Учёные из Пермского Политеха и Тюменского индустриального университета доказали, что гипс может снизить токсичность шлама и создать оптимальные водно-физические свойства для его утилизации без вреда окружающей среде.

Буровой шлам — это измельчённая горная порода с остатками бурового раствора, сточных вод и других веществ из скважин. Растворы для бурения содержат в себе калий, кальцинированную соду, хлорид кальция, хлорид калия и известь. Из-за большого количества солей шлам может быть вреден для природы. Поэтому при утилизации таких отходов нужно снижать их токсичность. Этого можно добиться с помощью химических реагентов, например, гипса и фосфогипса. Они способны вытеснить ионы натрия и уменьшить концентрацию солей.

Учёные выявили закономерности изменения их солевого состава в процессе ионно-обменной реакции при использовании гипса.

Также они разработали математическую модель, которая прогнозирует растворение солей в буровом шламе. Модель учитывает все факторы, которые влияют на этот процесс: плотность, размер частиц, коэффициент фильтрации и содержание водорастворимых солей.

По словам заведующей кафедрой охраны окружающей среды ПНИПУ Ларисы Рудаковой, шлам в естественном состоянии вязко-пластичен, а в сухом — твёрд и слитен. Это связано с содержанием соединений натрия. Чтобы улучшить свойства шлама и снизить его щёлочность, нужно вытеснить поглощённые ионы натрия с помощью гипса.

Исследователи использовали несколько образцов шлама с разными типами буровых растворов. Их смешивали в определённых пропорциях с гипсом, после чего происходила реакция замещения катионов натрия на катионы кальция.

Добавление гипса в разных количествах (от 3 до 20%) влияло на концентрацию хлорид-, карбонат- и фосфат-ионов в образцах. Увеличение количества гипса от 15 до 20% привело к снижению содержания карбонат-ионов до минимума и уменьшению концентрации фосфат-ионов вдвое. Это говорит о том, что гипс эффективно снижает щёлочность.

Учёные также изучили физико-механические свойства бурового шлама, такие как влажность, плотность и поровое пространство. Они выяснили, что шлам способен поглощать и удерживать растворённые соли. Определение плотного остатка показало общее содержание органических и минеральных соединений в шламе. Добавление гипса в количестве от 7 до 20% существенно снизило этот показатель.

Результаты показали, что образцы грунта относятся к незасолённым (содержание солей менее 0,5%) или слабозасолённым (0,5-1,0%).

Профессор кафедры техносферной безопасности ТИУ Елена Гаевая сообщила:

Гипс значительно улучшает фильтрационные свойства буровых отходов, повышая их водопроницаемость. Наилучший результат достигается при добавлении 10–20% гипса.

Учёные ПНИПУ и ТИУ доказали, что гипс может снизить токсичность буровых отходов. Созданная математическая модель позволяет прогнозировать нормы внесения гипса для уменьшения содержания вредных солей в отходах. Это сделает утилизацию более экологичной и безопасной для окружающей среды.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Теоретическая и прикладная экология».