CN101062847A - 稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂－黏合材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用含有一价碱金属的磷酸盐溶液；将该溶液与氧化物粉末混合生成双组分高强度耐温差的结构黏合材料，使该黏合材料与松散材料接触形成浆料；使浆料固化。包括高度结晶的废物体且含有钾的粘合强度和被该黏合材料包封的废料的介入基体。以及调节聚合物成形反应温度的方法。

Description

稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料

技术领域

本发明涉及一种用于稳定与消化松散废料包括低度放射性和混合废料并解决废料再生结构产品的方法。

背景技术

低度混合废料含有危险的化学物质和低度放射性物质。一般来说，混合的废物流含有水合液体、不均匀的碎片、无机废渣和颗粒、有机液体和土壤。仅国内大城市产生的混合废料在接下来五年的投放体积估计大约一百二十万立方米。

稳定这些混合的废料需要有效稳定外壳的两相。

稳定和存放这些混合的废料的一般方法需要在至少1850℃的温度下燃烧至少12小时，制成陶瓷模体。但是，这种与高温有关的方法成本很高。另外，废物流的玻璃化常常导致废物流中所含的挥发性组分燃烧。这样的燃烧会产生不希望的二次废物流。

一种用于生产具有陶瓷类性质的水泥的体系不需要用于最终结晶的高温。但是，该方法导致在加工和存放过程中释放腐蚀容器的氨，并且如果废料含有硝酸盐还会产生爆炸成分。

发明内容

本发明利用外加剂来稳定并包封废料的方法具有许多超过常规波特兰水泥、薄浆→聚合物→和陶瓷包封技术的优点。陶瓷包封体系特别具有吸引力之处在于在这些体系中形成的键是离子型或者共价型的并因此比波特兰水泥中的水合键更强。因为采用外加剂的废料稳定化是基于化学稳定和物理稳定，这些最终废物体的游离性质优于主要以物理包封为基础的上述废物体。与前面的玻璃化的要求不同，放热陶瓷加工方法不需要热处理或者提供热，结果实现了温总理提倡的废料的稳定化及本身经济化，且无需庞大的设备和运输步骤，就地取材、因地制宜大方针，做到了优质高产低能耗。在节约人力、节约设备、节约原材料(特别是贵重金属)、缩短生产周期、保证产品质量等方面，此种外加剂都起到一定的作用，因而其有广泛的应用范围。

常规废料生产方法的另一个缺点是这类体系造成了低pH条件。例如，酸碱化合物包封反应在较强的酸性条件下开始，pH接近于0。这类强酸条件对HgS是不稳定的，使其在物理包封之前可沥滤。低pH条件还造成CaCO₃分解。

值得注意的是本领域所提供松散废料稳定化和固化的方法，体现在包封工艺过程中不产生大量的热。须在温和的pH条件下操作以便有利于稳定在低pH条件下不稳定的废料。最终产物必须在水合体系中具有低的浸提性和高的耐久性。简短地，○利用生产来自包含烧成菱镁石碱性氧化物或氢氧化物的与含有钾长石成分的矿物粉末为原料，与磷酸混合反应后产生一个浆糊状流体，最终聚合材料结构为固体，即含有镁磷成分的外加剂○利用生产来自包含烧成菱镁石碱性氧化物或氢氧化物粉末为原料，该粉末再与酸性磷酸盐混合在一起反应后产生一个浆糊状流体，最终聚合材料结构为固体，即镁磷成分的外加剂。试验样品的抗压强度达2224-5809psi，固化时间7-28d，表明其用作建筑结构具有非常好的前景，利用含有钾、钙、钠、镁、化合物反应，使各种废料资源化在技术上是可行的。简单的讲，是可以替代以液态下结构存在的，须高温加工才能得到的黏合材料。使不能生物降级和有时有危险的物料，都能再用于结构体中。从而达到使用无危害的作用。

