RU2771699C1 - Light technogenic dispersed soil based on sulfur-alkaline waste - Google Patents
Light technogenic dispersed soil based on sulfur-alkaline waste Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771699C1 RU2771699C1 RU2021131688A RU2021131688A RU2771699C1 RU 2771699 C1 RU2771699 C1 RU 2771699C1 RU 2021131688 A RU2021131688 A RU 2021131688A RU 2021131688 A RU2021131688 A RU 2021131688A RU 2771699 C1 RU2771699 C1 RU 2771699C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- technogenic
- soil
- dispersed
- sulfur
- alkaline
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003009 desulfurizing Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 15
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 12
- 239000010458 rotten stone Substances 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 6
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 5
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 4
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 3
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011068 load Methods 0.000 description 3
- 150000002898 organic sulfur compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 3
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 2
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N carbon bisulphide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- -1 sulfur (II) compounds Chemical class 0.000 description 2
- 235000010269 sulphur dioxide Nutrition 0.000 description 2
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N Carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001417516 Haemulidae Species 0.000 description 1
- 229920001021 Polysulfide Polymers 0.000 description 1
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N Sodium sulfide Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 150000002019 disulfides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 230000001617 migratory Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 1
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 1
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000035943 smell Effects 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Chemical class [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- NESLWCLHZZISNB-UHFFFAOYSA-M sodium phenolate Chemical class [Na+].[O-]C1=CC=CC=C1 NESLWCLHZZISNB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области техногенных антропогенных дисперсных грунтов и может быть использовано в качестве оснований зданий и сооружений. The invention relates to the field of man-made anthropogenic dispersed soils and can be used as foundations for buildings and structures.
Известны природные дисперсные связные и несвязные грунты, состоящие из совокупности твердых частиц, зерен, обломков и др. элементов, между которыми есть физические, физико-химические или механические структурные связи. Natural dispersed cohesive and non-cohesive soils are known, consisting of a combination of solid particles, grains, debris, and other elements, between which there are physical, physico-chemical or mechanical structural bonds.
Недостатком природных дисперсных грунтов является их высокий удельный вес – в среднем 18 КПа. The disadvantage of natural dispersed soils is their high specific gravity - an average of 18 kPa.
Недостатком связного дисперсного природного грунта является отсутствие сыпучести в сухом состоянии. The disadvantage of a cohesive dispersed natural soil is the lack of flowability in a dry state.
Недостатком несвязного дисперсного природного грунта является отсутствие сцепления. The disadvantage of non-cohesive dispersed natural soil is the lack of adhesion.
Поиск по патентным и научно-техническим источникам информации позволил установить, что аналоги легкого грунта на базе сернисто-щелочных отходов не обнаружены. A search through patent and scientific and technical sources of information made it possible to establish that analogues of light soil based on sulfur-alkaline waste were not found.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, – получение нового дисперсного грунта, обладающего малой плотностью, одновременно свойствами связных и несвязных дисперсных грунтов – сцеплением и сыпучестью в сухом состоянии, расширение сырьевых ресурсов, утилизация сернисто-щелочных отходов. The task to be solved by the claimed invention is to obtain a new dispersed soil with a low density, at the same time the properties of cohesive and non-cohesive dispersed soils - adhesion and flowability in a dry state, expansion of raw materials, disposal of sulfur-alkaline waste.
