Способ уничтожения отходов взрывом Российский патент 2024 года по МПК B09B3/00 F42D3/04 

Изобретение относится к способам уничтожения взрывом отходов, включающих токсичные промышленные, медицинские и другие опасные отходы, и может быть использован в местах, где ведутся взрывные работы с применением зарядов конденсированных взрывчатых веществ (ВВ) твёрдых или жидких.

Известен способ изготовления ВВ путём смешивания отходов с бризантным ВВ, включающий подбор и измельчение необходимых компонентов для создания каждой конкретной рецептуры. [Патент РФ №2136640, М.Кл.С06В 47/14, F42D 5/04 от 29.06.1992 г.]

Недостатком данного способа является то, что для каждого конкретного случая следует заранее подбирать компоненты для формирования конкретного состава, т.е. любые отходы не подойдут. При этом отходы необходимо переработать до требуемых: формы, фракций, агрегатного состояния и др., т.е. следует выполнить слишком много условий, что возможно только в затратных, непростых условиях опасного производственного объекта (ОПО). При этом, для обеспечения загрузки ОПО предполагается складирование, хранение разных опасных компонентов, в т.ч. бризантных ВВ, которые необходимы для изготовления требуемых ВВ (водоустойчивых или неводоустойчивых) по разным, предлагаемым рецептурам, т.е. существует риск аварий или иных инцидентов при эксплуатации ОПО. Что касается использования многих токсичных, в т.ч. медицинских отходов, то данный способ для этого не пригоден.

Известен способ уничтожения хлорорганических отходов, для реализации которого отходы, в определённом соотношении, следует смешать с нейтрализующей добавкой, в качестве которой используют нитрат щелочного металла, или кальция, или нафталят натрия и промышленным ВВ. [Патент РФ №2232614, М.Кл.А62D 3/00; B09B 3/00;F23G 7/00;F42D 5/04 от 09.04.2003г.]

К недостаткам следует отнести как и в предыдущем способе возникновение необходимости в создании ОПО со сложным технологическим процессом подготовки компонентов и формирования смесевого ВВ, который не пригоден для уничтожения большинства токсичных отходов, в т.ч. медицинских.

Известен способ утилизации твёрдых токсичных промышленных отходов включающий смешение отходов, представляющих собой окислитель или восстановитель, [Патент РФ № 2315945 М.Кл. F42D 5/00; C06B 21/00; F23G 5/00 от 21.03.2005г.]

К недостаткам данного способа относится то, что при утилизации твёрдых токсичных промышленных отходов включающих смешение отходов, представляющих собой окислитель или восстановитель, что не всегда просто определить в практике, тем более оперативно, с реагентом-окислителем или восстановителем в конденсированном состоянии в соотношении, обеспечивающем протекание экзотермической реакции, и осуществление взрывного горения в адиабатическом режиме во фронте самораспространяющейся химической реакции. При этом требуются дополнительные, вещества для регулирования теплоты реакции и др., в качестве которых используют перекись бария или нитрит натрия, а в качестве катализатора взрывного горения используют соли лития, кобальта, марганца, меди, железа. Кроме того, при смешении отходов дополнительно вводят гелеобразователь из ряда: карбоксиметилцеллюлоза, полиметакриловая и полиакриловая кислота, а смесь превращают в гель добавлением солей кальция или магния и, ещё дополнительно вводят шлакообразующие добавки в виде карбоната кальция или магния в количестве, эквивалентном содержанию галогенов в смеси. При этом как и в предыдущих способах, опять требуется ОПО и сложный процесс подбора, подготовки компонентов и формирования смеси для реализации взрывного горения, т.е. это даже не детонации, способ сложен с точки зрения реализации, контроля и поддержания требуемых параметров технологического процесса и не пригоден для уничтожения большинства токсичных отходов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ цикличного разрушения отходов, размещаемых в реакторе, термодинамическим воздействием на него ударной волны, попадающей в реактор из трубы, в которой создаются условия детонационного горения тройной взрывчатой смеси (природный газ, кислород, вода) - смесевого ВВ, при этом, «позади фронта детонационной волны температура подскакивает до 3000°С, а давление - до 12 атмосфер» [Патент РФ №2672244 М.Кл. F42D 5/00; C06B 21/00; F23G 5/00 (прототип)].

