CN1214030A - 用化学键合的磷酸盐陶瓷、结合结构材料的磷酸钾陶瓷进行废料稳定化的方法 - Google Patents

用化学键合的磷酸盐陶瓷、结合结构材料的磷酸钾陶瓷进行废料稳定化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的用于调节陶瓷成形方法的反应温度的方法,包括提供一种含有一价碱金属的溶液;将该溶液与氧化物粉末混合生成粘合剂,使该粘合剂与松散材料接触形成浆料;使浆料固化。高度结晶的废物体还包括含有钾的粘合剂和被该粘合剂包封的废料基体。还提供了一种结构产品,它包括含磷酸盐的陶瓷粘合剂包封的松散废料,以使其具有强度和抗气候、热和化学侵蚀的性质。

Description

用化学键合的磷酸盐陶瓷、结合结构材料的磷酸钾陶瓷 进行废料稳定化的方法
                    本发明的背景技术
本发明的领域
本发明涉及一种用于稳定松散废料并从废料生产结构产品的方法，更具体地说，本发明涉及一种稳定松散的低度放射性和混合废料的陶瓷材料，以及一种用该陶瓷材料生产结构产品的方法，还涉及一种生产该陶瓷材料的方法。
本发明的背景
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。仅美国能源部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污染物的两相。
稳定和存放这些混合的废料的一般方法包括玻璃化作用。例如，一种方法(Crowe,U.S.5302565)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(Sugama等的US4436555)。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***成分。
本发明者们还开发了陶瓷加工方法来稳定并包封废料。这些方法具有许多超过常规卜特兰水泥、薄浆一、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卜特兰水泥中的水合键更强。因为采用陶瓷的废料稳定化是基于化学稳定和物理稳定，这些最终废物体的沥滤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，结果废料的稳定化本身是经济的，并且没有庞大的设备和运输步骤。
但是，放热陶瓷加工方法不适合松散废料的低成本包封。发明者们发现在反应过程中产生的大量的热引起反应溶液沸腾，导致在最终的陶瓷体中存在缺陷(如孔)，缩短施工性能和快速的不均匀熟化。在通过沿着其中固化样品的浆料容器或者塑模循环冷水来部分地控制反应温度时，随着样品体积的增大，不会产生足够的热量。
常规陶瓷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，酸碱陶瓷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。
除了上述讨论的混合废料之外，更常见的废料也存在弃置问题。例如，松散材料，如成材废料、聚苯乙烯泡沫、纤维素、轮胎、浮尘、旧地毯背材、矿物废料和塑料加重了缩减填埋空间的问题。这些材料中的一部分，如聚苯乙烯泡沫是易燃的。
将许多这类废物体转变成有用的产品的努力都失败了。例如，采用包括这类有机化合物，如甲醛的聚合的粘合剂来包封废料常常会导致燃烧问题和放出烟雾。使用这类聚合物成本很高。从而限制了建筑上的应用。
采用陶瓷粘合剂来包封松散废料的方法需要高重量比例的粘合剂与废料物料。粘合剂的使量大使该方法成本高、放热以及作为放热的结果使硬化加速。因此，使用陶瓷粘合剂来包封松散废料用作绝缘体、建筑材料和复合体是困难的。
一种用于采用含磷酸盐的材料包封废料的方法公开在美国专利Re.32329中。但是，这种方法设计的要有利于快速固化最终产物。因此，不会出现预计产物的所需流动性的特点(如吹制绝缘性)。
本领域中需要松散废料稳定化和固化的方法，它在包封工艺过程中不产生大量的热。本方法必须在温和的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。
本领域还需要一种利用或者处理不可再生和不可生物降解的良性废料，而不产生二次废物流的方法。该方法必须在生产用于建筑的结构材料方面是经济的。还需要一种部分由良性废料构成的廉价结构产物。
本发明概要
本发明的目的是克服现有技术在包封和稳定低度放射性的，混合有其它废料中存在的许多缺点。
本发明的另一个目的是提供一种包封并稳定废料的温度控制陶瓷形成过程的方法。本发明的特征在于使用易得的化合物来调节与陶瓷废物体的形成有关的酸碱反应。本发明的优点是在形成过程中保持低温。
本发明的另一个目的是在采用化学键合磷酸陶瓷来稳定混合废料的方法中提供一种低温反应液体。本发明的特征在于调节反应液体的pH。本发明的一个优点是降低反应温度以利于更致密废物体的形成。另一个优点是在某些低pH环境中分解或者不稳定的废料物料更加稳定。
本发明还有一个目的是提供一种富含钾的陶瓷废物体。本发明的特征在于在最终的废物体中结晶相的含量高。本发明的一个优点是更致密的少孔废物体。
本发明的再一目的是提供一种用于生产结构材料的方法。本发明的特征在于采用无毒粘合剂材料包封良性废料。本发明的一个优点是在建筑和其它结构中使用新包封的良性废料作为安全的绝缘材料和防火材料。本发明的另一个优点是该方法不排放有毒物料，因此对操作者和最终使用者是安全的。
本发明还有一个目的是提供一种用于生产轻质结构材料的方法。本发明的特征在于采用比较少量的无机粘合剂室温包封大量的应用广泛的废料。本发明的一个优点是它是在用于最终用作建筑材料的吹制或者可泵抽的生产方法中使用不可再生废料的低成本方法。
