Способ литификации вязкопластичных промышленных отходов

 

Изобретение относится к области производства искусственных грунтов и литификации вязкопластичных промышленных отходов и донных осадков, шламов и т.п. Задачей предлагаемого решения является упрощение способа литификации вязкопластичных промышленных отходов при повышении эффективности литификации и сокращении материальных затрат. Поставленная задача решается тем, что в способе литификации вязкопластичных промышленных отходов, включающем введение коагулирующих добавок в емкость с вязкопластичными отходами и воздействие электрическим током посредством металлических электродов, в качестве емкости для вязкопластичных отходов используют пруды-накопители, воздействие осуществляют знакопеременным электрическим током, а металлические электроды погружают непосредственно в пруды-накопители, для получения требуемой твердости литифицируемых отходов измеряют глубину погружения иглы прибора Вика до воздействия электрическим током h₀ и в процессе воздействия током h_t и определяют относительный коэффициент механической прочности литифицируемой среды по соотношению: К = h_t/h₀, время пропускания электрического тока, необходимое для получения требуемой твердости литифицируемых отходов, определяют из соотношения: t=1/J(1-K), где t - время пропускания знакопеременного электрического тока; J - сила тока, при этом в качестве коагулирующих добавок используют винилпирролидон или цетилпиридиний хлористый. 1 ил.

Изобретение относится к геохимии, а именно к технологии литификации вязкопластичных промышленных отходов и донных осадков, шламов и т.п., и может быть использовано в различных областях, например в строительстве при производстве искусственных грунтов.

Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, включающий загрузку и термообработку их в ванне шлакового расплава и предусматривающий первичную очистку, обезвреживание и охлаждение отходящих газов. Температуру шлаковой ванны поддерживают путем пропускания через расплавленный шлак электрического тока с помощью погруженных электродов (Патент РФ №2117217, МПК F 23 G 5/00).

Недостатком данного способа является невозможность переработки и литификации вязкопластичных промышленных отходов. Кроме того, технология способа требует вложения больших средств и материальных затрат.

Известен способ очистки капиллярно-пористой среды, загрязненной нефтью и нефтепродуктами, в соответствии с которым в зону очистки вводят раствор нефтеокисляющих организмов, электроды - анод и катод, затем воду. Между электродами пропускают постоянный электрический ток для создания электроосмотического движения жидкости в зоне очистки (Патент №2122905, МПК В 09 С 1/10).

Однако данный способ не может быть эффективным при литификации вязкопластичных промышленных отходов, так как не позволяет повысить механические свойства литифицируемого материала.

Известен способ литификации бытовых и промышленных отходов, а также донных осадков, основанный на применении смеси для обезвреживания и литификации (Патент РФ №2162068, МПК С 04 В 33/00). Данная смесь обеспечивает обезвреживание шламов и отходов и превращает их в экологически безопасный грунт.

Недостатком способа является значительный расход дорогих компонентов, а также сложность технологии преобразования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения гранулированных органических продуктов, включающий сгущение водной суспензии с выделением фильтрата, одновременное гранулирование и сушку путем распыления в псевдоожиженном слое и улавливания пыли в отходящих после гранулирования газах, при этом сушку проводят, например, топочными газами или природным газом. Сгущение водной суспензии производят методами электрокоагуляции и электродиализа до влажности не более 70%, выделяя чистую воду, а гранулирование и сушку осуществляют при одновременной подаче в гранулятор суспензии со скоростью 1750-4100 кг/ч и газа на псевдоожижение с расходом 22900-63000 м³/ч при давлении распиливающего воздуха 2,0-3,0 кг/см². (Патент РФ №2172728, МПК C 05 F 3/00)

Однако данный способ представляет собой сложный многоступенчатый технологический процесс, характеризующийся значительными энергозатратами и требующий специальной дорогостоящей технологической линии.

Задачей предлагаемого решения является упрощение способа литификации вязкопластичных промышленных отходов при повышении эффективности литификации и сокращении материальных затрат.

Поставленная задача решается тем, что в способе литификации вязкопластичных промышленных отходов, включающем введение коагулирующих добавок в емкость с вязкопластичными отходами и воздействие электрическим током посредством металлических электродов, согласно предлагаемому решению, в качестве емкости для вязкопластичных отходов используют пруды-накопители, воздействие осуществляют знакопеременным электрическим током, а металлические электроды погружают непосредственно в пруды-накопители, при этом время пропускания электрического тока, необходимое для получения требуемой твердости литифицируемых отходов, определяют из соотношения:

t=1/J(1-К),

где t - время пропускания знакопеременного электрического тока, J - сила тока, К - относительный коэффициент механической прочности литифицируемых отходов.

В качестве коагулирующих добавок используют полиакриламид или винилпирролидон, или цетилпиридиний хлористый.

