La présente invention concerne des compositions et procédés pour augmenter la résistance au cisaillement de déchets de traitement, tels que les boues résiduaires d'exploitations minières utilisées pour la construction de remblais et la consolidation souterraine. Les compositions comprennent une dispersion aqueuse des déchets solides de traitement, de ciment et d'un polymère absorban l'eau. Le polymère absorbant l'eau préféré est un mélange de polymères d'acrylamide de Mannich et de polymères d'halogénure de dime hyldiallylammonium.
L'activité minière est souvent associée à la production de grandes quantités de matériaux résiduaires extrêmement fins sous forme de boues résiduaires aqueuses. L'élimination de ces boues est habituellement réalisée dans des dépôts lagunaires ou, après déshydratati n, dans des décharges de surface. Une prise en considération croissante de l'envi onnement a focalisé l'attention sur les techniques d'élimination. Un procédé [rho]-=<~>sible proposé pour éliminer ces boues résiduaires est de les utiliser comme remblai souterrain de support. Ce procédé requiert criblage et cimentage pour fournir les nécessaires caractéristiques de résistance au cisaillement, et de compression.
L'addition de polymères absorbant l'eau aux produits miniers et aux déchets de traitement, afin de sécher les produits et les déchets de traitement, est connue dans ce domaine technique, ainsi que le prouvent la demande de brevet [Theta]B 2200440A et le brevet US 4690371. Le produit ou déchet sec résultant de l'addition d'un polymère absorbant l'eau, tel que p. x. du polyacrylate sodique réticulé ou similaire, estcassant ou friable.
L'utilisation de polymères absorbant l'eau avec les boues rouges d'un procédé Bayer est discutée dans EP-A 0388108. Cette demande de brevet enseigne comment mélanger un polymère absorbant l'eau avec les déchets de traitement d'un procédé Bayer. Les déchets de traitement sont constitués par un liquide aqueux comportant des particules solides en dispersion. Le mélange des déchets et du polymère présente la propriété d'être facilement pompé et de se solidifier ensuite au repos.
L'utilisation de polymères absorbant l'eau dans des dispersions aqueuses de divers procédés industriels est également bien connue dans ce domaine technique.
Le brevet japonais N[deg.] 61-212399 décrit une composition comprenant du ciment, un promoteur et des sulfates ou des chlorures d'aluminium et de fer, pour solidifier des déchets organiques et minéraux à forte teneur en eau. On prépare cette composition en ajoutant moins de 30 parties en poids de promoteur pour 100 parties en poids de ciment. On ajuste ensuite le pH en ajoutant au moins un sulfate ou chlorure d'aluminium ou de fer, à raison de moins de 800 parties en poids. On prépare le promoteur en ajoutant moins de 20 parties en poids de ciment à un mortier de ciment comprenant 100 parties en poids de ciment et 200 parties en poids de sable normal. Afin d'empêcher la séparation de l'eau et des déchets, on ajoute un matériau absorbant l'eau, tel que du polyacrylate, de 1 'hydroxyéthyl ellulose, de la méthyl ellulose ou de la bentonite. Le document mentionne également l'addition à la composition de substances antirouille, telles qu'un sel alcalin ou un sel alcalino-terreux, et l'addition de métaux alcalino- terreux insolubles dans l'eau, tels que sable, terre, poudres d'agrégat ou de pierre. On obtient alors, au bout d'au moins 3 heures, une composition sous forme de gel de viscosité élevée ou d'une substance durcie.
Le brevet japonais N[deg.] 1254232 décrit l'agrégation de matières en suspension dans l'eau par addition à l'eau d'un agent solidifiant minéral hydraulique et d'un floculant minéral ou organique. Le floculant mis en oeuvre est l CSO^g, AlClg, alginate de sodium, polyCchlorure d'aluminium), polyacryla ide, polyCacrylate de sodium), aminopolyacrylate ou diamine-diamide. L'agent solidifiant minéral hydraulique est du ciment Portland ou un ciment d'aluminium. On mélange l'agent solidifiant B.VSC le floculant dans un rapport pondéral de 1:1 à 1:5. On ajoute le mélange à l'eau à traiter à raison de 5 à 20 % par rapport au poids de solide en suspension. La demande de brevet japonais N[deg.] 1139 198 décrit le reconstitution de terre et de sable d'un site de construction par addition d'un laitier formé au cours de l'épuration de l'eau ou d'une boue provenant du traitement des eaux usées industriell s, d'un polymère hydrosoluble et d'un hydroxyde, chlorure, sulfate ou nitrate d'un cation de plus de deux valences et/ou de ciment hydraulique. Le cation de plus de deux valences est de préférence un élément des groupes IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVB, VB, VIB ou VIIB. Le ciment hydraulique peut être du ciment Portland, du ciment d'alumine, du ciment spécial ou leurs mélanges avec des cendres volatiles ou de la pouzzolane. Le polymère hydrosoluble peut être de la gomme guar, de l'amidon, de l'algi[pi]ate, du polyfalcool vinylique), de la poly(vinyl[rho]yrrolidone) , du poly(oxyéthylène) , du polyacrylate, du polysaccharide ou un copolymère isobutylène/anhydride maléique. On ajoute le polymère à la composition à raison de 0,5 à 8 kg quand la teneur en eau de la composition vaut 20 à 50 '/..
La demande de brevet soviétique N[deg.] 1285105 décrit une composition pour construction de routes et de pistes d'aviation, qui comprend 6 à 8 7. en poids de ciment, 81 à 86 % en poids de terre, 6 à 8 % en poids de déchets de production d'articles en polyacrylate et 5 à 10 % en poids de résidu de cuve de production de chlorure de vinyle.
La demande de brevet japonais N[deg.] 52-090111 décrit un procédé de consolidation de sol comportant du limon et du sable fin, consistant à injecter dans le sol une solution coagulante avant de traiter ledit sol avec un coulis. La solution coagulante peut être ^tSO^^, aAl[theta] , FeSO,^, sel de sodium de carboxy éthylcellulose (CMC), polyacrylate, poly(éthylè[pi]eamine) , des sels d'ammonium quaternaire, des polytvinylpyridine) ou des polyacrylamide[epsilon].
La demande de brevet japonais N[deg.] 50-082857 décrit un procédé pour traiter du ciment contenant des eaux usées, qui comprend l'addition de polyacrylate et de polyacrylamide aux eaux usées, afin de faire coaguler les matières en suspension. Du polyacrylate sodique de haut degré de polymérisati n et du polyacrylamide non ionique en un rapport pondéral 1:0,5-1 constituent les polyacrylate et polyacrylamide préférés. La demande de brevet japonais N[deg.] 73-O13673 décrit un procédé pour traiter des boues d'eaux résiduaires et de procédés industriels. Ce procédé consiste à séparer par filtration ou à. concentrer la boue afin d'éliminer l'eau, à y ajouter plus de 3 X en poids d'un ciment durcissable à l'eau et plus de 30 7. en poids d'un sulfate minéral de sodium, de fer, d'aluminium ou d'ammonium. On déshydrate la boue ou on la concentre en y ajoutant 15 à 40 7. en poids de Ca<0H>2?comme adjuvant de filtration, et 0,05 à 0,2 % en poids d'un polymère organique hydrosoluble, tel que du polyacrylamide ou du polytacrylate de sodium).
La demande de brevet japonais N[deg.] 62-789083 décrit un procédé pour régénérer de la boue détériorée ou contaminée par du ciment. Ce procédé consiste à ajouter un sel de sodium de CMC de degré de polymérisation inférieur à 350.
Ces enseignements fournis par l'état antérieur de la technique ne font aucune allusion à une composition et à un procédé d'obtention d'une composition ayant comme résultat une résistance au cisaillement initiale et à long terme améliorée, une diminution de la perte en fines, une augmentation de la rétention d'eau, une augmentation de la rétention de ciment et un moindre recours au débourbage, composition qui devient finalement un solide cohérent.
