Способ образования противофильтрационного экрана

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5014774/15 . (22) 02.1091 (46) 30.12.93 Бюл. Йв 47-48 . (71) Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей промышленности (72) Пивкин В.С. (73) Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей промышленности (54) СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОТИВО ФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭКРАНА, (57) Использование: земляные гидротехнические (19) RU (и) 2005И8 С1 ((()(C09Ê 7(6 ((сооружения в условиях Крайнего Севера, противофильтрационные экраны накопителей Для повышения зффективности противо фильтрационного экрана за счет уменьшения молекулярной риффузии сначала на поверхность участка укладывают последовательно в качестве противофильтрационного слоя связный грунт, обработанный водным раствором сернокиспого натрия или карбоната натрия, затем измельченный природный клиноптилолит в кальциевой форме и сверху помещают защитный слой из сулеси или песка 1 зл. ф-лы

2005118

Изобретение относится к устройству противофильтрационных экранов земляных гидротехнических сооружений в условиях

Крайнего Севера, Известен способ образования противофильтрационного экрана на плотине или дамбе из мерзлых пород(1), Способ включает укладку на мерзлое ядро слоя из песчаных, гравелистых и щебнистых грунтов без пылеватых и глинистых примесей. При хра- 10 ненни пресных или слабоминерализованных вод, имеющих температуру замерзания близкую к 0 С, никаких проблем с поддержанием гидротехнического сооружения в мерзлом состоянии не возникает.

Недостатком способа является его низкая эффективность при работе гидротехнического сооружения с рассолами хлоридно-кальциевого типа, имеющими наиболее низкую температуру замерзания из 20 всех распространенных типов минерализованных вод. Например, при концентрации

400 г/л хлоридно-кальциевый рассол имеет температуру замерзания -55 С, При проникновении через противофильтрационный эк- 25 ран рассолы."разъедают" лед грунта плотины, что равносильно началу его полного разрушения, Наиболее близким по технической сущности является способ образования проти- 30 вофильтрационного экрана под хранилище для фторсодержащих отходов (2), Способ заключается в укладке на защищаемую поверхность слоев связного грунта, обработанного солями, например сильвинитом, 35 укладку водопроницаемого слоя, песка, а верхний обработанный солью слой покрывают смесью кальцийсодержащих солей: гипса и хлористого кальция. При .фильтрации легкорастворимых фтористых соедине- 40 . ний фтор будет связываться с кальцием в труднорастворимые соединения.

Недостатком известного способа является его низкая эффективность, обусловленная высоким коэффициентом молекулярной 45 диффузии по отношению к рассолам хлоридно-кальциевого типа. При хранении рассолов хлоридно-кальциевого типа не происходит их связывания в труднораство-. римые формы, так как использованные в экране химические соединения не взаимодействуют с хлористым кальцием и другими солями, находящимися в рассоле, В .этом случае за счет молекулярной диффузии рассолов будет происходить перенос 55 минерализованных вод через грунты.

Проведенными опытами установлено, что коэффициент диффузии через такой экран хлоридно-кальциевого рассола при температуре минус 2 — минус 6 С составляет (0,1-0,2) х 10" м /сут. При такой величине коэффициента диффузии за 50 лет эксплуатации наполнителя глубина проникновения фронта молекулярной диффузии составит 2,6-3,0 м, Целью изобретения является повышение эффективности противофильтрационного экрана за счет уменьшения молекулярной диффузии.

Поставленная цель достигается тем, что при способе образования п ротивофильтрационного экрана, заключающемся в укладке на защищаемую поверхность связного грунта, обработанного -водным раствором соли натрия, водопроницаемого слоя, например, из песка и кальцийсодержащего слоя, для обработки связного грунта используют раствор сернокислого натрия или карбоната натрия, а в. качестве кальцийсодержащего слоя — измельченный природный клиноптилолит в кальциевой форме, при этом последний укладывают на противофильтрационный слой и сверху — водопроницаемый слой.

Причем природный клиноптилолит имеет следующий химический состав,,ь;

$102 67,42 — 69.32

Alz0a 10,34 — 10,87

Т(О 0,11-0,12 . Ре20з 1,07 — 1,18

FeO 0,46 — 0,50 190 О, 69-1,89

СаО 3,40 — 3,92

NazO 0,88 — 1,29

К20 0,49-1,22 Hz0 3,84 — 4.26

Н20 Остальное

Природный клиноптилолит обладает ионообменной емкостью и его слой можно рассматривать как катионитовую мембрану.