本发明的另一目的是提供一种部分由良性废料构成的结构材料。本发明的特征在于废料与粘合剂物料的体积比高。本发明的一个优点是生产可代替传统材料的轻质坚固的结构材料。本发明的另一个优点是使不能生物降级的和有时有危险的物料在用于结构体中时可以使用而没有危险性并且不可燃。
本发明的另一目的是提供一种用于制备近期外壳材料的方法。本发明的特征在于以外壳材料与本发明粘合剂的重量比例高。本发明的一个优点是能够使近期外壳材料具有所需的模压形状或者结构直至大部分活性被降低或者消失。
简单地说，本发明提供了一种用于调节陶瓷形成过程的反应温度的方法，包括提供含有一价碱金属的溶液；将该溶液与氧化物粉末混合形成粘合剂；使所说的粘合剂与松散材料接触形成浆料；使该浆料熟化。
本发明还提供了晶体陶瓷废物体，它包括含钾的陶瓷粘合剂和被该粘合剂化学稳定和包封的废料。
用于稳定和包封红泥的方法是使红泥具有预定的结构，将红泥与含有一价碱金属的溶液混合形成浆料，使该浆料熟化。
由良性废料生产结构产品的方法包括制备无机氧化物，使所制备的无机氧化物与磷酸反应生成酸性溶液，将该酸性溶液与废料颗粒混合生成浆料，使该浆料熟化。还提供的结构产品由含有废料颗粒结构物料和包封废料颗粒的无机粘合剂构成。
还提供了不可燃的结构材料，其含有聚苯乙烯泡沫和包封该聚苯乙烯泡沫的无机粘合剂。
还提供的是一种含有含钾陶瓷粘合剂和被所述粘合剂稳定并且包封的良性废料的结构产品或者基体。
附图的简要说明
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；和
图4是根据本发明特征用于由陶瓷粘合剂和良性材料生产结构体的方法的示意图。
本发明详细说明
本申请提供了一种使用陶瓷材料来包封废料以安全处理并生产含有该废料的结构产物的方法。首先说明用于安全处理过程的废料包封方法：
包封处理
本文公开的包封处理提供了两种方法来化学控制陶瓷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，镉，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。发明者们发现这些有机物的一部分不会阻碍磷酸盐陶瓷的固化。一方面，有机物，如萘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，如多氯取代的联苯，二氧因(dioxin)、二氯苯、萘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％。发明者们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键合。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，具有与陶瓷成形的典型方法相比均匀的高密度和改进的微观结构。
低温陶瓷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)：
    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陶瓷中使废料组分被物理包封。当生产结构体(上面讨论的)时，废料的物理包封在产物强度方面是特别值得注意的，并且也使最终体具有耐火、耐化学腐蚀性、耐湿性和耐候性。
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的代表性反应在下面的反应式2说明：
    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，其中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3～5：
    反应式3
    反应式4
    反应式5固体废料生产的详述
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(μm)进行处理。但是，粒度可以在大约4微米到几个毫米的范围内。
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，发明者们成功地以高达85重量％的浮尘与15重量％MgO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#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、金字塔形、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55加仑圆筒形状和大小的模具用于废料处理的用途。液体废料加工的详述
在处理液体废料时，本发明的温度调节包封方法提供了一种比常规包封方法对最终使用者来说更简单的途径。例如，酸性磷酸盐体系可通过将该磷酸盐就地加入到液体中来制备，该方法类似于在水泥工业中采用的方法。因此，液体废料，例如氚化水采用这种工艺很容易并且低成本地包封。
如果仅液体被包封和稳定，可采用方法#1或者方法#2。在方法#1中，首先将废料液体与酸结合形成pH改变的溶液。接着将这种改变的溶液与氧化物粉末混合。任选地是可以将废料液体加入到氧化物粉末中，生成浆料，再将该浆料与酸混合。
在方法#2中，将液体废料与磷酸二氢盐溶液混合。接着，加入氧化物粉末。如上所述，一种可选择的方法是先将液体废料与氧化物粉末混合，再加入二氢盐溶液。
发明者们已经发现酸与水的比例选自大约37∶63到50∶50的范围内可得到良好的结果。酸与水的比例为50∶50最为优选。如果该液体废料含有大于所需量的水时，就将相对少量的水加入到酸中以使液体废料-酸混合物中的水的百分比高达50％。