C'est pour réaliser ce but que la présente invention fournit une composition de déchets de traitement comportant une résistance au cisaillement initiale et à long terme améliorée, une diminution de la perte en fines, une augmentation de la rétention d'eau, une augmentation de la rétention de ciment et un moindre recours au débourbage, composition qui devient finalement un solide cohérent.
Un autre but de la présente invention est de fournir une composition de déchets qui possède une meilleure stabilité initiale au remblayage et une boue qui ne nécessite pas d'installation séparée de retenue.
Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé de production d'une composition présentant une résistance au cisaillement initiale et à long terme améliorée, une diminution de la perte en fines, une augmentation de la rétention d'eau, une augmentation de la rétention de ciment et un moindre recours au débourbage, composition qui devient finalement un solide cohérent.
Un autre but encore de la présente invention est de fournir un procédé d'obtention d'une composition présentant- une meilleure stabilité initiale au remblayage et une boue qui ne nécessite pas d'installation séparée de retenue.
La Demanderesse a trouvé que, par addition, aux déchets aqueux de traitement, de ciment et d'un polymère absorbant l'eau judicieusement choisi, on peut améliorer la résistance au cisaillement initiale et à long terme et la stabilité initiale au remblayage desdits déchets de traitement. La Demanderesse a également trouvé que la composition déchets de traitement/ciment/polymère absorbant l'eau diminue la nécessité du débourbage.
Les déchets de traitement peuvent être constitués par n'importe quel type de déchets aqueux comportant de fines particules solides en dispersion, tels que les boues résiduaires aqueuses provenant des exploitations minières, p. ex. mines de charbon, d'or ou de phosphate, et des opérations de traitement.
Le problème du choix et de la mise en oeuvre, comme polymère absorbant l'eau, d'un mélange de polymères d'acrylamide de Mannich et de polymères d'halogénure de diméthyldial lylammonium est déterminant pour la présente invention. Comme on le verra, ce polymère hydrosoluble particulier possède une capacité remarquable à solidifier rapidement la composition en lui conférant une forte résistance initiale au i aillement.
Les dessins représentent graphiquement les courbes des propriétés physiques et des résultats d'essai des compositions et procédés de la présente invention et les compare à ceux de 1 ' a t antérieur.
La FÏG. 1 est une courbe montrant que deux compositions de la présente invention contenant des mélanges de polymères acquièrent une résistance au cisaillement plus forte et plus rapidement, dans les boues résiduaires de charbon cimentées, que ne le fait une composition sans polymères.
La FI[Theta]. 2, comme la FIG. 1, est une courbe montrant que deux compositions de la présente invention, contenant des mélanges de polymères, acquièrent une résistance au cisaillement plus forte et plus rapidement, dans les boues résiduaires d'or cimentées, que ne le fait- une composition sans polymères.
La FIG. 3 est une courbe montrant que l'addition de mélanges de polymères selon la présente invention à des boues résiduaires d'or cimentées réduit considérablement la quantité d'eau qui en est expulsée lors de la compression, cette diminution étant proportionnelle à la concentration des polymères.
Telles qu'utilisées dans cette demande, les expressions: résistances au cisaillement initiale et à long terme, diminution de la perte en fines, augmentation de la rétention d'eau, augmentation de la rétention de ciment et moindre recours au débourbage, se réfèrent aux propriétés physiques de compositions de déchets de traitement et de compositions déchets de traitement/ciment qui sont généralement connus dans l'art antérieur.
La présente invention concerne une composition pour augmenter la résistance au cisaillement de déchets de traitement utilisés pour la construction de remblais et la consolidation souterraine. La composition comprend des déchets de traitement, du ciment, et un polymère absorbant l'eau comportant un mélange d'un polymère d'acrylamide de Mannich et d'un polymère d'halogénure de di ét yldial lylammonium. Les déchets de traitement- utilisés dans la présente invention peuvent être constitués par n'importe quel type de déchets aqueux comportant de fines particules solides en dispersion au sein de la phase liquide,. Les déchets de traitement préférés sont les boues résiduaires aqueuses provenant des exploitations minières, p. ex. mines de charbon, d'or ou de phosphate. Les déchets de traitement possèdent en général une teneur en matières solides de l'ordre d'env. 10 à env. 50 parties en poids, de préférence d'env. 20 à e[pi]v. 40 parties en poids, de particules solides pour 100 parties en poids de dispersion. On donne une préférence particulière à des déchets de traitement possédant env. 35 à e[pi]v. 40 en poids de particules solides.
Le ciment utilisé dans la présente invention stabilise et améliore la force de cohésion de la composition. Le ciment peut être tout ciment commercial, tel que p. ex. du ciment Portland. La composition finale en contient n'importe quelle proportion efficace comprise entre env. 1 et env 10 parties en poids, pour 100 parties en poids de déchets de traitement, ciment et polymère combinés, l'intervalle préféré étant d'env. 2 à env. 7 parties en poids, et encore mieux d'env. 3 à e[pi]v. 6 parties en poids.
Le polymère absorbant l'eau peut être tout- mélange du polymère d'acrylamide de Mannich et d'un polymère d'halogénure de diallyldiméthyla monium. Ces polymères absorbant l'eau sont décrits dans le brevet US 4937753. La concentration efficace du polymère est comprise entre env. 0,01 et env. 1,5 partie en poids pour 100 parties en poids de déchets de traitement, ciment et polymère combinés, l'intervalle préféré étant d'env. 0,03 à 1,0 partie en poids et la proportion particulièrement préférée étant d'env. 0,5 partie en poids.
Le polymère particulièrement approprié est un mélange d'un polymère d'acrylamide de Mannich et d'un polymère d'halogénure de diméthyldiallylammonium. Certains de ces polymères sont commercialement disponibles, p.ex. les polymères absorbant l'eau vendus par American Cyanamid Company sous le nom de marque AQUASTORE<CR3>. Les mélanges préférés se composent des deux polymères pris dans un rapport de 3: 1 à 1:30 en poids, respecti ement, de solides polymères réels, de préférence de 1:1,5 à Is7, respectivement, sur la même base.
Les polymères d'acrylamide de Mannich sont en général bien connus dans le domaine technique, des exemples en étant décrits dans US 4137164, incorporé ici comme référence. Généralement, ces polymère- sont des homopolymères d'acrylamide ou des copolymères d'acrylamide avec des como[pi]omères tels que: acrylonitrile, éthacrylamide, acide acrylique, etc., en des proportions allant jusqu'à environ 50 %, de préférence de 5 à 50 %, par rapport au copolymère résultant. Ces polymères possèdent des masses moléculaires comprises dans un intervalle allant d'env. 10000 à env. 3000000 et sont modifiés chimiquement de manière à fournir des groupes diméthyla i[pi]o éthyle à raison de 25 à 1007. en moles, de préférence au moins 40 7. en moles, par rapport à l'ensemble de ces groupes dans le polymère.
Les polymères d'acrylamide de Mannich préférés sont les polyacrylamides de Mannich aminométhylés à au moins 70 %, et de viscosité Brookfield comprise entre 26000 et 46000 cps. Les polymères d'halogénure de diméthyldial lylammonium CDADM) sont également connus dans ce domaine technique, des exemples en étant décrits dans US 4032467, incorporé ici comme référence. Ces polymères sont des homopolymères de DADM ou des copolymères de DADM avec des comonomèr s tels que: acrylamide, vinylpyrrolidone, etc., en des proportions allant jusqu'à environ 20 % par rapport au copolymère résultant. Ces polymères possèdent des viscosités intrinsèques allant d'env. 0, 1 à 4,00, de préférence de 2,0 à 3,5, décilitres/g. L'halogénure peut être un chlorure, un fluorure, un bromure ou un iodure. Le polymère d'halogénure de diméthyldiallylammonium préféré est le polymère de chlorure de diméthyldiallylammonium de viscosité intrinsèque comprise entre 2,0 et 3,5 cps.
