一種由鹼金屬氫氧化物製備固體材料的方法

2023-04-29 08:56:31

專利名稱：一種由鹼金屬氫氧化物製備固體材料的方法
一種由鹼金屬氫氧化物製備固體材料的方法
背景技術：
通過防止水、空氣和土壤的汙染來環境保護成為當務之急。許多廢棄物 特別是工業廢棄物含有可觀數量的諸如鈉、鉀、鋰的鹼金屬的化合物，例如金屬清洗槽中(cleaning baths)的情況。
廢棄物中存在鹼金屬元素在處理時會產生嚴重的麻煩。例如，它們會破 壞焚燒爐的耐火材料。通過將鹼化合物與酸化學品中和、通過用水稀釋或者 在使用水泥進行陸地處理前固化可能會避免這個問題。然而，固化技術的缺 陷是，原理上僅能使用純水和洗滌的聚合體來製備優質的混凝土 (見書籍 丄e Beton Jacques Baron, Raymond Sauterey, Les Liants mineraux》Philippe Pichat,刊物 《 Technique Modeme n° 1， 2001, 23-31頁)。
關於陸地處理有很嚴格的法律和規章。在法國，為了獲得許可，廢棄物 必須遵照有關滲出水(leaching water)的pH值、全部可溶部分和固體含量 的規章。但是，據觀察，通過使用用水泥進行固化處理的氫氧化鈉NaOH並 沒有轉化成滲出水的pH小於13的材料。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種通過鹼金屬氫氧化物或一種它的前體來 製備符合規章的和尤其符合X30417標準的固體材料的方法。 當該固體材料達到下列條件時可以符合規章 一滲出水的pH值小於13;一可溶部分小於10%;一固體含量大於30%;和
一金屬和苯酚的濃度小於特定的限值。本發明是基於對鹼金屬氫氧化物、鈣鹽和二氧化矽的水溶液在幾周內轉 化成具有很低溶解度的固體材料進行觀察結果。根據一個方面，本發明提供了一種通過鹼金屬氫氧化物或一種它的前體 來製備固體材料的方法，該方法包括由以下組成的步驟一在水的存在下，將鹼金屬氫氧化物或一種它的前體與鈣化合物和二氧 化矽進行混合。鹼金屬氫氧化物可以為鋰、鈉、鉀、銣、銫或鍅的氫氧化物。優選氫氧 化鈉或氫氧化鉀。術語"鹼金屬氫氧化物的前體"可以理解為能夠在水溶液中形成鹼金屬 氫氧化物的化合物。前體的例子可以列舉為碳酸鹽和氧化物。優選該前體為 鹼金屬的碳酸鹽。優選鹼金屬氫氧化物以飽和溶液的形式存在，特別是飽和度為1N或者 更好為ION。也可以為過飽和溶液的形式或甚至可以為分散液(dispersion)的形式。優選的f丐化合物為碳酸鈣。然而，可以用另一種鈣化合物例如氯化物、 溴化物、硫酸鹽、硝酸鹽或磷酸鹽替代碳酸鈣或與碳酸鈣混合。根據具體實 施方式，所述鈣化合物和/或二氧化矽為殘渣。鈣化合物優選以粉末的形式加入。優選情況下，所述鈣化合物由顆粒制 成，該顆粒的100%粒度小於1000pm、更優選小於500(am、特別優選小於 lOO(im。白堊尤其適合。所述二氧化矽也優選為粉末。理想地，所述二氧化矽的100%粒度小於 100(Vm、更優選小於500|im、特別優選小於100|am。優選情況下，所述二 氧化矽以不同於具有較差反應性的石英的形式存在。然而，二氧化矽也可以為具有最佳的與溶液的表面接觸和由此具有最佳
反應性的其他形式，例如膠體溶液。根據具體實施方式
，所述鈣化合物和二氧化矽以矽鈣化合物的形式加入，例如，矽鈣砂(silica calcic sand)、粉煤灰(fly ashes)、底灰或者爐渣。該方法可以通過連續的方式或批量的方式進行操作。該方法操作非常簡單，包括用鈣化合物和二氧化矽接觸鹼金屬氫氧化物 溶液的步驟。反應比可以在很寬的範圍內改變。僅僅為了提供資料，相對於鹼金屬氫 氧化物或其前體，以摩爾比為0.1-10添加反應物可以獲得滿意的結果。優選情況下，每摩爾的鹼金屬氫氧化物或其前體，需用0.1-5摩爾的鈣 化合物。同樣，每摩爾的鹼金屬氫氧化物或其前體，需用0.1-5摩爾的二氧 化矽。優選將各種成分混合約5分鐘。所述鈣化合物和二氧化矽可以同時或分別加到鹼金屬氫氧化物中。根據具體實施方式