在包括液体-固体废物流的情况下，废物流中的液体部分具有直接如上所述制备。接着将生成的液体废料-酸混合物与固体废料和氧化物粉末的混合物以类似于上述对固体废料加工的百分比范围混合。当采用含有MgO和二元碱式磷酸盐的粉末混合物时，氧化物与磷酸盐的重量百分比选自大约87∶13到77∶23的范围会生产良好的结果。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。一些最终的磷酸盐陶瓷体包括但是不限于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，在最终磷酸盐陶瓷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1300℃的温度下焙烧粉末。发明者们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陶瓷的形成。焙烧使颗粒粘合在一起并形成晶体；这降低反应速度，促使陶瓷的形成。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陶瓷体系，包括但是不限于MgO、Al(OH)3、CaO、FeO、Fe2O3和Fe3O4。
MgO和Al(OH)3粉末可通过工业供应机构来提供，如BaxterScientific Products,McGaw Park,Ⅲinois。
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
出乎意料的是发明者们发现当在酸碱反应之前用一价金属(如K、Na、Li和Rb)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。还出乎意料的是发明者们发现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、压力和沥滤的影响。
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。实施例1
K2CO3缓冲溶液
将5、10和15重量％的碳酸钾K2CO3加入到50重量％的磷酸稀溶液中。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，即化学键合复合陶瓷在此处特指MKHP。
                      表1：通过加入K2CO3制备陶瓷的矿物组合物
    矿物相     化学结构式  重量％
    磷酸镁钾硼磷镁石镁磷石剩余的氧化镁     MgKPO4·6H2OMg3B2(PO4)2(OH)6·6H2OMgHPO4·3H2OMgO     52241410
出乎意料的是磷酸镁钾(MPK)是通过只加入K2CO3生成的物质中的新组分。MPK表示废物体基质的优良相，其溶解常数为10-11，它比该常数为10-6的镁磷石低5个数量级。表1所示的所有相在地下水中具有非常低的溶解度，而硼磷镁石和镁磷石是在地下水环境中稳定的天然矿物。
样品的多孔性质在宽范围内变化。在K2CO3 5-和10-重量％的样品中，样品的玻璃相很多，同时破碎的量很大因此而是多孔的。通过对比，K2CO315％的样品具有大约6.1％的开口孔隙度。其密度为1.77g/cc，闭合的孔隙度为10.2体积％。抗压强度大约为3700psi。实施例2
K2CO3缓冲溶液+浮尘
在实施例2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℃。
发明者们发现，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2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8750psi(它是卜特兰水泥的两倍)，同时孔隙度降低7.5％。实施例3
碳酸钠
将5、10和15重量％的碳酸钠(Na2CO3)加入到50重量％的磷酸稀溶液中，使生成的溶液平衡几个小时。溶液的pH在该步骤中从零升高到约2.3。100克该溶液与30克焙烧MgO和硼酸(85％MgO和15％硼酸)的混合物和70克浮尘反应。
测定5重量％Na2CO3样品的性质。密度为1.7g/cc，开口孔隙度为8.6体积％。样品微观结构的分析表明该样品除了浮尘颗粒之外基本上是玻璃态。该方法表明全部玻璃相物质可以通过上述方法制备。实施例4
危险材料+MKHP
处理两种不同危险材料的废物流。采用作为氧化物加入的0.5重量％的Ce3+和Ce4+作为U3+、4+和Pu3+、4+的替代物来强化氧化铁-氯化铁废物流(95重量％Fe2O3+5重量％FeCl3)。再加入作为氧化物加入的0.5重量％的Ce4+作为U4+和Pu4+的代用品。
第二种废物流是用作为可溶性硝酸盐加入的代表危险组分的0.5重量％的Pb强化的磷酸铁废物流(FePO4)。
两种废物流通过方法#1的碳酸盐改变方法来稳定。Ce3+、Ce4+和Pb的含量分别为8.7ppm、＜0.09ppm、＜0.2ppm。在对Pb多达5ppm的调节限度预定被调节下降到0.37ppm时，结果表明本发明的包封步骤提供了一种可接受的控制方法。
方法#2-磷酸二氢盐
代替将碳酸盐加入到反应物中以降低反应温度，发明者们设计了一个简单的方法来获得同样的结果。这第2个方法是使钾、钠、锂或者任何其它一价碱金属的磷酸二氢盐与氧化物反应生成磷酸盐陶瓷。这种方法在较高的pH下形成陶瓷，同时减少热的生成。通过该方法形成的代表性陶瓷是六水磷酸镁钾(MKP)，它是通过上述反应式5的反应机理生成的。
发明者们发现为了避免在最初的反应浆料中有酸，初始pH值大约为6.2。与溶解KH2PO4的情况一致的是一种放热方法，发明者们发现在最初混合时，浆料的温度稍有降低。但是，当MgO溶解和反应进行时，浆料的温度升高到大约30℃。实施例5
MKP陶瓷的制备
将1摩尔焙烧并研磨的MgO与1摩尔研磨的磷酸二氢钾(KH2PO4)晶体混合。将该混合物缓慢地加入到5摩尔水中形成糊状物。将该糊状物混合均匀时，将其倾入直径为1厘米、体积为20毫升的圆柱状模具中。在大约1小时之后得到坚硬的陶瓷体。