Le mélange de polymères peut être ajouté à la composition sous forme d'un mélange homogène ou à l'état de constituants individuels. Si le mélange est ajouté à l'état de constituants individuels, ces derniers doivent être ajoutés dans l'intervalle de temps le plus court possible. La présente invention sera mieux définie à l'aide des exemples suivants, Les produits A et B sont présentés dans les tableaux suivants, avec les proportions mises en oeuvre, sous forme de solutions à 0,065 7. de polymère dans l'eau, tandis que le produit C est exprimé sous forme de solution à 20,0 % de polymère dans l'eau.
Dans les exemples suivants, les polymères d'acrylamide de Mannich utilisés sont chacun des polyacrylamides de Mannich aminométhylés à 70 % et définis en outre comme suit: Produit 7. de sol ides Viscosité Brookfield. (cps) A 5,9 - 6,4 26000 - 34000
B 5,5 - 6,1 34000 - 46000
Le polymère de chlorure de diméthyldiallylammonium est en outre défini comme suit: Produit % de solides Viscosité intrinsèque (dl/q) C 19,5 - 20,5 2,0 - 3,5
Dans les exemples, les mélanges de polymères désignés par A/C et B/C se réfèrent à ceux spécifiés. Les rapports pondéraux A/C et B/C valent 1:3, sauf indication contraire. La résistance au cisaillement non drainée des boues résiduaires de charbon cimentées est déterminée à l'aide d'un pénétromètre de laboratoire à ailette. Le principe de cet appareil réside dans le fait qu'on insère une ailette dans l'échantillon et qu'on la fait tourner à une vitesse constante, et on mesure, à l'aide d'un ressort étalonné, le couple maximal requis pour faire tourner l'ailette. La rotation de l'ailette à vitesse constante élimine toute disparité entre échantillon, due à des effets de vitesse.
La résistance au cisaillement non drainée (Cu) de la composition de déchets de traitement est une fonction du couple nécessaire pour cisailler la composition et des dimensions de l'ailette.
T
Cu = [tau]rd2h/2+d/6)
Les dimensions de l'ailette à quatre pales utilisée dans cette étude sont: h = 12,6 mm et d (diamètre) = 12,8 mm. Donc, la résistance au cisaillement non drainée est donnée par T
Cu =
4,34.10<-6>
On prépare des échantillons qui produisent une suspension de 2 1 environ. On utilise généralement des substances résiduaires sèches, afin de pouvoir d'obtenir des mélanges reproductibles. On réalise toutes les préparations de boue en utilisant un mélangeur "Hobart" du commerce, en prenant soin de s'assurer qu'à chaque étape la durée de mélange est la même pour chaque lot de boue.
EXEMPLES 1 ET 2 ET EXEMPLE COMPARATIF 1A Exemple 1. On prépare dans un mélangeur Hobart une composition de boues résiduaires aqueuses de charbon, contenant environ 40 parties en poids de résidus solides de charbon
Cséchés à 40 [deg.]C avant reconstitution dans de l'eau du réseau urbain). On ajoute à la composition approximativement 3 parties en poids de ciment et on mélange en continu pendant 5 min. On ajoute au mélange de boues résiduaires de charbon et de ciment 0,03 partie en poids d'un mélange comprenant, en solides, 1 partie en poids d'un polyacrylamide de Mannich amino éthylé à 70 % en moles (viscosité Brookfield 34000-46000 cps) et 3 parties en poids de polymère de chlorure de diméthyldiallylammonium (viscosité intrinsèque 2,0-3,5 dl/g), (B/C = 1:3). Toutes les parties sont indiquées par rapport à 100 parties en poids de la composition à 3 composants. La composition résultante est mélangée en continu pendant encore 5 min afin de fournir une composition durcissable selon la présente invention. Après mélange, on place la boue obtenue dans un vase en plastique de 200 ml pour l'essai à l'ailette. La résistance au cisaillement non drainée du mélange est déterminée suivant le mode opératoire exposé ci-dessus, et on présente les courbes obtenues en fonction du temps. On voit qu'en environ 150 min on obtient une résistance au cisaillement d'env. 2,3 kPa. Après 7 jours, la résistance au cisaillement non drainée atteint e[pi]v. 14 kPa.
Exemple 2. On prépare, selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1, une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides de charbon reconstitués, 3 parties en poids de ciment et 0,3 partie en poids du même mélange de polymères (B/C = 1:3). On obtient ainsi une composition durcissable de la présente invention. On détermine la résistance au cisaillement non drainée de la composition, qui atteint 3,2 kPa au bout de 150 min. Après 7 jours, la résistance au cisaillement non drainée atteint env. 14 kPa. Après 28 jours, la résistance au cisaill ment non drainée a encore augmenté jusqu'à env. 28 kPa. Exemple Comparatif 1A. On prépare, selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple I, une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides de charbon reconstitués et 3 parties en poids de ciment. On n'ajoute pas de mélange de polymères. On détermine la résistance au cisaillement non drainée de la composition, qui atteint seulement 2 kPa dans les 100 premières minutes. Après 7 jours, la résistance au cisaillement non drainée vaut env. 9 kPa. Après 28 jours, elle vaut env. 24 kPa. Ce qui prouve que le mélange de polymères améliore la résistance au isaillement.
EXEMPLES 3 ET 4 ET EXEMPLE COMPARATIF 3A Exemple Comparatif 3A. On prépare une composition aqueuse contenant environ 38,4 parties en poids de résidus solides de charbon et 3 parties en poids de ciment, selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1 sauf que les résidus solides de charbon sont- introduits à l'origine dans le mélangeur sous forme de boue, c'est-à-dire non reconstitués. Ce qui fournit une composition durcissable qui n'est pas conforme à la présente invention car elle ne contient pas le mélange de polymères.
Exemple 3. On prépare une composition aqueuse contenant environ 38,4 parties en poids de résidus solides de charbon, 3 parties en poids de ciment et 0,03 partie en poids de mélange de polymères (B/C = 1:3), selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple Comparatif 3A. Ce qui fournit- une composition durcissable conforme à la présente invention.
Exemple 4. On prépare une composition aqueuse contenant environ 38,4 parties en poids de résidus solides de charbon, 3 parties en poids de ciment et 0,3 partie en poids de mélange de polymères (B/C = 1:3), selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple Comparatif 3A. Ce qui fournit également une composition durcissable conforme à la présente invention. On détermine, selon le mode opératoire de l'Exemple 1, les résistances au cisaillement non drainées des Exemples 3, 4 et de l'Exemple Comparatif 3A. Les courbes résultantes sont présentées sur la FIGURE 1. On peut constater que l'augmentation de la concentration du mélange de polymères absorbant l'eau CB/C = 1:3) produit une accroissement de la résistance au cisaillement par ailette. C'est ainsi p. ex. que pour des temps inférieurs à 4 heures, une concentration du mélange de polymères de 0,3 partie en poids (Exemple 4) augmente la résistance de la composition avec du ciment seul (Exemple Comparatif 3A) par un facteur d'au moins 2.
EXEMPLES 5 A 7 ET EXEMPLE COMPARATIF 5A Exemple Comparatif 5A. On prépare une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides d'or et 3 parties en poids de ciment, selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Ce qui fournit une composition durcissable qui n'est pas conforme à la présente invention car elle ne contient pas le mélange de polymères.
Exemple 5. On prépare une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides d'or, 3 parties en poids de ciment et 0,1 partie en poids de mélange de polymères CB/C = 1:3), selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple I. Ce qui fournit une composition durcissable conforme à la présente invention. Exemple 6. On prépare une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides d'or, 3 parties en poids de ciment et 0,5 partie en poids de mélange de polymères (B/C = 1:3), selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Ce qui fournit une composition durcissable conforme à la présente invention.
Exemple 7. On prépare une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides d'or, 3 parties en poids de ciment et 170 partie en poids de mélange de polymères CB/C = 1:3), selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Ce qui fournit une composition durcissable conforme à la présente invention.