的方法，在兩種分散液混合前，將鈣化合物和二氧化 矽分別分散於鹼金屬氫氧化物或其前體。在製備後，分散液可以混合或可以不混合。在其它條件相同時，該實施 方式具有降低固化鹼金屬氫氧化物或其前體所必需的反應物量的優點。實際上，固化100重量份10N的NaOH所必需的反應物量可以從39.4 重量份CaC03 (粉末< 600 |Lim)和80重量份Si02分別降低到27重量份 CaC03 (粉末<600,)和70重量份SiO2。可以推想到， 一方面有雪矽鈣石(Tobermorite)形成，另一方面有 Pirsonnite-Gay-Lussite形成。甚至在室溫下，當鈣化合物和二氧化矽不經過任何攪拌而靜置時，仍可 以觀察到稠化的鈣化合物和二氧化矽的分散液。然而，通過攪拌以及提高溫 度可以加快反應。 混合物的粘度迅速提高。根據鹼金屬氫氧化物和反應物的濃度，可得到聚合體、油灰(putty)、糊狀或漿液形式的產物。一般來說，不必提供任何附加的熱能。在室溫下，該反應通常進行幾天 或幾周。然後，所得到的產物可以轉化為整塊的材料。接著，通過灌注、抽吸、 壓縮或振動壓實成形。本發明的方法十分令人特別意外，因為氫氧化鈉具有像所有鈉化合物一 樣的很高的溶解度(420gr/liter)，和通過鈣鹽和二氧化矽固化後在水中微溶 並且沒有反應性。本發明的方法操作簡單且操作經濟，因為其只需要優選來自採石場的廉 價反應物。生產耗能少且沒有汙染。根據優選的實施方式，從殘渣中得到鈣 化合物。因此，該方法不需要任何熱能、任何昂貴或複雜的設備，並且對人員和 環境沒有任何特別的危險。另外，本發明的方法不向環境排放氣體或液體，因此在生態上十分清潔。為了在物理上或化學上隔離殘渣，本發明的方法還可以用於塗覆其它殘 渣。這種變型特別引人注意，例如用於捕集可浸提的元素。實際上，固化過程中的溶液含有通常具有較高比表面積的矽-鈣水合物， 該比表面積約為幾百平方米/克。這使得元素的捕獲傾向於在固化產物中浸出 廢棄物。根據另一方面，本發明提供了儲不溶於水的固體廢棄物的方法，該方法 包括以下步驟一在水的存在下，將鹼金屬氫氧化物或一種它的前體、鈣化合物和二氧化矽混合；_在所述混合物中浸入廢棄物；
一在固化的所述混合物中，在物理上和化學上隔離所述廢棄物；和 一將得到的固體材料轉化為整塊產物。所述廢棄物可以為任何類型。優選情況下，為石墨片。特別優選的廢棄 物是根據法律和規章，被視為有毒的和/或放射性的廢棄物。優選所得到的固體材料符合法國關於陸地處理廢棄物的規章章程。特別是，固體材料優選的條件是-一浸出水的pH小於13;一可溶部分小於10%;_固體含量大於30%;且一重金屬和碳濃度低於特定的限值。根據另一方面，本發明的另一個目的是提供一種可通過上述方法得到的 固體材料。產物的固化速度足夠快，允許在製造後立刻使用或儲存。因此， 所得到的產物可以直接儲存。然後，所述固體材料可以用於建築工地來製造工程結構件，例如泥漿、 板材、道路，或者用於填充孔洞；或用於預製設備。還可以放入最終廢棄物的儲存設備或專門的填埋中心。根據最後一個方面，本發明的目的在於提供一種得到的固化產物在建造 建築物和公共設施，以及儲存固體廢棄物中的應用。下面給出實施例來說明本發明，但並不是用任何方式限制。
具體實施方式
實施例 實施例1向1000 kg的16.7N氫氧化鈉溶液中加入700 kg工業殘渣形式的氯化鈣 和100%粒度小於1000pm的640 kg來自採石場的二氧化矽。陳化28天，
得到固體材料。根據X 30417標準在24小時期間進行浸出試驗。溶液的pH 值小於13，可溶部分小於10%，且固體含量大於35重量％。
實施例2