X射线衍射分析表明所有主要的峰是MKP。应注意到没有磷酸二氢钾的峰，说明它全部反应了。
通过注水方法测定的开口孔隙度为2.87体积％。密度为1.73g/cc。给出的理论密度为1.88g/cc，总的孔隙度计算为8.19体积％。因此，闭合孔隙度(即从样品的外部不能进入的孔)是5.33g/cc。这些值表明MKP比磷酸镁陶瓷更加致密，其中总的孔隙度大约为30％。实施例6
MKP+浮尘
采用在实施例5中合成的MKP陶瓷来制备浮尘的废物体。采用三种不同的粉末制备样品，它们是焙烧的MgO和KH2PO4以1∶1、1.5∶1和2∶1的摩尔比例的混合物。将这些粉末与浮尘以相等的比例采用储槽和加料机混合。粉末的最终混合物以缓慢的但是恒定的速度与5摩尔水在水泥混合器中混合形成浆料。
将该浆料倾入1.5加仑和1升的模具中。通过在水中搅拌粉末并采用直径为1厘米的20毫升圆柱状模具制成粉末的最终混合物。所有样品在约1小时之后固化并在一周之后完全硬化。
与实施例1和2所述的原料不同，浆料的温度在混合和固化过程中不升高。这就解决了现有技术中的由于在混合步骤中产生热造成的污染物蒸发问题。发明者们发现在固化之前浆料的温度一般不超过30℃。因此，水或者废料组分都不产生挥发物。一旦浆料开始固化，温度升高。但是，在样品固化成坚硬的整体时达到最高温度(大约75℃)，因此，不会对最终的废物体的尺寸促使影响。进而，发明者们发现温度的升高不与材料的尺寸成比例，但是实际上当材料的尺寸减小时递减。这有利于包封55加仑大小的目标废料。
本发明方法采用MKP产生优良的最终陶瓷体。废物体的开口孔隙度值大约为4.18体积％。测定的密度为1.8g/cc。给定的预测理论密度为2.05g/cc，总孔隙度为8.9体积％，这远低于现有技术中磷酸镁陶瓷的值。闭合孔隙度计算为4.72体积％。样品的抗压强度为6734psi，它比卜特兰水泥混凝土强50％。实施例7
硼酸+MKP+灰尘
浮尘废物体的样品是采用MKP基质和往其中加入了0～5重量％硼酸的焙烧MgO粉末制备的。加入的硼酸延缓了反应浆料温度的升高。因此，加入硼酸有利于废物流的大规模处理，它需要更多的时间混合并倾入浆料中。实施例8
CaCO3稳定化
如上所述，CaCO3在低pH环境中分解。结果，如果废物流含有该化合物，可从反应浆料中冒出的二氧化碳。冒出的气体使固化的产物具有多孔并因此可透过地下水。还影响了强度。
生产水泥浆料，即含水泥的废物流。废物流的组成列在下面的表2中：
                                  表2：水泥废物流的组成
    组成     重量百分比
    活性炭浮尘水混凝土塑模石膏赤铁矿Fe2O3氧化铝珍珠岩     1010105010331.5
通过两种方法制备样品。在第一种方法中，采用H3PO4作为反应酸形成浆料，并且制成含有大约30体积％废料的废物流。在第一种方法的过程中，浆料产生细微的CO2气泡，它使样品形成多孔。
当样品采用上述实施例5和6公开的其中采用KH2PO4作为酸性磷酸盐的MKP方法制备时，没有CO2产生。样品值的对比列于下面的表3。
表3表明通过MPK方法产生的废物体是更加致密的并含有比较少量的开口空隙，因此说明本发明方法优于采用大量酸的方法。
                               表3：化学键合废物体的物理性质
    参数     H3PO4稳定性 KH2PO4
    酸溶液的pH开口孔隙度(体积百分比)密度     0.228～331.2～1.3     46.21.77
实施例9
红泥+MKP
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。
当与本发明的磷酸盐陶瓷粘合剂结合时，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陶瓷的孔隙度低(≈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。发明者们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％氧化钛(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。出乎意料的是，发明者们已经了解到水合相，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陶瓷结合机理中起主要作用。发明者们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+氧化物+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结合之前一般不需要研磨红泥。
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，它随着反应的进行变稠。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。
                               图4：红泥陶瓷体的物理性质
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InstronTM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1.73gm/cm3。红泥的密度大约为3.3g/cm3。
如表2所示，含有红泥的样品的开口孔隙率与水泥的≈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卜特兰水泥混凝土的4000psi。