On détermine, selon le mode opératoire exposé pour l'Exemple 1, les résistances au cisaillement des Exemples 5, 6 et 7 et- de l'Exemple Comparatif 5A. Les résultats montrent que, après les 6 premières heures, la résistance vaut 1,8 kPa pour l'Exemple Comparatif 5A, 1,9 kPa pour l'Exemple 5, 2,9 kPa pour 1 'Exemple 6 et 3,0 kPa pour l'Exemple 7.
EXEMPLES 8 A 10 ET EXEMPLE COMPARATIF 8A Exemple Comparatif SA. On prépare une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides d'or et 6 parties en poids de ciment, selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Ce qui fournit une composition durcissable qui n'est pas conforme à la présente invention car elle ne contient pas le mélange de polymères.
Exemple 8. On prépare une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides d'or, 6 parties en poids de ciment et O, 1 partie en poids de mélange de polymères CB/C = 1:3), selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Ce qui fournit une composition durcissable conforme à la présente invention.
Exemple 9. On prépare une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides d'or, 6 parties en poids de ciment et 0,5 partie en poids de mélange de polymères CB/C = 1:3), selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Ce qui fournit une composition durcissable conforme à la présente invention. Exemple 10. On prépare une composition aqueuse contenant environ 40 parties en poids de résidus solides d'or, 6 parties en poids de ciment et 1,0 partie en poids de mélange de polymères CB/C = 1:3), selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Ce qui fournit une composition conforme à la présente invention.
On détermine, selon le mode opératoire de l'Exemple 1, les résistances au cisaillement non drainées des Exemples 8, 3 et 10 et de l'Exemple Comparatif 8A. Les courbes résultantes sont présentées sur la FIGURE 2. On observe que, dans tous les cas, les mélanges de polymères favorisent et améliorent les résistances au cisaill ment.
Les Exemples 5A à 10 mettent en évidence des résistances au cisaillement non drainées se situant en dehors de l'intervalle [pi]iesurable au moyen d'un appareil à ailette de cisaillement classique de laboratoire. On mesure donc la résistance à 7 et 28 jours de ces boues résiduaires à l'aide d'essais de compression triaxial simple. On réalise les essais de compression triaxiale simple en mettant en oeuvre des échantillons ayant chacun pour dimensions: 63,5 mm de hauteur et 31,73 mm de diamètre. On mesure la force axiale à l'aide d'une bague d'essai et la déformation axiale à l'aide d'un comparateur à cadran. Tous les essais à 7 et 28 jours des Exemples 5A à 10 sont effectués à une vitesse constante de déformation axiale de 0,095 mm/min, soit un taux de déformation axiale de 0,150 X/min, ce qui entraîne normalement une rupture en e[pi]v. 20 min. Les résultats des Exemples 5A à 10 montrent que l'addition de mélanges de polymères CB/C = 1:3) à des boues résiduaires d'or améliore systématiquement la résistance au cisaillement lors des premiers temps de mélange. Au bout d'un certain temps après le mélange, les résistances au cisaillement des Exemples 5A à 10 augmentent avec une teneur en polymère allant jusqu'à env. 0,5 partie en poids pour 100 parties en poids de la composition totale.
Si on compare les résistances au cisaillement des 3 parties CExe ples 5 à 7) et 6 parties en poids CExemples 8 à 10) des compositions de ciment aux tout premiers temps du mélange, on observe que les valeurs de la résistance au cisaillement sont très similaires. Tout en ne souhaitant pas s'astreindre à une quelconque interprétation théorique particulière, la Demanderesse pense que cette comparaison indique que la responsabilité de l'amélioration des résistances au cisaillement incombe plutôt au polymère absorbant l'eau qu'au ciment. La concentration plus forte de ciment a pour résultat une plus grande résistance au cisaillement pendant un temps plus long après mélange, au fur et à mesure que l'effet du ciment devient plus prononcé. A la fois pour les concentrations de 3 parties en poids et de 6 parties en poids de ciment, la résistance à 28 jours avec 0,5 partie en poids de mélange de polymères CExemples 6 et 3) est égale à deux fois celle des résidus cimentés seuls CExemples 5A et SA).
EXEMPLES 11 ET 12 ET EXEMPLE COMPARATIF 11A Exe 1 e Co parati f 11 . On prépare une composition aqueuse selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Cette composition contient 40 parties en poids de résidus solides d'or, provenant de la même source que celle utilisée pour les Exemples 5 à 7, et 3 à 6 parties en poids de ciment. Ce qui fournit une composition durcissable qui n'est pas conforme à la présente invention car elle ne contient pas le mélange de polymères.
Exemple 11. On prépare une composition aqueuse selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Cette composition contient 40 parties en poids de résidus solides d'or, provenant de la même source que celle utilisée pour les Exemples 5 à 7, 3 à 6 parties en poids de ciment et 0,5 partie en poids de mélange de polymères CB/C = 1:3). Ce qui fournit une composition conforme à la présente invention.
Exemple 12. On prépare une composition aqueuse selon le mode opératoire utilisé dans l'Exemple 1. Cette composition contient 40 parties en poids de résidus solides d'or, provenant de la même source que celle utilisée pour les Exemples 5 à 7, 3 à 6 parties en poids de ciment et 1,0 partie en poids de mélange de polymères CB/C ≈ 1:3). Ce qui fournit une composition durcissable conforme à la présente invention.
On mesure la compressibilité des Exemples il et 12 et de l'Exemple Comparatif 11A, afin de déterminer 1) la quantité de liquide drainée à partir de l'échantillon au bout de 3 jours de durcissement, et 2) la déformation axiale résultant de l'application d'un effort de compression unidi ensio[pi][pi]el de 1 MPa.
On mesure la quantité de liquide drainé avant l'établissement de la force de compression, grâce à un dispositif conçu et fabriqué à l'University of ales Collège de Cardiff. Ce dispositif consiste en un cylindre d'aluminium, de 300 mm de hauteur et 70 mm de diamètre, dans lequel est déposée la composition d'échantillon jusqu'à une profondeur nominale de 100 mm. On place un disque plastique poreux au-dessus de l'échantillon et une pierre poreuse au-dessous de l'échantillon afin de permettre le drainage. Le disque poreux et la pierre poreuse ont tous deux un diamètre nominal de 70 mm. Un trou de drainage est prévu à la base du cylindre, auquel est fixée une burette étalonnée, ce qui permet de recueillir l'eau s' écoulant de la base de l'échantillon. La charge est appliquée à l'échantillon par un couvercle de chargement qui est percé de trous permettant le drainage vers le haut de l'échantillon au cours de l'étape de chargement de l'essai. La force est fournie par un moteur pneumatique de 150 mm de diamètre interne.
Pendant le chargement, la compression des résidus est réglée à l'aide d'un capteur électrique de déplacement par compression linéaire CLSDT). Ce dernier est fixé au piston du cylindre, la jauge de mesure reposant au sommet dudit cylindre. Avant de procéder à l'essai, on prépare le dispositif en s' assurant que le tube conduisant à la burette et la pierre poreuse sont exempts de bulles d'air, et on lubrifie l'intérieur du cylindre avec de l'huile de silicone pour réduire au minimum le frottement entre l'échantillon et les parois. On introduit ensuite l'échantillon dans le cylindre, on enregistre sa profondeur et on insère le disque plastique poreux. On laisse ensuite reposer l'échantillon pour permettre au ciment de durcir pendant 3 jours, durant lesquels on mesure la quantité d'eau s' échappant de l'échantillon. Pendant toute cette période de temps, on maintient le niveau de la burette à son niveau initial afin de conserver des conditions constantes à l'interface.
La quantité d'eau drainée, d'après les Exemples 11, 12 et l'Exemple Comparatif 11A, durant le premier stade de l'essai de co pressibilité est portée graphiquement sur la FIG. 3. Cette courbe montre que, lorsque la concentration du mélange de polymères CB/C = 1:3) augmente de 0 à 1 partie en poids, le volume d'eau qui s'échappe diminue de 12,2 X à 0,6 %. Ce qui est important car cela montre que de l'eau n'exsude pas pour s'accumuler en des endroits inappropriés et dangereux.
