CZ304583B6 - Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů - Google Patents

Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů Download PDF

Info

Publication number
CZ304583B6
CZ304583B6 CZ2013-377A CZ2013377A CZ304583B6 CZ 304583 B6 CZ304583 B6 CZ 304583B6 CZ 2013377 A CZ2013377 A CZ 2013377A CZ 304583 B6 CZ304583 B6 CZ 304583B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
geopolymer
alkali
geopolymers
solution
alkaline
Prior art date
Application number
CZ2013-377A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2013377A3 (cs
Inventor
Petr Ptáček
Tomáš Opravil
Jaromír Havlica
František Šoukal
Original Assignee
Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoké Učení Technické V Brně filed Critical Vysoké Učení Technické V Brně
Priority to CZ2013-377A priority Critical patent/CZ304583B6/cs
Publication of CZ2013377A3 publication Critical patent/CZ2013377A3/cs
Publication of CZ304583B6 publication Critical patent/CZ304583B6/cs

Links

Landscapes

  • Aftertreatments Of Artificial And Natural Stones (AREA)

Abstract

Popisuje se způsob pasivace povrchu geopolymerních a alkalicky aktivovaných materiálů připravených s použitím hydroxidu nebo vodního skla sodného, draselného, lithného či směsného jejich ponořením do roztoku nebo vystavením působení par kyseliny fluorovodíkové nebo jejích solí nebo kyseliny hexafluorokřemičité nebo jejích solí. Na povrchu materiálu se tvoří nerozpustná vrstva, která zvyšuje odolnost proti vodě, snižuje náchylnost pro tvorbu výkvětů a hygroskopicitu, snižuje silně alkalické pH a také vyluhovatelnost látek zabudovaných do struktury materiálu.