断裂的红泥样品的扫瞄电子显微照片(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)部分的比较少的破碎表明本发明的材料强度是由于这个相的存在。提高陶瓷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。
通过松散基体包封的结构产物
与以前尝试由松散材料生产稳定的结构材料的方法不同，本方法通过使用低体积百分比的粘合剂以生产最终体来制备一种无定形的、更易流动的物质。所得到的陶瓷配方是充分无定形的，并且具有低的结晶性以确保该材料的良好流动性和延长的工作时间。在最终料浆形成期间，通过使用粘合剂包封废料颗粒更易于进行，从而使该无定形相与聚合物配方极为相似。
用于废料沉积方法的上述公开的与固体和液体废料制备有关的的许多细节适用于非良性废料制备结构产物。总之，可以用于结构组分的生产的废料包括但是不限于灰尘、电解废料、木材、塑料、橡胶、纤维素、纺织品(例如地毯碎片)、聚苯乙烯泡沫和它们的混合物。由结构组分制备方法制备的产品包括吹制绝缘体、微粒板、包装材料、砖、瓦、墙体材料和工程用隔板和屏蔽体系。
在附图3中用标号10表示本发明方法的通用实施方案。首先，在煅烧预处理步骤14和硼酸加入步骤16之一或这二者中加入氧化物12。这二个步骤用于减慢反应过程。
然后，使所得到的干燥混合物18与约50～60重量％的稀释磷酸20反应以形成一种酸性溶液或粘合剂22。为了促进所得到溶液的流动性，优选重量百分比为55重量％或更低，例如55克的干燥混合物对45克稀释的50重量％磷酸。浓酸倾向于使反应更剧烈。这导致产生稠的不利于包封颗粒的浆料。
然后，使可以进行预处理筛分步骤23的废料颗粒24与粘合剂充分混合。混合步骤26可以确保废料颗粒完全被粘合剂包封或者涂覆。
在无压力或在低压(约1,000磅/平方英寸)下(取决于被粘结的废料)将所得到浆料压制成所希望的形状28。例如，包封木材废料的过程通常需要加压，主要因为木材表面不大参与陶瓷形成反应。在这种情况下，粘结力主要来自包封木材颗粒的磷酸相。当使用高水含量的废料例如淤浆和良性废料生产结构产品时，需要伴随着改变酸∶水比。
本发明的发明人已经发现，在最终产品中废料的加入体积可以在约50～90体积重量％的范围内变化。用于绝缘物质和建筑配筋件时，调节混合物的组成以将其改变为泵送料浆(50体积重量％的废料)或者吹制颗粒混合物(80～90体积重量％的废料)以便有助于填充间隙。
将包括上述良性废料的浆料压制成所希望的形状。氧化物和磷酸之间的酸碱反应导致在颗粒表面上形成磷酸盐从而使防水的磷酸盐粘合剂薄涂层包封单个的颗粒。这导致形成结构产品，在该结构产品中废料颗粒被粘合剂保护以提供产品的强度而且还提供防火、抗化学侵蚀、防潮和抗其它气候条件的能力。
所得到的实施方案的一些优点在于基于商业上可得到的聚合物的粘合剂。不同于聚合物粘合剂，磷酸粘合剂是不可燃的。同样，一些聚合物组分经常是易爆的，而相比之下无机磷酸盐粘合剂是安全的。在制备磷酸盐粘结的产品期间，释放出无毒的化学品或蒸汽。最后，与常规使用的有机粘合剂相比，基于磷酸盐的粘合剂改善了结构产品的硬度和长期稳定性。硼酸/氧化物制备过程的详述
一般，当希望缓慢地进行反应时，加入硼酸，例如当希望延长物质的可加工性时。本发明的发明人已经发现，硼酸形成涂覆氧化物颗粒的玻璃相，这样氧化物不能立即与磷酸反应。
在本发明的方法中可以使用各种各样的氧化物，例如前面列举的那些。其它的氧化物例如Fe3O4、Zr(OH)4、ZrO、而TiO2也是适合的。可以由Atomergic Chemetals Corporation,Farmingdale,NY得到Zr(OH)4。
严格控制氧化物与硼酸的混合以保持所得到干燥混合物组分具有最佳的重量％。重量％可以在约5重量％硼酸/氧化物～25重量％硼酸/氧化物的范围中选择。优选的重量％是10重量％硼酸/氧化物，例如每90克氧化物使用10克硼酸，以形成干燥混合物。
一般，在酸溶液中粉末的加入速率应该使反应液的温度保持在100℃以下。一般控制混合所需要的时间是30分钟～1小时。如果来自放热反应的热量(与上述方法有关)通过冷却反应容器而散失，那么可以缩短混合时间。本发明的发明人已经发现，当所得到的氧化物粉末-固体废料混合物包含50重量％以下的废料时，更应该需要冷却反应容器。实施例10
泡沫聚苯乙烯绝缘材料
本发明的发明人已经发现，使用上述公开的方法可以使聚苯乙烯颗粒完全涂覆一薄的防水磷酸盐粘合剂相层。泡沫聚苯乙烯颗粒的均匀涂覆不但可以提供结构稳定性而且还可以赋予防火、抗化学侵蚀、防潮和抗其它气候条件的能力。正如在表1中所示的一样，这些特征均优于较特殊的绝缘物质。
正如在表6中所描述的一样，所得到的粘合剂覆盖的泡沫聚苯乙烯物质提供优良的R值。例如导热率测定，使用一种改进的辐射热线测试技术(由AnterLaboratories,Pittsburgh,PA制定)，表明通过本发明方法制备的物质的耐热性约是4.5h.ft.2°F/BTU(纤维玻璃为2～3 h.ft.2°F/BTU和纤维素是3.5h.ft.2°F/BTU)。该优良的R值表明，当作为绝缘产品使用时，磷酸盐陶瓷粘合剂覆盖的泡沫聚苯乙烯可以节约更多的能源。
通常绝缘产品易于受潮，并且倾向于凹陷，从而在一段时期内松散它们结构完整性。根据ASTM D2126(ASTM=美国试验和物质协会)进行本发明物质的老化试验，根据这一点，将该物质在苛刻的环境下暴露一段时间，同时严密监测物质的尺寸变化。将该物质暴露在38℃的温度下和98重量％的湿度下达3周。在二周之后试体体积变化约是2重量％。这比纤维素绝缘物质的20重量％好，同样优于在纤维玻璃物质中观察到的值。
                   表6：陶瓷粘结的泡沫聚苯乙烯绝缘物质与纤维玻璃和
                                   纤维素绝缘材料的比较
