнемерзлых пород, требуется длительное сохранение пластичности покрытия при отрицательных температурах, в таком случае смесь должна содержать максимальное заявленное количество ПЭВД (76 мас.%) и минимальное количество ПЭНД (14 мас.%), также требуется введение 7 мас.% полиизобутилена в качестве пластификатора полимеров, позволяющего снизить температуру плавления полимера и повысить пластичность покрытия. Газовая сажа в таком случае вводится в минимальном количестве 3 мас.%. В районах жаркого и засушливого климата при необходимости сохранения термоустойчивости и устойчивости к ультрафиолетовому излучению покрытия содержание полиэтиленов остается неизменным, а соотношение пластификатора и газовой сажи меняется в сторону уменьшения процентного содержания пластификатора: полиизобутилен 6 мас.%, газовая сажа 4 мас.%. Введение в полимерную смесь сажи позволяет повысить поглощение и рассеивание энергии ультрафиолета, т.е. данный компонент рецепта является свето- и термостабилизатором. Также при введении 3-4 мас.% сажи отмечается замедление процесса деструкции гидроизоляционного покрытия.
Если в составе изолируемой поверхности преобладают рыхлые несвязные породы, то покрытие должно обладать большей жесткостью, в таком случае целесообразно увеличение содержания ПЭНД до максимального процентного количества (16 мас.%) и снижение содержания полиизобутилена (6 мас.%). В случае преобладания трещиноватых пород, а также при наличии неоднородностей на поверхности изолируемого основания покрытие должно обладать повышенной пластичностью, в этом случае смесь должна содержать 76 мас.% ПЭВД и 14 мас.% ПЭНД, при максимальном содержании пластификатора 7 мас.% и минимальном газовой сажи 3 мас.%.
Перед образованием защитного экрана проводятся планировочные работы на поверхности изолируемого объекта, а именно выравнивание поверхности с понижением ее к краям, путем создания небольшого уклона (2-5°) от центра тела к его краям. Это делается для отведения атмосферных вод и продуктивных растворов с поверхности экрана на прилежащие территории или коллекторные системы. После этапа планировки, для снижения количества неоднородностей, на поверхность наносится слой мятой глины 0,2-0,4 м и уплотняется.
Смесь приготавливают путем перемешивания на месте ее нанесения, после чего ее загружают в бункер экструзивно-литьевой машины, где ее подвергают электротермическому нагреву до температуры плавления 180-200С°. Далее путем шнековой подачи на экструдер смесь в расплавленном виде наносится на подготовленную поверхность полосами 2-2,5 м, с взаимным перекрытием на 0,15-0,2 м. Перекрытие полос укладываемой полимерной смеси позволит повысить целостность всего покрытия, а также исключить необходимость сшивания покрытия, как в случае применения геомембран.
Основной проблемой функционирования подобного экрана является воздействие солнечной радиации, которая приводит к достаточно быстрому, в течение нескольких лет, ухудшению прочностных свойств полимерных экранов, а затем разрушению. Помимо введения в полимер присадок (газовой сажи) эффективным и недорогим решением является нанесение 0,1-0,15 м слоя крупнозернистого материала (гравий, галька и т.п.), который принимает на себя нагрузку в виде солнечного излучения, но не нарушает прочностных свойств оплавленного полимерного экрана. Толщина изоляционного слоя варьируется в зависимости от крупности материала для достижения его наибольшей устойчивости. Также данный слой позволит повысить защищенность полимерного гидроизоляционного покрытия от механических повреждений в процессе укладки минеральных отходов и агломерированных руд.
Пример 1. Смесь приготавливают путем перемешивания на месте ее нанесения, после чего ее загружают в бункер экструзивно-литьевой машины, где ее подвергают электротермическому нагреву до температуры плавления 180°С. Далее путем шнековой подачи на экструдер смесь в расплавленном виде наносится на подготовленную поверхность полосами 2 м, с взаимным перекрытием на 0,15 м и последующим нанесением слоя толщиной 0,1 м крупнозернистого материала (гравий, галька и т.п.)
Пример 2. Смесь приготавливают путем перемешивания на месте ее нанесения, после чего ее загружают в бункер экструзивно-литьевой машины, где ее подвергают электротермическому нагреву до температуры плавления 200 С°. Далее путем шнековой подачи на экструдер смесь в расплавленном виде наносится на подготовленную поверхность полосами 2,5 м, с взаимным перекрытием на 0,2 м и последующим нанесением слоя толщиной 0,15 м крупнозернистого материала (гравий, галька и т.п.)
В обоих примерах физико-механические свойства формируемого полимерного покрытия удовлетворяет технологическим требованиям и условиям северных регионов РФ.
Предлагаемое изобретение позволяет решить основную проблему полимерных гидроизоляционных покрытий, а именно разрушающее действие солнечной радиации, введением в смесь газовой сажи и нанесением недорогого слоя крупнозернистого материала (гравий, галька), а также снизить экологическую опасность промышленных массивов за счет снижения влияния инфильтрационных и эрозийных процессов. Таким
образом, применение данного способа позволяет повысить прочность, устойчивость к деформации гидроизоляционного покрытия, создать покрытие устойчивое к воздействию агрессивных природных сред, экологически безопасное для окружающей среды.