磷镁成分外加剂的主要化学成分为镁磷酸盐，以下简称外加剂其分子结构及性能与海泡石很相似，其基体相呈具有四面体随机分布的网络结构，含有一价碱金属离子与磷酸根离子分布于网络孔隙之间以平衡电价。网络的基本结构单元可为硅磷链，正是由于链状结构，且能够与矿物颗粒表面的镁和硅四面通过脱羥基作用形成化学键，具有有机化合物和无机化合物的共性。材料强度高，硬化快，其耐压强度＞59.8MPa，抗折强度＞245Mpa，抗腐蚀性与耐久性能好分解率最低优于其它材料，渗透率极低\多空隙＜5％体积\密1.239-1.32(g/cm3)，可固化有毒废料，可用于固封有毒金属及放射性核废料。外加剂对重金属离子主要为物理封固，次为化学封固。尾矿和矿泥形成聚合物后，金属离子的浸出率大大降低。工业固体废料制成矿物聚合材料，其中的有毒元素或化合物即被固化于材料内部。由于此类材料的耐腐蚀及耐气候多变的性能优良，因而不会对周围环境造成新的污染。低收缩率、低膨胀率和抗潮湿性可与波特兰水泥相比，磷镁聚合体的收缩率要低的多。耐高温和低导热率。磷镁聚合体的耐火度＞1200热导系数0.24-0.3W/M与轻质耐火粘土砖相近0.3-0.438W/MK所用原料为天然氧化镁矿物或工业固体废料，因而材料具有很好的防火性能。作为建筑结构材料，可满足防火阻燃的消防要求。抗冻性经过4H在零下20度冷冻其结果3％的NaCl被使用了作为除冰器，研究显示磷镁聚合体结冰的解冻的抗冻能力比波特兰水泥强的多。

附图说明

本发明的这些目的和其它目的通过下面的详细说明和所附的附图很容易理解，其中：

图1是表示根据本发明的特征往陶瓷处理液体中加入碳酸盐溶液的效果的温度图；

图2是表示根据本发明特征的代表性废物体的抗压强度图；

图3是说明根据本发明特征的代表性陶瓷体的孔隙度图。

具体实施方式

本文公开的包封处理提供了两种方法来化学控制水泥形成过程中的反应温度。这两种方法用于使各种废物流形成大的最终废物体，所说的废物流含有浮尘，水泥，二氧化硅，拜耳法废料(红泥)，电解废料，引火物质，盐的混合物，挥发性物质如汞，铅，铬和镍，以及不能通过常规高温技术，如玻璃化处理的不稳定化合物。本发明也可用于稳定由热处理工艺，例如玻璃化和等离子炉方法产生的二次废物流。

放射性物质也可采用本方法来稳定，例如含有铀、钚、钍、镅、裂变产物和任何其它放射性同位素的物质。辐射铅、危险金属、烟道气脱硫废料残渣也可以采用本方法来稳定和/或包封。

本发明还可用于稳定某些RCRA有机物。发明者发现这些有机物的一部分不会阻碍磷酸盐水泥的固化。一方面，有机物，如奈和二氯苯被活性炭俘获，而活性炭反过来通过此处要求保护的方法在磷酸盐基质中稳定。这种稳定的方法可以在其中混合的废料含有痕量有机物，如多氮取代的联苯，二氧化铟、二氯化苯、奈等的混合废料的情况下使用。因此，本发明的方法优于其中采用水泥的包封方法，其中在有机物存在情况下水泥不能稳定化。

该方法还可用于稳定和固化含有盐，如氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、亚硫酸盐和硫酸盐的废料。常规水泥技术不能稳定这些废物流。

浮尘可通过本方法固结到其原始体积的80％。发明者的实验表明在来自浮尘的无定形反应性二氧化硅和含有磷酸盐基质的底灰之间有良好的反应和化合键结合。由该反应形成牢固的硅-磷键可用来稳定危险的二氧化硅化合物，如石棉。本发明还包封并稳定基于填料助剂的二氧化硅，如蛭石和珍珠岩，它可用于去除来自液体废物流的污染物。

