В статье представлено экспериментальное исследование влияния добавки оксида хрома (III), восстановленного из хромсодержащего катализаторного шлама, на свойства тампонажных растворов для крепления скважин в зоне многолетнемерзлых пород. Обоснована необходимость модификации тампонажных растворов при повышении прочности цементного камня для интервалов в многолетнемерзлых породах. Разработан метод восстановления Cr(VI) в стабильную форму Cr(III) и получен Cr2O3 для использования в качестве активной минеральной добавки. Рассмотрены четыре состава тампонажной смеси: базовый, часто используемый на объектах, на основе ПЦТ с ускорителем cхватывания; на основе ПЦТ; на основе ПЦТ с добавлением оксида хрома (III); на основе ПЦТ с хлоридом кальция и добавлением оксида хрома (III). Эксперименты включают испытания четырех составов при двух водотвердых отношениях (В/Т = 0,4 и 0,5) с оценкой растекаемости, прочности на сжатие и изгиб, микроструктуры (микротомография, SEM) и фазового состава (XRD) при нормальных и отрицательных температурах, включая циклическое изменение температуры. Полученные данные показывают, что при В/Т = 0,5 добавка Cr2O3 повышает прочность цементного камня на сжатие и изгиб, наблюдается снижение содержания свободного Ca(OH)2, увеличивается доля гидросиликатов кальция (CSH), видна более однородная и плотная микроструктура. Модификация увеличивает растекаемость раствора, что способствует лучшему замещению бурового раствора. Очевидна целесообразность применения Cr2O3 для повышения долговечности и герметичности крепи в условиях криолитозоны.

This article presents an experimental study of the effect of chromium (III) oxide, recovered from chromium-containing catalyst sludge, on the properties of grouting mortars used for well cementing in permafrost zones. The necessity of modifying grouting mortars to increase the strength of the cement stone for intervals in permafrost formations is justified. A method for reducing Cr(VI) to the stable form Cr(III) has been developed, and Cr2O3 has been obtained for use as an active mineral additive. Four grouting mixture compositions are considered: a base mixture, commonly used at sites, based on Portland cement with a setting accelerator; a mixture based on Portland cement; a mixture based on Portland cement with the addition of chromium (III) oxide; and a mixture based on Portland cement with calcium chloride and the addition of chromium (III) oxide. The experiments include testing of the four compositions at two water-to-solid ratios (W/S = 0.4 and 0.5) with an assessment of flowability, compressive and flexural strength, microstructure (microtomography, SEM) and phase composition (XRD) at normal and sub-zero temperatures, including cyclic temperature changes. The data obtained show that at W/S = 0.5, the addition of Cr2O3 increases the compressive and flexural strength of the cement stone; a reduction in the content of free Ca(OH)2 is observed, the proportion of calcium silicate hydrates (CSH) increases, and a more homogeneous and dense microstructure is evident. This modification increases the flowability of the grout, which facilitates better replacement of the drilling fluid. The use of Cr2O3 to improve the durability and watertightness of support structures in cryolithozone conditions is clearly advisable.