Description

Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu pasivace geopolymemích a alkalicky aktivovaných materiálů připravených s použitím hydroxidu nebo vodního skla sodného, draselného, lithného éi směsného jejich ponořením do roztoku nebo vystavením působení par kyseliny fluorovodíkové nebo jejich solí nebo kyseliny hexafluorokřemičité nebo jejích solí za účelem zvýšení jejich odolnosti vůči působení vody a omezení tvorby výkvětů krystalizaci rozpustných solí na jejich povrchu.
Dosavadní stav techniky
Za geopolymery jsou považovány anorganické polymemí materiály, které jsou připravovány z hlinitokřemičitanových materiálů jejich aktivací v zásaditém prostředí za normální teploty a tlaku. Typicky se používá reakce delaminovaného a dehydroxylovaného kaolinu (metakaolinu) s vodním sklem nebo roztokem NaOH či KOH, při kterém vzniká struktura na obr. 1 [a].
Průběh alkalicko-křemičité reakce vyžaduje vysoké pH (pH > 12) a na materiálu tak zpravidla zůstává značné množství sodných iontů, které zvyšují rozpustnost, náchylnost k tvorbě výkvětů a hygroskopicitu povrchu [a] [b]. Pro omezení negativního vlivu nadbytku alkálie se často doporučuje použití hydroxidu draselného nebo draselného vodního skla, použití těchto látek je však dražší než použití hydroxidu sodného či sodného vodního skla.
Reference:
[a] F. Šoukal, T. Opravil, P. Ptáček, B. Foller, J. Brandštetr, P. Roubíček, Geopolymer amorphous ceramics via solution, in: Some thermodynamic, structural and behavioral aspects of materials accfentuating non-crystalline States, ed. J. Šesták, M. Holeček, J. Málek, Plzeň, 2009. ISBN 798-80-87269-06-0.
[b] V. D. Gluchovski, Gruntosikaty. Grosstrojizdat, Kiev 1959.
Objasnění výkresů
Obr. 1: Idealizovaná struktura geopolymerů (Gluchovsky [b]).
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody řeší způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů podle vynálezu, spočívající ve vytvoření málo rozpustné vrstvy na jejich povrchu působením fluoridů.
Předmětem vynálezu je způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů připravených s použitím hydroxidu nebo vodního skla sodného, draselného, lithného či směsného jejich ponořením do roztoku nebo vystavením působení par kyseliny fluorovodíkové (HF) nebo jejích solí nebo kyseliny hexafluorokřemičité (H2SiF4) nebo jejich solí. Při koncentraci kyseliny fluorovodíkové nebo kyseliny hexafluorokřemičité vyšší než 10% se geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál ponechá ponořený v roztoku nebo ponechá vystavený působení par maximálně 1 minutu a při koncentraci kyseliny fluorovodíkové nebo kyseliny hexafluorokřemičité nižší než 10% se geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál ponechá ponořený v roztoku nebo ponechá vystavený působení 5 minut až 30 minut a poté se geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál ponechá zcela vysušit.
- 1 CZ 304583 B6
Použitou solí kyseliny fluorovodíkové je v provedení podle vynálezu výhodně fluorid křemičitý (SiF4) nebo fluorid boritý (BF3).
Použitou solí kyseliny hexafluorokřemičité je podle jiného provedení podle vynálezu výhodně hexafluorkřemičitan vápenatý, hexafluorkřemičitan hořečnatý nebo hexafluorkřemičitan lithný.
Předmětem vynálezu je také použití geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů s povrchem pasivovaným způsobem podle vynálezu, volitelně v kombinaci s jinými vůči působení silných zásad neodolnými materiály, pro uložení a skladování toxických látek.
Povrch materiálu je způsobem podle vynálezu pašivován ve vodě odolnou vrstvou, jejíž síla závisí na koncentraci použitého roztoku nebo koncentraci par a času, po který je materiál vystavený jejich působení. Při koncentraci kyseliny fluorovodíkové nebo kyseliny hexafluorokřemičité větší než 10% se geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál ponechá ponořený v roztoku nebo ponechá vystavený působení par několika sekund, maximálně 1 minutu a při koncentraci kyseliny fluorovodíkové nebo kyseliny hexafluorokřemičité menší než 10% se geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál ponechá ponořený v roztoku nebo ponechá vystavený působení několika minut, maximálně půl hodiny.
V důsledku alkalicko-křemičité reakce obsahuje vodný roztok v systému alkalicky aktivovaném sodným louhem nebo sodným vodním sklem kyselinu křemičitou (H2SiO3), včetně produktů její kondenzace a komplexní anion tetrahydroxohlinitanu ([A1(OH)4] ). Přítomnost fluoridového anionu má za následek srážení kryolitu (hexafluorohlinitan sodný, Na3AlF6). Kryolit je ve vodě nerozpustný, neboť součin rozpustností činí pouze 0,04 g/100 ml vody při 20 °C. Dochází také ke změně mechanizmu rozpouštění takto upravené vrstvy geopolymerů z kongruentního rozpouštění na výrazně pomalejší rozpouštění inkongruentní. Při použití hydroxidu nebo vodního skla draselného, lithného či směsného (sodno-draselné atd.) se tvoří analogické sloučeniny K3A1F6 nebo Lí3A1F6.
Z roztoku je tak odstraněna nadbytečná alkálie, která negativně působí zejména tím, že se vyluhuje z hlinitokřemičité sítě a ve vzniklém silně alkalickém roztoku dochází k rozpouštění materiálu kvůli snížené odolnosti vůči působení vody. V průběhu několika minut (čas se prodlužuje s dobou zrání) dochází k vyloučení alkalického iontu z geopolymerů do vodné fáze v takovém množství, že pH roztoku vzroste na hodnotu >12 a materiál se v silně zásaditém prostředí rychle rozpouští (vzorek A). Alkalické prostředí způsobuje tvorbu výkvětů na povrchu materiálu a zvyšuje hygroskopicitu materiálu. Vysrážením této alkálie klesá silně zásadité pH povrchu materiálu, které je zpravidla >12.
Působení fluoridů, za současného vysrážení nadbytku alkálie ve formě kryolitu má za následek urychlení tvrdnutí materiálu, neboť vysrážením alkálie se zvyšuje rychlost polykondenzace kyseliny křemičité a vytvrzování kopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů. Upravený povrch má také zvýšenou odolnost vůči působení vlhkosti, sníženou náchylnosti k tvorbě výkvětů, sníženou hygroskopicitu povrchu geopolymerů a sníženou vyluhovatelnost látek inkorporovaných do struktury geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů, Díky těmto vlastnostem mají materiály s pasivovaným povrchem zlepšené vlastnosti pro uložení a skladování toxických látek.
Příklady uskutečnění vynález
Příklad 1
Pasivace povrchu geopolymerů ponořením do roztoku kyseliny fluorovodíkové
-2CZ 304583 B6
V tomto typu příkladu byly použity běžné geopolymemí směsi připravené smísením metakaolinu a sodného vodního skla v hmotnostním poměru 1 : 1,75; metakaolinu a draselného vodního skla v hmotnostním poměru 1 : 1,40 nebo metakaolinu a lithného vodního skla v hmotnostním poměru 1 : 12.
Po důkladném smísení obou komponent a zatuhnutí geopolymeru až do stavu, kdy směs není plastická, byl materiál ve všech případech ošetřený ponořením do roztoku 10% kyseliny fluorovodíkové na 1 minutu. Z povrchu vzorku se zbytky pasivačního roztoku poté odstranily jeho omytím ve vodě a geopolymer s pasivovaným povrchem se nechal řádně vysušit. V jednom z provedení byla nanesena vrstva všech tří typů geopolymeru připravených podle tohoto příkladu na tři sklíčka a pasivace povrchu proběhla způsobem popsaným v tomto příkladu. V porovnání s vrstvou vzorku původního neošetřeného geopolymeru na sklíčku je při ponoření sklíček do vody v kádince ve všech případech na pohled zřejmý vodní zákal u vzorků neošetřených geopolymerů vlivem rozpouštění geopolymeru v silně alkalickém prostření způsobeném vyloužením alkálie do vody. Vysrážením hexafluorokřemičitanu sodného (1), draselného (2) a lithného (3) na povrchu kopolymerů jeho pasivací se zabránilo vyloužení alkálie do roztoku a následnému rozpouštění geopolymeru v silně alkalickém prostření a tvorbě výkvětů na jeho povrchu.
Příklad 2
Pasivace povrchu geopolymeru působením par kyseliny fluorovodíkové HF nebo kyseliny hexafluorokremičité SiF4
V následujícím typu příkladu provedení vynálezu byla použita geopolymemí směs připravená smísením metakaolinu a draselného vodního skla v hmotnostním poměru 1 : 1,40. Po důkladném smísení obou komponent a zatuhnutí geopolymeru až do stavu, kdy směs není plastická, byl materiál vystavený 10 minut proudu par 8% HF nebo 5% SiF4. Vzorek se poté ošetřil omytím ve vodě a důkladným vysušením. V jednom z provedení byla nanesena vrstva geopolymemí směsi připravená smísením metakaolinu a draselného vodního skla připravená podle tohoto příkladu na sklíčko a pasivace povrchu proběhla způsobem popsaným v tomto příkladu. V porovnání s vrstvou vzorku původního neošetřeného geopolymeru na sklíčku je při ponoření sklíček do vody v kádince ve všech případech na pohled zřejmý vodní zákal u vzorků neošetřeného geopolymeru vlivem jeho rozpouštění v silně alkalickém prostředí způsobeném vyloužením alkálie do vody. Pasivací povrchu vzorku působením par HF nebo SiF4 se dosáhlo odolnosti povrchu vůči působení vody.
Průmyslová využitelnost
Pasivací povrchu podle vynálezu získávají geopolymery a alkalicky aktivované materiály vyrobené s použitím hydroxidu sodného nebo sodného vodního skla, jakožto finančně nejméně nákladného způsobu alkalické aktivace, vyšší odolnost, stabilitu a užitnou hodnotu. Omezení náchylnosti k tvorbě výkvětů zlepšuje vlastnosti těchto materiálů také z hlediska estetického. Po úpravě je možné tyto materiály použít v kombinaci s jinými vůči působení silných zásad neodolnými materiály. Díky snížené vyluhovatelnosti látek zabudovaných do struktury kopolymerů po pasivaci povrchu mají tyto materiály větší využitelnost pro uložení a skladování toxických látek.