这两种温度控制方法产生超强度的最终体，具有与水泥成形的典型方法相比具有均匀的高密度和改进的微观结构。

低温水泥废料成形方法的突出特征是酸碱反应，如下面的反应式1所说的反应。一般说来，反应产生MgO的磷酸盐(镁磷石)：

MgO+H₃PO₄+2H₂O→MgHPO₄.3H₂O       反应式1

该酸碱反应使废料组分与酸或者酸式磷酸盐反应。这些反应物能够化学稳定废料。另外，废料包封在由反应产物形成的磷酸盐水泥中使废料组分被物理包封。

如上所述，与上面讨论的反应顺序有关的问题是在反应液体中存在着相当低的pH，这是存在磷酸的结果。低pH使一些废料在包封过程中不稳定，和较高的反应温度，这使最终废物体强度很差。

用于减少酸碱反应放热的两种方法公开如下：方法1在与氧化物或者氢氧化物混合之前，采用一价碱金属的碳酸盐、碳酸氢盐或者氢氧化物预处理磷酸以缓冲该酸。方法1的代表性反应用下面的反应式2说明：

H₃PO₄+M₂CO₃+M’氧化物→M’HPO₄    反应式2

其中M是一价碱金属，选自钾、钠、锂。M’氧化物是氧化物粉末。M’是选自Mg、Al、Ca和Fe的金属。如上所述，M’也可使用其氢氧化物。

方法2公开了一种用于分流使用的酸并将氧化物粉末与磷酸二氢盐混合，再较高的pH下形成陶瓷。说明方法2的是下面的反应式3到5，

MgO+LiH₃PO₄+nH₂O→MgLiHPO₄·(n+1)H₂O    反应式3

MgO+NaH₃PO₄+nH₂O→MgNaHPO₄·(n+1)H₂O    反应式4

MgO+KH₃PO₄+5H₂O→MgKHPO₄·6H₂O    反应式5

首先，固体废料可以通过将废料研磨均匀，优选粒度为8到10个微米(u血)进行处理。但是，粒度可以在大约4微米到几个毫米的范围。

浮尘和水泥废料可首先采用振动摇动机或者任何常规混合机与起始氧化物或者氢氧化物粉末混合。混合物的重量百分比在其结合处改变，但是范围可以是约15％的氧化物到50％的氧化物。一般来说，可以寻求氧化物与固体废料的平均重量百分比(50∶50)。但是，发明者成功地以高达85重量％的浮尘与15重量％外加剂粉末的比例包封并稳定单组分浮尘，这就使得该技术对单组分浮尘是主要的地下填埋问题情况下使用具有特别的吸引力。

接着将上述粉末的混合物加入到预处理的磷酸溶液(方法1)中或者加入到磷酸二氢盐溶液(方法井2)中形成反应浆料。采用混合器将该浆料在其形成粘稠糊状物过程中混合10分钟到30分钟。该糊状物被倾入模具中固化几个小时。一般来说，对即时成模的浆料不施加压力。该浆料在大约1天的时间内获得充分的强度。

模具形状可根据最终放置位置的形状而改变，并且可以选自包括的立方体、金字培形、球形、平面、锥形、梯形、矩形等多种几何形状。通常将具有典型的165升圆筒形状和大小的模具用于废料处理的用途。

磷酸盐和氧化物反应物的详细内容

可采用几种磷酸盐体系来稳定所需的化学制品、放射性和混合的废物流。黏结性能的顺序Na＞K＞Li，而耐水性正好相反Li＞K＞Na，一些最终的磷酸盐水泥固体包括但是不限于Mg、Mg-Na、Mg-K、Al、Zn和Fe的磷酸盐，而这些金属可由原料氧化物粉末和氢氧化物粉末制备(如方法1)。在方法2中，在最终磷酸盐水泥固体中的金属是由原料粉末和磷酸二氢盐制备的。用于方法2的典型磷酸二氢盐包括但是不限于钾、钠和锂的磷酸盐。酸组分可以是浓的或者稀的磷酸或者磷酸盐溶液，例如二元碱式或者三元碱式钠或者钾或者铝的磷酸盐。通过该反应形成的糊状物的固化时间从几小时到一个星期。磷酸盐在大约三周后具有全部强度。

