Исследования к изобретению были проведены на средства гранта Российского научного фонда «Модификация грунтов сапонитсодержащими отходами предприятий алмазодобывающей промышленности Архангельской области».

Самое интересное в этой истории то, что сотрудникам вуза удалось научно обосновать возможность применения одного из отходов алмазодобывающей промышленности в качестве основного компонента для нового материала, который отлично подходит для рекультивации имеющихся или организации новых полигонов ТБО.

За любым изобретением стоит большая работа команды учёных: анализ публикаций, десятки и сотни экспериментов, подтверждённые гипотезы, практические опыты, обоснования заявок на изобретения, а также подготовка рекомендаций по применению изобретения в реальной жизни. Важным моментом является и экономическое обоснование предложенного технического решения.

Исторический контекст

С 80‑х годов прошлого века за рубежом для изоляции свалок, или, как сейчас правильнее говорить, накопителей отходов, начали использовать песчано-бентонитовые смеси. Бентонит – природный глинистый минерал, который обладает свой­ством увеличиваться в объёме в 2-3 раза при увлажнении. При набухании в ограниченном пространстве, например в порах песка, образуется плотный гель, препятствующий фильтрации воды. Это свой­ство, а также нетоксичность и химическая стойкость делают бентонит незаменимым в промышленном производстве, строительстве и многих других сферах применения.

К слову, обычный материал для изоляции накопителей отходов от природной среды – это глина. Однако у неё есть недостатки: в карьере глина никогда не бывает однородной, в ней встречаются линзы песка, гравия, она меняет свой­ства при промерзании. Такой «экран» для накопителя отходов получается не очень надёжным, через него вредные вещества могут попадать в грунтовые воды. Кроме этого, глину сложно транспортировать, уплотнять и пр. Второй вариант изоляции – синтетические материалы, так называемые мембраны. Их недостаток – стыки, которые могут раскрываться под действием нагрузок и перепадов температуры.

Так вот, песчано-бентонитовые смеси лишены указанных недостатков. Этот материал выглядит как обычный песок, легко укладывается и уплотняется. Добавляя в песок по 5-15% порошка бентонита, можно целенаправленно получать грунт с нужным коэффициентом фильтрации. Сейчас такие смеси производятся и в нашей стране, конкретно на заводе в Башкирии, они активно применяются для гидроизоляции в строительстве.

Доступные ресурсы

«Но здесь есть серьёзная проблема – изготовление материала. По технологии его готовят на заводе, и для получения однородной смеси необходимо высушить песок, а после добавить туда добытый и перемолотый сухой бентонит. Если технологию нарушить, недосушить песок, то в глине образуются комки и материал теряет свои свой­ства. Плюс транспортные расходы – месторождений такой глины на Севере нет, – рассказывает доцент кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов Высшей инженерной школы САФУ Юрий САЕНКО. – Однако в Архангельске, на месторождении алмазов им. М. В. Ломоносова, которое разрабатывает компания «Севералмаз», есть сапонитовая глина, минералогический состав которой схож с бентонитом. Принимая во внимание чрезвычайно мелкий размер частиц, её часто называют наноглиной. Она является одним из отходов алмазодобывающей промышленности – остаётся в виде водной суспензии при обогащении кимберлитовой руды. Это так называемые «хвосты», все они хранятся в хвостохранилище, и таких отходов накоплено очень много. Применения им пока нет. По сути «хвосто­хранилище» – это техногенное месторождение высокодисперсной глины».

После продолжительных исследований и испытаний стало понятно, что гидро­изоляционный материал можно изготовить, перемешивая в определённой пропорции песок из местных карьеров с суспензией сапонитовой глины из отходов от добычи алмазов.

В ходе лабораторных испытаний состав замораживали и размораживали, имитируя природные условия Севера, определяли, как меняется его водопроницаемость при фильтрации различных жидкостей. Итогом стало получение гидроизоляционного материала с заданными свой­ствами. Официального названия материала пока нет: его ещё предстоит придумать.

Профессор кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов Высшей инженерной школы САФУ, доктор технических наук Александр НЕВЗОРОВ подчёркивает, что получившийся материал подходит для небольших полигонов ТБО в городах и районах Архангельской области. Экономически технология тоже целесообразна, так как смеси готовятся без предварительной сушки ингредиентов. Более того, этот материал может применяться не только при устройстве защитного экрана для новых полигонов. Обработка уже существующих накопителей сапонитовой суспензией оптимальной концентрации ведёт к изоляции отходов за счёт кольматации (заполнения пор) грунтов основания.

Сейчас учёные готовы к внедрению своего изобретения в жизнь, что решит ряд серьёзных проблем с полигонами ТБО в Поморье. Предлагаемый способ рекультивации участков хранения ТБО позволит повысить эффективность защиты природной среды за счёт надёжной изоляции отходов.