PL197607B1 - Dodatek chemiczny do stabilizacji i zwiększenia retencji wody w zawiesinach - Google Patents

Abstract

Dodatek chemiczny do stabilizacji i zwiększenia retencji wody w zawiesinach zawierających odpady energetyczne, górnicze, piaski lub inne materiały podsadzkowe z zawartością 10-90% wody, znamienny tym, że zawiera 85-95% bentonitu, 0,1-10% cementu portlandzkiego, 0,1-5% krzemianu sodowego, a dodatek stanowi nie więcej niż 20% ogólnej masy wodnej zawiesiny podsadzkowej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dodatek chemiczny służący do ograniczenia występowania w zawiesinach wodnych takich negatywnych zjawisk jak sedymentacja czy odciek wody. W sposób szczególny dotyczy to układów zawierających jako fazę stałą drobnoziarniste odpady energetyczne, hutnicze i górnicze.

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

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

Z polskiego opisu patentowego nr 158 662 znane jest użycie mieszaniny częściowo usieciowanych kopolimerów akryloamidu i akrylami sodowego jako substancji wiążącej wodę w zawiesinie. W opisie nr 159 733 zastosowano natomiast mieszaninę popiołów lotnych, mułów ilastych, względnie bentonitów oraz z odpadowego kamienia i żużla wielkopiecowego. Podobny zestaw surowców zaproponowano w patencie nr 175 396, z tym że zamiast wody używa się tam solankę. Z innego polskiego opisu patentowego nr 170 425 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 wiązania wody często powodowały skutki uboczne w postaci zmniejszenia wytrzymałości mechanicznej układu lub wysokich kosztów. Często znaczna ilość dodatków powodowała konieczność użycia urządzeń mechanicznych do rozładunku, magazynowania i dozowania.

Nieoczekiwanie korzystnie z punktu widzenia stabilizacji zawiesiny podsadzkowej i zwiększenia retencji wody okazało się wprowadzenie do zawiesiny zawierającej odpady energetyczne, górnicze, piaski lub inne materiały podsadzkowe z zawartością 10-90% wody, dodatku w składzie 85-95% bentonitu, 0,1-10% cementu portlandzkiego, 0,1-5% krzemianu sodowego. Jednocześnie dodatek według wynalazku stanowi nie więcej niż 20% ogólnej masy wodnej zawiesiny podsadzkowej.

Zastosowanie dodatku stabilizującego i zwiększającego retencję wody w zawiesinie pozwala na użycie lokalnych odpadów, tym samym minimalizując koszty transportu. Transport i dozowanie jest uproszczone - liczba składników mieszanek zazwyczaj ogranicza się do trzech: dodatek chemiczny, surowiec odpadowy i woda. Podawanie dodatku realizowane jest zarówno z materiałem stałym, jak z wodą zarobową. Ponieważ sumaryczna masa dodatku nie przekracza 20%, a najczęściej wynosi 1-5%, zminimalizowane są koszty transportu oraz trudności w operowaniu na miejscu aplikacji.

Szczególnie korzystne jest stosowanie wynalazku 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 wiążącą wodę mieszaninę - a jest to sytuacja bardzo częsta. Dodatek chemiczny 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 chemiczny pozwala sterować takimi parametrami jak lepkość, czas utraty rozlewności, czas wiązania, ilość wiązanej wody. Pozwala to także na zmianę dotychczasowej technologii podsadzania. Ze względu na brak sedymentacji i kontrolowany czas wiązania nie jest konieczne czyszczenie rurociągów podsadzkowych za każdym razem, a jedynie wtedy, gdy planowany jest dłuższy przestój. Pozwala to na ograniczenie zużycia wody i konieczności usuwania jej nadmiaru z wyrobisk.

P r z y k ł a d 1

Podczas wtłaczania w zroby mieszaniny około 60% popiołu lotnego pochodzącego ze spalania węgla kamiennego w elektrowni konwencjonalnej i 40% wody technologicznej o mineralizacji poniżej g/litr. Przed wprowadzeniem dodatku chemicznego do zawiesiny podsadzkowej obserwowano wyciek wody poza obszar lokowania podsadzki. Wycieki wody były tak znaczne, że powodowały poważne utrudnienia w ruchu ściany przodka. Po dodaniu 4% dodatku chemicznego na masę mieszaniny

PL 197 607 B1 uzyskano efekt całkowitego uchwycenia wody. Skład dodatku chemicznego - 94% bentonitu, 4% cementu portlandzkiego, 2% krzemianu sodowego. W badaniach laboratoryjnych zbadano wartość redukcji ilości wody nadosadowej z 11 do 2,5%, po dodaniu dodatku chemicznego.

P r z y k ł a d 2.

Do mieszaniny szlamów z osadnika kopalnianego, popiołu lotnego i wody, stosowanej do przelewania zrobów, dodano 3% dodatku chemicznego na masę mieszaniny. Skład dodatku chemicznego - 90% bentonitu, 8% cementu portlandzkiego, 2% krzemianu sodowego. Uzyskano w ten sposób redukcję wody nadosadowej z 43 do 4%.

P r z y k ł a d 3.

Dodano do wody 15% dodatku chemicznego. Skład dodatku chemicznego - 94% bentonitu, 3% cementu portlandzkiego, 3% krzemianu sodowego. Uzyskana mieszanina nie wykazywała tendencji do separacji i sedymentacji. Tworzyła tiksotropową zawiesinę o wysokiej granicy płynięcia, której składniki nie osadzają się na ścianach naczynia - zawiesina może przebywać przez długi okres czasu w rurociągu podsadzkowym. Przy ponownym użyciu instalacji podsadzkowej zawiesina została z niej usunięta i nie pozostawiając osadów.

P r z y k ł a d 4.

W mieszalniku z mieszadłem wysokoobrotowym przygotowano zawiesinę opisaną w przykładzie 3. Przeprowadzono iniekcję tej zawiesiny do ociosu. Uzyskano efekt całkowitego uszczelnienia skały w obszarze iniekcji. Iniekowany obszar pozostawał szczelny dla gazów w trakcie całego okresu prowadzenia obserwacji (3 miesiące), mimo widocznych ruchów mas skalnych.

P r z y k ł a d 5.

Wymieszano 50% popiołu lotnego, 10% dodatku chemicznego i 40% wody w mieszalniku do zapraw o wymuszonym ruchu mieszadła. Skład dodatku chemicznego - 94% bentonitu, 4% cementu portlandzkiego, 2% krzemianu sodowego. Otrzymaną wysoko lepką zawiesinę wtłoczono do wyciętej w wale przeciwpowodziowym bruzdy. Uzyskano szczelną dla wody ściankę, która nie traciła właściwości barierowych nawet w przypadku jej odkształceń.

Claims (1)

1. Dodatek chemiczny do stabilizacji i zwiększenia retencji wody w zawiesinach zawierających odpady energetyczne, górnicze, piaski lub inne materiały podsadzkowe z zawartością 10-90% wody, znamienny tym, że zawiera 85-95% bentonitu, 0,1-10% cementu portlandzkiego, 0,1-5% krzemianu sodowego, a dodatek stanowi nie więcej niż 20% ogólnej masy wodnej zawiesiny podsadzkowej.