可以采用酸预处理氧化物粉末以使反应良好。一种技术包括在大约1200~1500℃，通常为取中间的温度下焙烧粉末。发明者发现焙烧步骤可以以多种方式改变氧化物颗粒的表面以利于水泥的形成。焙烧使颗粒粘合在一起并形成晶体；这降低反应速度，促使水泥固化的形成。快速反应趋向于形成不需要的粉末沉淀。

另一个改进反应的技术是用稀硝酸，接着用水洗涤粉末。

可以采用多种氧化物和氢氧化物粉末来生产水泥体系，包括但是不限于MgO、Al(OH)₃、CaO、FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄。

上面列出的多种氧化铁实际上可以作为废物流的一部分，如与土壤相关产生的加入，并且也可加入到采用铁化合物破坏有机物的低温氧化体系中。

方法1：酸溶液的pH调节

当在酸碱反应之前用一价金属(如K、Na、Li和Pb)的碳酸盐、碳酸氢盐或者氢氧化物预处理酸时，会导致反应温度的降低。并且当加入含钾的碱金属化合物(如K₂CO₃)会产生更多的晶体废物体，它不受气候、压力和化学腐蚀的影响。

进而，如可以在图1～3中确定的，在预反应混合物中含钾化合物(如K₂CO₃、KHCO₃和KOH)的浓度越高，最终产物结晶越多。这种高结晶度与较高的压力和降低的孔隙度有关。

在预处理工艺中碳酸盐分解成氢氧化物，同时释放CO₂。这使酸被部分地中和，反过来降低了反应速度和释放热的速度。一般说来，反应浆料的pH从零提高到约0.4～1。

因此，通过调节pH的机理避免了浆料的过热。其次正如前面完全公开的那样，使用碳酸钾产生更多的晶体，并因此更稳定磷酸盐配合物。

四，应用方法

用外加剂稳定消化废料再生结构产品形成过程分为7个阶段。(1)由一价金属的氧化物或氢氧化物粉末与工业废料粉末及农废草木灰在反应器进行混合搅拌，得到一种混合粉体原料；(2)酸式磷酸盐、和绷酸将与上述混合材料聚合，溶解的镁磷配合由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散；(3)凝胶相MH2PO4MH2O或M(H2PO4)2MH2O形成，导致在镁磷酸盐与配合物之间发生聚合作用，(4)凝胶相逐渐排除胜于的水分，固结硬化成聚合材料块体。镁磷酸盐聚合反应是放热脱水的过程，反应以水为传质，聚合后又将大部分水排除，少量水则以结构水的形式取代SiO2中的一个0位置。该聚合反应表明，聚合溶液的化学反应中含K+OH+Si+O+AI+Mg+HPO4制备过程需要类以与水热合成沸石的条件，(5)对其反应速度率要对于一定得矿物颗粒尺寸及级配而言，固体颗粒尺寸愈小，则反应活性愈高，聚合反应速度率亦愈快。而颗粒级配愈好，聚合物的密度就愈高，制品的强度就会得到显著改善。当固体原料的反应活性较高时，颗粒尺寸可稍大，惰性固体颗粒的配合量一般约占2/3。成型压力。(6)提高成型压力，有助于排除凝胶相的孔隙溶液，提高坯体的致密度，改善制品的力学性能，压力亦有助于凝胶相涂覆在未溶解的固体颗粒表面。减少因多余水分蒸发形成的粒间孔隙。(7)固化温度和时间。温度影响聚合反应的速度，因而影响聚合材料体的强度结构。温度越高，聚合物的强度越高。降低温度，反应速率随之降低。材料强度随固化时间的延长而发展，其规律符合抛物线关系。磷镁聚合反应一般在温室至约60度下即可进行，24H脱模。迄今，国际上对矿物原料发生聚合反应的能力都进行过研究，其结果表明，具有岛状、环状、链状、层状结构的外加剂与任何废料几乎都能生成不同的聚合材料体。在Mg和HPO4浓度较低的条件下，发生溶解反应随即行成六聚物及化合物。原料以粉沫形态出现。用生产结构的材料的废弃物，其颗粒大小约8微米，包括木材废物，泡沫，各种不同的纤维素纤维、使废轮胎、纺织的废物、灰烬、废液、矿物废物、塑料和其他的坚硬材料。这些废物由外加剂以粉末状凝固在工业再生领域内。在直接正负离子对反应，K+具有更强的进入基体相平衡电荷环境得倾向，且是溶解的外加剂具有较高的离子化速率和溶解速率。因而以K+为平衡电荷离子时，材料得强度亦显著增高。其原因是K+直接影响凝胶相得成分，后者又影响制品的N最终强度，同时有利于形成较高的凝胶相。在聚合物基体相中，Mg、Ca与K+、Na+类似，共同起平衡电荷的作用。Mg的加入将显著缩短材料得固化时间，且最显著的影响出现在低PH值条件下，其基体相的凝结作用可在0.5H内完成。了以此方法被生产的产品包括绝缘粒子防水、保温系列，包装材料，混凝土，砖块，砖瓦，墙壁-形成而且设计了障碍而且保护系统。设定一种废弃材料，即由在室温条件下，使用一条以酸碱盐与酸反应为基础路径制定的磷酸盐混合体。由于各种不同元素的氧化物或氢氧化物对于这一个目的被当作激发剂。氧化物和氢氧化物用化学说以酸碱盐与酸盐反应或溶解的磷酸盐形成窑业。当废物被和这些粉或酸混合成份的时候，废物由能参与反应而生成陶泥的废物。酸碱基础反应也造成含酸或酸的废弃成份的反应-磷酸盐，这些反应导致废物的化学团结。而那些不能参与反应的顽固的甚至有危害的，磷酸盐窑业的废物封包能够达到完全实际封包。

