[發明專利]一種磷酸鎂陶瓷水泥及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010534774.8
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111635214A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 朱峣霖;王洪濤;代子龍;王伊一;高載坤
• 申請（專利權）人: 朱峣霖
• 主分類號: C04B28/34
• 分類號: C04B28/34;G21F9/16;G21F9/30;C04B111/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 馬小星

本發明提供了一種磷酸鎂陶瓷水泥及其制備方法和應用，屬于核廢料治理技術領域。本發明采用重燒氧化鎂和磷酸二氫鉀作為磷酸鎂陶瓷水泥的原料，能夠顯著增強磷酸鎂陶瓷水泥的強度，同時增強磷酸鎂陶瓷水泥的包容量和耐輻照性能；以硼砂和粉煤灰作為緩凝劑，改善磷酸鎂陶瓷水泥的流動性，提高磷酸鎂陶瓷水泥的早期和長期抗壓強度，同時填充骨料、細砂、聚乙烯纖維增強陶瓷水泥的物理性能，提高水泥的致密性和穩定性，本發明提供的磷酸鎂陶瓷水泥具有凝結硬化可調節、早中后期強度高、致密性高、耐輻照性、抗浸出性、抗沖擊性等特點，可使用在放射性泥漿、泥沙等領域的處理方面，并適用于應急情況下快速固化核廢料。

技術領域

本發明涉及核廢料治理技術領域，尤其涉及一種磷酸鎂陶瓷水泥及其制備方法和應用。

背景技術

在自然界中存在著大量含放射性元素的磷酸鹽礦物，如磷灰石、獨居石等。這些磷酸鹽礦物能將放射性元素穩定地固定在其結構內而不對環境造成影響。因此，磷酸鹽礦物能夠作為放射性廢物的固封材料。

磷酸鎂水泥(Magnesium phosphate cement，MPC)是由重燒氧化鎂、磷酸鹽、緩凝劑等通過酸堿反應生成的以磷酸鹽為粘結相的新型膠凝材料；其中，重燒氧化鎂是由菱鎂礦經1400～1600℃高溫煅燒而成，磷酸鹽為磷酸鎂陶瓷水泥的水化反應提供酸性環境和磷酸根離子。磷酸鎂陶瓷水泥利用氧化鎂與可溶性磷酸鹽之間的酸堿中和反應膠結未反應的氧化鎂顆粒與其他填料，形成一定的密實結構并產生強度。磷酸鎂陶瓷水泥具有快硬早強、孔隙率低、粘結力強、浸出率低、體積穩定性好、耐熱耐高溫、與舊混凝土之間的相容性好、耐久性好及環境適應性廣等優點，在建筑材料、耐高溫材料、固封廢料、深層油井固化、生物骨粘結材料等方面呈現出廣闊的應用前景。

此外，磷酸鎂陶瓷水泥又被稱為“陶瓷水泥”，將放射性廢料中的放射成分轉化成它們的磷酸鹽即能實現放射性廢料的安全貯存和處置，現有技術通常采用磷酸鎂陶瓷水泥固化α泥漿或者放射性廢液來實現對放射性元素的包裹。然而，如何調節凝結硬化、提高陶瓷水泥的致密性、控制早中后期陶瓷水泥強度，以增強對放射性廢物的包容量還需進一步研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種磷酸鎂陶瓷水泥及其制備方法和應用，所述磷酸鎂陶瓷水泥具有高包容量，且具有凝結硬化可調節、早中后期強度高、致密性高、耐輻照性、抗浸出性和抗沖擊性等性能，可使用在放射性泥漿、泥沙等領域的處理方面，并適用于應急情況下快速固化核廢料。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種磷酸鎂陶瓷水泥，包括以下質量百分含量的制備原料：

重燒氧化鎂8～18％，磷酸二氫鉀3.2～6.7％，粉煤灰20～40％，硼砂0～2.0％，骨料20～22.5％，細砂5～20％，聚乙烯纖維0～5％，減水劑0.02～0.5％。

優選的，所述重燒氧化鎂的煅燒溫度＞1700℃，所述重燒氧化鎂中氧化鈣的含量＜5％，所述重燒氧化鎂的比表面積為4200～6800cm²/g。

優選的，所述磷酸二氫鉀的純度＞97％，粒徑＞200目。

優選的，所述粉煤灰為Ⅰ級粉煤灰，所述粉煤灰的比表面積＞7000cm²/g，所述粉煤灰中粒度＜10μm的顆粒占比＞90％；所述硼砂的純度＞97％。

優選的，所述骨料為礦粉或礦渣，所述骨料的粒度＞7000cm²/g。

優選的，所述細砂的粒徑為5～10mm，所述細砂的細度模數為2.0～3.0。

優選的，所述聚乙烯纖維的長徑為3～12mm。

優選的，所述減水劑包括萘系高效減水劑、脂肪族高效減水劑、氨基黃酸鹽高效減水劑或聚羧酸高性能減水劑，所述減水劑的減水率≥20％。