專利名稱：含磷無機聚合物及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種建筑、環(huán)保等領域的無機聚合物材料及它的制備方法，尤其是含磷無機聚合物及其制備方法背景技術在已有的廢棄物處理技術中，以水泥為代表的無機固化劑用于處理廢棄物時，產物具有較高的強度及較好的穩(wěn)定性，但處理效率較低。通常情況下，廢棄物在產物中所占的比率在40％以下，而以高分子聚合物為代表的有機固化劑用于處理廢棄物時，處理效率較高但產物的穩(wěn)定性差。而關于凝石技術的報道，在已公開的專利文獻和建材領域的情報及通訊中多有披露，尤其是以堿激發(fā)理論所指導的堿激發(fā)礦渣水泥的問世，使業(yè)內人士在工業(yè)礦渣的綜合利用上竟相發(fā)表了自己的“白皮書”。然而，在生產實踐中，由于堿激發(fā)礦渣水泥的成本頗高其實用性越來越趨于暗淡。同樣，基于凝石技術的要求，以CaO，SO3，R2O為主要成分的激發(fā)劑所生產的“凝石二元化濕水泥”問世不久，就曾遇到了傳統(tǒng)水泥行業(yè)的普遍質詢。畢竟，是以硅鈣體系還是以硅鋁體系為基礎的水泥產品的換代勢必要引起此材料領域和它涉及的環(huán)保領域的一場革命。在此種情況下，就技術優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢而言，含磷無機聚合物大大優(yōu)于其它同類技術。例如，可用于處理各種受污染的固體，淤泥和液體，各種有害的金屬，各種低放射性的廢棄物，及各種有害的化學品的有效封裝處理。又如，可利用幾乎任何種類的無害固體廢棄物(例如粉煤灰，木屑，爐碴，玻璃等等)制備多種顏色的各類優(yōu)質建筑材料(例如磚塊，瓦片，瓷磚，防火墻隔離板等等)。產品在低溫下就可成型，且工藝設備簡單、成熟，成本低廉；產品成型過程是純無機化學過程，不釋放任何有害物質，不造成任何二度污染；產品抗壓強度可達83Mpa，抗彎強度可達11Mpa；產品熱穩(wěn)定性極好，抗輻射；產品密實性好，外觀孔隙度接近于0；而且產品性能可在一定程度上加以調控。尤其是，廢棄物在成品中所占比例(重量或體積)最高可達95％。與凝石技術相比，含磷無機聚合物及其制備方法的出現(xiàn)更為同仁們提供了一種其目的、手段、效果可以同時或單列進行比較、鑒別的機會。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種含磷無機聚合物及其制備方法。泛指而言，這里所說的含磷無機聚合物是指能對有害廢棄物的處理封存及無害廢棄物的再利用的含磷無機聚合物，當然，關于它的制備方法也是至少一種能夠處理各種受污染的固體，淤泥和液體，各種有害的金屬，各種低放射性的廢棄物，及各種有害的化學品的有效封裝的處理方法及處理幾乎任何種類的無害固體廢棄物的方法。為此，本發(fā)明解決所述問題的技術方案是一種含磷無機聚合物，包括第一、二、三主族金屬的氧化物或氫氧化物，或第四、五、六周期過渡金屬的氧化物或氫氧化物，或所述屬這些化合物的且經過預處理的粉末狀反應物，還包括生活、工業(yè)廢棄物的渣料，其中，所述的粉末狀反應物與硼酸構成的第一混合物，由所述的第一混合物與磷酸或磷酸鹽制成的漿料是第二混合物，由所述的第二混合物與所述的生活、工業(yè)廢棄物的渣料構成的聚合物漿料，其中，所述的第一混合物，其混合物中的硼酸與粉末狀反應物的重量