草木灰K₂CO₃缓冲溶液

将2.5千克草木灰投入12.5千克清水中浸泡，再慢慢加入1千克过筛的过磷酸钙，边加边搅拌6小时后取出上层澄清液，留下沉渣，然后往沉渣中加10千克清水，充分搅拌，浸泡过后过滤得到清液。把前后2次得到的清液混合，加水稀释到50千克溶液。使生成的溶液平衡几个小时。在平衡过程中，溶液的pH分别从接近0升高到到0.4、0.6和0.9。平衡之后，将100克溶液与50克氧化物粉末混合。氧化物粉末与焙烧的MgO和硼酸以85重量％MgO比15重量％硼酸的比例反应。

在将MgO和硼酸混合物加入到酸溶液中的同时，在磷酸盐的浓度在0～10％范围内测定浆料的温度。图1描绘了在每种情况下温度的升高。体系A是其中不加入K₂CO₃的模拟步骤。该体系达到的最高温度是在50毫升体积的样品中为45℃。对于由5％和10％K₂CO₃制成的体系B和C，温度升高分别为8℃和2℃。当在反应之前往酸中加入15重量％的K₂CO₃时，没有明显的温度升高。

样品的X射线衍射分析表明由15％K₂CO₃制成的样品的结晶度高。由5％和10重量％的K₂CO₃制成的样品更加玻璃化。如表1所示，样品的X射线衍射研究说明具有单一矿物质相，它与最终产物的所需低溶解度常数相应。这种优良的最终产物，即化学键复合外加剂。

实施例1

K₂CO₃缓冲溶液十浮尘

在实施例1中采用实施例1公开的基质材料。起始粉末组合物是70重量％的浮尘、25.5重量％的焙烧MgO和4.5重量％的硼酸。所用的溶液是50％的被K₂CO₃缓冲的H₃PO₄。将该溶液倾入混合器中，如水泥混合器，缓慢加入粉末直至粉末与溶液混合大约48分钟。制成1000毫升的圆柱状样品。

混合和固化过程中的最高温度是约50℃到60℃。这些温度即使采用更少百分重量的K₂CO₃也不会升高。例如，当采用10重量％的K₂CO₃时，即使在更高的体积下(1200毫升)，得到的最高温度是56～58℃

其结果，如果没有K₂CO₃，在镁磷石作为材料中主要结晶相的最终产物中，MgO的浓度要高。

在实施例1制备的物质的抗压强度和孔隙度的数据列在图2和图3。这些图表明当K₂CO₃含量升高时，强度提高，孔隙度降低。当溶液中K₂CO₃为15重量％时，抗压强度为875psi(它是波特兰水泥的两倍)，同时孔隙度降低7.5％。