Недостатком данного способа является то, что необходимо создавать и обслуживать ОПО с опасным технологический процессом и постоянно расходовать природный газ, кислород и воду, что затратно.

Кроме того, температура и давление, которые могут быть в трубе, сразу за фронтом детонационной волны не будут иметь значения, заявляемые авторами изобретения, непосредственно в реакторе, куда приходит ударная волна и продукты сгорания. Сравнительно слабая ударная волна объясняется тем, что взрывается не конденсированное ВВ, а газовая смесь. Температура в реакторе, скорее всего, будет иметь значение меньше 1000 К, т.к. в воздушной среде она резко падает, а при таких условиях нет гарантии, что все токсичные, в т.ч. медицинские отходы, будут уничтожаться, дезактивироваться, поэтому шлак, который придётся удалять из реактора и куда-то девать, может оставаться токсичным, опасным отходом.

Технической задачей изобретения является расширение арсенала технических средств в области уничтожения отходов, в т.ч. опасных отходов, медицинских и других, снижение расходов на их обеззараживание, уничтожение, а также улучшение экологической обстановки за счёт отсутствия необходимости их размещения, захоронения и создании оборудования, а также специальных производств по переработке отходов.

Указанная цель достигается посредством уничтожения отходов взрывом заряда конденсированного ВВ при непосредственном контакте с отходами.

Технический результат достигается тем, что в способе уничтожения отходов, включающем ВВ, отходы и детонацию, отходы располагают внутри взрывчатого вещества или снаружи его в ближней зоне действия взрыва – до 10-15 радиусов заряда ВВ, при этом взрывчатое вещество концентрированное смесевое или индивидуальное, или смесь взрывчатых веществ, кроме того заряд ВВ с отходами формируют в зарядной полости, выработке, в составе которой используется для дробления горных пород, отходы в заряде ВВ и снаружи его располагают за пределами участка инициирующей ударной волны и зоны дефлаграции ВВ, сами отходы располагают в контейнере, капсуле (капсулах), рукаве или другой оболочке (полости) из материалов, которые уничтожаются во время взрыва вместе с отходами, при этом отходы располагают так, что толщина слоя ВВ с любой стороны от них, составляет не менее величины предельного диаметра детонации ВВ, используемого в заряде. Кроме того отходы располагают таким образом, что с одной стороны к отходам примыкает прочная преграда - основание, плита, стена, поверхность зарядной выработки (скважина, шпур и др.), например, скальная порода, металл, металлопластик, бетон, железобетон или другие крепкие материалы. В заряде используют несколько видов (типов, марок) концентрированных ВВ, а в контейнер, капсулу (капсулы), рукав, или другую оболочку с отходами добавляют, химически совместимые с ними, горючие компоненты, например, нефтепродукты, спирты или порошки металлов (алюминий, магний, ферросилиций или др.) или окислители, например, селитры, или совместно окислитель и горючее, или окислители и горючие, а отходы содержащие металлы, редкоземельные элементы или другие вещества, размещают в зарядных выработках тех горных предприятий, где добываются минералы, руды этих металлов, элементов или других веществ.

Способ реализуется следующим образом

1. Способ уничтожения опасных отходов, включающий взрывчатое вещество, отходы и детонацию, отличающийся тем, что отходы располагают внутри взрывчатого вещества или снаружи его в ближней зоне действия взрыва – до 10-15 радиусов заряда ВВ, при этом используют взрывчатое вещество концентрированное смесевое или индивидуальное, или смесь взрывчатых веществ.

2. Способ уничтожения опасных отходов по п. 1, отличающийся тем, что заряд ВВ с отходами располагают в зарядной полости, выработке и используют для дробления горных пород.