    主要特征   粘结的聚苯乙烯泡沫   纤维玻璃 纤维素
  密度(lb/ft3)     2.0     0.4-1.0   2-3.5
     R值(厚度1英寸) 4.5 2-3 3-3.5
    耐火性     不燃     不燃   不燃
    吸水性    ＜4重量％     1-2％   5-20％
  尺寸稳定性     ≈2％   观察到沉降   ≈20％
 对健康危害性     最低     高    最低
   材料成本  低/吹制或泵送     高     低
一般，当采用本发明的方法制备结构产品时，可以使用宽范围的废料颗粒尺寸。当使用聚苯乙烯泡沫材料时，使用2毫米～5毫米的颗粒尺寸，并且，以1∶2的重量比将颗粒和粘合剂混合时可以得到最佳结果。在最终产品中聚苯乙烯泡沫的最佳加入量是约7.5重量％，其相当于最终产品体积百分比的约85～90重量％。实施例11
木材废料
本发明的发明人已经发现，当使用木材废料进行本发明的方法时，可以制备具有优良弯曲强度的值的刨花板。例如，包含50重量％木材和50重量％粘合剂的试样显示出约1,500psi的弯曲强度。含60重量％和70重量％木材的试样分别表现出400和300psi的弯曲强度。
一般，尺寸合适的木材颗粒的尺寸是1～5毫米长，1毫米厚和2～3毫米宽。
此外，一旦木材和粘合剂弯完全混合，在约2650psi的数量级上使试样压制成形，约压制30至90分钟。
上述实施例并不是对所公开方法的限制。同样，除上述列举的可用于所采用的包封方法中的各种不同废料外，同样采用该方法还可以充分地稳定其它非气流。例如，通过该方法可以稳定电解槽残渣、拜尔砂、在厂矿位置产生的灰和任何其它采矿废渣，并且它们可以作为结构组分使用。当电解槽残渣以50∶50重量比与六水磷酸镁混合时，形成一种陶瓷体，其密度是2.9克/立方米，孔隙率是2.17％和抗抗压强度度是4.210psi，后者可以与波特兰水泥制品相比。根据前面所公开的数据，，当使用较高比例(60重量％)的废料(在这种情况下是电解槽残渣)时，所得到值略低于使用50重量％所得到那些值。密度降低至2.0克/立方厘米，孔隙率提高至2.6重量％和抗抗压强度度降低至3,402psi。
尽管已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。
例如，由于废料包封方法的方法#2使用KH2PO4，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可以所以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MKP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。
最后，用于生产混合的结构产品的混合结构产品和方法是通过将公开在Waste-Encapsulation Detail portion ofthe DETAILED DESCRIPTION中的含钾磷酸盐与用于“Structura；Products via Bulk SubstrateEncapsulation”部分的代表性松散废料获得。如上所述，发明者们出乎意料地发现含钾磷酸盐提供高度结晶体，它们与其它更易玻璃化和破碎的磷酸盐相比更加耐破碎。由交差方法生产的产物包括但是不限于吹制绝缘体、颗粒板、包装材料、砖、瓦、墙体材料和工程挡板和隐蔽体系。

Claims (45)

1．一种用于调节陶瓷形成过程中反应温度的方法，包括：
a．)提供一种含有一价碱金属的溶液；
b．)将所说的溶液与氧化物粉末混合生成粘合剂；
c．)将所说的粘合剂与松散材料接触形成浆料；和
d．)使浆料熟化。
2．权利要求1的方法，其中含有一价碱金属的溶液进一步含有磷酸和选自M-碳酸盐、M-碳酸氢盐、M-氢氧化物和它们的混合物的化合物，其中M是一价碱金属。
3．权利要求2的方法，其中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。
4．权利要求1的方法，其中一价碱金属选自锂、钠、钾和其组合。
5．权利要求1的方法，其中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，或其组合。
6．权利要求1的方法，其中粘合剂和松散材料以氧化物粉末与松散材料的预定的重量百分比在大约15∶85和50∶50之间的量结合。
7．权利要求1的方法，其中含有一价碱金属的溶液是磷酸二氢盐。
8．权利要求7的方法，其中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。
9．权利要求1的方法，其中一价碱金属选自Li、Na和K。
10．权利要求1的方法，其中将松散材料研磨成直径为约4微米到约75微米的颗粒。
11．权利要求2的方法，其中磷酸是10重量％到50重量％稀释溶液。
12．权利要求1的方法，其中松散材料选自浮尘、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。
13．一种晶体陶瓷废物体，含有
a．)含钾陶瓷粘合剂；和
b．)被该粘合剂化学稳定和包封的废料。
14．权利要求13的陶瓷废物体，其中粘合剂含有包括磷酸镁钾、
硼磷镁石、镁磷石和氧化镁的化学成分。
15．权利要求13的陶瓷废物体，其中废料的颗粒范围为5微米到5毫米。
16．权利要求13的陶瓷废物体，其中废料基体在废物体中的重量百分比为10重量％到85重量％。
17．权利要求13的陶瓷废物体，其中废料基体选自浮尘、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。
18．一种稳定和包封红泥的方法，包括：
a．)提供具有预定结构的红泥；
b．)将红泥与含有一价碱金属的溶液混合形成浆料；和