Для катионитовой мембраны можно пренебречь диффузией анионов. Так как природный клиноптилолит содержит в ионообменной емкости катионы кальция, то образованная им мембрана пропускает через себя катионы кальция, препятствуя прохождению других катионов, т.е, является ионоселективной. Навстречу потоку ионов кальция из пастообразной массы в рассол переходят ионы натрия (в соответствии с условием электронейтральности). Проведшие через мембрану катионы кальция будут взаимодействовать с анионами S04 или

СОз из грунта обработанного солями натрия. Так как карбонаты или сульфаты кальция обладают малой растворимостью в водных растворах, то они выпадают в осадок и за счет кольматации свободных пор уменьшают пористость грунта. Ионоселективная мембрана из природного клиноптиф 7 ° Т

2005118,сло - измельченн и природный клинопти,лолит в кальциевой форме, при этом по1. СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЙ ПРОТИВО-, следний укладывают на

ФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭКРАНА, заключа- противофильтрационный слой и сеерхующийся в укладке на поверхность участка водопроницаемый слой. противофильтрационного слОЯ из свЯзного 2 Способ по и 1, отличающийся тем грунта, обработанного водным p3cTBopol4 что используют клиноптилолит следующе,соли натрия, водопроницаемого слоя. на 55 госостава, мас.%: пример из песка, и кальцийсЬдержащего г слоя, отличающийся тем, что для обработА1гОэ ки связного грунта используют раствор сернокислого натрия или карбоната наэ трия, а в качестве кальцийсодержащего

67,42 - 69,32

10,34 - 10,87 0,11 - 0,12

1,07- 1,18

0,46 - 0,50 лолита и выпадение карбонатов или сульфатов кальция в осадок приводит к уменьшению диффузии хлоридов и общего потока молекулярной диффузии, что позволяет уменьшить глубину фронта проникновения 5 молекулярной диффузии рассола в 14,1—

25,8 раза, Пример. На плотину или дамбу, сооруженную из мерзлых грунтов; по обыч-. ной технологии укладывают защитный слой 10 (30-50 см) песка или любого другого грунта;

: супеси и т.п. Защитный слой разравнивают и на него укладывают противофильтрационный экран, Противофильтрационный экран готовят 15 следующим. образом. Местный связный грунт любой естественной влажности доводят до 30%-ной влажности и добавляют в него соль; сернокислый натрий или карбонат натрия. Необходимое количество соли 20 (Q) рассчитывают по формуле

У

25 где )Фp, — объемный вес используемого грунта, г/см;

Ч вЂ” объем используемого грунта,м; э, y> — удельный вес используемой воды для доведения до 30%-ной влажности; З0

С вЂ” конЦентэоаЦИЯ соли в поРовом пРостранстве. кг/м, выбирается из условия

С Сг, где Сг — максимальная концентрация рассола, который будет храниться.

Смесь местного связного грунта, воды и 35 сернокислого натрия (углекислого натрия) тщательно перемешивают в бетоносмесителе или глиномешалке до состояния однородной пастообразной массы. Потом пасту транспортируют и укладывают в виде акра- 40 на слоем 40-50 см на защитный слой из песка или супеси, Далее пастообразную массу прикрывают слоем (25-35 см) природного клиноптилолита в кальциевой форме

45 месторождения Хонгуруу Я вЂ” С ССР следующего химического состава,%: SIOz 67,59, AlzOg 10,85; TlO 0,12; Fez0; 1,09: РеО 0,49.

MgO 1,71; СаО 3,72; ИагО 0,97; КгО 1.02;

HzO 4,26; Нг0 8,18.

Клиноптилолит предварительно размельчают до фракции 1,2 мм. Затем слой клиноптилолита прикрывают защитным слоем 30-40 см из песка или супеси, Созданный таким образом экран находится в контакте с хлоридно-кальциевым рассолом в течение трех месяцев при температуре окружающей среды минус 5-минус 6 С. После этого определяют коэффициент диффузии рассолов через экран который находился в пределах (0,3-0,5).10 м /сут, Для сравнения в аналогичных условиях были проведены опыты по определению коэффициента диффузии рассола через противофильтрационный экран, созданный по описанной в прототипе технологии, В этом случае коэффициент ди фуэии рассолов был равен (0,1-0,2).10 м /сут, Таким образом, по сравнению с известным способом использование предложен > ного экрана позволяют уменьшить коэффициент молекулярной диффузии хлоридно-кальциевого рассола при температуре минус 2 — минус 6 С с (0 1 — 0,2) 10 4 до (0,3-0,5) 10 м /сут; т.е, в 200-667 раз. В этом случае глубина проникновения фронта диффузии снизится в 14,1 — 25.8 раза. За

50 лет .эксплуатации накопителя глубина засоления пород хлориднокальциевыми рассолами составит всего 10-21 см, что приемлемо для практического использования. (56) Рекомендации по проектированию и строительству плотин из грунтовых материалов для производственного и питьевого водоснабжения в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты. M,: Стройиздат, 1976, С,21 (п,5.27).

Авторское свидетельство СССР йт 403809, кл. E 02 В 3/16, 1973.

2005118

Составитель В. Пивкин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор М.Куль,Редактор А, Бер

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3422. Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Mg0

СаО

Йд20

0,69 - 1,89

3,40 - 3,92

0,88 — 1,29

К О

Н О

Н О

0,49 - 1,22

3,84 - 4,26

Остальное