Поставленная задача была решена за счет того, что легкий техногенный грунт на базе сернисто-щелочных отходов представляет собой экологически безопасный продукт утилизации сернисто-щелочных отходов сероочистки путем совместной грануляции с аморфным оксидом кремния в соотношении 360-440 мл сернисто-щелочного раствора на 1000 г сухого аморфного оксида кремния и последующим обжигом при температуре не ниже 700°С, обладает низкой плотностью порядка 1,53 г/см3, одновременно свойствами связных и несвязных дисперсных грунтов – сцеплением и сыпучестью в сухом состоянии, является техногенным грунтом, обладающим низкой плотностью, высоким сцеплением и одновременно сыпучестью в сухом состоянии. При высоком сцеплении, грунт не обладает пластичностьюThe task was solved due to the fact that light technogenic soil based on sulfur-alkaline waste is an environmentally safe product for the utilization of sulfur-alkali waste from desulphurization by joint granulation with amorphous silicon oxide in the ratio of 360-440 ml of sulfur-alkaline solution per 1000 g of dry amorphous silicon oxide and subsequent firing at a temperature not lower than 700 ° C, has a low density of about 1.53 g / cm 3 , at the same time the properties of cohesive and non-cohesive dispersed soils - adhesion and flowability in a dry state, adhesion and at the same time flowability in a dry state. With high adhesion, the soil does not have plasticity
Сернисто-щелочные отходы образуются при очистке пиролитических газов от сероводорода и диоксида углерода раствором гидроксида натрия. Стоки формируются на ряде процессов: при очистке сжиженных газов, в производстве низших олефинов, при очистке керосиновых и бензиновых фракций и ряде других процессов нефтехимии. Образующиеся сернисто-щелочные отходы представляют собой водные растворы обычно желто-коричневого цвета с резким дурным запахом и щелочной реакцией среды. С химической точки зрения сернисто-щелочные отходы содержат помимо сульфида натрия, сложную смесь полисульфидных, меркаптидных и карбонатных солей натрия, фенолятов натрия, а также механических примесей и различных нефтепродуктов в растворенной или коллоидной форме. Sulphurous-alkaline wastes are formed during the purification of pyrolytic gases from hydrogen sulfide and carbon dioxide with a solution of sodium hydroxide. Effluents are formed in a number of processes: in the purification of liquefied gases, in the production of lower olefins, in the purification of kerosene and gasoline fractions, and in a number of other petrochemical processes. The resulting sulphurous-alkaline wastes are aqueous solutions, usually yellow-brown in color, with a pungent bad odor and an alkaline reaction of the medium. From a chemical point of view, sulfur-alkaline wastes contain, in addition to sodium sulfide, a complex mixture of polysulfide, mercaptide and carbonate sodium salts, sodium phenolates, as well as mechanical impurities and various petroleum products in dissolved or colloidal form.
Среди серасодержащих соединений серы, присутствующих в нефтехимических продуктах, можно выделить сероводород (H2S), меркаптаны (CnH2n-1-SH), сероуглерод (СS2), серооксид углерода (СОS), сульфиды (R-S-R) и дисульфиды (R-S-S-R), причем все эти соединения отличаются высокой токсичностью.Among the sulfur-containing sulfur compounds present in petrochemicals, hydrogen sulfide (H 2 S), mercaptans (C n H 2n-1 -SH), carbon disulfide (CS 2 ), carbon sulphide oxide (COS), sulfides (RSR) and disulfides ( RSSR), all of which are highly toxic.
Соединения серы являются одними из наиболее токсичных компонентов нефтепродуктов, оказывающих негативное воздействие, как на человека, так и окружающую среду. Так, в результате анализа заболеваемости работников с временной утратой трудоспособности одного из нефтеперерабатывающих производств, достоверно установлено, что число случаев заболеваний у работающих по ряду заболеваний достоверно выше аналогичного показателя в группе сравнения. Sulfur compounds are one of the most toxic components of petroleum products that have a negative impact on both humans and the environment. Thus, as a result of the analysis of the incidence of workers with temporary disability in one of the oil refining industries, it was reliably established that the number of cases of diseases among workers for a number of diseases is significantly higher than the same indicator in the comparison group.
Помимо соединений серы, в сернисто-щелочных отходах, содержится в значительных количествах гидроксид натрия, который также крайне неблагоприятно воздействует на организм человека. Кроме того, раствор гидроксида натрия в воде представляет собой сильную щелочь, а попадание щелочей в окружающую среду является недопустимым In addition to sulfur compounds, sulphurous-alkaline waste contains significant amounts of sodium hydroxide, which also has an extremely adverse effect on the human body. In addition, a solution of sodium hydroxide in water is a strong alkali, and the release of alkalis into the environment is unacceptable.
Высокие значения рН щелочей, выше 9,2-12,8, являются причиной классификации остатка как опасного материала, что в сочетании со значительной концентрацией ионов натрия является основной причиной того, что растворы токсичны для живых организмов, а высокая концентрация щелочи делает невозможным снижение pH простым разбавлением. High pH values of alkalis, above 9.2-12.8, are the reason for the classification of the residue as a hazardous material, which, combined with a significant concentration of sodium ions, is the main reason that the solutions are toxic to living organisms, and the high concentration of alkali makes it impossible to lower the pH simple dilution.
Таким образом, сернисто-щелочные отходы представляют двойную экологическую опасность: они содержат токсичные соединения серы (II), преимущественно сераорганического типа и обладают высоким рН, обусловленным высоким содержанием в растворе гидроксида натрия. Thus, sulphurous-alkaline wastes represent a double environmental hazard: they contain toxic sulfur (II) compounds, predominantly of the organosulfur type, and have a high pH due to the high content of sodium hydroxide in the solution.
