Cerámicas unidas por fosfato bombeables/inyectables.

Un procedimiento para la preparación de un material de desecho a base de cerámica bombeable,

comprendiendo el procedimiento:

a) calcinar un óxido de magnesio que tiene un tamaño medio de partícula entre 8 y 10 micrómetros y un contenido de calcio de menos de un 0, 5% en peso a 1300'C, enfriar el óxido de magnesio calcinado y redimensionarlo a un tamaño medio de partícula entre 8 y 10 micrómetros,

b) combinar el óxido de magnesio obtenido en la etapa a) con un polvo o una solución de fosfato ácido de potasio y con desechos,

c) combinar un aditivo que contiene un agente de revestimiento y un agente eliminador de agua, ya sea con el producto de la etapa a) antes de efectuar la etapa b) o con el producto de la etapa b), seleccionándose el agente de revestimiento entre ácido bórico y ácido cítrico y seleccionándose el agente eliminador de agua de un lignofosfonato y un lignosulfonato,

d) añadir agua a la mezcla que contiene el óxido de magnesio, fosfato de potasio, desechos y aditivo para crear una mezcla reactiva, y

e) homogeneizar la mezcla reactiva.

Cerámicas unidas por fosfato bombeables/inyectables.

El gobierno de los Estados Unidos tiene derechos en esta invención en virtud del contrato nO W-31-109-ENG-38 entre el Departamento de la Energía de EE. UU. y la Universidad de Chicago en representación del Argonne National Laborator y .

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención versa acerca de un material cerámico bombeable/inyectable y, más en particular, la presente invención versa acerca de una composición cerámica que mantiene una viscosidad reducida durante periodos prolongados de tiempo para permitir que la composición sea bombeada o inyectada en emplazamientos geológicos

o artificiales difíciles de alcanzar.

2. Antecedentes de la invención

La eliminación de residuos peligrosos, residuos radiactivos de bajo nivel o residuos benignos sigue presentando problemas. El espacio dedicado a vertederos se está volviendo más escaso, de modo que, a menudo, se considera que únicamente el material no reciclable o el material no biodegradable son los únicos candidatos para los vertederos.

Cuando se echan materiales peligrosos en un vertedero, debe tenerse cuidado de evitar la desestabilización del material para que no ocurran filtraciones.

Aparte de los vertederos, se han realizado esfuerzos por combinar con cemento el material que debe eliminarse para formar monolitos macizos o formas de residuos para su enterramiento o para su uso como productos estructurales. Por ejemplo, la patente estadounidense nO 4.432.666, de Frey et al., da a conocer el uso de cemento y otros aglomerantes hidrófugos para la eliminación de residuos que se cree que son dañinos para el entorno. Sin embargo, el cemento es inestable en muchas situaciones, por ejemplo cuando se intenta encapsular materiales halogenados.

La patente estadounidense nO 3.093.593, de Arrance, da a conocer un procedimiento para vitrificar materiales de silicatos para encapsular residuos radiactivos. Sin embargo, se requieren temperaturas de hasta 1.400·C para producir formas de residuos finales.

La patente estadounidense nO 5.645.518, otorgada al presente cesionario, se proporciona un procedimiento para estabilizar residuos mixtos de bajo nivel, tales como residuos médicos radiactivos y otros materiales de ese tipo, en el que materiales de cerámica de fosfatos estabilizan física y químicamente los residuos a temperatura ambiente. Sin embargo, en tales empeños, las formas de residuos finales fraguan rápidamente. Esta característica de fraguado rápido provoca diversos grados de falta de trabajabilidad al procedimiento, particularmente en situaciones en los que se requieren baja viscosidad y tiempos operativos prolongados. Tales situaciones incluyen aquellas en las que el material ha de ser soplado, vertido o inyectado en pozos o grietas profundos, en la estabilización in situ de residuos enterrados, en el saneamiento de emplazamientos de accidentes nucleares o vertidos de residuos y en aplicaciones de materiales refractarios bombeables.

El documento US 5518541 describe una composición de fosfomagnesio que comprende (a) una fase aglomerante que incluye al menos un compuesto de fósforo y al menos un compuesto de magnesio reactivo con él en presencia de agua y (b) al menos un compuesto de silicona de alquilo hidrogenado distribuido homogéneamente en la composición. Se usa la silicona para proporcionar al cemento de fosfomagnesio resistencia al agua y acortar el tiempo de fraguado, al contrario que la presente invención.

El documento FR 2764285 tiene como objeto un cemento de fosfomagnesio resistente a la descomposición o a la absorción de agua mientras conserva lo que sus inventores ven como la ventaja de tiempos rápidos de fraguado, tiempos que son mucho más rápidos que los contemplados en la presente invención.

Además de los inconvenientes de los procedimientos anteriormente mencionados, los materiales suministrados comerciales para su uso como componentes (particularmente los óxidos) de los procedimientos anteriores están en formas adversas a la formulación de mezclas autosuspensibles. En consecuencia, las reacciones exotérmicas se vuelven incontrolables, llevando a suspensiones cementicias más espesas, careciendo de homogeneidad el producto final. Además, el tiempo rápido de fraguado resultante del material cerámico no proporciona un tiempo de trabajo adecuado.

Existe la necesidad en la técnica de una formulación y de un procedimiento de encapsulación de residuos que tenga en cuenta la estabilización de una infinidad de materiales de desecho en una infinidad de escenarios de deposición. La formulación y el procedimiento deberían proporcionar licores residuales que tengan consistencias o viscosidades trabaja bies de forma prolongada para dar cabida a los equipos actualmente disponibles de aplicación por bombeo, inyección o pulverización. El procedimiento también deberla proporcionar un protocolo para seleccionar y preparar componentes de la formulación para adaptar la formulación a situaciones que requieran grados variados de viscosidad.