Claims (4)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů, vyznačující se tím, že geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál se ponoří do roztoku nebo vystaví působení par kyseliny fluorovodíkové nebo jejích solí nebo kyseliny hexafluorokřemičité nebo jejích solí, přičemž při koncentraci kyseliny fluorovodíkové nebo kyseliny hexafluorokřemičité vyšší než 10% se geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál ponechá ponořený v roztoku nebo ponechá vystavený působení par maximálně 1 minutu a při koncentraci kyseliny fluorovodíkové nebo kyseliny hexafluorokřemičité nižší než 10% se geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál ponechá ponořený v roztoku nebo ponechá vystavený působení par 5 minut až 30 minut a poté se geopolymer nebo alkalicky aktivovaný materiál ponechá zcela vysušit.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že solí kyseliny fluorovodíkové je fluor křemičitý a fluorid boritý.
  3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že solí kyseliny hexafluorokřemičité je hexafluorkřemičitan vápenatý, hexafluorkřemičitan hořečnatý nebo hexafluorkřemičitan lithný.
  4. 4. Použití geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů s povrchem pasivovaným způsobem podle nároků 1 až 3 nebo v kombinaci s jinými vůči působení silných zásad neodolnými materiály pro uložení a skladování toxických látek.
    1 výkres
CZ2013-377A 2013-05-22 2013-05-22 Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů CZ304583B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2013-377A CZ304583B6 (cs) 2013-05-22 2013-05-22 Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2013-377A CZ304583B6 (cs) 2013-05-22 2013-05-22 Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2013377A3 CZ2013377A3 (cs) 2014-07-16
CZ304583B6 true CZ304583B6 (cs) 2014-07-16