比是(5-15)∶(95-85)；所述的第二混合物，其中的第一混合物與磷酸的重量比是1∶1(+/-0.1)，而根據上述構成含磷無機聚合物的技術方案，形成其產品的制備方法又包括如下步驟a)對屬于第一、二、三主族金屬的氧化物或氫氧化物，或第四、五、六周期過渡金屬的氧化物或氫氧化物或某些該類化合物進行粉碎成為粉末狀物料；b)將步驟a)中的粉末狀物料倒入Al2O3容器或MgO容器或金屬鉑容器，在溫度為1200℃-1500℃進行加熱預處理，熱處理時間為10-60分鐘，祛除該物料表面的小分子雜質；c)在步驟b)中預處理后的粉末狀物料中加入硼酸，且此時粉末狀物料與硼酸的重量比是(95-85)∶(5-15)，并由此得到第一混合物；d)在步驟c)的第一混合物中加入磷酸或磷酸鹽，且第一混合物與磷酸的重量比是1∶1(+/-0.1)，其中，所述的磷酸相對于購入濃度為90％的磷酸的稀釋濃度是50％；或者，第一混合物與磷酸鹽的重量比是1∶3(+/-0.5)，并由此得到第二混合物漿料；e)將步驟d)的第二混合物漿料與生活、工業(yè)廢棄物渣料按比例充分攪和，且第二混合物漿料與生活、工業(yè)廢棄物渣料的重量比是(50％-5％)∶(50％-95％)，并由此得到的含磷無機聚合物漿料；f)將步驟e)中的漿料放入放入塑模中固型；
g)將步驟f))中的成型品脫模并置于室溫或自然風干條件下風干，得到含磷無機聚合物的最終產品。
相比已知技術，本發(fā)明所具有的突出的實質性特點和顯著的技術進步從本發(fā)明涉及的技術方案中可以得出非常積極的效果首先，本發(fā)明強調了含磷無機聚合物的組分，雖然磷酸或磷酸鹽在聚合物中的比重不突顯，但由于它的存在，使得本發(fā)明可提供服務領域極為廣泛，組分中所涉及的氧化物或氫氧化物能滿足第一、二、三主族金屬或第四、五、六周期過渡金屬的范疇；從應用角度看，本發(fā)明滿足工業(yè)產品的后產品的要求是空前的，例如，它可以滿足并超過高標號水泥產品的標準但又不必考慮生產水泥的物、化條件，它可以滿足各種工業(yè)廢棄物收集、整合、二次利用的苛刻要求，它可以滿足生活垃圾的再處理并成型為綠色環(huán)保的產品；完成本發(fā)明的制備過程非常簡單，只要按照本發(fā)明的制備步驟就可以實現(xiàn)生活、工業(yè)廢棄物的成型制作。


圖1是制作含磷無機聚合物產品的流程示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明基于含磷無機聚合物可用于對有害廢棄物的處理封存及無害廢棄物的再利用的這一指導思想，其涉及的方法是對有毒有害的廢棄物進行處理及對無毒無害的廢棄物進行再利用。具體地說，本發(fā)明涉及的是一種含磷無機聚合物，包括第一、二、三主族金屬的氧化物或氫氧化物，或第四、五、六周期過渡金屬的氧化物或氫氧化物，或所述屬這些化合物的且經過預處理的粉末狀反應物，還包括生活、工業(yè)廢棄物的渣料，其中，所述的粉末狀反應物與硼酸構成的第一混合物，由所述的第一混合物與磷酸或磷酸鹽制成的漿料是第二混合物，由所述的第二混合物與所述的生活、工業(yè)廢棄物的渣料構成的聚合物漿料，其中，所述的第一混合物，其混合物中的硼酸與粉末狀反應物的重量比是(5-15)∶(95-85)；所述的第二混合物，其中的第一混合物與磷酸的重量比是1∶1(+/-0.1)，其中，所述的磷酸，它相對于購入濃度為90％的磷酸的稀釋濃度為50％；或者，所述的第二混合物，其中的第一混合物與磷酸鹽的重量比是1∶3(+/-0.5)，所述的聚合物，其中的第二混合物漿料與所述的生活、工業(yè)廢棄物渣料的重量比是(50％-5％)∶(50％-95％)。