EA000871B1

EA000871B1 - Композиция на основе неорганического связующего

Info

Publication number: EA000871B1
Application number: EA199800587A
Authority: EA
Inventors: Дуглас С. Комри
Original assignee: Айби Текнолоджиз Л.Л.С.
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2000-06-26
Also published as: AU1089497A; ATE190969T1; DE69607381D1; BR9612262A; DK0868406T3; GR3033754T3; EP0868406B1; CA2241224A1; KR19990076585A; US5820668A; JP2000505770A; WO1997023427A1; IL125057A; ES2147656T3; EA199800587A1; CN1209110A; IL125057A0; EP0868406A1; DE69607381T2

Description

Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композиции на основе неорганического связующего. В частности, это изобретение относится к композиции на основе неорганического связующего, которая особенно пригодна для обработки отходов для возвращения на повторную переработку и безопасного употребления.

Предпосылки создания изобретения

Было предложено использовать композиции на основе неорганического связующего для того, чтобы получить и употребить вредные отходы. В патентах США (Davidovits) NW 5 352 427, 5 349 118, 5 342 595, 4 859 367, 4 349 386, 4 472 199, 4 509 985, 4 522 652, 4 533 393, 4 608 795, 4 640 715 и 4 642 137 описан геополимер, представляющий собой оксид алюминия с добавкой силиката. Эти геополимеры были созданы для использования в процессе кладки из пустотелых керамических камней, но было установлено, что они пригодны для получения твердых отходов для длительного использования.

Оксид алюминия с добавкой силиката состоит из двух компонентов: тонкодисперсного сухого порошка и сиропообразной сильнощелочной жидкости. Порошок представляет собой растворимый щелочной полисиликат, который может быть активирован щелочной жидкостью и образовать тетраэдральные формы SiO₄ и АЮ₄. Тетраэдры сшиты общими молекулами кислорода, образуя сетки неорганических полимеров. Умеренно экзотермическая реакция в смеси, активированной щелочью, сопровождается отверждением и поликонденсацией.

Неорганические связующие характеризуются несколькими характерными свойствами, включающими термостабильность, очень гладкую поверхность, подвижность и твердую поверхность. В результате неорганические связующие особенно пригодны в особых областях, таких как солевые или водные среды.

Далее было установлено, что известные неорганические связующие позволяют получить стабильные растворы для опасных и вредных отходов. Различные органические и неорганические отходы могут быть смешаны с неорганическими соединениями, замещающими нормальный объем агрегатов при образовании монолитного твердого тела. По мере роста кристаллической структуры и затвердевания раствора компоненты отходов связываются с образованием решетки, при этом отходы становятся химически инертными, подходящими для захоронения, возвращения в цикл в строительную среду или повторного введения в процесс производства. Наиболее значительными свойствами отходов, обработанных неорганическим связующим, является способность противостоять кислым средам и превращаться из размягченных илоподобных отходов в твердые связанные друг с другом частицы за сравнительно короткий промежуток времени.

К сожалению стоимость сырья предотвращала возможность конкуренции известных неорганических связующих с другими технологиями использования или рецикла отходов, даже с обычным портланд-цементом.

Сущность изобретения

Недостатки уровня техники могут быть преодолены путем создания композиции на основе неорганического связующего, которая является экономически выгодной в производстве и использовании.

Желательно создать композицию на основе неорганического связующего, которая способна отверждаться в разнообразных средах, включая солевую, коррозионную, кислую, токсичную и радиоактивную.

Желательно создать композицию на основе неорганического связующего, которая пригодна для обработки опасных и вредных отходов, делая их инертными для длительного использования.

Согласно одному аспекту изобретения предлагается первый компонент композиции на основе неорганического связующего. Первый компонент содержит около 20% окиси натрия, около 60% трикальцийсиликата, около 1 0% дикальцийсиликата, около 6% трикальцийалюмината, около 1% окиси алюминия, около 1% окиси железа, около 1 % окиси магния и около 1 % серного ангидрида.

Согласно другому аспекту изобретения создана композиция на основе неорганического связующего, содержащая около 5-20% коллоидальной двуокиси кремния, 40-60% безводного силиката алюминия, 1 -1 0% кремниевой кислоты и 1-10 % калийной или натриевой соли.