Существуют различные методы обезвреживания сернисто-щелочных отходов из которых наиболее приемлемыми являются физические или безреагентные методы, химические методы и комплексные методы очистки. В результате соединения серы (+2) либо концентрируются и переводятся в менее токсичные соединения. Так окисление серосодержащих одорантов методом озонирования позволяет утилизировать их с получением менее опасных соединений. There are various methods for the neutralization of sulphurous-alkaline wastes, of which the most acceptable are physical or non-reagent methods, chemical methods and complex cleaning methods. As a result, sulfur compounds (+2) are either concentrated and converted into less toxic compounds. Thus, the oxidation of sulfur-containing odorants by ozonation makes it possible to utilize them to obtain less hazardous compounds.
В некоторых случаях техническое решение предполагает утилизацию сернисто-щелочных стоков, как единого материала, без последовательного преобразования в безопасные продукты соединений серы и щелочной составляющей. Примером может быть получение на основе сернисто-щелочных отходов минеральной добавки для улучшения свойств бетонов. Введение такой минеральной добавки, полученной на основе сернисто-щелочных отходов, существенно улучшает свойства бетонных композиций, а также снижает расход ресурсов на производство бетонной смеси и конструкций на ее основе. In some cases, the technical solution involves the disposal of sulphurous-alkaline effluents as a single material, without sequential conversion of sulfur compounds and an alkaline component into safe products. An example is the production of a mineral additive based on sulfur-alkaline waste to improve the properties of concrete. The introduction of such a mineral additive, obtained on the basis of sulphurous-alkaline waste, significantly improves the properties of concrete compositions, and also reduces the consumption of resources for the production of concrete mix and structures based on it.
Возможна переработка сернисто-щелочных отходов в силикатные сорбенты. При этом процесс утилизации заключается в смешении сернисто-щелочных отходов с природным аморфным оксидом кремния, трепелом и дальнейшим обжигом полученной композиции при температурах стеклообразования. В результате термической обработки сера из сераорганических соединений окисляется до серы (IV), а гидроксид натрия после отщепления воды входит в состав полученного стеклообразного ячеистого силикатного материала. It is possible to process sulphurous-alkaline wastes into silicate sorbents. At the same time, the recycling process consists in mixing sulphurous-alkaline waste with natural amorphous silicon oxide, tripoli and further firing the resulting composition at glass formation temperatures. As a result of heat treatment, sulfur from organosulfur compounds is oxidized to sulfur (IV), and sodium hydroxide, after the elimination of water, is part of the resulting glassy cellular silicate material.
Необходимость утилизации значительных объемов сернисто-щелочных отходов сероочистки нефтехимических предприятий требует формы конечного продукта, допускающей безопасное размещение в окружающей среде больших объемов продукта переработки, который получается в результате обезвреживания сернисто-щелочных отходов. Для обезвреживания отходов и получения легкого техногенного грунта применяется технология переработки отходов, обеспечивающая сведение к минимуму миграционной способности экотоксикантов. При этом создается равновесная и долговечная структура полученного грунтоподобного материала. The need to dispose of significant volumes of sulphurous-alkaline waste from desulphurization of petrochemical enterprises requires the form of the final product, which allows safe placement in the environment of large volumes of the processed product, which is obtained as a result of the neutralization of sulphurous-alkaline waste. To neutralize waste and obtain light technogenic soil, waste processing technology is used to minimize the migratory ability of ecotoxicants. This creates an equilibrium and durable structure of the resulting soil-like material.
Легкий техногенный дисперсный грунт получают в результате утилизации сернисто-щелочного отхода сероочистки путем совместной грануляции с аморфным оксидом кремния и последующим обжигом при температуре не ниже 700°С. Аморфный оксид кремния представлен природным минералом трепелом. Трепел был выбран, как дешевый минеральный материал, содержащий в основе своей аморфный оксид кремния. Процесс может быть осуществлен с другими материалами, содержащими аморфный оксид кремния, например, с синтетическим материалом – силикагелем, или с природным аналогом трепела – диатомитом. Light technogenic dispersed soil is obtained as a result of utilization of sulfur-alkaline desulfurization waste by joint granulation with amorphous silicon oxide and subsequent roasting at a temperature not lower than 700°C. Amorphous silicon oxide is represented by the natural mineral tripoli. Tripoli was chosen as a cheap mineral material containing mainly amorphous silicon oxide. The process can be carried out with other materials containing amorphous silicon oxide, for example, with a synthetic material - silica gel, or with a natural analogue of tripolite - diatomite.
В результате окисления токсичных соединений серы(II) в оксид серы (IV) получается экологически безопасный продукт, представляющий собой легкий техногенный дисперсный грунт. As a result of the oxidation of toxic sulfur(II) compounds to sulfur(IV) oxide, an environmentally friendly product is obtained, which is a light technogenic dispersed soil.