這里，所述的第一混合物中的金屬的氧化物或氫氧化物可以是Li2O、MgO、Al2O3、GaO，或Mg(OH)2、Ca(OH)2，所述的第一混合物中的第四、五、六周期過渡金屬的氧化物可以是TiO2、Fe2O3、ZrO、WO3，或Mn(OH)2、Zr(OH)2。由此，根據上述構成含磷無機聚合物的技術方案，形成其產品的制備方法又有如下步驟a)對屬于第一、二、三主族金屬的氧化物或氫氧化物，或第四、五、六周期過渡金屬的氧化物或氫氧化物或某些該類化合物進行粉碎至粉末狀物料；b)將步驟a)中的粉末狀物料倒入Al2O3容器或MgO容器或金屬鉑容器，在溫度為1200℃-1500℃的條件下進行加熱預處理，加熱預處理的時間為10-60分鐘，祛除該物料表面的小分子雜質；c)在步驟b)預處理后的粉末狀物料中加入粉末狀物料，且此時硼酸與粉末狀物料的重量比是(5-15)∶(95-85)，并由此得到第一混合物；d)在步驟c)的第一混合物中加入磷酸或磷酸鹽，且第一混合物與磷酸的重量比是1∶1(+/-0.1)，其中，所述的磷酸相對于購入濃度為90％的磷酸的稀釋濃度是50％；或者，第一混合物與磷酸鹽的重量比是1∶3(+/-0.5)，并由此得到第二混合物漿料；e)將步驟d)中的第二混合物漿料與生活、工業(yè)廢棄物渣料按比例充分攪和，且第二混合物漿料與生活、工業(yè)廢棄物渣料的重量比是(50％-5％)∶(50％-95％)，并由此得到的含磷無機聚合物漿料；f)將步驟e)中的含磷無機聚合物漿料放入塑模中固型；g)將步驟f)中的成型品脫模并置于室溫或自然風干條件下風干，得到含磷無機聚合物的最終產品。
這里需要指明的是，本技術方案第一混合物中的硼酸在含磷無機聚合物最終產品中的含量可控制在0.5％到5％之間；如果用的是磷酸鹽，則還需要加入一定量的水。水與磷酸鹽的重量比為1∶2(+/-0.5)；水的重量在含磷無機聚合物最終產品中的所占比例為13％-35％。而且，這里所說的磷酸鹽包括但不限于鈉、鉀的各種磷酸鹽(例如磷酸二氫鉀/鈉，磷酸氫二鉀/鈉等)，而在含磷無機聚合物最終產品中的生活、工業(yè)廢棄物的渣料占最終產品的重量50％-95％。
即此，在所描述的制備步驟中，其過程可稱之為放熱過程，無需外界提供能量，含磷無機聚合物最終產品的固化過程為一微膨脹過程。
由上述步驟可知，本發(fā)明涉及的制備方法類似于制備混凝土的工藝制備方法，可以制備出其性能與陶瓷相似的產品。其工藝過程可簡述為首先將原材料進行簡單的預處理，然后將預處理過的幾種原料的混合物混合形成溶液，再向所得到的溶液中加入一種或多種固體廢棄物，攪拌形成漿料。最后將所得漿料注入模具，固化成型。顯然，在自然風干或室溫過程中，本發(fā)明涉及的產品無需額外的能量即能快速形成堅硬、至密性極好的類陶瓷成品，而其成品性能及成型過程還可調控；它具有處理有害廢棄物的極高效率和極高地利用無害廢棄物的效率；從應用角度看，它可與除塑料和橡膠之外的幾乎任何材料結合，且有很強的疏塑料/橡膠性，因而易脫摸。本發(fā)明的產品抗壓強度可達83MPa，抗彎強度可達11MPa。產品熱穩(wěn)定性極好，且抗輻射。