Изменение механических свойств вязкопластичной литифицируемой среды изучали с помощью прибора Вика, предназначенного для определения времени схватывания тампонажных растворов при цементировании скважины. Глубина погружения иглы прибора при одинаковой нагрузке являлась косвенным показателем степени повышения прочностных свойств литифицируемого материала.

В процессе реализации способа достигают:

- активизации геохимических процессов путем воздействия на вязкопластичные отходы промышленности и коагулирующие добавки знакопеременным постоянным электрическим током, что обеспечивает равномерный по объему массоперенос материалов электродов и добавок;

- ускоренного синтеза, искусственно воспроизводящего процесс цементации частиц и минералообразования, которые чрезвычайно медленно протекают в естественных условиях;

- значительного изменения химико-минералогического состава, включая образование новых твердых фаз и, как следствие, повышение прочности обрабатываемого вязкопластичного материала.

Из научно-технической и патентной литературы не известно о существовании технического решения с перечисленной совокупностью отличительных признаков, что дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критериям изобретения.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже представлен график, на котором продемонстрирован процесс литификации в зависимости от времени пропускания электрического тока.

Способ заключается в следующем.

В вязкопластичную среду вводят коагулирующие добавки, погружают токовые электроды, которые подключают к источнику постоянного тока. Активизация геохимических процессов, влияющих на процесс литификации среды, вызывается пропусканием через нее знакопеременного электрического тока, режимы которого выбирают исходя из закона Фарадея: m=kJt, где m - масса вещества, выделившегося из электродов в процессе пропускания электрического тока, k - коэффициент пропорциональности, зависящий от природы литифицируемого вещества, J - сила тока, t - время пропускания знакопеременных импульсов электрического тока. При этом процесс литификации контролируют до получения требуемой твердости материала, в зависимости от его дальнейшего применения (например, в строительстве автодорог и др., либо в утилизации). Необходимое время для пропускания электрического тока определяют по формуле:

t=1/J(1-K), где K =h_t/h_o

где К - относительный коэффициент механической прочности литифицируемой среды, h_t - глубина погружения иглы прибора Вика после пропускания тока, h_o - до пропускания тока.

В качестве зоны литификации выбирают пруды-накопители вязкопластичных промышленных отходов.

Пример

Способ литификации был опробован на образце, в качестве которого были взяты вязкопластичные промышленные отходы производственного объединения “Нитрон”. Влажность образца составляла 75%. В качестве электродов использовались алюминиевые пластины. Сила тока составляла 30 мА, напряжение - 30 в. Время пропускания составляло 8 часов, при этом определение механических свойств литифицируемой среды осуществлялись через 2,5; 4; 5; 7 и 8 часов с начала пропускания электрического тока с длительностью знакопеременных импульсов 0,5-2 часа. В качестве коагулянта использовали такие вещества, как полиакриламид, винилпирролидон, цетилпиридиний хлористый.

Результаты экспериментальных исследований представлены на чертеже, на котором по оси абсцисс отложено относительное удаление от катода l/l_о, где l - расстояние от катода до места определения глубины погружения иглы прибора Вика; l_o - расстояние между катодом и анодом. По оси ординат - относительные глубины проникновения иглы прибора Вика в исследуемый материал до (h_o) и после пропускания электрического тока (h_t).

Анализ полученных данных показывает, что механические свойства исследуемого образца повышаются с увеличением времени пропускания тока. Стабилизация образца не ограничивается зоной электродов, а захватывает весь объем вязкопластичной среды. Наибольшей твердости образец достигает в непосредственной близости к электродам.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить эффективность литификации вязкопластичных промышленных отходов и значительно снизить материальные затраты на их утилизацию.

Формула изобретения

Способ литификации вязкопластичных промышленных отходов, включающий введение коагулирующих добавок в емкость с вязкопластичными отходами и воздействие электрическим током посредством металлических электродов, отличающийся тем, что в качестве емкости для вязкопластичных отходов используют пруды-накопители, воздействие осуществляют знакопеременным электрическим током, а металлические электроды погружают непосредственно в пруды-накопители, для получения требуемой твердости литифицируемых отходов измеряют глубину погружения иглы прибора Вика до воздействия электрическим током h₀ и в процессе воздействия током h_t и определяют относительный коэффициент механической прочности литифицируемой среды по соотношению

К = h_t/h₀,

время пропускания электрического тока, необходимое для получения требуемой твердости литифицируемых отходов, определяют из соотношения

t=l/J(l-K),

где t - время пропускания знакопеременного электрического тока;

J - сила тока,

при этом в качестве коагулирующих добавок используют винилпирролидон или цетилпиридиний хлористый.

РИСУНКИРисунок 1