КОМПОЗИЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ "ГУМИКОМ" Российский патент 2016 года по МПК C04B18/00 C04B28/00 B09B3/00 

Заявляемое изобретение относится к классу композиционных строительных материалов, который может быть широко использован для решения многих экологических проблем, связанных с восстановлением экологически нарушенных природных объектов.

В патентной литературе описан способ создания и использования композиционного материала, состоящего из шлам бокситнового производства и коксовой пыли (RU, 2039858, МКИ: E01C 7/36, публ. 20.07.95).

Известен способ рекультивации шламового амбара, основанный на освобождении амбара от жидкой фазы отработанного бурового раствора, засыпку оставшихся отходов бурения минеральным грунтом (RU, 2213121, МПК C09K 7/00; B09B 3/00; B09C 1/00, публ. 27.09.03).

Описан метод получения строительного материала, изготовленного на основе бурового шлама (RU, 2399440, МПК B09B 3/00 публ. 20.09.10).

В качестве прототипа избран материал, описанный в патенте №2503635 МПК B09B C04B, публ. 10.01.2014. В нем предлагается композиционный строительный материал, который состоит: из бурового шлама до 30%, цемента 10-20%; углерода технического 0,5-1,0%; негашеной извести 3-5%; торфа 5-10%; песка 10-30%. При этом буровой шлам может содержать от 10 до 50% от объема шлама бурового отхода углеводородов.

Указанный композиционный материал-прототип обладает следующими недостатками. В композиционной смеси присутствуют одновременно цемент и негашеная известь. Показано, что в одной смеси негашеная известь уменьшает схватывающие свойства цемента, тем самым ухудшает свойства композита. В композиционном материале отсутствует ингредиент, непосредственно отвечающий за сорбцию тяжелых металлов. Отсутствует вещество улучшающее плотность композита и одновременно уменьшает температуру его замерзания.

Задачей создания изобретения разработка состава композиционного материала, лишенного недостатков прототипа, а также расширение арсенала средств, предназначенных для строительства, за счет утилизации отходов от бурения скважин.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, таких как композиционный строительный материал, состоящий из бурового шлама (100%), минеральной добавки, осушителя, ускорителя и отвердителя, при этом он содержит от объема бурового шлама (в %) в качестве минеральной добавки песок или дробленый гранит (20-30%), в качестве осушителя - перлит (до 5%), в качестве ускорителя - формиат кальция (до 2,5%), в качестве отвердителя - цемент (4 -5%) и дополнительно - гуматы (0,01-0,05%), глауконит (2-3%) и дрожжи (0,05-0,1).

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - расширение арсенала средств, предназначенных для строительства, за счет утилизации отходов от бурения скважин, улучшит экологическую обстановку.

Согласно изобретению строительный материал создан из бурового шлама, включающего в себя вредные органические и неорганические химические вещества, экологически безопасный композиционный строительный материал, не допускающий попадания токсичных веществ в окружающую среду.

Предлагаемый композиционный материал лишен вышеприведенных недостатков прототипа. Кроме того, он обладает присутствующими в его составе ингредиентами, дающими положительный эффект: глауконитом, сорбирующим остаточное содержание нефти, гуматы, связывающие тяжелые металлы; перлитом, который удаляет часть воды из бурового шлама при рекультивации шламового амбара, а также дрожжами, выполняющими функцию детоксикации бурового шлама.

Полученный композит позволяет устранить текучесть бурового шлама, придает материалу сыпучие свойства и препятствует миграции загрязняющих веществ в окружающую среду.

Композиционный материал по своей стоимости получается дешевле многих композиционных строительных материалов, предлагаемых в настоящее время для утилизации бурового шлама, так как содержание в них основного связующего компонента, которым является цемент, составляет от 10% и выше (см. патент RU №2503635 МПК B09B C04B, публ. 10.01.2014; патент RU №2303011 МПК 7 C09K 7/00, публ. 20.07.2007; патент RU №23699440 МПК B09B 3/00, публ. 30.10.2010).

Представленный и названный авторами композиционный материал «Гумиком» состоит из бурового шлама (60-70%), цемента (4,0-5,0%), песка (20-30%), перлита (до 5%), глауконита (2-3%), формиата кальция (до 2,5%), гуматов (0,01-0,05%) и дрожжей (0,05-0,1%). В качестве минерального наполнителя может также использоваться и дробленый до 3,5 мм гранит.

Основой композиционного материала «Гумиком» является буровой шлам, образующийся в результате разбуривания нефтяных скважин. Состав бурового раствора бурового шлама меняется в зависимости от состава горных пород, которые подлежат разбуриванию нефтяных скважин.

Изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами.