实施例2

红泥+外加剂

精炼铝土矿生产氧化铝产生大量的残留物，被称为红泥。红泥由大约50重量％的无机氧化物、其它化合物和危险金属组成。每年要产生大量的红泥。

当与本发明的外加剂结合时，大体积的红泥很容易被稳定。如果将含有红泥的反应物浆料作为阻挡层倾入时，它不仅与基体土壤结合，还进入土壤的裂缝中并很快硬化形成无孔陶瓷层。例如，通过本发明方法制备的红泥再生结构产品的孔隙度低(≈2体积％)和高的抗压强度(4944psi)。这种物质具有低的孔隙度和在酸和碱性条件下高的耐久性，因此使它们对采矿、水池的衬底、砖墙衬底、污水池衬底和快速固化薄浆是理想的。

多种红泥废料可用于生产最终的结构体。发明者采用的红泥废料是由三水铝矿铝土矿生产的。基本上它是从红泥废料池的周围收集的干燥泥土。其含量是≈50重量％氧化铁(Fe₂O₃)、≈16.5重量％的氧化铝(Al₂O₃)、≈3重量％二氧化硅(SiO₂)、≈5.7重量％氧化钙(CaO)、和≈6.8重量％氧化铁(TiO₂)。X射线衍射分析表明赤铁矿(α-Fe₂O₃)、针铁矿(α-FeOOH)、碳酸钙(CaCO₃)、勃姆石(γ-AlOOH)、锐钛矿(TiO₂)和三羟铝石(β-AlOOH)是主要的结晶相。根据了解到的水合相，即勃姆石、三羟铝石和针铁矿有利于在结合步骤中形成磷酸盐键。

上述讨论的红泥的氧化铝和二氧化硅组分的无定形特征在再生结构产品结合机理中起主要作用。发明者发现无定形材料的较小颗粒的特征是很容易参与酸碱反应并因此在陶瓷形成过程中有利于固化反应。

如上所述，当与磷酸和酸式磷酸盐溶液反应时，MgO形成磷酸镁参与放热反应。该反应可以通过采用焙烧的MgO以及通过调整固体相(即红泥粉末十氧化物十硼酸)加入到该溶液中的速度来控制。

在一个实施方案中，首先将焙烧的MgO与红泥粉末以列于表4的特定重量百分比混合。粉碎的干燥红泥是超过60重量％的颗粒小于10毫米的超细材料。在1到5毫米范围内的粒度具有良好的结果，所以在与MgO结合之前一般个需要研磨红泥。

接着使干燥混合物与磷酸或者酸式磷酸盐通过持续搅拌反应。这产生低粘度的糊状物，它随着反应的进行交稠。接着将该糊状物倾入直径为1.9厘米的圆柱状模具中。在大约15分钟之后形成致密的陶瓷体，其完全硬化需要2到24个小时。在实验之前，将样品存放三周。

表4：红泥再生结构体的物理性质

废料含量(重量％)	最大粒度(毫米)	密度(g/cm3)	开口孔隙率(％)	抗压强度(psi)
					40405050	5155	2.192.12.262.29	0.821.092.981.94	4944429426982310

通过称量样品测定密度并且测定尺寸和确定体积。通过其中将预先称重的样品浸渍在70℃的水中2小时的水浸渍来测定开口孔隙度。接着将样品在水中冷却并从水中取出。从样品的表面去除多余的水，并再次称重样品，测定充满开孔的水量。较高的重量(与预先浸渍的重量相比)在样品中产生开孔，因此可计算开口孔隙率。

采用用于压缩方式的Instron^TM设备测定抗压强度。

样品的废料含量为40～55重量％。作为例子，40重量％的废料含量是指40克样品是红泥，60克是水和粘合剂。含有红泥的样品的密度稍高于纯基质(粘合剂)材料的，它是1.739mg/cm³。红泥的密度大约为3.3并且由于KH₂PO₄含有常规化肥组分，即钾碱(K₂O)和磷肥(P₂O₅)，所以方法2可以提高钾碱和高磷肥的肥料以稳定含污染物的土壤。

