專利名稱：具有抗污染性之粘土混合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為申請(qǐng)?zhí)?74，166(1988年11月21日申請(qǐng))一案的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及一種粘土混合物及由其制成的產(chǎn)品，以應(yīng)用于限制或防止海水和其它含有陽(yáng)離子(尤其是工業(yè)廢水中的陽(yáng)離子)的溶液的流動(dòng)。
防止毒性廢水之流動(dòng)與滲漏之重要性與日俱增。液態(tài)工業(yè)廢物與污水的適當(dāng)抑制，對(duì)于環(huán)境生態(tài)保護(hù)極為重要。工業(yè)上使用新過(guò)程時(shí)，產(chǎn)生了對(duì)該過(guò)程產(chǎn)生的付產(chǎn)物進(jìn)行處理的新問(wèn)題。
膨潤(rùn)土在流體障層之形成應(yīng)用方面是一種很適用的粘土。當(dāng)其濕潤(rùn)時(shí)，膨潤(rùn)土可吸收水膜而膨脹或水合，而且比在其它粘土上所形成的更厚。膨潤(rùn)土可保持其所吸收的水份，即使在高壓下也亦然。膨潤(rùn)土可膨脹至其干燥體積之10-15倍，并且能吸收幾乎為其本身干燥重量5倍的水份，同時(shí)保持其不可滲透性。
膨潤(rùn)土重要特性之一是，當(dāng)其未受抑制時(shí)將會(huì)膨脹，而當(dāng)抑制其進(jìn)一步膨脹時(shí)，無(wú)需施加顯著壓力。
各種參考文獻(xiàn)中指出，可膨脹粘土通常適用于土壤結(jié)構(gòu)中作為不透水層。另外頒予ArthurG.Clem的一系列專利(即US4，048，373;4，103，499;4，139，588和4，467，015)中提出，為了使在海水環(huán)境中的膨潤(rùn)土層有適當(dāng)?shù)男阅埽褂锰砑觿┙M合物是“絕對(duì)必要”的。所述必要使用的添加劑組合物基本上包括一種水溶性分散劑，及一種水溶性聚合物。分散劑的一個(gè)實(shí)例是一種磷酸鹽。在Clem專利中建議使用的另外分散劑包括堿土金屬鹽。另外在Clem專利中提出的其它主要成分例子是聚丙烯酸。對(duì)于混合物的這些基本成分的選擇，并無(wú)明確的理論上解釋。
據(jù)信海水及其它溶液(如污水瀝濾液，紙漿污泥)之污染對(duì)膨潤(rùn)土之膨脹性能的影響，是由于帶正電荷離子(如二價(jià)鈣離子)所產(chǎn)生的。已知膨潤(rùn)土在水存在下可形成一多層結(jié)晶結(jié)構(gòu)，且在純水存在情況下，其膨脹能力最高。在鈉膨潤(rùn)土中，鈉離子受二價(jià)陽(yáng)離子的作用或置換(經(jīng)由離子交換)，造成鈉膨潤(rùn)土中的鈉的移離，據(jù)信可導(dǎo)致膨潤(rùn)土層作為一不可滲透層能力的降低。因此，在海水或其它溶液(其中可能含有不同濃度的陽(yáng)離子污染物)存在下，膨潤(rùn)土有效地發(fā)揮功能之能力受到限制。
已發(fā)現(xiàn)如果顯著地增大單價(jià)離子(如鈉離子)對(duì)有害的陽(yáng)離子(如鈣離子)之比例，那么膨潤(rùn)土在海水存在下的膨脹能力可以提高。據(jù)信藉助使單價(jià)鈉離子之?dāng)?shù)量實(shí)質(zhì)上超過(guò)有害的二價(jià)陽(yáng)離子數(shù)量，則二價(jià)陽(yáng)離子置換單價(jià)陽(yáng)離子的機(jī)會(huì)降低。這可能僅是由于分布情況所致或是因具相同電荷粒子的斥力而使其加強(qiáng)所致。通過(guò)具“親和力”的鈉離子環(huán)繞膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)完整性得到保護(hù)。一般相信使海水具污染可能性的相同或類似的有害二價(jià)陽(yáng)離子，存在于各種溶液中，如紙漿、污泥和各種工業(yè)廢水，特別是含二價(jià)陽(yáng)離子(如鋅、鎘、鎳離子)及其它金屬的溶液。
