PL193784B1 - Sposób stabilizacji i zestalania płynnych zawiesin - Google Patents

Abstract

Sposób stabilizacji i zestalania płynnych zawiesin, w którym zastosowano mieszaninę wody i materiałów wypełniających, takich jak poflotacyjne odpady kopalniane, piasek, odpady energetyczne oraz bentonit, cement portlandzki, siarczan wapnia, krzemiany, znamienny tym, że do wodnej zawiesiny materiałów wypełniających zawierających 10-60% wagowych wody wprowadza się dodatek stabilizujący i zestalający te materiały w ilości nie przekraczającej 10% wagowych ogólnej masy mieszaniny, który zawiera wagowo 0,2-3% bentonitu lub hektorytu, 1-8% cementu portlandzkiego oraz maksymalnie 1% siarczanu wapnia i 1% krzemianu sodowego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem patentu jest sposób stabilizacji i zestalania płynnych zawiesin, szczególnie zawierających jako fazę stałą drobnoziarniste odpady energetyczne, hutnicze i górnicze, stosowany zwłaszcza do wypełniania pustych przestrzeni powstających podczas górniczej eksploatacji podziemnej.

Powstające w trakcie eksploatacji kopalin użytecznych, a także w trakcie robót ziemnych pustki, wymagają wypełnienia ze względów ochrony powierzchni czy też ze względów bezpieczeństwa. Jedną z najbardziej powszechnych metod jest wypełnianie ich przy pomocy transportowanych hydraulicznie zawiesin mineralnych.

Znane są różne sposoby wypełniania wykorzystujące odpady energetyczne, hutnicze i górnicze w połączeniu z domieszkami utwardzającymi w postaci spoiw mineralnych, polimerów i krzemianów. Ponieważ zawartość wody w zawiesinach niejednokrotnie osiąga 60% wagowych, domieszki utwardzające mają za zadanie zwiększenie retencji wody w zawiesinie, tak aby nie wypływała poza wypełniany obszar.

Z polskiego opisu patentowego nr 158662 znany jest sposób wiązania wody w zawiesinie podsadzkowej, w którym zastosowano mieszaniny częściowo usieciowanych kopolimerów akryloamidu i akrylanu sodowego. W opisie nr 159733 zastosowano natomiast mieszaninę popiołów lotnych, mułów ilastych, względnie bentonitów oraz odpadowego kamienia i żużla wielkopiecowego. Podobny zestaw surowców zaproponowano w patencie nr 175396, z tym że zamiast wody używa się tam solankę. Z innego polskiego opisu patentowego nr 170425 znana jest podsadzka składająca się z poflotacyjnych odpadów kopalnianych, odpady z odsiarczania w elektrowni metodą suchą i/lub półsuchą oraz surowej wody kopalnianej.

Dotychczasowe rozwiązania wymagały rozbudowanego węzła dozująco-mieszającego. Uzyskanie wyższej koncentracji fazy stałej wymagało bardzo ostrożnego dozowania wody lub dosypywania materiału stałego w kilku miejscach. Otrzymywane podsadzki często mimo zawartości części stałych powyżej 80% wykazywały negatywne zjawiska sedymentacji czy odpływania wody. Próby takiego wiązania wody często prowadziły do powstawania skutków ubocznych w postaci zmniejszenia wytrzymałości mechanicznej układu lub wzrostu kosztów aplikacji. Znaczna w takich przypadkach ilość dodatków wymuszała użycie urządzeń mechanicznych do rozładunku, magazynowania i dozowania.

Nieoczekiwanie korzystne okazało się do wypełniania pustych przestrzeni powstających podczas górniczej eksploatacji podziemnej zastosowanie w charakterze dodatku do stabilizacji i zestalania zawiesin zawierających 10-60% wagowych wody i bazujących na poflotacyjnych odpadach kopalnianych, piasku, odpadach energetycznych, mieszaniny substancji stanowiących co najwyżej 10% wagowych ogólnej masy podsadzki. Składnikami tego dodatku są bentonit lub hektoryt w ilości 0,2-3%, cement portlandzki w ilości 1-8% oraz maksymalnie 1% siarczanu wapnia i 1% krzemianu sodowego.

Zastosowany sposób jest szczególnie korzystny w sytuacjach, gdy brak jest na miejscu aplikacji infrastruktury pozwalającej na użycie klasycznych metod komponowania podsadzek lub gdy brak jest składników pozwalających stworzyć stabilną i samoistnie wiążącą zawiesinę -a jest to sytuacja bardzo częsta zwłaszcza na terenie likwidowanych zakładów górniczych.

Zastosowanie dodatku stabilizującego i zestalającego zawiesinę pozwala na użycie lokalnych odpadów, a tym samym obniżenie kosztów transportu. Transport i dozowanie jest uproszczone, gdyż liczba składników dodawanych do mieszanek zazwyczaj ogranicza się do trzech. Podawanie można realizować zarówno z materiałem stałym, jak i z wodą zarobową. Ponieważ sumaryczna masa dodatku nie przekracza 10% ogólnej masy mieszaniny podsadzkowej, to koszty transportu oraz problemy w operowaniu surowcami na miejscu aplikacji są niewielkie.