La seconde phase des essais de co pressibilité sur les Exemples il et 12 et l'Exemple Comparatif 11A impliquent la mise en oeuvre d'une force de compression. On fixe le couvercle de chargement au cylindre et on tire le piston du moteur et- le fixe au couvercle par un filetage. On effectue les lectures de zéro au LSDT et on applique la charge requise CI MPa) en augmentant rapidement la pression d'air dans le cylindre jusqu'à 218 kPa Cdéterminée par le rapport du diamètre interne du cylindre au moteur, soit 0,22). On maintient cette pression tout au long de la seconde phase de l'essai. Le contrôle de la compression de l'échantillon se poursuit pendant 24 heures, bien que normalement la consolidation de l'échantillon soit complète e[pi]v. lO h après l'application de l'incrément de charge.
Les courbes de consolidation montrent que la consolidation est pratiquement intégralement réalisée au bout des 2 premières minutes pour tous les échantillons à l'essai. Les courbes correspondant à l'Exemple 11 et à l'Exemple Comparatif 11A coïncident presque, tandis que la courbe pour l'Exemple 12 indique approximativement une déformation double de la déformation Cunidimensio[pi]nelle) axiale. Ce qui est important car cela indique une plus grande cohérence, à une concentration plus élevée du mélange de polymères.
Les déformations volumétriques finales montrent que, pour une concentration du mélange de polymères CB/C = 1:3) de 0 et 0,5 partie en poids, la déformation volumétrique est env.The present invention relates to compositions and methods for increasing the shear strength of process wastes, such as mining sludge used for embankment construction and underground consolidation. The compositions include an aqueous dispersion of solid treatment wastes, cement and a water absorbing polymer. The preferred water-absorbent polymer is a blend of Mannich acrylamide polymers and hyldiallylammonium dime halide polymers.
Mining is often associated with the production of large quantities of extremely fine waste materials in the form of aqueous waste sludge. The disposal of this sludge is usually carried out in lagoon deposits or, after dewatering, in surface landfills. A growing consideration of the environment has focused attention on disposal techniques. A process [rho] - = <~> sible proposed to eliminate this residual sludge is to use them as underground support fill. This process requires screening and cementing to provide the necessary characteristics of shear strength, and compression.
The addition of water-absorbing polymers to mining products and treatment waste, in order to dry the products and treatment waste, is known in this technical field, as proven by patent application [Theta] B 2200440A and US Patent 4690371. The dry product or waste resulting from the addition of a water-absorbing polymer, such as px of crosslinked sodium polyacrylate or the like, is breakable or brittle.
The use of water-absorbing polymers with red mud from a Bayer process is discussed in EP-A 0388108. This patent application teaches how to mix a water-absorbing polymer with the processing waste from a Bayer process. The processing waste consists of an aqueous liquid comprising solid particles in dispersion. The mixture of waste and polymer has the property of being easily pumped out and then solidifying at rest.
The use of water-absorbing polymers in aqueous dispersions of various industrial processes is also well known in this technical field.
Japanese patent N [deg.] 61-212399 describes a composition comprising cement, a promoter and sulphates or aluminum and iron chlorides, for solidifying organic and mineral waste with a high water content. This composition is prepared by adding less than 30 parts by weight of promoter per 100 parts by weight of cement. The pH is then adjusted by adding at least one aluminum or iron sulfate or chloride, in an amount of less than 800 parts by weight. The promoter is prepared by adding less than 20 parts by weight of cement to a cement mortar comprising 100 parts by weight of cement and 200 parts by weight of normal sand. In order to prevent the separation of water and waste, a water absorbing material, such as polyacrylate, hydroxyethyl ellulose, methyl ellulose or bentonite, is added. The document also mentions the addition to the composition of anti-rust substances, such as an alkaline salt or an alkaline earth salt, and the addition of alkaline earth metals insoluble in water, such as sand, earth, powders. 'aggregate or stone. A composition is then obtained, at least after 3 hours, in the form of a gel of high viscosity or of a cured substance.
Japanese patent N [deg.] 1254232 describes the aggregation of materials suspended in water by adding a mineral hydraulic solidifying agent and a mineral or organic flocculant to water. The flocculant used is l CSO ^ g, AlClg, sodium alginate, poly aluminum chloride), polyacryla ide, poly sodiumacrylate), aminopolyacrylate or diamine diamide. The hydraulic mineral solidifying agent is Portland cement or aluminum cement. The solidifying agent B.VSC is mixed with the flocculant in a weight ratio of 1: 1 to 1: 5. The mixture is added to the water to be treated in an amount of 5 to 20% relative to the weight of solid in suspension. Japanese patent application N [deg.] 1139 198 describes the reconstitution of earth and sand of a construction site by addition of a slag formed during the purification of water or a mud coming from the treatment of industrial waste water, a water-soluble polymer and a hydroxide, chloride, sulfate or nitrate of a cation with more than two valences and / or hydraulic cement. The cation with more than two valences is preferably an element from groups IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVB, VB, VIB or VIIB. The hydraulic cement can be Portland cement, alumina cement, special cement or their mixtures with volatile ash or pozzolan. The water-soluble polymer can be guar gum, starch, algi [pi] ate, polyvinyl alcohol), poly (vinyl [rho] yrrolidone), poly (oxyethylene), polyacrylate, polysaccharide or an isobutylene / maleic anhydride copolymer. The polymer is added to the composition at a rate of 0.5 to 8 kg when the water content of the composition is 20 to 50%.
Soviet patent application N [deg.] 1285105 describes a composition for construction of roads and runways, which comprises 6 to 8% by weight of cement, 81 to 86% by weight of earth, 6 to 8% by weight of polyacrylate article production waste and 5 to 10% by weight of vinyl chloride production tank residue.
Japanese patent application N [deg.] 52-090111 describes a soil consolidation process comprising silt and fine sand, consisting in injecting a coagulating solution into the soil before treating said soil with a grout. The coagulating solution can be ^ tSO ^^, aAl [theta], FeSO, ^, sodium salt of carboxy ethylcellulose (CMC), polyacrylate, poly (ethyl [pi] amine), quaternary ammonium salts, polytvinylpyridine) or polyacrylamide [epsilon].
Japanese patent application N [deg.] 50-082857 describes a process for treating cement containing waste water, which comprises adding polyacrylate and polyacrylamide to the waste water, in order to coagulate the suspended matter. Preferred polyacrylate and polyacrylamide are sodium polyacrylate with a high degree of polymerization and nonionic polyacrylamide in a weight ratio of 1: 0.5-1. Japanese patent application N [deg.] 73-O13673 describes a process for treating sludge from waste water and industrial processes. This process consists in separating by filtration or. concentrate the mud in order to remove the water, adding more than 3% by weight of a water-hardening cement and more than 30% by weight of a mineral sulfate of sodium, iron, aluminum or ammonium. The sludge is dehydrated or concentrated by adding 15 to 40% by weight of Ca <0H> 2? As filter aid, and 0.05 to 0.2% by weight of a water-soluble organic polymer, such as polyacrylamide or sodium polytacrylate).
Japanese patent application N [deg.] 62-789083 describes a process for regenerating mud deteriorated or contaminated with cement. This process consists in adding a sodium salt of CMC with a degree of polymerization lower than 350.
These teachings provided by the prior art make no reference to a composition and to a process for obtaining a composition resulting in improved initial and long-term shear strength, a decrease in the loss of fines. , an increase in water retention, an increase in cement retention and less use of settling, a composition which ultimately becomes a coherent solid.
It is to achieve this aim that the present invention provides a composition of treatment waste comprising an improved initial and long-term shear strength, a reduction in the loss of fines, an increase in water retention, an increase in cement retention and less use of settling, a composition which ultimately becomes a coherent solid.
Another object of the present invention is to provide a waste composition which has better initial stability to backfilling and a slurry which does not require a separate containment installation.
Another object of the present invention is to provide a process for producing a composition having improved initial and long-term shear strength, a decrease in loss of fines, an increase in water retention, an increase in cement retention and less use of settling, a composition which ultimately becomes a coherent solid.