Пример 1. Композиционную смесь образованного строительного материала получали следующим образом. Отработанный буровой шлам, состоящий из (вес. %): вода - 24.6%, высокопластичные глины - 28.6, песок - 15,4%, глинистые сланцы - 14.8%, алевролиты - 9,1, тяжелые металлы - 3,8, глинопорошок - 1,3, карбонаты - 0,73, барит - 0,71, механические примеси - 0,72, нефтепродукты - 0,8, графит - 0,16, сайпан - 0,11, каробоксиметилцеллюлоза - 0,03, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,03, сандрил - 0,07, трибос - 0,04, смешивается со следующими ингредиентами в вес. % от бурового шлама: песком - 20%, глауконитом - 2,0%, перлитом - 5,0%, формиатом кальция - 2,5%, гуматами - 0,01%, дрожжами - 0,05% и цементом - 4%. Полученная смесь схватывается за счет присутствия в ней цемента и формиата кальция в течение одних суток. Формиат кальция, кроме того, играет роль противозамерзающего агента, снижая точку замерзания композиционной смеси. Гуматы вносили для детоксикации и улучшения структуры полученного продукта. Обработку шламового амбара производили на месте его расположения. Перемешивание содержимого амбара и вводимых в него добавок производили экскаватором. После обработки композиционной смесью бурового шлама его класс опасности изменяется с 4 на 5.

Пример 2. Композиционная смесь образованного строительного материала получали следующим образом. Отработанный буровой шлам, состоящий из (вес. %): вода - 36,7%, высокопластичные глины - 16.5, дробленый гранит - 17,8%, глинистые сланцы - 13.8%, алевролиты - 9,1, тяжелые металлы - 3,8, глинопорошок - 1,3, карбонаты - 0,73, барит - 0,71, механические примеси - 0,72, нефтепродукты до 0,8, графит - 0,16, сайпан - 0,11, каробоксиметилцеллюлоза - 0,03, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,03, сандрил - 0,07, трибос - 0,04, смешивается со следующими ингредиентами в вес. % от бурового шлама: дробленым гранитом - 25%, перлитом - 2,5%, глауконитом - 2,0%, формиатом кальция - 2,5%, гуматами - 0,03%, дрожжами - 0,05% и цементом - 4,5%. Полученная смесь схватывается за счет присутствия в ней цемента и формиата кальция в течение одних суток. Глауконит добавлялся в качестве агента, сорбирующего тяжелые металлы и нефтепродукты. После обработки композиционной смесью бурового шлама его класс опасности изменяется с 4 на 5.

Пример 3. Композиционная смесь образованного строительного материала получали следующим образом. Отработанный буровой шлам, состоящий из (вес. %): вода - 38.9%, высокопластичные глины - 14.55, песок - 12,6%, глинистые сланцы - 15.1%, алевролиты - 8,6, тяжелые металлы - 4,7, глинопорошок - 1,5, карбонаты - 0,82, барит - 0,74, механические примеси - 0,94, нефтепродукты - 0,9, графит - 0,17, сайпан - 0,16, каробоксиметилцеллюлоза - 0,08, нитрилотриметилфосфоновая кислота - 0,07, сандрил - 0,11, трибос - 0,06, смешивается со следующими ингредиентами (вес. %) от бурового шлама: песком - 30%, глауконитом - 3,0%, перлитом - 2,5%, формиатом кальция - 2,5%, гуматами - 0,05%, дрожжами - 0,1% и цементом - 5%. Полученная смесь схватывается за счет присутствия в ней цемента и формиата кальция в течение одних суток. Дрожжи добавлялись для уменьшения токсичности полученного продукта. Перлит в данной смеси добавляется в качестве водопоглащающего и структуробразовательного агента. После обработки композиционной смесью бурового шлама его класс опасности изменяется с 3 на 5.

5

При обезвреживании бурового шлама вводится цемент, песок, глауконит, гуматы, дрожжи, при высокой влажности бурового шлама вносится перлит, а при низкой температуре применяется формиат кальция.

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Изобретение относится к созданию композиционного строительного материала, который может быть использован для решения многих проблем, связанных с улучшением экологической обстановки, а именно пересыпки твердых бытовых отходов, восстановления техногенно загрязненных земель, рекультивации шламовых амбаров и отработанных карьеров. Технический результат заключается в расширении арсенала средств, предназначенных для строительства, за счет утилизации отходов от бурения скважин, улучшении экологической обстановки. Материал «ГУМИКОМ» включает следующие ингредиенты, от веса бурового шлама, вес.%: буровой шлам, минеральную добавку - песок или дробленый гранит (20-30 вес.%), осушитель - перлит (до 5 вес.%), ускоритель - формиат кальция (до 2,5 вес.%), отвердитель - цемент (2,5-5,0 вес.%), дополнительно гуматы (0,01-0,05 вес.%), глауконит (2,0-2,5 вес.%) и дрожжи (0,05-0,1 вес.%). 1 табл.

Композиционный строительный материал, состоящий из бурового шлама, минеральной добавки, осушителя, ускорителя и отвердителя, отличающийся тем, что он содержит от веса бурового шлама в качестве минеральной добавки - песок или дробленый гранит (20-30 вес. %), в качестве осушителя - перлит (до 5 вес. %), в качестве ускорителя - формиат кальция (до 2,5 вес. %), в качестве отвердителя - цемент (2,5-5,0 вес. %) и дополнительно - гуматы (0,01-0,05 вес. %), глауконит (2,0-2,5 вес. %) и дрожжи (0,05-0,1 вес.%).