下面，再以更多的實施例詳述之實例一，關于承德鋼鐵公司礦渣的處理及利用的實驗例取礦渣山的灰黑色礦渣與產自萊卅市中天美業(yè)化工廠的混合氧化物(含量為Fe2O3 19％，MgO 67％，SiO2 14％等)及購自北京化學試劑公司的磷酸(所購產品濃度為95％，用前稀釋至50％)和硼酸，按前述比例混合并按前述工藝進行處理，所得產物堅硬如磁，外觀空隙度接近為零，于室溫下放置時間超過半年，重量及外觀無變化。
實例二，關于湘西電解錳廠廢渣的處理及利用的實驗例取電解錳廠的灰綠色廢渣與產自萊卅市中天美業(yè)化工廠的混合氧化物(含量為Fe2O3 19％，MgO 67％，SiO2 14％等)及購自北京化學試劑公司的磷酸(所購產品濃度為95％，用前稀釋至50％)和硼酸，按前述比例混合并按前述工藝進行處理，所得產物堅硬如磁，外觀空隙度接近為零，于室溫下放置時間超過半年，重量及外觀無變化。
實例三關于發(fā)電廠粉煤灰的處理及利用的實驗例取發(fā)電廠之黑色粉煤灰跟產自萊卅市中天美業(yè)化工廠的混合氧化物(含量為Fe2O3 19％，MgO 67％，SiO2等14％等)及購自北京化學試劑公司的磷酸二氫鉀和硼酸按前述比例混合并按前述工藝進行處理，所得產物堅硬如磁，外觀空隙度接近為零，于室溫下放置時間超過半年，重量及外觀無變化。
實例四，關于生活垃圾的處理及利用的實驗例將取自日常生活垃圾經粉碎后與產自萊卅市中天美業(yè)化工廠的混合氧化物(含量為Fe2O3 19％，MgO 67％，SiO2 14％等)及購自北京化學試劑公司的磷酸氫二鉀和硼酸按前述比例混合并按前述工藝進行處理，所得產物外觀空隙度接近為零，于室溫下放置時間超過兩年，重量及外觀無變化。
實例五，關于木屑的再利用的實驗例將木屑與購自北京化學試劑公司的金屬氧化物(如分析純的Fe2O3，分析純的MgO，分析純的Y2O3等)及購自北京化學試劑公司的磷酸氫二鉀和硼酸按前述比例混合并按前述工藝進行處理，所得產物密度可控，有望作為隔熱板得到廣泛應用。
實例六，關于農藥生產廢棄物的處理實驗例將取自大連某化工廠農藥生產線之廢棄物與產自萊卅市中天美業(yè)化工廠的混合氧化物(含量為Fe2O3 19％，MgO 67％，SiO2等14％等)及購自北京化學試劑公司的磷酸氫二鉀和硼酸按前述比例混合并按前述工藝進行處理，所得產物外觀空隙度接近為零，室溫下放置時間超過一年，重量及外觀無變化。
其它實例上述實例一、二、三、四及六中所述的混合氧化物由實例五所例舉的任一金屬氧化物所替代并按前述比例混合且按前述工藝進行處理，所得產品質量均不低于相應混合物所得產物的質量。
綜上所述，本發(fā)明所具有的獨特優(yōu)異的性能使其可廣泛應用于建筑產品(如磚塊、瓦片、瓷磚、防火墻隔離板等等)；高抗壓強結構材料；可噴涂的超級防火隔離層；鉆井用水泥及密封材料；密封涂層；有害及無害廢棄物的封裝；放射性污染物的無泄露密封處理；有害混合物及放射性材料(液態(tài)或固態(tài))的安全封存。同時，又由于本發(fā)明的制備設備及工藝流程與制備常用混凝土的設備及工藝流程相同或相似，無需額外的投資舉措。因此，以本發(fā)明對常見廢棄物的大量處理及利用，可有效地提高經濟效益；如果再考慮到本發(fā)明其特別優(yōu)異的物理性能(包括低孔隙度、高阻燃性及高強度)，那么，本發(fā)明的性能價格比就極具競爭力，本發(fā)明帶來的是完全的綠色工藝及綠色產品。
下面分別給出本發(fā)明可能應用到的領域的分類表(表1)和本發(fā)明產品物理化學性能總結的參數(shù)表(表2)。