Согласно другому аспекту изобретения предусмотрена композиция на основе неорганического связующего, содержащая в качестве первого ингредиента поли(сиалат) или поли(сиалат-силоксо), смешанный с одним или несколькими веществами: зольная пыль F, зольная пыль С, коллоидальная двуокись кремния, А1₂О_з , пуццолана, измельченный шлам, нефелинсиенит, безводный силикат алюминия, водный силикат алюминия, водная гидроокись натрия, кремниевая кислота, калийная соль и натриевая соль. Молярное отношение SiO₂ к А1₂О_зсоставляет от примерно 5,2 до примерно 14,3.

Согласно еще одному аспекту изобретения предусмотрена композиция на основе неорганического связующего, включающая первый компонент, содержащий окись натрия, трикальцийсиликат, дикальцийсиликат, трикальцийалюминат, окись алюминия, окись железа, окись магния, серный ангидрид в смеси со вторым компонентом, выбранным из одного или нескольких веществ: зольная пыль F, зольная пыль С, коллоидная двуокись кремния, А1₂О_з , пуццолана, измельченный шлам, нефелинсиенит, безводный силикат алюминия, водный силикат алюминия, водная гидроокись натрия, кремниевая кислота, калийная соль и натриевая соль.

Описание изобретения

Первый вариант.

Изобретение относится к композиции на основе связующего в качестве заменителя цемента или добавки к цементу. Композиция на основе неорганического связующего согласно первому варианту изобретения включает первый компонент, содержащий по весу:

20% окиси натрия;

60% трикальцийсиликата;

10% дикальцийсиликата;

6% трикальцийалюмината;

1% окиси алюминия;

1% окиси железа;

1% окиси магния;

1% серного ангидрида.

Первый компонент представляет собой поли(сиалат) или поли(силоксосиалат). Однако состав первого компонента согласно изобретению отличается молярным соотношением ингредиентов от известного поли(сиалата) или поли(силоксосиалата).

Пример 1 .

- 90 вес.% вышеуказанного первого компонента композиции связующего можно смешать с:

- 20 % зольной пыли F;

- 10 % коллоидной двуокиси кремния;

- 8 % А1₂О₃ .

Молярное отношение SiO₂ к А1₂О₃в полученной композиции составляет, примерно, 5,2 7,6.

Композиция по этому примеру пригодна в качестве конструкционного материала или как заменитель части портланд-цемента или как добавка к последнему. Смесь зольной пыли F в сочетании с коллоидной двуокисью кремния действует при смешении с А12О3 как материал типа портланд-цемента.

Пример 2.

- 90 % вес. первого компонента, указанного выше, можно смешать с:

- 10 % пуццоланы;

- 1 0 % измельченного шлака (окись кальция);

- 10 % безводного силиката алюминия;

- 5 % кремниевой кислоты;

- 5 % калийной соли.

Молярное отношение SiO₂ к Al^₃ в полученной композиции составляет примерно 5,2 8,9, М₂О к SiO₂ - примерно 0,07 - 0,11, 4₂O к М^ - примерно 5,0 - 10,0 и М₂О к Al^₃- примерно 0,30 - 0,45, где М₂О выбран из группы, содержащей Na₂O, K₂O и смесь Na₂O с H₂O.

Композиция по этому примеру особенно пригодна для вредных отходов. Безводный силикат алюминия обеспечивает скелет цеолитной структуры, когда он соединяется с кремниевой кислотой и калийной солью. Дополнительные фрагменты кристаллической структуры обеспечиваются связями силиката кальция. Связующее эффективно инкапсулирует молекулы вредных веществ.

Пример 3.

- 90 вес.% вышеописанного первого компонента композиции связующего можно смешать с:

- 10 % пуццоланы;

- 1 0 % измельченного шлака;

- 10 % безводного силиката алюминия;

- 5 % кремниевой кислоты;

- 5 % натриевой соли.

Молярное отношение SiO₂ к Al₂O₃ в полученной композиции равно, примерно, 5,2 - 8,9, М₂О к SiO₂ - примерно 0,07 - 0,11, Н₂О к М₂О примерно 5,0 - 10,0 и М₂О к А1₂О₃ - примерно 0,30 - 0,45.

Композиция по этому примеру также пригодна для вредных отходов.

Пример 4.

- 90 вес.% вышеописанного первого компонента смешивают с:

- 20 % зольной пыли С;

- 10 % пуццоланы;

- 5 % кремниевой кислоты;

- 5 % калийной или натриевой соли, предпочтительно калиевой.