同样，假定红泥包含高浓度的氧化物，那么可以使红泥与MgO混合以产生稳定的废料形式，否则采用方法2产生。这种改进可以不需要在红泥稳定处理过程中供给和预处理氧化物例如MgO。mg/cm³。

如表2所示，含有红泥的样品的开口孔隙率与水泥的约20重量％的值相比低。另外，含有40重量％的样品的抗压强度高于波特兰水泥混凝土的4000psi。

断裂的红泥样品的扫描电子显微照片(SEM)和能量分散X射线(EDX)分析表明具有玻璃区和颗粒区。这些区均结合良好。当颗粒相显示仅是从玻璃相放射出来的碎片时，玻璃相断裂。下面的表5提供了每个相的元素组成。其中包含的值是在每个相三个不同点测定的三个值的平均值。

颗粒相对红泥是有利的，玻璃相就是磷酸盐基质。如上所述，颗粒相被发现富含红泥元素，如Fe和Al，而玻璃相富含磷酸镁元素，如Mg和P。

表5：红泥陶瓷的玻璃相和颗粒相的元素分布

相	元素
						玻璃相颗粒相	Fe5.7823.66	Al4.718.6	Mg23.535.3	P34.2316.2	其它31.7636.2

大量的磷酸盐和一部分镁在颗粒相表明这里的磷酸盐键以Fe和Al作为阳离子。

在样品的颗粒相(红泥)部分的此较少的破碎表明本发明的材料强度是由于这个相的存在。提高再生结构体的强度需要降低玻璃相的量或者增强带颗粒的玻璃相。一种增强的方法是在起始粉末中加入较细的红泥，以利于更一致的分布和更好的颗粒强化。在与氧化物粉末混合之前研磨红泥是一种得到这种较细红泥材料的方法。

尽管己经参照图示实施方案的细节描述了本发明，所以这些细节并不意味着对所附权利要求中定义的本发明范围的限制。

五，国际现况

由于外加剂的制备能耗低且性能价格比高，性质上具有绝燃耐热与化学抗蚀性的优异特性，加上易于加工制造特的应用特点，因而引起了国际上的广泛关注。于是大量研究成果以专利文献的形式发表，并出现了许多商业产品，大量研究集中于聚合基增强复合材料，透过添加增强纤维(碳纤维，碳化矽纤维，钢筋，耐碱玻璃纤维，矿棉，有机纤维)和超细粉体(石英，矽灰，氧化锆，纳米粉体等)来改善材料的抗压，抗折强度等力学性能；而具硅镁磷键链接的聚合物可拉伸硬化成高聚合物薄膜材料。目前则是以工业废弃物制备高性能聚合材料，是现今国际上的研究主流，其原因是此类材料极有可能成为目前广泛使用的混凝土潜在的″绿色″替代品。可用无机聚合技术进行资源化的产业废弃物相多，举凡高科技产业的废品(晶圆，LCD…)；冶鍊业产生的金属渣(铝渣…)，矿石渣(脱硫渣…)…；建筑营造业产生的废陶瓷，废玻璃，废铸造砂，石材污泥…；发电产生的煤灰渣；垃圾焚化产生的灰渣…等大宗的废弃物都可应用本技术加以资源化处理。而资源化所产生的无机聚合材料，将大量应用于钢构防火披覆板材，防火建材，具防火性的复合材料(如飞机，船泊，汽车，住屋的内部装簧或外壳的基材)，以及预铸式的构件，导线管，人孔槽等，或是高承载的飞机跑道，路基等多样化与大宗应用的工业材料与产品。

六，国内情形

国内对于外加剂之研究属于起步阶段，学术界如北科、矿院大教授等，以及工研院都着手针对无机聚合之应用进行开发，开发重点在于利用聚合反应的先进技术，应用于大宗无机质废弃物的资源化，经由无机聚合反应的工业化流程与设备之建立，将无机废弃物转化成为一种非晶质或半晶质的无机聚合物材料(粉体或凝胶)，并大量运用于众多制造业产品当中。预期可以使废弃物的再利用获得高附加价值的利益外，同时亦可以有效解决国内大宗无机质废弃物的最终处置问题。