3. Способ уничтожения опасных отходов по п. 1, отличающийся тем, что отходы в заряде ВВ и снаружи его располагают за пределами участка инициирующей ударной волны и зоны дефлаграции ВВ.

4. Способ уничтожения опасных отходов по п. 1, отличающийся тем, что отходы располагают в контейнере, капсуле (капсулах), рукаве или другой оболочке из материалов, которые уничтожаются во время детонации ВВ вместе с отходами.

5. Способ уничтожения опасных отходов по п. 1, отличающийся тем, что отходы располагаются так, что толщина слоя ВВ, с любой стороны от них, составляет не менее величины предельного диаметра детонации ВВ, используемого в заряде.

6. Способ уничтожения опасных отходов по п. 1, отличающийся тем, что отходы располагают так, что с одной стороны к отходам примыкает прочная преграда - основание, плита, стена, поверхность зарядной выработки, например, скальная порода, металл, металлопластик, бетон или другие крепкие, прочные материалы.

7. Способ уничтожения опасных отходов по п. 1, отличающийся тем, что в заряде ВВ используют несколько видов (типов, марок) концентрированных ВВ.

8. Способ уничтожения опасных отходов по п. 1, отличающийся тем, что в контейнер, рукав или другую оболочку (ёмкость) с отходами добавляют, химически совместимые с ними, горючие компоненты, например, нефтепродукты, спирты, порошки металлов или их сплавов (алюминий, магний, ферросилиций или др.) или окислители, например, селитры, или совместно окислитель (окислители) и горючее (горючие).

9. Способ уничтожения опасных отходов по п. 1, отличающийся тем, что отходы содержащие металлы, редкоземельные элементы или другие вещества, размещают в зарядных выработках тех горных предприятий, где добывают минералы, руды этих металлов, элементов или других веществ.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения отходы, собранные в надёжно закрывающийся контейнер (капсулу или капсулы, ёмкость, сосуд и т.п.) располагают в зарядной полости, например, в вертикальной скважине (наиболее распространённый вариант в горной промышленности) или в шпуре с забойкой так, чтобы диаметр скважины был не менее суммы предельного диаметра детонации, используемого в зарядной полости ВВ (Dпр), плюс наибольший размер, опущенного в скважину, контейнера (оболочки с отходами), в поперечном, например горизонтальном, сечении. Если сечение контейнера круглое, то это величина диаметра, а если сечение контейнера квадратное или прямоугольное то, это размер диагонали квадрата или прямоугольника. Это, необходимо для того, чтобы точно обеспечить режим нормальной детонации ВВ в заряде. В этом случае термодинамическое воздействие на отходы будет максимально жёстким, эффективным, что гарантирует уничтожение отходов, в т.ч. опасных медицинских.

Наиболее эффективное разрушение, уничтожение, дезактивация опасных отходов происходит при их размещении внутри ВВ или снаружи ВВ в контакте с ним, в ближней зоне действия взрыва (до 10-15 радиусов заряда концентрированного ВВ), где присутствуют процессы частичной ионизации и диссоциации.

При этом, для обеспечения процесса нормальной детонации и высокой гарантии уничтожения опасных отходов рекомендуется, чтобы контейнеры с отходами были небольшими, т.е. имели размеры не более Dпр, а расстояние между контейнерами должно быть не менее Dпр.

Контейнеры, располагаемые в зарядной полости, например, в вертикальной скважине, могут подвешиваться на шнуре (верёвке, шпагате и т.п.) последовательно, например, в виде гирлянды, так, чтобы они оказались полностью внутри заряда ВВ или в контакте со стенкой скважины с одной стороны. Возможно размещение нескольких гирлянд при условии, что при этом обеспечивается нормальная детонация ВВ во всех участках заряда, где расположены оболочки с отходами. Располагать контейнеры в зоне инициирующей ударной волны и в зоне дефлаграции не следует, т.к. здесь давление может быть значительно меньше, чем в области нормальной детонации ВВ. Для того, чтобы контейнеры не всплыли, т.к. плотность некоторых ВВ, например, эмульсионных или жидких взрывчатых растворов (ЖВР), обычно более 1 г/см3, а в контейнерах может оказаться воздух, то в нижней части гирлянды следует привязывать груз из любого подручного материала химически совместимого с применяемым ВВ, например, кусок дробимой, добываемой горной породы, руды или металлолом.

