[发明专利]合成的混杂岩组合物、方法及由该方法生成的产品

说明书

本申请是申请号为200680026944.X、申请日为2006年8月9日、同题的专利申请的的分案申请。

发明领域

本发明一般涉及合成的混杂岩物质组合物、产品以及使用尾矿(mine tailings)、矿开采岩(mine development rock)、矿灰、矿渣、矿粉、矿泥和类似的矿石废料作为起始原料的相关方法。

相关技术说明

矿回收和废弃矿物加工不是很新的工业。存在许多系统、工艺和方法来实现环境矿清理，并从主要由废弃矿物组成的原材料生产有用产品。

美国专利第3,870,535号公开了处理煤开采废料以生产粘结材料(cementitious material)的方法，所述黏结材料在大气压下自硬化，并可用作结构填充物、路基材料，或者作为固结的聚集体屏障以防止穿透性渗透和因此产生的地面水污染。所述方法包括使用石灰(以中和硫酸)或者石灰和火山灰材料(如飞灰)处理来自煤提取过程的煤开采尾矿，以在含有从尾矿释放的硫酸根离子的湿气存在下，于大气压下反应至少几天，并且在某些情况下还与尾矿中的可溶性铁产物反应。要求保护的产品是煤开采废料和化学计量不同浓度的石灰、水和飞灰的混合物。该发明产品一般是3CaO、Al₂O₃、3CaSO₄、30-32H₂O或3CaO、Al₂O₃、CaSO₄和10-12H₂O的多种。产品样品的渗透性测试数据表明，在100℉下七天固化期结束后，渗透性降低。而且，压缩强度数据表明，PSI中测试的压缩强度随固化期进展而增加。关于组合物密度和可塑性的详细信息未公开。然而，该组合物本质是有粘结性的，并因此在应用和潜在实用中是受限制的。基于黏结剂的产品的公知缺点包括高孔隙率和由于温度和气候波动所产生的结构不稳定性。

美国专利第5,286,427号公开了通过使用尾矿废料生产结构建筑材料来实现环境清理的方法。该方法包括：提供用于生产结构建筑材料的设备；提供用于生产建筑材料的原料，该原料包含未处理尾矿(具有适合直接使用的材料分级)，作为经处理的硅砂加黏结剂和铝粉的替代物；分析所述尾矿以确定组成和所含其他原料的重量百分比含量；从所述尾矿制备浆料，并将该浆料与其他原料结合以生成批浆料(batch slurry)；根据尾矿中的重量百分比含量来调节其他原料的量；并通过所提供的设备加工所述批浆料，包括生成建筑结构材料的最终固化步骤。由于发生在浇铸阶段(casting stages)的化学反应，因此生产的浆料从流体形式变化为建筑材料的半固体形式。所述半固体形式膨胀并与模具形状一致，并有利于在固化之前被切成较小单元。所生成并要求保护的压热充气处理的黏结剂仅具有有限的功用，因为该组合物缺乏可塑性并因此不能有效的随后再成形。有关该材料渗透性、孔隙率和所需固化时段的信息未公开。如前所述，黏结剂的公知缺点包括高孔隙率和由于温度和气候波动而产生的结构不稳定性。

美国专利第6,825,139号公开了结晶组合物、多晶制品、产品和使用煤灰作为起始原料的相关方法。该方法包括：将煤灰颗粒与至少一种玻璃形成剂和至少一种结晶催化剂混合，熔化该组合以形成混合物，并将所得到的混合物冷却至室温以形成包含SiO₂、Al₂O、CaO、Fe₂O₃、TiO₂、MgO、Na₂O、Li₂O、CeO₂、ZrO₂、K₂O₅、P₂O₅、Cr₂O₃、ZnO和MnO₂的同质、非多孔多晶制品。该多晶制品是通过催化结晶作用从玻璃组合物获得的多晶材料，且由均匀分布于其余玻璃相的一种或多种结晶矿物相组成。电子显微术揭示的微观结构鉴定显示了晶体尺寸约1μm的密集玻璃陶瓷结构。由X射线衍射所证明的该组合物的矿物组成揭示了主要结晶相是钙长石，而其他结晶相包括钠长石和二硅酸锂。发现玻璃密度最高达2720kg/m³；孔隙率小于0.02％；且弯曲强度最大达150MPa。然而，组合物被加热至需要添加至少一种结晶催化剂以实现各结晶相的温度，达到该程度时，所述组合物、产品和相应的方法是相对繁琐的，并且如果在催化剂添加过程中出现失误则容易不准确。