與上述Clem論點(diǎn)相反，可以發(fā)現(xiàn)水溶性聚合物之存在對(duì)于能抵制海水有害作用之混合物的形成并非是必需的。
美國(guó)專利US4，501，788(簡(jiǎn)稱′788號(hào)專利)已轉(zhuǎn)讓于本發(fā)明之受讓人，其中述及一種可使用本發(fā)明混合物的一種特別有用形式。該′788號(hào)專利中描述了一種可撓性薄片，包括一種涂有可膨脹性膨潤(rùn)土之支撐物。該支撐物為多孔可撓性纖維層。該薄片應(yīng)用作池塘、礁湖、填池、農(nóng)地及危險(xiǎn)廢物區(qū)等之內(nèi)襯。通過(guò)使用可膨脹的膨潤(rùn)土薄片，即形成一不滲透層，以防止有害的瀝濾液進(jìn)入鄰近的地下水系統(tǒng)。
本發(fā)明一個(gè)重要目的是提供一種經(jīng)濟(jì)而有效的障層以防止溶液流過(guò)土壤結(jié)構(gòu)或地基。
本發(fā)明另一目的是提供一種混合物，其中包括用于抵抗因海水或其它含陽(yáng)離子溶液而使粘土層降解的所需的最少量成分。
本發(fā)明之另一目的是通過(guò)添加單價(jià)陽(yáng)離子以增強(qiáng)鈉膨潤(rùn)土粘土的抗污染性，使其易于抑制海水和其它含陽(yáng)離子溶液之污染作用。
本發(fā)明上述和其它目的，可通過(guò)下述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例而得到闡明。
按本發(fā)明之一種有效混合物中，包括粉末狀之脫水膨潤(rùn)土，且經(jīng)加入多磷酸三鈉而改性，其中添加劑以每2000磅膨潤(rùn)土約10磅添加劑之比例或數(shù)量級(jí)與膨潤(rùn)土混合。各組分最好是分批或以連續(xù)方法充分混合，然后制成一可撓性薄片，其中該混合物夾在兩纖維織物之間，而且至少其中之一具流體可滲透性。
該組合物之較佳總厚度約為1/4吋，生成每平方吋具有約1磅膨潤(rùn)土的薄片。每2000磅膨潤(rùn)土中多磷酸三鈉之重量最好不超過(guò)約60磅(或3%)，而每2000磅膨潤(rùn)土中多磷酸三鈉重量至少約1磅(或0.05%)。選擇上述比例范圍以抵抗含有大量二價(jià)陽(yáng)離子溶液的污染作用。
混合物之制備將多磷酸三鈉與膨潤(rùn)土混合并制成薄片的方法如下。將天然挖掘的膨潤(rùn)土制成經(jīng)充分脫水之粉末或粒狀物。將大量經(jīng)脫水的粉末狀或粒狀膨潤(rùn)土和所需量的多磷酸三鈉置于一料斗中，并將其混勻，其中兩種成分最好呈干燥態(tài)。將所形成的混合物薄層置于第一層織物(geotextile)或載體上。該載體最好是一種由聚丙烯、聚脂、黃麻或尼龍所制成的可滲透性薄片。而此載體可經(jīng)編織或穿孔以使其可滲透液體和氣體。最好用編織材料，它可提供較大表面積，以供經(jīng)改進(jìn)性的膨潤(rùn)土混合物粘附。但是在一些情況下，可適當(dāng)使用一種不可滲透性載體。