Контейнеры (капсулы, ёмкости, сосуды, оболочки и т.п.) должны надёжно, герметично закрываться сразу после размещения в них отходов твёрдых или жидких. В этом случае их предварительная дезинфекция, дезактивация, нейтрализация перед транспортировкой на объект уничтожения (карьер, разрез и др.) не потребуется. Контейнеры изготавливаются из материалов, которые обеспечат сохранность отходов и безопасность персонала при выполнении всех необходимых технологических операций и транспортировки в течение требуемого времени до момента их уничтожения взрывом.

Размеры контейнеров (оболочек для отходов) по размерам должны быть такими, чтобы в них гарантированно взрывом уничтожались все отходы, в том числе опасные отходы, или теряли свои токсичные свойства, переходя в разряд неопасных.

В качестве материалов для контейнеров с крышками могут использоваться недорогие пластики, металлопластики, резины, металлы и др., в т.ч. из вторичного сырья, при условии, что они химически совместимы с уничтожаемыми отходами, в т.ч. опасными отходами, ВВ и окружающей средой, например, скважинные воды.

Доля отходов добавляемых к заряду ВВ должна быть такой, чтобы после взрыва образовывалось минимум вредных токсичных веществ от взрыва, т.е. обеспечивались допустимые нормы. Для этого заранее рассчитывается кислородный баланс (КБ) всех входящих компонентов и определяется рецептура, при которой будет нулевой КБ или близкий к нулевому (не более 10 %) от него. Если это не представляется возможным то, рецептура уточняется экспериментальным путём по результатам замера вредных (токсичных) веществ, образующихся после взрыва заряда ВВ в бронеяме или бронекамере, или в испытательном штреке (изолированная, герметичная горная выработка).

Вместо контейнера под отходы может использоваться герметичный рукав (пластиковый резиновый, тканевый или из другого материала), размещаемый в зарядной выработке, в той части заряда, где ВВ имеет нормальную скорость детонации, т.е. вне зон инициирующей ударной волны и дефлаграции ВВ.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения отходы в контейнере или без него размещают внутри ВВ заряда, который сформирован не в зарядной выработке, а на земной или другой поверхности, при этом отходы располагают внутри, в центре заряда ВВ так, что расстояние от отходов до любой поверхности заряда ВВ должно быть не менее Dпр. При этом, отходы в контейнере или без него помещаются на твёрдой поверхности, основании, например, скальный грунт (порода) или прочная искусственная плита, пластина, настил и т.п. (металлическая, металлопластиковая или др.), при этом вокруг опасных отходов формируется заряд ВВ, при условии, что расстояние от опасных отходов до поверхности ВВ должно быть не менее Dпр во всех направлениях, кроме донной части, где это условие тоже можно выполнить, но не всегда обязательно, что уточняется опытным путём. Во всех случаях рекомендуется делать качественную забойку из сыпучих, негорючих, инертных материалов поверх заряда ВВ.

Толщину слоя ВВ рекомендуется брать с запасом - на 10-20 % больше Dпр, т.к. на практике встречается разное качество ВВ, отличное от нормативного.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения для повышения температуры и давления, например, для уничтожении опасных отходов, в т.ч. медицинских, в контейнер или другую оболочку с отходами, дополнительно к отходам добавляются, химически совместимые с ними, горючие компоненты, например, жидкие нефтепродукты, спирты и т.п., или порошки металлов (алюминий, магний, ферросилиций или др.) или окислители, например, селитры, или совместно окислитель и горючее.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения отходы содержащие металлы, редкоземельные элементы и другие вещества, нейтрализуются и перерабатываются именно на тех горных предприятиях, где добываются минералы, руды этих металлов, элементов или других веществ, которые находятся в отходах. К этим веществам относятся любые, которые получаются после добычи и переработки полезных ископаемых, извлечение которых сегодня из отходов другими способами может быть затруднено или нерентабельно. Предлагаемый вариант позволяет переработать, обезвредить отходы, в т.ч. опасные отходы, при попутном извлечении из них металлов и других веществ, которые после обогащения и другой переработки могут быть вовлечены во вторичный хозяйственный оборот.

