[发明专利]可用泵抽送的和可注射的磷酸盐粘接陶瓷

说明书

根据美国能源部与芝加哥大学Argonne国家试验室之间的合同，合同号W-31-109-ENG-38，美国政府拥有这项发明权。

发明背景

1．发明领域

本发明涉及可用泵抽送的和可注射的陶瓷，更为具体地讲，这项发明涉及陶瓷组合物，该组合物能够保持低粘性以延长时间，以便将该组合物用泵输送或注射到难以到达的地质或人工的场所中。

2．发明背景

危险的废弃物、低含量辐射废弃物或良性废弃物的处置还存在问题，垃圾场所越来越不足，因此只有非循环利用的和非生物降解的物料通常当作垃圾堆放。

危险物料在被堆放时，一定要注意防止物料失去稳定性，以致于产生渗漏。

除了垃圾的堆放外，还要努力使欲处理的物料与粘合剂结合以形成固体大块或废弃物结构用于埋葬或作建筑产品。例如，Frey等人的美国专利4,432,666中披露，采用粘合剂和其他的防水粘合剂处理废弃物被认为对环境有破坏作用。然而，在很多情况下粘合剂不稳定，比如，在包装卤化物时。

Arrance的美国专利，专利号为3,093,593提供了一种方法，就是让硅酸盐变成玻璃状的物质来包装放射性的废弃物。可是，需要加温到1,400℃来得到最后的废弃物结构。

授权于直接受托人的专利号为5,645,518的美国专利中，提供了一种稳固低含量混合废弃物诸如放射性医药废弃物和其他类似的物料的方法。在其中，磷酸盐陶瓷通过物理方法和化学方法在外界温度下稳固废弃物。在这样的作用下，最终的废弃物结构迅速形成。这种快速凝固的特点导致在加工工艺上存在不同程度的不可操作性，特别是在需要低粘度和长操作时间的情况时，这样情况也包括在物料需要吹制、灌注或注射到深井或岩石等的裂缝中就地永久填埋的废弃物、核事故和废弃物泄漏地点的补救，以及在难以用泵抽送时。

除了上述提到的方法中的缺点外，市售上述方法中的原料(特别是氧化物)的结构都不利形成可流动的混合物，结果，发热的反应变得不可控制，导致形成稠浆液，使最终产品缺乏均质性。而且，所得陶瓷的快速凝固时间不能够保证足够的工作时间。

现有技术需要配方和包装废弃物方法以适应在不同沉积情况下多种废弃物料的稳固，这种配方和方法应该提供废弃物液体，其具有延长的、可使用的稠度或粘度以适应目前采用的泵、注射、或喷射设备。该方法还提供选择和制备配方组分的协定，以设计需要不同粘度情况下的配方。

发明概要

本发明的目的是要提供一种包括废弃物和废弃物包装材料的配方，该配方能克服现有技术的许多缺点。

本发明的另一个目的是要提供一种把废弃物当作可用泵抽送的凝结剂中的一种主体成分的方法。本发明的一个特点是采用添加剂减缓凝结剂组分之间的反应。本发明的一个优点是延长了可操作性的时间。另一个优点是使用迄今为止不能用的废弃物。

还有，本发明的另一个目的是提供了一种把普通市售的氧化物转化成可用泵抽送的陶瓷凝结剂中的一种组分，本发明的一个特征是煅烧氧化物，然后把煅烧的氧化物与涂剂混合。本发明的一个优点是减小了煅烧的氧化物与其他凝结剂组分的反应速率，从而延长了凝结剂在凝固之前的可操作时间。

本发明的再一个目的是提供一个用在可用泵抽送的陶瓷凝结配方产品中的氧化物选择标准。本发明的一个特点是用氧化物的溶解性、孔隙度和结构特性来区分合适的氧化物与不合适的氧化物的。本发明的一个优点是上述特性在混合或形成废弃物结构之前是可限定的。另一个优点是具有所需特性的氧化物可以通过煅烧的方法生产。

简要地说，本发明提供可用泵抽送的陶瓷组合物，该组合物由无机氧化物、磷酸钾和氧化物覆盖材料组成。

还提供一种可用泵抽送的陶瓷基废弃物配方，按重量计，包括7-14％的MgO,25-40％的KH₂PO₄,15-50％的灰份，1-4％的硼酸，0.5-2％的木素磺酸盐和15-25％的水。

本发明还提供一种制备可用泵抽送的陶瓷基废弃物的方法，包括根据溶解性、表面积和形态标准选择无机氧化物；

所选择的氧化物与磷酸盐溶液及废弃物混合，形成第一种混合物；第一种混合物中加入添加剂得到第二种混合物；在第二种混合物中加入水，形成一种活性混合物；混匀活性混合物；并且，让活性混合物凝固。

附图简述

由以下图示的发明实施例的详细描述可最好地理解本发明连同上述及其它目的和优点。

图1是生产与本发明特征一致的可用泵抽送的陶瓷废弃物的方法示意图。

图2是本发明的可用泵抽送的陶瓷废弃物的X-光衍射分析结果。