將改性膨潤(rùn)土沉積于載體材料上后，在膨潤(rùn)土層上放置一覆蓋層。該覆蓋層最好是一種輕質(zhì)織物或類似織物材料，且最好是具良好的液體可滲透性。該覆蓋層的目的是在包卷狀態(tài)下分隔膨潤(rùn)土層，并且在處理和放置此薄片時(shí)，有助于該薄片呈一整體或復(fù)合狀態(tài)。用以保持該薄片的粘土質(zhì)內(nèi)部完整性之媒介物，包括使用一種粘合劑或粘結(jié)料，它可以是一種含有大量纖維素的纖維材料，并通過(guò)針刺或壓縮粘土，以確保它可保持于載體上。已發(fā)現(xiàn)一種有效的水溶性粘合劑是羧甲基纖維素。重要的是，該粘合劑或粘結(jié)料應(yīng)易于溶解，因而膨潤(rùn)土可完全暴露于來(lái)自與此薄片接觸之溶液。若被包含的溶液主要不是水，則可使用其它的粘結(jié)劑或結(jié)合料。但其需經(jīng)選擇，以便使其于溶于被膨潤(rùn)土層所包含的流體中。
載體必須具有一定強(qiáng)度，使其當(dāng)與改性之膨潤(rùn)土層卷繞時(shí)，可抵受各種運(yùn)輸方式(如叉式起重機(jī)、吊機(jī)、卡車和船等)運(yùn)至偏遠(yuǎn)地區(qū)，并且可抵受建筑工人，運(yùn)輸人員之劇烈處理。
滲透性試驗(yàn)進(jìn)行滲透性比較試驗(yàn)，以驗(yàn)證本發(fā)明之混合物的有效性。將含有鈉膨潤(rùn)土之薄片試樣(一個(gè)已按本發(fā)明處理過(guò)，另一個(gè)則未經(jīng)處理)在一具可撓性壁之三軸滲透計(jì)中水合。所使用的滲透液為鹽水。此試驗(yàn)可證明，按照本發(fā)明之添加劑處理過(guò)的鈉膨潤(rùn)土粘土，其水傳導(dǎo)率或滲透率為每秒2×10-10厘米，而未經(jīng)處理的同類型粘土試樣的滲透率為3×10-6厘米/秒。因此該添加劑對(duì)于粘土滲透性的改進(jìn)率達(dá)1.5×104(15000)。
另外用污水瀝濾液與紙漿污作滲透液，在經(jīng)過(guò)處理之粘土上進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)于下表中滲透液海水污水瀝濾液紙漿污泥材料粘土中不粘土與粘土與粘土與合添加劑添加劑添加劑添加劑滲透率(厘米/秒) 3×10-62×10-108×10-102×10-10
應(yīng)提出的是，各試驗(yàn)均使用密封之三軸滲透計(jì)以防止?jié)B透液之蒸發(fā)。在粘土層近處放置砂子以支撐粘土層，而不致影響滲透率之測(cè)定。在各試驗(yàn)中，粘土層度約0.5厘米。試驗(yàn)進(jìn)行至到試樣滲透率穩(wěn)定為止。在所有情況下，各試樣用各自試驗(yàn)中所使用的滲透液進(jìn)行預(yù)飽和。
如上述討論，由添加劑溶液產(chǎn)生的大量單價(jià)鈉陽(yáng)離子可保護(hù)水合鈉膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)。過(guò)量鈉陽(yáng)離子的極性和濃度可防止二價(jià)陽(yáng)離子之滲透，該陽(yáng)離子會(huì)破壞水合膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)。藉助大量之過(guò)量鈉陽(yáng)離子“摻雜”粘土混合物，即可防止二價(jià)陽(yáng)離子之有害作用。
雖然試樣中所使用的添加劑為多磷酸三納，但可應(yīng)用于本發(fā)明之單價(jià)陽(yáng)離子源包括了多磷酸納的各鹽類，例如分子脫水磷酸鈉，如(但不限于)三聚磷酸鈉、焦磷酸四鈉、酸式焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉等?？蓪⑵湟匀缤嗔姿崛c份量加入膨潤(rùn)土中。此等產(chǎn)品制備如下，即將磷酸與一種堿(如碳酸鈉或氫氧化鈉)反應(yīng)，加熱逐出水分直到鹽分熔解，然后迅速冷卻至玻璃器皿?？赏ㄟ^(guò)與磷酸反應(yīng)之用堿量，以控制熔融鹽之組成。
