Криотропные полимерные материалы (криогели)

Договорная Производитель: ИХН СО РАН

Подробное описание

Наноструктурированные криотропные полимерные материалы (криогели) является эфективным средством для создания противофильтрационных и противомиграционных экранов в районах вечной мерзлоты и могут использоваться в качестве противофильтрационных завес в гидротехнических сооружениях, дополнительных барьеров безопасности при захоронении токсичных и радиоактивных отходов, для тампонажных работ в нефтяных и газовых скважинах, для укрепления основания земляного полотна железных и автомобильных дорог в условиях низких температур, в районах с сезонно- и многолетнерзлыми породами, а также  для стабилизации выветриваемых почв и создания зеленого покрова из многолетних трав и как матрица для структурирования веществ ( для формирования брикетов из отходов угля и кокса, которые могут быть использованы в товарном виде как горючее вещество)

Особенности технологии производства

Криотропные полимерные наноструктурированные материалы могут найти применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, особенно в Северной климатической зоне, в районах вечной мерзлоты. 


Криогели образуются из растворов полимеров, которые сначала образуют гели при температуре 0-20°С, а затем в циклических процессах замораживания – оттаивания превращаются в криогели с высокой упругостью и хорошей адгезией к породе. Чем больше таких циклов испытывает криогель, тем лучше становятся его механические свойства: увеличивается его прочность, упругость, усиливается сцепление с породой. 

Они безвредны для людей и экологически безопасны для окружающей среды. 

Криогели можно готовить непосредственно на промышленном объекте и закачивать в скважины с использованием стандартной техники.

Технические характеристики

Преимущества криогелей: 

  • возможность готовить непосредственно на промышленном объекте и применять с использованием стандартной техники.  
  • безвредны для людей и экологически безопасны для окружающей среды - могут использоваться в зоне вечной мерзлоты 
  • чем больше циклов «замораживание-оттаивание» испытывает криогель, тем лучше становятся его механические свойства: увеличивается его прочность, упругость, усиливается сцепление с породой 
  • устойчивы к различным воздействиям окружающей среды: воде, микроорганизмам, ультрафиолету и высоким перепадам температур вибрациям различного происхождения  
  • время и температуру гелеобразования можно регулировать  
  • обладают невысокой стоимостью за счет использования в составе криогеля продуктов крупнотоннажного промышленного производства

Потребительские свойства

Примером успешного применения криогелей явилось создание противофильтрационной завесы на плотине Иреляхского гидроузла АК «АЛРОСА» (г.Мирный, Якутия), расположенной в районе вечной мерзлоты. 


В 2003-2005 гг. на плотине Иреляхского гидроузла АК «АЛРОСА» (г. Мирный) криогель использовали для формирования противофильтрационого экрана путем закачки 1500 м раствора криогеля в 63 скважины. Результат положительный, состояние плотины стабилизировалось, ликвидирован водоприток в зонах закачки раствора криогеля. С применением криогелей разработана технология укрепления устьев нефтяных и газовых скважин в условиях вечномерзлых грунтов. 

В 2004 г. проведены опытно-промышленные работы с применением криогеля для ликвидации приустьевой воронки на скважине 338/2 Средне-Хулымского месторождения, г. Надым. 

В 2006-2009 гг. Институтом химии нефти СО РАН выполнены работы по исследованию возможности применения гелеобразующих составов для создания дополнительных барьеров безопасности в условиях наземных и подземных хранилищ РАО СХК, ликвидации возможных аварийных ситуаций: 
  • при консервации хранилищ ТРО и ЖРО; 
  • для эффективного прекращения пыления загрязненного РАО участка;
  • при работах по ликвидации последствий поступления жидких РАО в первый от поверхности водоносный горизонт с поверхности при разливах и из углубленных сооружений (трубопроводы, дно наземных хранилищ); 
  • при работах по ликвидации нагнетательных скважин на полигоне подземного захоронения жидких РАО СХК. 

По результатам выполнения работ даны рекомендации по применению гелеобразующих растворов для создания профильтрационных и протимиграционных экранов на пути миграции загрязненных вод в первом водоносном горизонте и по способам постановки дополнительных барьеров безопасности в условиях наземных хранилищ РАО СХК. 

Гелеобразующие составы, разработанные ИХН СО РАН, могут применяться при выполнении работ по ликвидации возможных аварийных ситуаций. 

Совместно с Забайкальским институтом железнодорожного транспорта (Иркутск) в 2011г. изготовлена и опробована опытно-промышленная установка по инъектированию раствора криогеля в грунт производительностью 200-400 л/час, глубиной инъектирования до 5 м. Подобраны оптимальные составы растворов с эффективными наполнителями. Проведены опытно-промышленные работы на участке длиной 60 м Восточно-Сибирской железной дороги. Разработан метод получения полимерной матрицы криогеля с высокой адгезией к песку, глине и т.д. Твердые и мелкодисперсные ингредиенты грунта могут быть связаны в наполненные криоструктураты, слабо подверженные ветровой эрозии. 

Криоструктурирование не только скрепляет почву, но и способствует прорастанию семян многолетних трав и образованию зеленого покрова, при этом растения лучше переносят зимние морозы, их корни не вымерзают. Корни растений также способствуют укреплению почвы, а зеленая масса, отмирая в зимний период, повышает ее плодородие.

Коэффициент теплопроводности криоструктурированной почвы – 0.35 Вт/(К·м) – меньше по сравнению коэффициентом теплопроводности влажной почвы – 0.45 Вт/(К·м), таким образом повышается вероятность того, что корневая система растений лучше перенесет период низких температур. 

Опытные работы проведены совместно сотрудниками РАН и МАН в Читинской области и в пустыне Гоби, Монголия. На экспериментальных площадках посеянные семена хорошо проросли и образовали более плотный зеленый покров по сравнению с контрольными площадками (без криогеля).

Коммерческая информация

Лицензионный договор на право использования технологий

Конкурентные преимущества

  • Предлагаемые криогели обладают высокими гидроизоляционными, противофильтрационными и противомиграционными свойствами относительно радиоактивных веществ в пористой среде. 
  • Сезонные колебания температур, часто наблюдаемые во многих областях России, способствуют увеличению их прочности, упругости и усиливают их сцепления с породой. 
  • Их применение возможно на территории с вечной мерзлотой. 
  • Они безвредны для людей и экологически безопасны для окружающей среды.

Наличие испытаний

Правовая защита технологических решений