表1.應用

表2.產品參數(shù)表

權利要求
1.一種含磷無機聚合物，包括第一、二、三主族金屬的氧化物或氫氧化物，或第四、五、六周期過渡金屬的氧化物或氫氧化物，或所述的屬于這些化合物的且經過預處理的粉末狀反應物，還包括生活、工業(yè)廢棄物的渣料，其特征在于，所述的粉末狀反應物與硼酸構成的第一混合物，由所述的第一混合物與磷酸或磷酸鹽制成的漿料是第二混合物，由所述的第二混合物與所述的生活、工業(yè)廢棄物的渣料構成的聚合物漿料，其中，所述的第一混合物，其混合物中的硼酸與粉末狀反應物的重量比是(5-15)∶(95-85)；所述的第二混合物，其中的第一混合物與磷酸的重量比是1∶1(+/-0.1)，并且，所述的磷酸，它相對于購入濃度為90％的磷酸的稀釋濃度為50％；或者，所述的第二混合物，其中的第一混合物與磷酸鹽的重量比是1∶3(+/-0.5)；所述的聚合物，其中的第二混合物漿料與所述的生活、工業(yè)廢棄物渣料的重量比是(50％-5％)∶(50％-95％)。
2.一種根據權利要求1所述的含磷無機聚合物的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟a)將屬于第一、二、三主族金屬的氧化物或氫氧化物，或第四、五、六周期過渡金屬的氧化物或氫氧化物，或所述的屬于這些化合物進行粉碎，使其成為粉末狀物料；b)將步驟a)中的粉末狀物料倒入Al2O3容器或MgO容器或金屬鉑容器，在溫度為1200℃-1500℃進行加熱預處理，熱處理時間為10-60分鐘，祛除該物料表面的小分子雜質；c)在步驟b)中預處理后的粉末狀物料中加入硼酸，且此時粉末狀物料與硼酸的重量比是(95-85)∶(5-15)，并由此得到第一混合物；d)在步驟c)的第一混合物中加入磷酸或磷酸鹽，且第一混合物與磷酸的重量比是1∶1(+/-0.1)，其中，所述的磷酸相對于購入濃度為90％的磷酸的稀釋濃度是50％；或者，第一混合物與磷酸鹽的重量比是1∶3(+/-0.5)，并由此得到第二混合物漿料；e)將步驟d)的第二混合物漿料與生活、工業(yè)廢棄物渣料按比例充分攪和，且第二混合物漿料與生活、工業(yè)廢棄物渣料的重量比是(50％-5％)∶(50％-95％)，并由此得到的含磷無機聚合物漿料；f)將步驟e)中的漿料放入放入塑模中固型；g)將步驟f))中的成型品脫模并置于室溫或自然風干條件下風干，得到含磷無機聚合物的最終產品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含磷無機聚合物及其制備方法，所述含磷無機聚合物包括第一、二、三主族金屬的氧化物或氫氧化物，或第四、五、六周期過渡金屬的氧化物或氫氧化物，或所述的屬于這些化合物的且經過預處理的粉末狀反應物，還包括硼酸、生活、工業(yè)廢棄物的渣料、磷酸或磷酸鹽，在對所述粉末狀反應物進行簡單的預處理后，按次序、比重分別將硼酸、磷酸或磷酸鹽與經預處理過的粉末狀反應物混合形成第一混合物、第二混合物溶液，再向所得到的溶液中加入生活、工業(yè)廢棄物的渣料，攪拌形成漿料，最后將所得漿料注入模具，固化成型。
文檔編號B09B3/00GK1939861SQ20051010569
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權日2005年9月30日
發(fā)明者胡中波 申請人:北京賽力格科技發(fā)展有限公司