Молярное отношение SiO2 к A12O3 в полученной композиции равно примерно 7,4 - 14,3, М₂О к SiO₂ - примерно 0,05 - 0,10, Н₂О к М₂О примерно 5,0-9,0 и М₂О к А1₂О₃ - примерно, 0,25 - 0,45.

Композиция по этому примеру пригодна в качестве строительного материала или как заменитель портланд-цемента или как добавка к нему.

Композиция по этому примеру является более дорогостоящей, чем композиции по предыдущим примерам. Зольная пыль С в настоящее время дороже, чем зольная пыль F, однако, качество зольной пыли С лучше.

Пуццолана заменяет безводный силикат алюминия как источник А1₂О₃.

Пример 5.

40-60 вес.% вышеописанного первого компонента связующего можно смешать с:

- 10 % пуццоланы;

- 1 0 % нефелинсиенита;

- 5 % водного силиката алюминия;

- 5 % водной гидроокиси натрия;

- 5 % кремниевой кислоты;

- 5 % калиевой или натриевой соли или их смеси.

Молярное отношение SiO₂ к А₂О₃ в полученной композиции составляет, примерно 5,2 9,0, М₂О к SiO₂ - примерно 0,50 - 2,00, Н₂О к М₂О - примерно 5,0-9,0 и М₂О к А1₂О₃ примерно 1,75-3,50.

В этом примере нефелинсиенит и водный силикат алюминия могут быть заменены 5 - 1 0 % безводного силиката алюминия. Однако нефелинсиенит и водный силикат алюминия более предпочтительны, так как это отходы и, следовательно, менее дорогой материал.

Связующее по этому примеру особенно пригодно в сталелитейной промышленности. Промышленные отходы, такие как коксовая мелочь, прокатная окалина, унос и другие материалы могут быть сбрикетированы для повторного использования в процессе производства стали.

Очевидно, что каждый из примеров, описанных в этой заявке, имеет отношение к рециклу и употреблению вредных отходов. Каждый состав, как было установлено, имеет конкретное применение, принимая во внимание стоимость и предъявляемые требования. В общем, неорганическое связующее согласно данному изобретению обладает высокой прочностью, поверхностной твердостью ( > 6 по шкале Моса) и высокую прочность на сжатие по сравнению с портланд-цементом и даже другими неорганическими связующими.

Специалисту очевидно, что согласно данному изобретению могут быть получены различные составы связующих. При использовании данного описания специалисту станут очевидными другие модификации и цели данного изобретения, следует иметь в виду, что в рамках данного изобретения, объем которого определен формулой изобретения, многие изменения количественного и качественного состава композиций могут оказаться эффективными.

Claims

1. Композиция на основе неорганического связующего, включающая первый компонент, содержащий окись натрия, трикальцийсиликат, дикальцийсиликат, трикальцийалюминат, окись алюминия, окись железа, окись магния и серный ангидрид, в смеси со вторым компонентом, представляющим одно или более вещество, выбранное из группы, включающей зольную пыль F, зольную пыль С, коллоидную двуокись кремния, А1₂О₃, пуццолану, измельченный шлак, нефелинсиенит, безводный силикат алюминия, водный силикат алюминия, водную гидроокись натрия, кремниевую кислоту, калийную соль или натриевую соль, причем молярное отношение SiO₂ к А1₂О₃ в указанной смеси составляет, примерно, 5,2-14,3.

2. Композиция на основе неорганического связующего по п.1, отличающаяся тем, что она содержит 40-90 вес.% первого компонента.

3. Композиция на основе неорганического связующего по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по весу, примерно, 60-90% первого компонента в смеси со вторым компонентом, представляющим собой 4-10% пуццоланы, 410% измельченного шлака, 5-10% безводного силиката алюминия, 1-5% кремниевой кислоты и 1-5% калийной соли.

4. Композиция на основе неорганического связующего по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по весу, примерно, 60-90% первого компонента в смеси со вторым компонентом, содержащим 5-20% зольной пыли С, 4-10% пуццоланы, 1-5% кремниевой кислоты и 1-5% калиевой или натриевой соли.

5. Композиция на основе неорганического связующего по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по весу, примерно, 40-60% первого компонента в смеси со вторым компонентом, содержащим 4-10% пуццоланы, 1-5% водного силиката алюминия, 1-5% водной гидроокиси натрия, 1-5% кремниевой кислоты, 1-5% калийной или натриевой соли.