c．)使浆料熟化。
19．权利要求18的方法，其中含有一价碱金属的溶液进一步含有磷酸和选自M-碳酸盐、M-碳酸氢盐、M-氢氧化物和它们的混合物的化合物，其中M是一价碱金属。
20．权利要求18的方法，其中含有一价碱金属的溶液是磷酸二氢盐。
21．一种由良性废料制备结构产品的方法，包括：
a．)制备无机氧化物；
b．)使制备的无机氧化物与磷酸接触生成酸性溶液；
c．)将该酸性溶液与废料颗粒混合生成浆料；和
d．)使浆料固化。
22．权利要求21的方法，其中无机氧化物选自包括MgO，混合有MgO、Al(OH)3、Zr(OH)4、CaO、氧化铁的粉碎的二元碱式磷酸钠晶体，和其结合。
23．权利要求21的方法，其中制备无机氧化物的步骤进一步包括焙烧该氧化物。
24．权利要求21的方法，其中制备无机氧化物的步骤进一步包括焙烧该氧化物，再将焙烧的氧化物与硼酸混合，形成氧化物与硼酸的重量比约为5∶95到15∶85的混合物。
25．权利要求24的方法，其中将该混合物与磷酸以混合物与磷酸的重量比大约为50∶50到60∶40的比例混合形成酸性溶液。
26．权利要求24的方法，其中将该混合物与磷酸以混合物与磷酸的重量比大约为55∶45的比例混合形成酸性溶液。
27．权利要求21的方法，其中浆料中酸性溶液以与浆料中废料颗粒的重量比约为2.5∶97.5到15∶85的量存在。
28．权利要求21的方法，其中浆料中酸性溶液以与浆料中的废料颗粒的重量比约为15∶85存在的量存在。
29．一种结构材料，包括：
a．)废料颗粒；和
b．)包封废料颗粒的无机粘合剂。
30．权利要求29的结构材料，其中废料颗粒的粒度大约为4到75微米。
31．权利要求29的结构材料，其中废料颗粒是选自浮尘、电解废料、木材、塑料、橡胶、纤维素、纺织品、聚苯乙烯泡沫和它们的混合物的松散材料。
32．权利要求29的结构材料，其中无机粘合剂是磷酸盐陶瓷。
33．权利要求32的结构材料，其中磷酸盐陶瓷进一步含有选自镁、钠、铝、锆和它们的混合物的元素。
34．权利要求32的结构材料，其中磷酸盐陶瓷是六水合磷酸镁。
35．权利要求29的结构材料，其中废料含有约80～90体积％的材料。
36．权利要求29的结构材料，其中粘合剂以粘合剂与废料的重量比为2.5重量％到15重量％的量存在。
37．一种不可燃的结构材料，包括
a．)聚苯乙烯泡沫颗粒；和
b．)包封聚苯乙烯泡沫的无机粘合剂。
38．权利要求37的结构材料，其中颗粒粒度的范围为大约2毫米和5毫米。
39．权利要求37的结构材料，其中聚苯乙烯泡沫以约结构材料的7.5重量％和结构材料的80到90体积％的量存在。
40．权利要求37的结构材料，其中结构材料是厚度为1”、R值大于4的绝缘体。
41．一种结构产品，包括：
a．)含钾陶瓷粘合剂；和
b．)化学稳定且用所述粘合剂包封的废料。
42．权利要求41的结构产品，其中粘合剂具有选自磷酸镁钾、硼磷镁石、镁磷石和氧化镁的化学组成。
43．权利要求41的结构产品，其中废料的粒度在约4微米和5毫米之间的范围内。
44．权利要求41的结构产品，其中废料在结构体中的重量百分比大约为10重量％和85重量％。
45．权利要求41的结构产品，其中废料是选自浮尘、电解废料、木材、塑料、橡胶、纤维素、纺织品、聚苯乙烯泡沫和它们的混合物的松散材料。
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US08/619,945 US5846894A (en) 1996-03-18 1996-03-18 Phosphate bonded structural products from high volume wastes
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102741195A (zh) * 2010-01-14 2012-10-17 工程阻拦***公司 蜂窝状磷酸盐陶瓷和制备方法及用途
US8440108B2 (en) 2005-12-06 2013-05-14 Co-Operations, Inc. Chemically bonded ceramic radiation shielding material and method of preparation
CN104150859A (zh) * 2014-08-06 2014-11-19 西南科技大学 一种磷酸镁水泥基γ射线快速屏蔽材料及其制备方法
CN108218384A (zh) * 2018-02-24 2018-06-29 航天慧能（江苏）环境工程有限公司 一种液态废物的处理方法
CN113165030A (zh) * 2018-12-18 2021-07-23 欧安诺核退役公司 通过胶结调节酸性废料的方法
CN114734692A (zh) * 2022-04-19 2022-07-12 深圳市利星彩印刷包装有限公司 一种防水环保包装袋及制备方法
CN114843054A (zh) * 2022-04-01 2022-08-02 华南理工大学 一种用于压敏电阻器的包封材料及包封方法
CN115818604A (zh) * 2022-12-12 2023-03-21 湖北虹润高科新材料有限公司 一种亚硫酸盐还原赤泥提铁溶液以制备电池级无水磷酸铁的方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6204214B1 (en) * 1996-03-18 2001-03-20 University Of Chicago Pumpable/injectable phosphate-bonded ceramics
US6136088A (en) * 1997-10-09 2000-10-24 Mbt Holding Ag Rapid setting, high early strength binders
