композиция для консервации промышленных отвалов

Формула изобретения

Композиция для консервации отвалов промышленных и бытовых отходов, включающая заполнитель, портландцемент, адгезионный материал и воду, отличающаяся тем, что она в качестве заполнителя содержит отход литейного производства - отработанную формовочную землю, адгезионный материал - смесь жидкого стекла и жидкого сульфата алюминия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%

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

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к композиту для консервации промышленных отвалов отходов производства и отвалов бытовых отходов. В простейшем случае консервация отвалов промышленных и бытовых отходов состоит в возведении ограждения по периметру отвала путем проведения глубоких траншей и заполнения траншей строительными смесями или бетонами. После затвердевания бетона в траншеях производят установку подпорной стенки. Подпорная стенка препятствует движению по поверхности отвала грунтовых и дождевых вод. Отвалы могут содержать горючие отходы, которые самовозгораются и наносят ущерб окружающей среде. Поэтому подпорные стенки предотвращают распространение пожаров.

Известен способ консервации и изоляции техногенных месторождений (патент RU № 2301300 от 13.02.2006 г.). Способ состоит в создании искусственного покрытия техногенных месторождений защитной пленкой с последующей насыпкой слоями грунта. Недостаток способа - слабая защита поверхности месторождения от подпорных вод, трудность локализации и тушения пожаров от самовозгорания под слоями пород.

Известна композиция для устройства конструктивных слоев дорожных одежд (авт.св. № 655775 RU, опубл.30.12.1977 г.), включающая, мас.%:

Портландцемент	8-10
Глицериновый гудрон	0,05-0,15
Связной грунт	Остальное

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является композиция (Петрашевский Р.Ц. Цементогрунт в дорожном строительстве Белоруссии. М.: Автомобильные дороги, 1965, № 7, с.13) по устройству дорожных оснований, выбранная в качестве прототипа, включающая, мас.%:

Мелкий песок	82-86
Портландцемент	7-10
Вода	Остальное

Недостатками известных композиций является их низкая прочность при сжатии и растяжении, низкая морозоустойчивость, а также высокая величина водонасыщения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение физико-механических свойств и снижение водонасыщенности материалов при изменении температуры окружающей среды, используемых для консервации отвалов промышленных и бытовых отходов.

Технический результат достигается тем, что композиция, включающая заполнитель, портландцемент и воду, отличающаяся тем, что она согласно изобретению в качестве заполнителя содержит отход литейного производства - отработанную формовочную землю, адгезионный материал - смесь жидкого стекла и жидкого сульфата алюминия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

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

Отработанная формовочная земля (ОФЗ) является отходом литейного производства и после использования вывозится в больших количествах в отвалы. Она представляет собой порошкообразный материал темно-серого или черного цвета плотностью 2,41-2,48 г/см³, объемной насыпной массой 1,38-1,42 г/см³, пустотностью в неуплотненном состоянии 41-45%. Модуль крупности ее находится в пределах 1,1-1,2, что соответствует мелкому песку. Основным составляющим компонентом являются зерна кварца SiO₂ с примесью других окислов.

Химический состав ОФЗ включает, мас.%:

SiO2	91-97
Fе2 О3	0,3-1,2
Аl2 О3	0,8-5,5
CaO+MgO	0,5-3,1
Na 2O+K2O	0,2-0,4
S	0,02-0,13
Потери при прокаливании	0,9-3,5

В состав исходных формовочных смесей непременно входит связующее. В качестве связующего могут применять как неорганические реагенты (например, жидкое стекло), так и органические вещества (карбамидные, фенолформальдегидные смолы, продукты лесо-нефтехимии).

В результате высокотемпературного (до 1400°С) воздействия на исходную формовочную смесь при заливке металла происходит выгорание большей части связующего и частичное его коксование с образованием мелких частиц углерода, выражающегося величиной потерь при прокаливании, а также темной окраской ОФЗ. Зерна песка, содержащегося в формовочной смеси, при воздействии высоких температур претерпевают модификационные превращения (при 573°С -кварц переходит в -кварц; последний при температуре 870°С переходит в тридимит). При этом происходит быстрое расширение зерен кварца, сопровождающееся появлением в них значительного количества внутренних напряжений и растрескиванием. При разрушении песчинок открываются поверхности активного кремнезема. Последний при перемешивании отработанной формовочной земли с цементом и водой способен реагировать с известью, выделяющейся в процессе гидролиза цемента с образованием устойчивых кристаллических соединений типа гидросиликатов кальция mSiO₂+nCa(OH)₂+kH₂O nCaOmSiO₂(k+n)H₂O.

Таким образом, помимо основных цементирующих компонентов, выделяющихся в результате гидролиза и гидратации цемента, появляется дополнительное цементирующее вещество, участвующее в структурообразовании материала. По гранулометрическому составу ОФЗ является одноразмерным материалом с содержанием частиц размером 0,1-0,4 мм в количестве 85-90%, т.е. ОФЗ соответствует одномерному мелкому песку.

Для повышения адгезионных свойств композиции и увеличения прочностных свойств при отрицательных температурах в состав вводится смесь 50%жидкого стекла и 50% жидкого сульфата алюминия. Сульфат алюминия в жидком виде Аl₂(SO₄)₃ по ТУ - 4114-01-41654713 - 2000 смешивается с жидким стеклом (Na ₂Si₂O₃)_n в равных пропорциях и вместе с водой вводится в приготавливаемую смесь.

Пример состава композиции. Готовят композицию для консервации, в качестве компонента которой используют портландцемент марки «400» и ОФ3 - продукт высокотемпературного воздействия на формовочную смесь на органическом (нефтехимическом) связующем. При этом содержание частиц размером 0,1 - 0,4 мм составляет 85%, а химический состав отработанной формовочной земли следующий, мас.%:

SiO2	92
Fе2 O3	1,2
Аl2 О3	2,5
CaO+MgO	2,5
Na 2O+K2O	0,3
S	0,1
Потери при прокаливании	1,4

Соотношение компонентов композиций и результаты сравнительных испытаний представлены в таблице, причем необходимо учитывать, что увеличение водоцементного отношения при неизменной дозировке цемента в смеси ведет к снижению прочности укрепленного материала. Результаты испытаний образцов из предлагаемой композиции приводятся в таблице 1.