因此本發(fā)明范圍不受此特殊的說(shuō)明實(shí)例的限制，但是以相關(guān)的先有技術(shù)詮釋之附權(quán)利要求書，對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍進(jìn)行了限定。
權(quán)利要求
1.一種用于限制含二價(jià)陽(yáng)離子的溶液的流動(dòng)之可撓性薄片，其中包括可膨脹性粘土層，在該層一側(cè)之水可滲透性織物，在該層對(duì)側(cè)之覆蓋物，一種與該層混合的媒介物，用于抵制因上述陽(yáng)離子所造成的該層的破損，及抵制隨之水傳導(dǎo)率的增加，該媒介物包括一種添加劑，其份量足以在溶液中形成單價(jià)陽(yáng)離子，以致該單價(jià)陽(yáng)離子數(shù)量實(shí)質(zhì)上超過(guò)了上述陽(yáng)離子。
2.按權(quán)利要求1的可撓性薄片，其中所述可膨脹性粘土為鈉膨潤(rùn)土。
3.按權(quán)利要求2的可撓性薄片，其中所述單價(jià)陽(yáng)離子為鈉離子。
4.按權(quán)利要求1的可撓性薄片，其中所述織物選自聚丙烯、聚酯、黃麻或尼龍之材料。
5.按權(quán)利要求1的可撓性薄片，其中所述覆蓋物為射流噴網(wǎng)法非織物之聚酯。
6.按權(quán)利要求1的可撓性薄片，其中所述媒介物是一種選自多磷酸鈉鹽類的添加劑。
7.一種用于限制水流動(dòng)的粘土混合物，其中包括一種實(shí)質(zhì)上未水合的膨潤(rùn)土，一種添加劑，其特征是該添加劑溶于水時(shí)，產(chǎn)生單價(jià)陽(yáng)離子，該添加劑對(duì)膨潤(rùn)土的重量比是0.05%至3%。
8.按權(quán)利要求7的粘土混合物，其中所述添加劑對(duì)所述膨潤(rùn)土比例為1∶200。
9.按權(quán)利要求7的粘土混合物，其中所述添加劑是多磷酸三鈉。
10.按權(quán)利要求7的粘土混合物，其中所述單價(jià)陽(yáng)離子是鈉離子。
11.按權(quán)利要求7的粘土混合物，其中所述添加劑選自多磷酸的鈉鹽類。
12.一種用以限制海水流動(dòng)的粘土混合物，其中包括一種實(shí)質(zhì)上未水合的膨潤(rùn)土，一種粘合劑媒介物，用以將該膨潤(rùn)土保持于一載體材料上，一種添加劑，其特征在于該添加劑溶于水時(shí)，產(chǎn)生單價(jià)陽(yáng)離子。
13.按權(quán)利要求12的粘土混合物，其中所述粘合劑包括羧甲基纖維素。
14.按權(quán)利要求12之粘土混合物，其中所述添加劑與膨潤(rùn)土以約1份添加劑對(duì)200份膨潤(rùn)土之比例混合。
15.按權(quán)利要求12的粘土混合物，其中所述添加劑選自多磷酸的鈉鹽類。
16.按權(quán)利要求12的粘土混合物，其中所述添加劑選自焦磷酸四納、酸式焦磷酸納、六偏磷酸鈉和多磷酸三鈉。
17.按權(quán)利要求12的粘土混合物，其中所述添加劑是多磷酸三鈉。
全文摘要
一種可膨脹粘土(如膨潤(rùn)土)的混合物，其中加入一種可提供過(guò)量單價(jià)陽(yáng)離子的添加劑，該單價(jià)陽(yáng)離子可抑制天然存在于海水和工業(yè)廢水中的二價(jià)陽(yáng)離子的有害作用。將該混合物沉積并載于一薄片，使其可應(yīng)用作池塘內(nèi)襯或地基密封劑之用。
文檔編號(hào)E02D31/02GK1044617SQ8910723
公開(kāi)日1990年8月15日 申請(qǐng)日期1989年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月1日
發(fā)明者亞瑟·詹姆斯·柯連 申請(qǐng)人:美商柯連環(huán)境公司