Для формирования гранул в предлагаемом процессе взято соотношение 360-440 мл сернисто-щелочного раствора на 1000 г сухого аморфного оксида кремния. Это соотношение является оптимальным для формирования прочных гранул сферической формы. For the formation of granules in the proposed process, the ratio of 360-440 ml of sulfur-alkaline solution per 1000 g of dry amorphous silicon oxide is taken. This ratio is optimal for the formation of strong spherical granules.
При увеличении количества сернисто-щелочного раствора выше 440 мл на 1000 г сухого аморфного оксида кремния происходит слипание гранул сначала между собой, а затем в единый влажный ком. With an increase in the amount of sulfur-alkaline solution above 440 ml per 1000 g of dry amorphous silicon oxide, the granules stick together, first among themselves, and then into a single wet lump.
При уменьшении количества сернисто-щелочного раствора ниже 360 мл на 1000 г сухого аморфного оксида кремния гранулы не формируются и аморфный оксид кремния остается в виде порошка.When the amount of sulfur-alkaline solution is reduced below 360 ml per 1000 g of dry amorphous silicon oxide, granules are not formed and amorphous silicon oxide remains in the form of a powder.
Обжиг при температурах ниже 700°С проводить нецелесообразно, так как при этих температурах не происходит полного разложения сераорганических соединений.Roasting at temperatures below 700°C is impractical, since at these temperatures there is no complete decomposition of organosulfur compounds.
Вышеизложенное поясняется следующими примерами. The above is illustrated by the following examples.
Пример 1. Example 1
К 1000 г порошкообразного сухого трепела добавляют в тарельчатом грануляторе 400 г сернисто-щелочного раствора. В результате вращения тарели образуются плотные сферические влажные гранулы диаметром 2-50 мм. Затем гранулы обжигают при температуре 700°С, в результате чего образуется легкий техногенный грунт. При стандартном уплотнении плотность полученного техногенного грунта составила 1,53 г/см3, угол внутреннего трения φ = 18°, и удельное сцепление с = 79 кПа. Полученный техногенный грунт в сухом состоянии является сыпучимTo 1000 g of powdered dry tripoli, 400 g of a sulphurous-alkaline solution are added in a plate granulator. As a result of the rotation of the plate, dense spherical wet granules with a diameter of 2-50 mm are formed. Then the granules are fired at a temperature of 700°C, resulting in the formation of a light technogenic soil. With standard compaction, the density of the obtained man-made soil was 1.53 g/cm 3 , the angle of internal friction φ = 18°, and the specific adhesion c = 79 kPa. The resulting technogenic soil in a dry state is loose
Пример 2. Example 2
К 1000 г порошкообразного сухого трепела добавляют в тарельчатом грануляторе 440 г сернисто-щелочного раствора. В результате вращения тарели образуются плотные сферические влажные гранулы диаметром 20-50 мм. Затем гранулы обжигают при температуре 710°С. Характеристики техногенного грунта аналогичны примеру 1. To 1000 g of powdered dry tripoli, 440 g of a sulphurous-alkaline solution are added in a plate granulator. As a result of the rotation of the plate, dense spherical wet granules with a diameter of 20-50 mm are formed. Then the pellets are fired at a temperature of 710°C. The characteristics of man-made soil are similar to example 1.
Пример 3 (велико количество раствора). Example 3 (large amount of solution).
К 1000 г порошкообразного сухого трепела добавляют в тарельчатом грануляторе 450 г сернисто-щелочного раствора. В результате вращения тарели образуется единый бесформенный ком массы, дальнейшая переработка которой в техногенный грунт путем обжига нецелесообразна.To 1000 g of powdered dry tripoli, 450 g of a sulphurous-alkaline solution are added in a plate granulator. As a result of the rotation of the plate, a single shapeless lump of mass is formed, the further processing of which into technogenic soil by firing is impractical.
Пример 4.Example 4
К 1000 г порошкообразного сухого трепела добавляют в тарельчатом грануляторе 360 г сернисто-щелочного раствора. В результате вращения тарели образуются плотные сферические влажные гранулы диаметром 2-20 мм. Затем гранулы обжигают при температуре 720°С. Характеристики полученного техногенного грунта аналогичны примеру 1.To 1000 g of powdered dry tripoli, 360 g of a sulphurous-alkaline solution are added in a plate granulator. As a result of the rotation of the plate, dense spherical wet granules with a diameter of 2-20 mm are formed. Then the pellets are fired at a temperature of 720°C. The characteristics of the obtained man-made soil are similar to example 1.
Пример 5 (мало количество раствора). Example 5 (little amount of solution).