向1000kg的ION氫氧化鈉溶液中加入10(P/。粒度小於500iLim的1100kg 碳酸鈣粉末和100%的粒度小於1500nm的623 kg工業殘渣形式的二氧化矽。 陳化28天，得到固體材料。根據X 31212標準進行超過24小時的浸出試驗。 溶液的pH值小於13，可溶部分小於10%，且固體含量大於35重量％。
實施例3
向1000 kg的ION氫氧化鈉溶液中加入100%粒度小於500pm的990kg 碳酸鈣粉末，110 kg氯化鈣和100%粒度小於500|am的625 kg工業殘渣形式 的二氧化矽。陳化28天，得到固體材料。根據X 31212標準進行超過24小 時的浸出試驗。溶液的pH值小於13，可溶部分小於10%，且固體含量大於 35重量％。
實施例4
將直徑135 mm、高600 mm和重11 kg的石墨汽缸浸入實施例2製備的 新鮮溶液中。這種基體通過固化而具有物理上和化學上的隔離，並原位捕獲 了可以含在石墨中的汙染物，例如放射性同位素。
實施例5
將100 kg NaOH (ION溶液形式)與33 kg 二氧化矽混合併放置接觸六 天。然後添加從採石場選取的35kgl00"/。粒度小於600微米的碳酸鈣。對於 100 kg鹼金屬氫氧化物總共使用68 kg反應物，獲得符合X 30417標準的材料。實施例6將100 kg NaOH (10N溶液的形式)與27 kg從採石場選取的100%粒度 小於600微米的碳酸鈣混合併放置接觸三天。然後添加35kg二氧化矽。對 於100 kg鹼金屬氫氧化物使用62 kg反應物，獲得符合X 30417標準的材料。
實施例7將100 kg NaOH (ION溶液的形式)與27 kg碳酸鈣混合併放置接觸一 天。在另一個容器中，將100 kg NaOH (ION溶液的形式)與24 kg 二氧化 矽放置接觸三天。對於lOOkg鹼金屬氫氧化物使用51 kg反應物，獲得符合 X 30417標準的材料。
權利要求
1、 一種儲存廢棄物的方法，該方法包括下列步驟_在水的存在下，將氫氧化物與鈣化合物和二氧化矽進行混合；—將廢棄物浸入到混合物中；一在固化的混合物中，將所述廢棄物進行物理上和化學上的隔離；和 _將得到的固體材料轉化為整塊產物。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中，在混合兩種分散體之前，將所 述鈣化合物和二氧化矽分別分散於鹼金屬氫氧化物或它的前體中。
3、 根據權利要求1或2所述的方法，其中，在每摩爾鹼金屬氫氧化物 或它的前體中加入0.1-5摩爾的鈣化合物。
4、 根據權利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，在每摩爾鹼金屬 氫氧化物或它的前體中加入0.1-5摩爾的二氧化矽。
5、 根據權利要求1-4中任意一項所述的方法，其中，所述固體材料的 滲出水的pH小於13。
6、 根據權利要求1-5中任意一項所述的方法，其中，所述固體材料的 可溶部分小於10%。
7、 根據權利要求1-6中任意一項所述的方法，其中，所述固體材料的 固體含量大於30%。
8、 根據權利要求1-7中任意一項所述的方法，其中，所述廢棄物為石 墨片。
9、 一種整塊產物，該整塊產物能夠通過權利要求1-8中任意一項的方 法得到。
10、 權利要求9所述的整塊產物在建築物和公共設施的建造中以及固體 廢棄物的儲存中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種由鹼金屬氫氧化物或它的前體製備固體材料的方法，該方法包括在水存在下將鹼金屬氫氧化物或它的一種前體與鈣化合物和二氧化矽進行混合。本發明還涉及一種儲存廢棄物的方法、一種能夠通過所述方法得到的固體材料及所述材料的應用。
文檔編號B09B3/00GK101124179SQ200680005437
公開日2008年2月13日 申請日期2006年2月21日 優先權日2005年2月21日
發明者P·皮沙 申請人:P·皮沙