Разумеется, что для разрушения некоторых видов отходов, в т.ч. опасных отходов, например, медицинских, можно и не обеспечивать режим нормальной детонации. Однако при режимах взрывчатого превращения более низких порядков – детонационно-подобные взрывы, дефлаграция, взрывное горение и пр. наблюдаются не только более низкая температура и давление, воздействующие на опасные отходы, но и происходит увеличение выброса токсичных продуктов взрыва, что имеет негативное влияние на экологическую обстановку в районе ведения взрывных работ.

Жёсткие воздействия, высокое давление и температура, возникающие в результате детонации ВВ, позволяют уничтожать практически любые опасные отходы. Однако, что касается 5 класса Д (радиоактивные отходы) то, здесь, в каждом конкретном случае необходимо проведение дополнительных исследований и наблюдений, хотя в экстренных случаях, при небольшой радиоактивности и такие отходы, скорее всего, могут быть переработаны взрывным способом с получением в районе взрыва радиационного фона, который не будет превышать допустимые уровни, установленные нормами радиационной безопасности за счёт уноса пылегазового облака в нужную сторону и его рассеивания в допустимой области (территории) при ведении взрывных работ только при благоприятных погодных условиях.

Примеры

Настоящее изобретение более подробно разъяснено ниже со ссылкой на примеры его осуществления, служащие исключительно для иллюстративных целей и никоим образом не ограничивающих объём настоящего изобретения, определяемого приложенной формулой изобретения.

Пример 1. На крупных карьерах КМА: Лебединского, Михайловского и Стойленского горно-обогатительных комбинатов (ГОК) производятся взрывы с суммарной массой ВВ за один взрыв порядка 2-3 тыс. т. При этом применяются скважины большого диаметра – до 311 мм и это не предел, т.к. в мире развитие карьерных буровых станков идёт и в направлении увеличения диаметра бурения взрывных скважин. Например, буровой станок TAMROCK D90KS способен бурить скважины диаметром 349 мм; CAT MD6640 – до 406 мм; Atlas Copco PV351 - до 410 мм; BUSYRUS INTERNATIONAL 59R – до 444 мм; P&H 120А - до 559 мм.

При размещении опасных отходов в скважину, всего лишь 1 % от общей массы заряда ВВ, то на КБ ВВ это практически не повлияет, а качество взрывных работ при этом практически не ухудшиться, то за один массовый взрыв только на одном ГОК можно уничтожить около 30 т опасных отходов. Следовательно, на 3-х ГОК - до 100 т, а за год – свыше 1000 т. Карьеров в стране немало, около 3 тысяч, поэтому в районах их расположения вопрос о ликвидации опасных отходов может быть эффективно решён. Наиболее крупные карьеры в стране добывают железную руду, поэтому использованные иглы шприцов и др. металлический медицинский инструмент имеют шанс вернутся к нам в виде новых изделий, т.е. отходы вовлекаются во вторичный хозяйственный оборот, к чему призывают «Стратегия экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года» Утв. Указом Президента Российской Федерации от 19 апреля 2017 года № 176 и «Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 года». Утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 25 января 2018 г. № 84-р.