К 1000 г порошкообразного сухого трепела добавляют в тарельчатом грануляторе 350 г сернисто-щелочного раствора. В результате вращения тарели гранулы не формируются и трепел остается в виде порошка. Дальнейшая переработка полученной порошкообразной массы в техногенный грунт путем обжига нецелесообразна.To 1000 g of powdered dry tripoli, 350 g of a sulphurous-alkaline solution are added in a plate granulator. As a result of the rotation of the plate, granules are not formed and the tripoli remains in the form of a powder. Further processing of the resulting powdery mass into technogenic soil by firing is not advisable.
Пример 6 (применение силикагеля). Example 6 (use of silica gel).
К 1000 г силикагеля КСКГ добавляют в тарельчатом грануляторе 390 г сернисто-щелочного раствора. В результате вращения тарели образуются плотные сферические влажные гранулы диаметром 5-30 мм. Затем гранулы обжигают при температуре 700°С. Характеристики полученного техногенного грунта аналогичны примеру 1.To 1000 g of KSKG silica gel, 390 g of a sulphurous-alkaline solution are added in a plate granulator. As a result of the rotation of the plate, dense spherical wet granules with a diameter of 5-30 mm are formed. The pellets are then fired at a temperature of 700°C. The characteristics of the obtained man-made soil are similar to example 1.
Пример 7 (применение диатомита). Example 7 (use of diatomaceous earth).
К 1000 г порошкообразного диатомита добавляют в тарельчатом грануляторе 430 г сернисто-щелочного раствора. В результате вращения тарели образуются плотные сферические влажные гранулы диаметром 2-40 мм. Затем гранулы обжигают при температуре 720°С. Характеристики полученного техногенного грунта аналогичны примеру 1.To 1000 g of powdered diatomaceous earth, 430 g of a sulphurous-alkaline solution are added in a plate granulator. As a result of the rotation of the plate, dense spherical wet granules with a diameter of 2-40 mm are formed. Then the pellets are fired at a temperature of 720°C. The characteristics of the obtained man-made soil are similar to example 1.
Пример 8 (низкая температура обжига). Example 8 (low firing temperature).
К 1000 г порошкообразного сухого трепела добавляют в тарельчатом грануляторе 400 г сернисто-щелочного раствора. В результате вращения тарели образуются плотные сферические влажные гранулы диаметром 2-50 мм. Затем гранулы обжигают при температуре 690°С, в результате чего образуются гранулы, имеющие характерный слабый запах сероводорода и меркаптанов вследствие недостаточного разложения сераорганических соединений при обжиге.To 1000 g of powdered dry tripoli, 400 g of a sulphurous-alkaline solution are added in a plate granulator. As a result of the rotation of the plate, dense spherical wet granules with a diameter of 2-50 mm are formed. The pellets are then fired at a temperature of 690° C., resulting in pellets having a characteristic faint smell of hydrogen sulfide and mercaptans due to insufficient decomposition of organosulfur compounds during firing.
Легкий техногенный дисперсный грунт по гранулометрическому составу соответствует песку пылеватому по ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация» (содержание частиц диаметром более 0,1 мм составляет менее 75%). Плотность частиц легкого техногенного дисперсного грунта равна 1,83 г/см3, что примерно на 30% ниже, чем у природных дисперсных грунтов. При стандартном уплотнении плотность легкого грунта составила 1,53 г/см3 при плотности сухого грунта 0,98 г/см3 и влажности 56%. В соответствии с полученными результатами испытаний плотность техногенного грунта примерно на 25% ниже плотности природных грунтов, а значение оптимальной влажности, при которой достигается максимальная плотность, выше по сравнению с оптимальной влажностью природных песчаных и глинистых грунтов примерно в 4,5 и 2,5 раза соответственно. При этом характер процесса уплотнения схож с природными грунтами.Light technogenic dispersed soil in terms of granulometric composition corresponds to silty sand according to GOST 25100-2020 “Soils. Classification” (the content of particles with a diameter of more than 0.1 mm is less than 75%). The particle density of light technogenic dispersed soil is 1.83 g/cm 3 , which is about 30% lower than that of natural dispersed soils. With standard compaction, the light soil density was 1.53 g/cm 3 with a dry soil density of 0.98 g/cm 3 and a moisture content of 56%. In accordance with the test results obtained, the density of technogenic soil is approximately 25% lower than the density of natural soils, and the value of the optimal moisture content at which the maximum density is reached is higher compared to the optimal moisture content of natural sandy and clay soils by about 4.5 and 2.5 times. respectively. At the same time, the nature of the compaction process is similar to natural soils.