Dodatek stabilizujący i zestalający zawiesinę w połączeniu z materiałem wypełniającym i wodą tworzy stabilne zawiesiny. Daje to gwarancję, że produkt przesłany do miejsca lokowania jest jednorodny, a ponadto znacznie ogranicza wykraplanie wody poza obszar aplikacji. Dzięki możliwości dobierania składu dodatku do lokalnych warunków i stosowanych materiałów dodatek stabilizujący i zestalający zawiesinę pozwala sterować takimi parametrami jak wytrzymałość, czas wiązania, lepkość, czas utraty rozlewności i granica płynięcia.

Sposób wytworzenia zestalającej się mieszaniny podsadzkowej przedstawiono w poniższych przykładach wykonania.

PL 193 784 B1

Przykład 1.

Zastosowano mieszaninę 0,3% bentonitu lub hektorytu, 0,06% siarczanu glinu, 2,64% cementu portlandzkiego, które dodawane są do 56% odpadu z procesu odsiarczania metodą suchą i 41% wody kopalnianej. Uzyskana mieszanina posiada czas rozlewności około 6 godzin i charakteryzuje się początkiem wiązania po około 24 godzinach. Po utwardzeniu wytrzymałość na ściskanie wynosił

N/mm² po 28 dniach i 10 N/mm² po 100 dniach. Odpad z odsiarczania mieszany jest z wodą i do strumienia zawiesiny dozowany jest dodatek stabilizujący i zestalający zawiesinę przy pomocy dozownika, na przykład ślimakowego. Mieszaniną wypełniono odcinek 38 metrów zamykanej rury szybowej kopalni węgla kamiennego. Mimo, że zawiesina wlewana była do zgromadzonej na dnie wody o wysokości słupa około jednego metra, cały korek uległ związaniu powodując uszczelnienie zasypu, czego skutkiem był brak emisji metanu z szybu i brak wycieków wody.

Przykład 2.

W projekcie zamknięcia szybów kopalni węgla kamiennego przyjęto podsadzkę, która po wymieszaniu stanowiła wagowo 1,24% bentonitu, 0,06% siarczanu wapnia, 4,9% cementu portlandzkiego, 55,8% popiołu lotnego typu V (krzemionkowego) i 38% wody. Określono gazoprzepuszczalność, która po 70 dniach wynosiła 2,5·10^-10 m/s. Zawiesina komponowana jest poprzez wstępne mieszanie kontrolowanych ilości wody i dodatku stabilizującego i zestalającego zawiesinę. Następnie łączy się zawiesinę dodatku stabilizującego, wodę w ilości potrzebnej do korekty składu i popiół w mieszalniku przepływowym. Czas utraty rozlewności takiej mieszaniny wynosi 10 godzin, a czas wiązania wynosi ₂ około 24 godziny. Uzyskano wytrzymałość na ściskanie około 2 N/mm² po miesiącu.

Przykład 3.

Skomponowano mieszaninę o składzie 48% odpadu z kotła fluidalnego, 48% wody, do których dodano 0,8% bentonitu i 3,2% cementu portlandzkiego. Otrzymana mieszanina charakteryzuje się czasem żelowania około 12 godzin, czasem wiązania około 30 godzin. Natomiast wytrzymałość na ściskanie po miesiącu wynosi 2,3 N/mm². Zawiesina komponowana jest poprzez kontrolowane dozowanie dodatku stabilizującego do suchego odpadu z kotła fluidalnego i następnie mieszanie ich z wodą w mieszalniku przepływowym.

Przykład 4.

Zestawiono mieszaninę w ilości 50% kamienia przywęglowego z hałdy o ziarnie do 5 mm, 28,6% popiołu lotnego typu V, 19% wody kopalnianej, 0,5% bentonitu, 0,05% siarczanu wapnia i 1,8% cementu portlandzkiego. Wytrzymałość na ściskanie po miesiącu wyniosła 0,6 N/mm². Mieszaninę komponowano w sposób analogiczny jak w przykładzie 2, z modyfikacją polegającą na dodawaniu kamienia przywęglowego poprzez otwór zasypowy do mieszalnika przepływowego.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób stabilizacji i zestalania płynnych zawiesin, w którym zastosowano mieszaninę wody i materiałów wypełniających, takich jak poflotacyjne odpady kopalniane, piasek, odpady energetyczne oraz bentonit, cement portlandzki, siarczan wapnia, krzemiany, znamienny tym, że do wodnej zawiesiny materiałów wypełniających zawierających 10-60% wagowych wody wprowadza się dodatek stabilizujący i zestalający te materiały w ilości nie przekraczającej 10% wagowych ogólnej masy mieszaniny, który zawiera wagowo 0,2-3% bentonitu lub hektorytu, 1-8% cementu portlandzkiego oraz maksymalnie 1% siarczanu wapnia i 1% krzemianu sodowego.