Yet another object of the present invention is to provide a process for obtaining a composition having better initial stability to backfilling and a slurry which does not require a separate installation for containment.
The Applicant has found that, by adding to the aqueous treatment waste, cement and a judiciously chosen water-absorbing polymer, it is possible to improve the initial and long-term shear strength and the initial stability of the backfilling of said waste. treatment. The Applicant has also found that the composition of treatment waste / cement / water-absorbing polymer reduces the need for settling.
Processing waste can consist of any type of aqueous waste containing fine solid particles in dispersion, such as aqueous residual sludge from mining, for example. ex. coal, gold or phosphate mines, and processing operations.
The problem of choosing and using, as water-absorbing polymer, a mixture of Mannich acrylamide polymers and dimethyldial lylammonium halide polymers is decisive for the present invention. As will be seen, this particular water-soluble polymer has a remarkable capacity to rapidly solidify the composition by giving it a high initial resistance to aging.
The drawings graphically plot the physical properties and test results of the compositions and methods of the present invention and compare them to those of the prior art.
The FIG. 1 is a curve showing that two compositions of the present invention containing mixtures of polymers acquire a higher shear strength and more quickly, in cemented coal sludge, than does a composition without polymers.
The FI [Theta]. 2, as in FIG. 1 is a curve showing that two compositions of the present invention, containing mixtures of polymers, acquire a higher shear strength and more quickly, in cemented gold residual sludge, than does a composition without polymers.
FIG. 3 is a curve showing that the addition of mixtures of polymers according to the present invention to cemented gold residual sludges considerably reduces the quantity of water which is expelled therefrom during compression, this reduction being proportional to the concentration of the polymers .
As used in this application, the expressions: initial and long-term shear strengths, reduction in the loss of fines, increase in water retention, increase in cement retention and less recourse to settling, refer to physical properties of treatment waste compositions and treatment waste / cement compositions which are generally known in the prior art.
The present invention relates to a composition for increasing the shear strength of treatment waste used for the construction of embankments and underground consolidation. The composition includes process wastes, cement, and a water absorbing polymer comprising a blend of a Mannich acrylamide polymer and a di yldial lylammonium halide polymer. The treatment waste used in the present invention can consist of any type of aqueous waste comprising fine solid particles dispersed within the liquid phase. The preferred treatment waste is aqueous residual sludge from mining, e.g. ex. coal, gold or phosphate mines. Processing waste generally has a solids content of the order of approx. 10 to approx. 50 parts by weight, preferably approx. 20 to e [pi] v. 40 parts by weight, of solid particles per 100 parts by weight of dispersion. Particular preference is given to treatment waste having approx. 35 to e [pi] v. 40 by weight of solid particles.
The cement used in the present invention stabilizes and improves the cohesive force of the composition. The cement can be any commercial cement, such as p. ex. Portland cement. The final composition contains any effective proportion between approx. 1 and approx 10 parts by weight, per 100 parts by weight of treatment waste, cement and polymer combined, the preferred range being approx. 2 to approx. 7 parts by weight, and even better by approx. 3 to e [pi] v. 6 parts by weight.
The water-absorbing polymer can be any mixture of the Mannich acrylamide polymer and a diallyldimethylammonium halide polymer. These water-absorbing polymers are described in US Pat. No. 4,937,753. The effective concentration of the polymer is between approx. 0.01 and approx. 1.5 parts by weight per 100 parts by weight of treatment waste, cement and polymer combined, the preferred range being approx. 0.03 to 1.0 part by weight and the particularly preferred proportion being approx. 0.5 parts by weight.
The particularly suitable polymer is a mixture of a Mannich acrylamide polymer and a dimethyldiallylammonium halide polymer. Some of these polymers are commercially available, eg water absorbing polymers sold by American Cyanamid Company under the brand name AQUASTORE <CR3>. The preferred blends consist of the two polymers taken in a ratio of 3: 1 to 1:30 by weight, respectively, of actual solid polymers, preferably 1: 1.5 to Is7, respectively, on the same basis.
Mannich acrylamide polymers are generally well known in the technical field, examples being described in US 4137164, incorporated herein by reference. Generally, these polymers are homopolymers of acrylamide or copolymers of acrylamide with como [pi] omers such as: acrylonitrile, ethacrylamide, acrylic acid, etc., in proportions of up to about 50%, preferably from 5 to 50%, relative to the resulting copolymer. These polymers have molecular weights in the range of approx. 10,000 to approx. 3000000 and are chemically modified so as to provide dimethyla i [pi] o ethyl groups in a proportion of 25 to 1007. in moles, preferably at least 40 7. in moles, with respect to all of these groups in the polymer .
The preferred Mannich acrylamide polymers are at least 70% aminomethylated Mannich polyacrylamides, and with Brookfield viscosity of between 26,000 and 46,000 cps. Dimethyldial lylammonium halide polymers CDADM) are also known in this technical field, examples being described in US 4032467, incorporated herein by reference. These polymers are homopolymers of DADM or copolymers of DADM with comonomers such as: acrylamide, vinylpyrrolidone, etc., in proportions of up to about 20% relative to the resulting copolymer. These polymers have intrinsic viscosities ranging from approx. 0.1 to 4.00, preferably 2.0 to 3.5, deciliters / g. The halide can be a chloride, a fluoride, a bromide or an iodide. The preferred dimethyldiallylammonium halide polymer is the dimethyldiallylammonium chloride polymer of intrinsic viscosity between 2.0 and 3.5 cps.
The polymer blend can be added to the composition as a homogeneous blend or as individual components. If the mixture is added as individual components, these must be added in the shortest possible time. The present invention will be better defined using the following examples. The products A and B are presented in the following tables, with the proportions used, in the form of 0.065% solutions of polymer in water, while product C is expressed in the form of a 20.0% solution of polymer in water.
In the following examples, the Mannich acrylamide polymers used are each of the 70% aminomethylated Mannich polyacrylamides and further defined as follows: Product 7. of sol ides Brookfield viscosity. (cps) A 5.9 - 6.4 26,000 - 34,000
B 5.5 - 6.1 34,000 - 46,000
The polymer of dimethyldiallylammonium chloride is further defined as follows: Product% of solids Intrinsic viscosity (dl / q) C 19.5 - 20.5 2.0 - 3.5
In the examples, the mixtures of polymers designated by A / C and B / C refer to those specified. The A / C and B / C weight ratios are 1: 3, unless otherwise indicated. The undrained shear strength of cemented coal residual sludge is determined using a finned laboratory penetrometer. The principle of this device resides in the fact that a fin is inserted into the sample and that it is rotated at a constant speed, and the maximum torque required is measured using a calibrated spring. rotate the fin. The rotation of the fin at constant speed eliminates any disparity between samples, due to speed effects.
The undrained shear strength (Cu) of the treatment waste composition is a function of the torque required to shear the composition and the dimensions of the fin.
T
Cu = [tau] rd2h / 2 + d / 6)
The dimensions of the four-blade fin used in this study are: h = 12.6 mm and d (diameter) = 12.8 mm. So the undrained shear strength is given by T
Cu =
4.34.10 <-6>
Samples are prepared which produce a suspension of approximately 2 L. Dry residual substances are generally used, in order to be able to obtain reproducible mixtures. All the mud preparations are made using a commercial "Hobart" mixer, taking care to ensure that at each stage the mixing time is the same for each batch of mud.
EXAMPLES 1 AND 2 AND COMPARATIVE EXAMPLE 1A Example 1. A composition of aqueous carbon waste sludge, containing approximately 40 parts by weight of solid coal residues, is prepared in a Hobart mixer.