Необходимо отметить, что легкий техногенный дисперсный грунт не обладает пластичностью, характерной глинистым грунтам, то есть техногенный грунт не обладает способностью деформироваться под действием внешних давлений без нарушения сплошности и не сохраняет приданную форму после снятия нагрузки. It should be noted that light technogenic dispersed soil does not have the plasticity characteristic of clay soils, that is, technogenic soil does not have the ability to deform under the action of external pressures without discontinuity and does not retain its shape after the load is removed.
В результате испытания был получен коэффициент фильтрации материала Кф = 0,013 м/сут. В соответствии с ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация» техногенный грунт может быть предварительно классифицирован как «слабоводопроницаемый». По характеристике водопроницаемости полученный продукт близок к плотным супесям и суглинкам.As a result of the test, the filtration coefficient of the material K f = 0.013 m/day was obtained. In accordance with GOST 25100-2020 “Soils. Classification” technogenic soil can be tentatively classified as “poorly permeable”. According to the characteristic of water permeability, the resulting product is close to dense sandy loam and loam.
Деформационные характеристики материала были получены по результатам предварительных испытаний компрессионного сжатия. В прибор была помещена проба материала с плотностью ρ= 1,51 г/см3 и влажностью w=56%, что соответствует коэффициенту уплотнения Купл = 0,99. Нагрузка на образцы передавалась ступенями равными 25, 50, 100, 200. Переход к каждой следующей ступени осуществлялся при достижении условной стабилизации грунта, за критерий которой принималось приращение деформации, не превышающее 0,05 % за 6 часов. Характер деформирования техногенного грунта аналогичен деформированию природного грунта. В результате компрессионных испытаний было получено нормативное значение одометрического модуля деформации в интервале строительных давлений 0,1-0,2 МПа Eoed = 5,8 МПа.В диапазоне давлений 0,1-0,2 МПа средний коэффициент сжимаемости испытанных образцов составил m0 = 0,34 МПа-1, что позволяет классифицировать грунт как сильносжимаемый.The deformation characteristics of the material were obtained from the results of preliminary compression tests. A material sample with a density ρ= 1.51 g/cm 3 and a moisture content w=56% was placed in the device, which corresponds to a compaction factor Кupl = 0.99. The load on the samples was transferred in steps equal to 25, 50, 100, 200. The transition to each next step was carried out upon reaching the conditional stabilization of the soil, the criterion of which was the deformation increment not exceeding 0.05% in 6 hours. The nature of the deformation of technogenic soil is similar to the deformation of natural soil. As a result of compression tests, the standard value of the odometric modulus of deformation was obtained in the range of building pressures of 0.1-0.2 MPa E oed \u003d 5.8 MPa. In the pressure range of 0.1-0.2 MPa, the average compressibility coefficient of the tested samples was m 0 = 0.34 MPa -1 , which makes it possible to classify the soil as highly compressible.
Прочностные характеристики легкого техногенного грунта были получены по методу одноплоскостного неконсолидированного среза, который позволяет получить значения угла внутреннего трения и удельного сцепления в нестабилизированном состоянии. Образцы для испытаний на срез были подготовлены с плотностью ρ= 1,44 г/см3 при влажности w=59%, что соответствует коэффициенту уплотнения Купл = 0,92.Испытание на срез проводилось в кинематическом режиме с заданной скоростью среза 0,5 мм/мин. Образцы испытывались при значениях нормального давления 100, 200 и 300 кПа. The strength characteristics of light technogenic soil were obtained by the method of a single-plane unconsolidated cut, which makes it possible to obtain the values of the angle of internal friction and specific adhesion in an unstabilized state. Samples for shear tests were prepared with a density of ρ= 1.44 g/cm 3 at a moisture content of w=59%, which corresponds to a compaction factor Кupl = 0.92. The shear test was carried out in kinematic mode with a given shear rate of 0.5 mm/min. Samples were tested at normal pressures of 100, 200 and 300 kPa.
В результате испытаний одноплоскостного среза были получены нормативные значения прочностных характеристик материала: угол внутреннего трения φ = 18° и удельное сцепление с = 79 кПа. Таким образом, можно сделать предварительный вывод о том, что полученный материал обладает высоким сопротивлением сдвигу, а полученные параметры прочности близки к нормативным значениям глин полутвердой консистенции согласно СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».As a result of testing a single-plane cut, standard values of the strength characteristics of the material were obtained: the angle of internal friction φ = 18° and specific adhesion c = 79 kPa. Thus, we can make a preliminary conclusion that the obtained material has a high shear resistance, and the obtained strength parameters are close to the normative values of clays of semi-solid consistency according to SP 22.13330.2016 "Foundations of buildings and structures".