七，结论

由于外加剂体具有绝热耐燃与易于加工制造的应用特点，未来将可以开发成具防火性(1000℃以上)的复合材料，并取代有机质塑胶复合材料。可能产出的商品包括：

(一)利用外加剂良好的力学性能，可部分代替金属与陶泥用作架构部件和模具材料等；

(二)利用其快凝早强性能，可快速修筑机场跑道，通讯设施，道路桥梁，军事设施等；破碎废LCD搓磨滤除粉尘碎片(玻璃，塑胶，金属)粉碎分选聚合新材料(防火，隔音，温湿调节)金属/塑胶玻璃碎片碱类

(三)利用其轻质，隔热，阻燃，耐高温等性能，可作为新型建筑装饰材料，隔热保温材料等；

(四)利用外加剂聚合反应，可制备耐高温防火材料，绝热材料，电解铝阳极炭保护层，模具和窑具等；无机聚合材料亦可制成地下耐腐蚀管道等；

(五)利用聚合反应，还可在较低温度下获得纳米材料，如制备莫来石和正矽酸镍粉体等。

在清洁生产方面，以外加剂作为新型胶凝材料，可代替高标号水泥，而能耗比生产水泥减少70％以上，对于有效缓解生产水泥而引起的温室气体排放，燃煤造成的酸雨污染等，改善区域生态环境质量，无疑具有重大而深远的环境效益和社会效益。在废弃物处理方面，外加剂作为有毒固体废物和放射性核废料的新型固封材料，在大力发展核电工业和消除有毒工业废物对环境的污染方面可发挥重要作用。未来则是外加剂(类似树脂)为主，并取代有机质塑胶复合材料，因加工成型更为容易，可广泛应用于大宗工业产品，例如IC封装，陶瓷基板，交通工具(车，船，飞机)外壳…等，市场产值愈形扩大。外加剂则更为广泛，甚至高科技产业的新产品(如陶瓷基板，资讯家电的防磁抗幅外壳…)都有其潜力。另外，对于工业废渣，焚化灰渣…提供了较为廉价的固化服务，比水泥更便宜，更不像熔融般耗能，又因无机聚合的特性，使得其固化物更接近天然矿石。

Claims (10)

1.一种稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，步骤为：使起始氧化物与包含磷酸盐的溶液接触，以相应的配比在混合浆料中生成氧化物的磷酸盐。

2.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，其中所述的氧化物是某一元素的氧化物或氢氧化物或者铝、钙、铁、镁、钛和锆以及它们的混合物的化合物中选取。

3.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，包含磷酸盐的溶液由选自磷酸或酸式磷酸盐搭配的溶液组成，进一步包括选自含有一价锂、钠、钾碱金属的磷酸二氢盐溶液或磷酸与一价碱金属碳酸盐、一价碱金属碳酸氢盐、一价碱金属氢氧化物和氧化物。

4.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，所述化合物与磷酸的重量百分比可在约5∶95到15∶85之间选择。

5.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，氧化物选自包括焙烧MgO，混合有焙烧的MgO、Mg(OH)₂、Al(OH)₃、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄、CaO粉碎的二元碱式磷酸钠晶体。

6.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，磷酸二氢盐与氧化物粉末以大约1∶1到2.5∶1的摩尔比例混合。

7.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，将氧化物研磨成直径为约4微米到约75微米的颗粒。

8.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，磷酸是10重量％到50重量％稀释溶液。

9.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，生成的聚合物粘合剂；具有化学稳定和包封的废料的独特作用，其应用要求将研磨成直径为约4微米到约75微米的颗粒松散材料，松散材料选自浮尘、水泥、二氧化硅、红泥、电解废料、放射性同位素、辐射的铅、危险金属、烟道气脱硫残留物和它们的混合物。

10.根据权利要求1所述的稳定消化废料使之再生结构产品用的外加剂-黏合材料，其特征是，粘合剂在不超过75℃的温度下化学稳定和包封所述废料。

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