Dried at 40 [deg.] C before reconstitution in water from the urban network). Approximately 3 parts by weight of cement are added to the composition and mixed continuously for 5 min. 0.03 part by weight of a mixture comprising, in solids, 1 part by weight of a polyethyl acrylate of ethyl amino amino 70% mol% (Brookfield viscosity 34000-46000) is added to the mixture of coal and cement residual sludge cps) and 3 parts by weight of dimethyldiallylammonium chloride polymer (intrinsic viscosity 2.0-3.5 dl / g), (B / C = 1: 3). All parts are indicated relative to 100 parts by weight of the 3-component composition. The resulting composition is mixed continuously for a further 5 min to provide a curable composition according to the present invention. After mixing, the mud obtained is placed in a 200 ml plastic vase for the fin test. The undrained shear strength of the mixture is determined according to the procedure set out above, and the curves obtained are presented as a function of time. It can be seen that in approximately 150 min a shear strength of approx. 2.3 kPa. After 7 days, the undrained shear strength reaches e [pi] v. 14 kPa.
EXAMPLE 2 An aqueous composition is prepared, according to the procedure used in Example 1, containing approximately 40 parts by weight of solid residues of reconstituted carbon, 3 parts by weight of cement and 0.3 parts by weight of the same mixture of polymers (B / C = 1: 3). A curable composition of the present invention is thus obtained. The undrained shear strength of the composition is determined, which reaches 3.2 kPa after 150 min. After 7 days, the undrained shear strength reaches approx. 14 kPa. After 28 days, the undrained shear strength increased further to approx. 28 kPa. Comparative Example 1A. According to the procedure used in Example I, an aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid residues of reconstituted carbon and 3 parts by weight of cement. No mixture of polymers is added. The undrained shear strength of the composition is determined, which reaches only 2 kPa in the first 100 minutes. After 7 days, the undrained shear strength is approx. 9 kPa. After 28 days, it is worth approx. 24 kPa. This proves that the mixture of polymers improves the resistance to shear.
EXAMPLES 3 AND 4 AND COMPARATIVE EXAMPLE 3A Comparative Example 3A. An aqueous composition is prepared containing approximately 38.4 parts by weight of solid carbon residues and 3 parts by weight of cement, according to the procedure used in Example 1 except that the solid carbon residues are originally introduced. in the mixer in the form of mud, that is to say not reconstituted. This provides a curable composition which is not in accordance with the present invention since it does not contain the polymer blend.
Example 3. An aqueous composition is prepared containing approximately 38.4 parts by weight of solid carbon residues, 3 parts by weight of cement and 0.03 parts by weight of polymer mixture (B / C = 1: 3), according to the procedure used in Comparative Example 3A. This provides a curable composition according to the present invention.
Example 4. An aqueous composition is prepared containing approximately 38.4 parts by weight of solid carbon residues, 3 parts by weight of cement and 0.3 parts by weight of polymer mixture (B / C = 1: 3), according to the procedure used in Comparative Example 3A. This also provides a curable composition according to the present invention. The undrained shear strengths of Examples 3, 4 and Comparative Example 3A are determined according to the procedure of Example 1. The resulting curves are shown in FIGURE 1. It can be seen that the increase in the concentration of the mixture of water-absorbing polymers CB / C = 1: 3) produces an increase in the shear strength by fin. This is how p. ex. that for times less than 4 hours, a concentration of the polymer mixture of 0.3 parts by weight (Example 4) increases the resistance of the composition with cement alone (Comparative Example 3A) by a factor of at least 2.
EXAMPLES 5 TO 7 AND COMPARATIVE EXAMPLE 5A Comparative Example 5A. An aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid gold residues and 3 parts by weight of cement, according to the procedure used in Example 1. This provides a curable composition which does not comply with the present invention because it does not contain the mixture of polymers.
Example 5 An aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid gold residues, 3 parts by weight of cement and 0.1 part by weight of mixture of polymers CB / C = 1: 3), according to the mode The procedure used in Example I. This provides a curable composition in accordance with the present invention. Example 6. An aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid gold residues, 3 parts by weight of cement and 0.5 part by weight of polymer mixture (B / C = 1: 3), according to the procedure used in Example 1. This provides a curable composition according to the present invention.
Example 7. An aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid gold residues, 3 parts by weight of cement and 170 parts by weight of mixture of polymers CB / C = 1: 3), according to the procedure used. in Example 1. This provides a curable composition according to the present invention.
The shear strengths of Examples 5, 6 and 7 and of Comparative Example 5A are determined according to the procedure set out for Example 1. The results show that, after the first 6 hours, the resistance is 1.8 kPa for Comparative Example 5A, 1.9 kPa for Example 5, 2.9 kPa for Example 6 and 3.0 kPa for Example 7.
EXAMPLES 8 TO 10 AND COMPARATIVE EXAMPLE 8A Comparative Example SA. An aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid gold residues and 6 parts by weight of cement, according to the procedure used in Example 1. This provides a curable composition which does not comply with the present invention because it does not contain the mixture of polymers.
Example 8 An aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid gold residues, 6 parts by weight of cement and 0.1 part by weight of mixture of polymers CB / C = 1: 3), according to the mode The procedure used in Example 1. This provides a curable composition in accordance with the present invention.
EXAMPLE 9 An aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid gold residues, 6 parts by weight of cement and 0.5 part by weight of mixture of polymers CB / C = 1: 3), according to the mode The procedure used in Example 1. This provides a curable composition in accordance with the present invention. Example 10. An aqueous composition is prepared containing approximately 40 parts by weight of solid gold residues, 6 parts by weight of cement and 1.0 part by weight of mixture of polymers CB / C = 1: 3), according to the mode The procedure used in Example 1. This provides a composition in accordance with the present invention.
The undrained shear strengths of Examples 8, 3 and 10 and of Comparative Example 8A are determined according to the procedure of Example 1. The resulting curves are shown in FIGURE 2. It is observed that, in all cases, the polymer blends favor and improve the shear strengths.
Examples 5A to 10 demonstrate undrained shear strengths lying outside the [pi] measurable range using a conventional laboratory shear fin device. The resistance at 7 and 28 days of these residual sludges is therefore measured using simple triaxial compression tests. The simple triaxial compression tests are carried out using samples each having the dimensions: 63.5 mm in height and 31.73 mm in diameter. The axial force is measured using a test ring and the axial deformation using a dial gauge. All the tests at 7 and 28 days of Examples 5A to 10 are carried out at a constant speed of axial deformation of 0.095 mm / min, that is to say a rate of axial deformation of 0.150 X / min, which normally causes a rupture in e [pi ] v. 20 min. The results of Examples 5A to 10 show that the addition of mixtures of polymers CB / C = 1: 3) to residual gold sludge systematically improves the shear strength during the first mixing times. After a certain time after mixing, the shear strengths of Examples 5A to 10 increase with a polymer content of up to approx. 0.5 part by weight per 100 parts by weight of the total composition.
If we compare the shear strengths of the 3 parts CExe ples 5 to 7) and 6 parts by weight CExamples 8 to 10) of the cement compositions at the very beginning of the mixing, we observe that the values of the shear strength are very similar . While not wishing to be bound by any particular theoretical interpretation, the Applicant believes that this comparison indicates that the responsibility for improving the shear strengths lies more with the water-absorbent polymer than with the cement. The higher concentration of cement results in greater shear strength for a longer time after mixing, as the effect of the cement becomes more pronounced. For the concentrations of 3 parts by weight and 6 parts by weight of cement, the resistance at 28 days with 0.5 part by weight of mixture of polymers (Examples 6 and 3) is twice that of the cemented residues only CE Examples 5A and SA).
EXAMPLES 11 AND 12 AND COMPARATIVE EXAMPLE 11A Exe 1 e Co parati f 11. An aqueous composition is prepared according to the procedure used in Example 1. This composition contains 40 parts by weight of solid gold residues, originating from the same source as that used for Examples 5 to 7, and 3 to 6 parts by weight of cement. This provides a curable composition which is not in accordance with the present invention since it does not contain the polymer blend.
Example 11. An aqueous composition is prepared according to the procedure used in Example 1. This composition contains 40 parts by weight of solid gold residues, originating from the same source as that used for Examples 5 to 7, 3 to 6 parts by weight of cement and 0.5 parts by weight of mixture of CB / C polymers = 1: 3). Which provides a composition according to the present invention.