Для определения степени пучинистости материала были проведены испытания на определение относительной деформации морозного пучения на приборе УПГ-МГ4 «Грунт» по ГОСТ 28622-2012. Образец материала готовился в обойме прибора методом послойного трамбования. Значение плотности составило ρ= 1,38 г/см3 при влажности w=62%, что соответствует коэффициенту уплотнения Купл = 0,87. В результате проведенного испытания относительная деформация пучения составила εfh = 0,1, согласно которой техногенный грунт может быть предварительно классифицирован по ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация» как «сильнопучинистый». По степени пучинистости полученный продукт близок к глинистым грунтам.To determine the degree of heaving of the material, tests were carried out to determine the relative deformation of frost heaving on the device UPG-MG4 "Grunt" according to GOST 28622-2012. A sample of the material was prepared in the holder of the device by layer-by-layer tamping. The value of the density was ρ= 1.38 g/cm 3 at a moisture content w=62%, which corresponds to the compaction factor K upl = 0.87. As a result of the test, the relative heaving deformation was ε fh = 0.1, according to which the technogenic soil can be preliminarily classified according to GOST 25100-2020 “Soils. Classification" as "strongly fluffy". According to the degree of heaving, the resulting product is close to clay soils.
На основании результатов проведенных предварительных испытаний, можно сделать вывод о том, что полученный материал обладает характеристиками как связного, так и несвязного грунта. Гранулометрический состав продукта близок к пылеватым пескам. С несвязным грунтом его также объединяет отсутствие пластичности. При этом техногенный грунт имеет высокие показатели прочности и низкую водопроницаемость, характерные связным грунтам. По коэффициенту сжимаемости материал сильносжимаемый, по степени пучинистости – сильнопучинистый, что также близко к связным грунтам. Плотность материала примерно на 25% ниже плотности природного грунта.Based on the results of the preliminary tests, it can be concluded that the resulting material has the characteristics of both cohesive and non-cohesive soil. The granulometric composition of the product is close to silty sands. It is also united with non-cohesive soil by the lack of plasticity. At the same time, technogenic soil has high strength and low water permeability characteristic of cohesive soils. According to the compressibility coefficient, the material is highly compressible, and according to the degree of heaving, it is strongly heaving, which is also close to cohesive soils. The density of the material is approximately 25% lower than the density of natural soil.
При изучении свойств техногенного грунта обращает на себя внимание также плотность частиц, которая в среднем на 30% ниже аналогичного показателя природных грунтов. Необходимо отметить, что изучаемый грунт характеризуется свойствами одновременно как несвязных, так и связных грунтов. Определенный интерес представляют прочностные характеристики этого грунта полученные в условиях неконсолидированного сдвига: угол внутреннего трения φ = 18° и удельное сцепление с = 79 кПа. When studying the properties of technogenic soil, attention is also drawn to the particle density, which is on average 30% lower than that of natural soils. It should be noted that the studied soil is characterized by the properties of both non-cohesive and cohesive soils. Of particular interest are the strength characteristics of this soil obtained under conditions of unconsolidated shear: the angle of internal friction φ = 18° and specific adhesion c = 79 kPa.
Начальный коэффициент пористости при коэффициенте уплотнения 0,99 составил 0,9, что соответствует пористости 47%. Оптимальная влажность составила 56%, что превышает средние значения этого показателя для природных песчаных и глинистых грунтов примерно в 4,5 и 2,5 раза соответственно.The initial coefficient of porosity at a compaction coefficient of 0.99 was 0.9, which corresponds to a porosity of 47%. The optimal humidity was 56%, which exceeds the average values of this indicator for natural sandy and clay soils by about 4.5 and 2.5 times, respectively.
Проведенные исследования показали, что легкий техногенный дисперсный грунт, полученный путем переработки сернисто-щелочных отходов газоочистки в безопасный силикатный материал может использоваться для технологических отсыпок при производстве строительных работ.The conducted studies have shown that light technogenic dispersed soil obtained by processing sulphurous-alkaline gas cleaning waste into a safe silicate material can be used for technological dumping during construction work.
Преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет получить новый дисперсный грунт, обладающий, прежде всего, низкой плотностью, при высоких механических характеристиках, одновременно свойствами связных и несвязных дисперсных грунтов - сцеплением и сыпучестью в сухом состоянии, расширить сырьевые ресурсы и эффективно утилизировать твердые коммунальные отходы. Применение легкого техногенного дисперсного грунта при устройстве земляных сооружений позволит снизить нагрузки на основания сооружений на 25%, что очень актуально при строительстве на слабых основаниях The advantage of the invention is that it makes it possible to obtain a new dispersed soil, which, first of all, has a low density, with high mechanical characteristics, at the same time the properties of cohesive and non-cohesive dispersed soils - adhesion and flowability in a dry state, to expand raw materials resources and to efficiently utilize solid municipal waste. waste. The use of light technogenic dispersed soil in the construction of earthworks will reduce the load on the foundations of structures by 25%, which is very important when building on weak foundations
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2771699C1 true RU2771699C1 (en) | 2022-05-11 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU61162U1 (en) * | 2006-09-20 | 2007-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Буртехноком" | COMBINED METHOD FOR CLEANING AND DISCONNECTING THE DRILLED SOIL WITH THE COMBINED METHOD |
| RU2294905C2 (en) * | 2001-12-26 | 2007-03-10 | АШ ДЕК Умвельт АГ | Method of reusing ashes |
| WO2013023731A2 (en) * | 2011-08-18 | 2013-02-21 | Heidelbergcement Ag | Method for producing ternesite-belite calcium sulfoaluminate clinker |
| RU2520146C1 (en) * | 2013-01-30 | 2014-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидромеханизированные работы" | Man-made soil obtained by thermal treatment for reclamation of disturbed lands |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2294905C2 (en) * | 2001-12-26 | 2007-03-10 | АШ ДЕК Умвельт АГ | Method of reusing ashes |
| RU61162U1 (en) * | 2006-09-20 | 2007-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Буртехноком" | COMBINED METHOD FOR CLEANING AND DISCONNECTING THE DRILLED SOIL WITH THE COMBINED METHOD |
| WO2013023731A2 (en) * | 2011-08-18 | 2013-02-21 | Heidelbergcement Ag | Method for producing ternesite-belite calcium sulfoaluminate clinker |
| RU2520146C1 (en) * | 2013-01-30 | 2014-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидромеханизированные работы" | Man-made soil obtained by thermal treatment for reclamation of disturbed lands |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0338060B1 (en) | Method for stabilizing, solidifying and storing waste material | |
| US11358117B2 (en) | Methods for solidification and stabilization of industrial byproducts | |
| US3870535A (en) | Method of treating coal mining refuse | |
| Misnikov | Scientific basis of a new method for hydrophobic modification of mineral binders using peat products. | |
| CA2445238C (en) | Carbon removal through partial carbon burn-out from coal ash used in concrete | |
| RU2771699C1 (en) | Light technogenic dispersed soil based on sulfur-alkaline waste | |
| DE2456225A1 (en) | METHOD OF DISPOSAL OF SEWAGE SLUDGE AND THE USE OF IT | |
| DE2357407A1 (en) | Hardened cement material from coal flue gases - scrubbed with alkaline earth hydroxide, giving suspension of fly-ash and alkaline earth hydroxide and sulphite | |
| DE19607081C2 (en) | Process for immobilizing pollutants and for solidifying the immobilizate and use of the products obtained | |
| DE102014006630B4 (en) | Process for the safe disposal of power plant residues from thermal combustion of fossil fuels | |
| Helepciuc et al. | Health and environmental effects of heavy metals resulted from fly ash and cement obtaining and trials to reduce their pollutant concentration by a process of combining-exclusion | |
| Akinyemi | Geochemical and mineralogical evaluation of toxic contaminants mobility in weathered coal fly ash: as a case study, Tutuka dump site, South Africa | |
| Bazyar et al. | The effect of rice husk ash on mechanical properties of clayey soils stabilized with lime in the presence of sulphate | |
| Parthiban et al. | Performance study on clayey soil stabilized by lime and geopolymer with partial replacement of sodium bentonite as an additive | |
| Yacob et al. | Stabilisation of peat soil using magnesium oxide: A preliminary study | |
| RU2378233C2 (en) | Lime fertiliser production method | |
| EP1140326A1 (en) | Absorption and/or adsorption agent for reducing contaminant content in contaminated media | |
| DE19708907C1 (en) | Processing organic material-contaminated gypsum waste | |
| Zha et al. | Solidification/stabilization (S/S) of high concentration zinc-contaminated soils using soda residue | |
| Ofrikhter et al. | Obtaining light technogenic soil as a result of the utilization of sulfurous-alkaline waste | |
| US2605236A (en) | Method for conversion of portland cement kiln dust to an adsorbent material and adsorbent material made thereby | |
| RU2186086C1 (en) | Method of acid tars processing | |
| Sahoo | Strength characteristic study of fly ash composite material | |
| DE19638960C2 (en) | Process for the production of a building material with pollutant immobilization and sealing properties | |
| Arifin et al. | Utilization of lightweight brick waste as soils stabilizing agent |