Family

ID=51166377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2013-377A CZ304583B6 (cs) 2013-05-22 2013-05-22 Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ304583B6 (cs)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011029444A1 (de) * 2009-09-11 2011-03-17 Inomat Gmbh Geopolymeres material
US20120192765A1 (en) * 2009-08-21 2012-08-02 Institut Francais Des Sciences Et Technologies Des Transports De L'Amenagement Et Des Reseaux Geopolymer cement and use therof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120192765A1 (en) * 2009-08-21 2012-08-02 Institut Francais Des Sciences Et Technologies Des Transports De L'Amenagement Et Des Reseaux Geopolymer cement and use therof
WO2011029444A1 (de) * 2009-09-11 2011-03-17 Inomat Gmbh Geopolymeres material

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2013377A3 (cs) 2014-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6814181B2 (ja) リン酸リチウム化合物を含有する残留物を表面から除去する方法
US20180327305A1 (en) Methods for regenerating lithium-enriched salt baths
Lumley ASR suppression by lithium compounds
Huang et al. Interaction effect of triisopropanolamine and glucose on the hydration of Portland cement
US9754693B2 (en) Low-temperature solidification of radioactive and hazardous wastes
US20220348496A1 (en) Salt Bath Compositions and Methods for Regenerating Salt Bath Compositions
TW201228936A (en) Recovery of Li values from sodium saturate brine
CN108298881A (zh) 一种用于固化放射性化学泥浆的地质水泥及其应用
Cantarel et al. Geopolymers and their potential applications in the nuclear waste management field-a bibliographical study
TW201527236A (zh) 玻璃化學強化用熔融鹽之再生方法
Tournié et al. Impact of boron complexation by Tris buffer on the initial dissolution rate of borosilicate glasses
CZ304583B6 (cs) Způsob pasivace povrchu geopolymerů a alkalicky aktivovaných materiálů
Atkins et al. Encapsulation of radioiodine in cementitious waste forms
Kim et al. Influence of lithium ions on the chemistry of pore solutions in pastes and mortars with inert aggregates
Altavilla et al. The cleaning of early glasses: investigation about the reactivity of different chemical treatments on the surface of ancient glasses
CA2570414C (en) Formulation and method for chlorinating recreational water
Tognonvi et al. Durability of tubular geopolymer reinforced with silica sand
Dathe et al. Dissolution of sodium silicate glasses for the production of water glass–Part I: Study of experimental parameters
CN110981275A (zh) 一种磷石膏水泥缓凝剂及其制备方法
KR100556903B1 (ko) 액상 규산소다를 이용한 무기 바인더의 제조방법
JP5076571B2 (ja) 廃棄物のセメント固化処理方法
JP2002186976A (ja) ホウ素含有水の処理剤及びそれを用いたホウ素含有水の処理方法
Ogurtsova et al. Hydrophobization of concrete using granular nanostructured aggregate
Vance et al. Feasibility of immobilizing tank wastes in geopolymers
Monique et al. Durability of tubular geopolymer reinforced with silica sand

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20230522