Resumen de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento para el uso de residuos como componente volumétrico en agentes endurecedores bombeables. Una característica de la invención es el uso de aditivos para ralentizar la reacción entre los componentes de los agentes endurecedores. Una ventaja de la invención es la extensión del tiempo de trabajabilidad. Otra ventaja es el empleo de residuos no utilizables hasta ahora.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un medio para transformar el óxido de magnesio comúnmente disponible en un componente de los agentes endurecedores bombeables. Una característica de la invención es calcinar el óxido y luego mezclar los óxidos calcinados con agentes de recubrimiento. Una ventaja de la invención es la reducción en la velocidad de reacción del óxido calcinado en relación con los demás componentes de los agentes endurecedores, lo que lleva a un tiempo extendido de trabajabilidad del agente endurecedor antes del curado.

Brevemente, la invención proporciona una composición cerámica bombeable que comprende óxido de magnesio, fosfato de potasio y un material de recubrimiento de óxido.

La formulación de residuos bombeables a base de cerámica preparada por el procedimiento de la invención comprende del 1 al 14% en peso de MgO, del 25 al 40% en peso de KH2P04, del 15 al 50% en peso de ceniza, del 1 al 4% en peso de ácido bórico, del 0, 5 a 2% en peso de lignosulfonato y del 15 al 25% en peso de agua.

La invención también proporciona un procedimiento para preparar formas de residuos a base de cerámica bombeables que comprende seleccionar óxidos inorgánicos con base en criterios de solubilidad, área superficial y morfología; mezclas los óxidos seleccionados con una solución de fosfatos y residuos para formar una mezcla final; combinar un aditivo a la primera mezcla para crear una segunda mezcla; añadir agua a la segunda mezcla para crear una mezcla reactiva; homogeneizar la mezcla reactiva; y dejar que la mezcla reactiva cure.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención, junto con los anteriores y otros objetos y ventajas, puede ser entendida de manera óptima a partir de la siguiente descripción detallada de la realización de la invención ilustrada en los dibujos, en los que:

la FIG. 1 es un diagrama esquemático de un procedimiento de producción de formas de residuos cerámicos bombeables según características de la presente invención;

la FIG. 2 es un análisis de difracción de rayos X de la forma de residuos cerámicos bombeables inventada;

las FIGURAS 3A Y 3B son fotomicrografías que representan componentes óxidos aceptables e inaceptables, respectivamente, de una formulación cerámica, según características de la presente invención;

las FIGURAS 4A Y 4B son análisis de difracción de rayos X de componentes óxidos aceptables e inaceptables para su uso en la formulación bombeable inventada;

la FIG. 5 es un árbol de decisiones para determinar óxidos adecuados según caracterlsticas de la presente invención; y

la FIG. 6 es una curva de solubilidad de diversos óxidos según características de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Los inventores han descubierto un procedimiento para incorporar residuos en mezclas bombeables y pulverizables que, a su vez, se usan para fijar los residuos en emplazamientos de difícil acceso. Además, únicamente los aglomerantes de tales mezclas pueden utilizarse y combinarse en situ con residuos para su encapsulación, particularmente... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la preparación de un material de desecho a base de cerámica bombeable, comprendiendo el procedimiento:

a) calcinar un óxido de magnesio que tiene un tamaño medio de partícula entre 8 y 10 micrómetros y un contenido

de calcio de menos de un 0, 5% en peso a 1300'C, enfriar el óxido de magnesio calcinado y redimensionarlo a un

tamaño medio de partícula entre 8 y 10 micrómetros,

b) combinar el óxido de magnesio obtenido en la etapa a) con un polvo o una solución de fosfato ácido de potasio y con desechos,

c) combinar un aditivo que contiene un agente de revestimiento y un agente eliminador de agua, ya sea con el producto de la etapa a) antes de efectuar la etapa b) o con el producto de la etapa b) , seleccionándose el agente de revestimiento entre ácido bórico y ácido cítrico y seleccionándose el agente eliminador de agua de un lignofosfonato y un lignosulfonato,

d) añadir agua a la mezcla que contiene el óxido de magnesio, fosfato de potasio, desechos y aditivo para crear una mezcla reactiva, y

e) homogeneizar la mezcla reactiva.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1 en el que el óxido de magnesio obtenido en la etapa a) tiene un área superficial entre 0, 3 m2¡gramo y 0, 55 m2¡g.

3. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2 en el que las etapas b) a e) se llevan a cabo sin la adición de calor.

4. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que el agente eliminador de agua es lignosulfonato de sodio, lignosulfonato de calcio, lignosulfonato de potasio o una mezcla de dos o más de los mismos.

5. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que los desechos son ceniza, serrín, arcilla, tierra, barro rojo, polvo de industrias metalúrgicas o escorias.

6. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que la mezcla de reacción homogeneizada tiene una viscosidad entre 200 cp y 1000 cp.

7. Un procedimiento según la reivindicación 1 mediante el cual el material de desecho a base de cerámica bombeable preparado comprende entre un 7 y un 14% en peso de MgO, de un 25 a un 40% en peso de KH2P04, de un 15 a un 50% en peso de ceniza, de un 1 a un 4% en peso de ácido bórico, de un 0, 5 a un 2% en peso de lignosulfonato y de un 15 a un 25% en peso de agua.