Пример 2. В случае возникновения эпидемии, падежа скота и т.п. опасные отходы можно уничтожать непосредственно в районе возникновения чрезвычайной ситуации. Для этого опасные отходы размещаются в контейнеры (полости, оболочки), вокруг которых вплотную размещаются ВВ. При этом, возможен вариант оперативного изготовления ВВ на месте из невзрывчатых компонентов. Известны, допущенные Ростехнадзором жидкие взрывчатые вещества «АНИЛИТЫ» по ТУ 7276-002-95310915-2016, которые изготавливаются на местах из невзрывчатых компонентов, при использовании которых нет необходимости в завозе на объект, опасных грузов - ВВ и средств инициирования. В этом случае контейнер (оболочка) с опасными отходами располагается в ёмкости, в которую затем последовательно заливаются горючее и окислитель, например, жидкий углеводород и диазота тетраоксид, после чего вводится инициатор, не имеющий в своём составе взрывчатые, пиротехнические и др. опасные вещества, например, описанный в патенте RU2471144 Безопасное устройство для электрического инициирования жидких взрывчатых веществ.

Пример 3. Ежегодно на полигонах страны уничтожаются большие количества списанных боеприпасов, содержащих концентрированные ВВ, причём достаточно мощные. Совместно с этими боеприпасами можно попутно, эффективно уничтожать и опасные отходы, обкладывая их боеприпасами и необходимым количеством промышленных ВВ, в случае необходимости, что уточняется на месте опытным путём.

Хотя настоящее изобретение описано выше в деталях, для специалиста в указанной области техники очевидно, что могут быть сделаны изменения и произведены эквивалентные замены, и такие изменения и замены не выходят за рамки настоящего изобретения, определяемые приложенной формулой изобретения.

Изобретение относится к области применения взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано для уничтожения отходов, в том числе опасных, медицинских, на объектах горных предприятий, где ведутся взрывные работы. Способ уничтожения опасных отходов на горных предприятиях при помощи детонации с использованием заряда взрывчатого вещества (ВВ) включает размещение отходов в емкости. При этом емкости располагают внутри заряда ВВ или вокруг заряда ВВ в контакте с ним в ближней зоне действия взрыва, которая составляет до 10-15 радиусов заряда ВВ, при этом в качестве ВВ используют индивидуальное ВВ или смесь ВВ. В ёмкости с отходами добавляют химически совместимые с ними горючие компоненты - нефтепродукты, спирты, порошки металлов или их сплавы или окислители - селитры, или совместно окислитель или окислители и горючее или горючие. Способ осуществляют в зарядной полости скважины или в выработке с возможностью дробления горных пород. В качестве емкостей используют контейнеры, капсулы, рукава или оболочки, выполненные из материалов, которые уничтожаются во время детонации ВВ вместе с отходами. Отходы, содержащие металлы, редкоземельные элементы или другие вещества, размещают в выработках тех горных предприятий, где добывают минералы, руды этих металлов, элементов или других веществ. Техническим результатом является улучшение экологической обстановки за счёт отсутствия необходимости размещения отходов, захоронения и создании оборудования, а также специальных производств по переработке отходов. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ уничтожения опасных отходов на горных предприятиях при помощи детонации с использованием заряда взрывчатого вещества (ВВ), отличающийся тем, что отходы размещают в емкости, при этом емкости располагают внутри заряда ВВ или вокруг заряда ВВ в контакте с ним в ближней зоне действия взрыва, которая составляет до 10-15 радиусов заряда ВВ, при этом в качестве ВВ используют индивидуальное ВВ или смесь ВВ, а в ёмкости с отходами добавляют химически совместимые с ними горючие компоненты - нефтепродукты, спирты, порошки металлов или их сплавы или окислители - селитры, или совместно окислитель или окислители и горючее или горючие.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что его осуществляют в зарядной полости скважины или в выработке с возможностью дробления горных пород.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве емкостей используют контейнеры, капсулы, рукава или оболочки, выполненные из материалов, которые уничтожаются во время детонации ВВ вместе с отходами.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отходы, содержащие металлы, редкоземельные элементы или другие вещества, размещают в выработках тех горных предприятий, где добывают минералы, руды этих металлов, элементов или других веществ.