US7160383B2 (en) * 2004-06-15 2007-01-09 Uchicago Argonne, Llc Composition and application of novel sprayable phosphate cement (grancrete) that bonds to styrofoam
CN103571074A (zh) * 2012-07-20 2014-02-12 上海微柯力高分子材料有限公司 一种防火复合材料的生产方法
FR3003252B1 (fr) 2013-03-13 2015-04-17 Commissariat Energie Atomique Liant et son utilisation pour le conditionnement de dechets contenant de l'aluminium metallique

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3093593A (en) * 1958-07-14 1963-06-11 Coors Porcelain Co Method for disposing of radioactive waste and resultant product
DE2950462A1 (de) * 1979-12-14 1981-06-19 VFI Verwertungsgesellschaft für Industrierückstände mbH, 3161 Dollbergen Verfahren zur ab- und endlagerung von abfallstoffen
CA2028251C (en) * 1990-10-22 1999-05-11 Pierre Lucien Cote Process and barrier for the containment of wastes
US5482550A (en) * 1991-12-27 1996-01-09 Strait; Mark C. Structural building unit and method of making the same
US5580378A (en) * 1994-12-19 1996-12-03 Shulman; David M. Lightweight cementitious compositions and methods of their production and use

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105390171A (zh) * 2005-12-06 2016-03-09 科奥瑞新公司 化学键合的陶瓷辐射屏蔽材料及制备方法
US8440108B2 (en) 2005-12-06 2013-05-14 Co-Operations, Inc. Chemically bonded ceramic radiation shielding material and method of preparation
USRE48014E1 (en) 2005-12-06 2020-05-26 Co-Operations, Inc. Chemically bonded ceramic radiation shielding material and method of preparation
USRE46797E1 (en) 2005-12-06 2018-04-17 Co-Operations, Inc. Chemically bonded ceramic radiation shielding material and method of preparation
CN101496112B (zh) * 2005-12-06 2015-11-25 科奥瑞新公司 化学键合的陶瓷辐射屏蔽材料及制备方法
CN102741195B (zh) * 2010-01-14 2015-06-03 工程阻拦***公司 蜂窝状磷酸盐陶瓷和制备方法及用途
CN102741195A (zh) * 2010-01-14 2012-10-17 工程阻拦***公司 蜂窝状磷酸盐陶瓷和制备方法及用途
CN104150859A (zh) * 2014-08-06 2014-11-19 西南科技大学 一种磷酸镁水泥基γ射线快速屏蔽材料及其制备方法
CN108218384A (zh) * 2018-02-24 2018-06-29 航天慧能（江苏）环境工程有限公司 一种液态废物的处理方法
CN113165030A (zh) * 2018-12-18 2021-07-23 欧安诺核退役公司 通过胶结调节酸性废料的方法
CN113165030B (zh) * 2018-12-18 2023-09-19 欧安诺核退役公司 通过胶结调节酸性废料的方法
CN114843054A (zh) * 2022-04-01 2022-08-02 华南理工大学 一种用于压敏电阻器的包封材料及包封方法
CN114843054B (zh) * 2022-04-01 2023-11-28 华南理工大学 一种用于压敏电阻器的包封材料及包封方法
CN114734692A (zh) * 2022-04-19 2022-07-12 深圳市利星彩印刷包装有限公司 一种防水环保包装袋及制备方法
CN115818604A (zh) * 2022-12-12 2023-03-21 湖北虹润高科新材料有限公司 一种亚硫酸盐还原赤泥提铁溶液以制备电池级无水磷酸铁的方法

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