Example 12. An aqueous composition is prepared according to the procedure used in Example 1. This composition contains 40 parts by weight of solid gold residues, originating from the same source as that used for Examples 5 to 7, 3 to 6 parts by weight of cement and 1.0 part by weight of mixture of CB / C polymers ≈ 1: 3). This provides a curable composition according to the present invention.
The compressibility of Examples 11 and 12 and Comparative Example 11A is measured in order to determine 1) the quantity of liquid drained from the sample after 3 days of hardening, and 2) the axial deformation resulting from the application of a unidi ensio [pi] [pi] el compression force of 1 MPa.
The quantity of liquid drained is measured before the compression force is established, using a device designed and manufactured at the University of ales College in Cardiff. This device consists of an aluminum cylinder, 300 mm high and 70 mm in diameter, in which the sample composition is deposited up to a nominal depth of 100 mm. A porous plastic disc is placed above the sample and a porous stone below the sample to allow drainage. Both the porous disc and the porous stone have a nominal diameter of 70 mm. A drainage hole is provided at the base of the cylinder, to which a calibrated burette is attached, which allows the water flowing from the base of the sample to be collected. The load is applied to the sample by a loading cover which is pierced with holes allowing drainage to the top of the sample during the loading step of the test. The force is supplied by a pneumatic motor with an internal diameter of 150 mm.
During loading, the residue compression is adjusted using an electric linear displacement displacement sensor CLSDT). The latter is fixed to the cylinder piston, the measuring gauge resting on the top of said cylinder. Before carrying out the test, the device is prepared by ensuring that the tube leading to the burette and the porous stone are free of air bubbles, and the inside of the cylinder is lubricated with silicone oil to minimize friction between the sample and the walls. The sample is then introduced into the cylinder, its depth is recorded and the porous plastic disc is inserted. The sample is then left to stand to allow the cement to harden for 3 days, during which time the quantity of water escaping from the sample is measured. During this entire period of time, the level of the burette is maintained at its initial level in order to maintain constant conditions at the interface.
The quantity of water drained, according to Examples 11, 12 and Comparative Example 11A, during the first stage of the co-pressibility test is plotted on FIG. 3. This curve shows that, when the concentration of the mixture of polymers CB / C = 1: 3) increases from 0 to 1 part by weight, the volume of water that escapes decreases from 12.2 X to 0.6 %. This is important because it shows that water does not exude to accumulate in inappropriate and dangerous places.
The second phase of the co-pressibility tests on Examples 11 and 12 and Comparative Example 11A involve the use of a compressive force. The loading cover is fixed to the cylinder and the piston of the engine is pulled out and fixed to the cover by a thread. Readings are taken from zero at the LSDT and the required load is applied CI MPa) by rapidly increasing the air pressure in the cylinder to 218 kPa C (determined by the ratio of the internal diameter of the cylinder to the motor, i.e. 0.22) . This pressure is maintained throughout the second phase of the test. The compression control of the sample continues for 24 hours, although normally the consolidation of the sample is complete [pi] v. 10 h after the application of the load increment.
The consolidation curves show that the consolidation is practically entirely carried out after the first 2 minutes for all the samples under test. The curves corresponding to Example 11 and Comparative Example 11A almost coincide, while the curve for Example 12 indicates approximately a double deformation of the axial Cunidimensio [pi] nal deformation. This is important because it indicates greater consistency, at a higher concentration of the polymer blend.
The final volumetric deformations show that, for a concentration of the mixture of polymers CB / C = 1: 3) of 0 and 0.5 part by weight, the volumetric deformation is approx.
11 X, tandis que, pour une concentration du mélange de polymères de 1,0 partie en poids, la déformation volumétrique atteint 25 X. Cela indique une plus grande cohérence, à une concentration plus élevée du mélange de polymères.
Pendant le processus de durcissement et de compression des Exemples 11, 12 et de l'Exemple Comparatif 11A, au cours des essais de compressibilité effectués avec une force unidimension[pi]elle de 1 MPa, l'Exemple 11, avec 0,5 partie en poids de mélange de polymères, se révèle le plus avantageux en termes de variation de volume total, des variations plus fortes se manifestant pour des concentrations plus élevées ou plus basses des mélanges de polymères.
On incorpore ici, comme références, tous les brevets, publications et, éventuellement, méthodes d'essai mentionnés. De nombreuses variantes de la présente invention apparaîtront évidentes à l'homme dr- l'art au vu de la description détaillée ci-dessus. Par exemple, au lieu du mélange de polymères B/C = 1:3, on peut- utiliser les mélanges suivants de polymères: B/C = 1,3:1, A/C = 3:1, A/C = 1:3, A/C = 1:30, B/C = 1:30. Toutes ces modifications évidentes se situent parfaitement à l'intérieur du cadre délimité par les revendications.
La présente invention a donc pour objet une composition durcissable pour construction de remblais et consolidation souterraine, présentant une résistance au cisaillement initial améliorée.et qui comprend :
(a) des déchets de traitement comprenant une dispersion aqueuse de 10 à 50 parties en poids de particules solides pour 100 parties en poids de ladite dispersion,
(b) une proportion efficace de ciment, et
(c) une proportion efficace d'un polymère absorbant l'eau, qui comporte un mélange de polymère d'acrylamide de Mannich et d'un polymère d'halogénure de diméthyldiallylammonium.
Un autre objet de l'invention concerne un procédé de transformation de dispersions aqueuses de déchets de traitement en une forme cohérente adaptée à la construction de remblais et à la consolidation souterraine, qui comprend les étapes consistant à :
(A) former un mélange comportant :
(a) des déchets de traitement comprenant une dispersion aqueuse de 10 à 50 parties en poids de particules solides pour 100 parties en poids de ladite dispersion,
(b) une proportion efficace de ciment, et
(c) une proportion efficace d'un polymère absorbant l'eau, qui comporte un mélange de polymère d'acrylamide de Mannich et d'un polymère d'halogénure de diméthyldiallylammonium, et
(B) laisser réagir ledit mélange pour former une masse cohérente.11 X, while, for a concentration of the polymer mixture of 1.0 part by weight, the volumetric deformation reaches 25 X. This indicates greater consistency, at a higher concentration of the polymer mixture.
During the hardening and compression process of Examples 11, 12 and Comparative Example 11A, during the compressibility tests carried out with a unidimensional force [pi] it of 1 MPa, Example 11, with 0.5 part by weight of polymer blend, turns out to be the most advantageous in terms of variation in total volume, stronger variations being manifested for higher or lower concentrations of the polymer blends.
All of the patents, publications and, optionally, test methods mentioned are incorporated here as references. Numerous variants of the present invention will appear obvious to a person skilled in the art in view of the detailed description above. For example, instead of the mixture of polymers B / C = 1: 3, the following mixtures of polymers can be used: B / C = 1.3: 1, A / C = 3: 1, A / C = 1 : 3, A / C = 1:30, B / C = 1:30. All of these obvious modifications are perfectly within the scope of the claims.
The subject of the present invention is therefore a curable composition for embankment construction and underground consolidation, having improved initial shear strength. And which comprises:
(a) treatment waste comprising an aqueous dispersion of 10 to 50 parts by weight of solid particles per 100 parts by weight of said dispersion,
(b) an effective proportion of cement, and
(c) an effective proportion of a water-absorbing polymer, which comprises a mixture of Mannich acrylamide polymer and a dimethyldiallylammonium halide polymer.
Another object of the invention relates to a process for transforming aqueous dispersions of treatment waste into a coherent form suitable for the construction of embankments and for underground consolidation, which comprises the steps consisting in:
(A) form a mixture comprising:
(a) treatment waste comprising an aqueous dispersion of 10 to 50 parts by weight of solid particles per 100 parts by weight of said dispersion,
(b) an effective proportion of cement, and
(c) an effective proportion of a water-absorbing polymer, which comprises a mixture of Mannich acrylamide polymer and a dimethyldiallylammonium halide polymer, and
(B) allowing said mixture to react to form a coherent mass.