203_090-017BP-TW
發佈日期 :
2009-04-29
| 發明專利說明書 | |
| ※申請案號： 090119240 | |
| ※申請日期： 20010807 ※ＩＰＣ分類： Int.Cl.(7) G21F 5/008，9/28 |
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| 一、發明名稱： (中文/英文) | |
密封式抗腐蝕核廢料儲存容器(全文下載)
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| 二、申請人： 共 1 人
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| 1 . 姓名或名稱：(中文/英文) 國立成功大學 / NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY 代 表 人：(中文/英文) / 住居所或營業所地址：(中文/英文) 台南巿大學路一號 / 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
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| 三、發明人： 共 1 人
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| 1 . 姓名：(中文/英文) 孫鎮球 / SUEN, JEN-CHIOU 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
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四、聲明事項 |
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| □主張專利法第二十二條第二項 □ 第一款或 □ 第二款規定之事實，其事實發生日期為：年 月 日
□申請前已向下列國家(地區)申請專利: 【格式請依:受理國家(地區)、申請日、申請案號、 順序註記】
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| □ 有主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
□無主張專利法第二十七條第一項國際優先權： |
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| □ 主張專利法第二十九條第一項國內優先權：
【格式請依:申請日、申請案號、順序註記】
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□ 主張專利法第三十條生物材料： □ 須寄存生物材料者： 國內生物材料【格式請依:寄存機構、日期、號碼、順序註記】 國外生物材料【格式請依:寄存國家、機構、日期、號碼、順序註記】 |
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| □ 不須寄存生物材料者: 所屬技術領域中具有通常知識者易於獲得時，不須寄存。 |
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| 五、中文發明摘要： | |
| 本發明提供以酸性結晶岩石作為抗腐蝕材料的廢料儲存容器及其製作發法。岩石製儲存容器以多個側邊部和底部構成一內部空間所組成，並包含一頂蓋以覆蓋容器的內部空間。容器的內部空間可為挖空一塊岩石構成，或先切割出多個側邊部及底部以黏著劑黏合而成。加熱酸性岩石所產生的人造岩漿作為黏著劑，用於黏合容器各部，亦用於密封頂蓋，以完成儲存容器。 | |
| 六、英文發明摘要： | |
| The present invention provides a container composed ofacidic crystalline rock for the waste storage or disposal,and the methods for fabricating the container. Thecontainer includes a plurality of side parts and a bottompart to constitute an internal space, and a lid to cover theinternal space. The container’s internal space can bemade by hollowing out a rock or by cutting a rock into theparts and then binding them. The artificial magma,generated by melting a rock at a high temperature, is usedas the glue for binding the container’s parts and for sealingthe lid and the container. | |
| 七、指定代表圖： | |
| （一）本案指定代表圖為： | |
| （二）本代表圖之元件符號簡單說明：
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| 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： | |
| 九、發明說明： | |
| 發明領域 本發明係關於核廢料的儲存容器，尤其係以岩石作為容器材料，提供抗腐蝕功能，並提供數種製作方式。 相關前案 台灣專利74,863，台灣專利148,077，美國專利4,784,522，美國專利5,431,295。 發明背景 隨著核電廠的運作，期間所產生的核廢料需加以處理。適當的核廢料處理為放於儲存容器中，並置於終極儲存場以永久限制在固定範圍。由於放射性核廢料的半衰期(half-life)極長，因此儲存所用的容器需要有很強的抗腐蝕性。如此不會破損產生裂隙，才能抵抗外力侵蝕，達到長久儲存至核廢料放射性消失的目的。所需儲存年限約在一千年到十萬年之間。若不幸儲存容器腐蝕或破損造成核廢料外洩，隨地下水流散到儲存場外，將造成難以挽救的核廢料污染。 目前核廢料主要的儲存方式為將核廢料置入核廢料儲存容器後，放置於地下儲存場，儲存容器的材料包括混凝土及水泥等。金屬製核廢料儲存容器主要以不銹鋼為主，外面可以採熱浸鍍鋅等處理來增加抗腐蝕性。以水泥為儲存容器時，為增加強度，會以金屬束來增加強度。以混凝土為儲存容器之材料時，其內部為增加對核廢料的抗腐蝕性，會加上如以聚乙烯(polyethylene)製的內襯來減少核廢料的外漏機會。 在地下儲存場為了避免不必要的液體滲入，造成腐蝕或污染，可以採用瀝青(bitumen)等非親水性液體(hydrophobic liquid)來密封儲存容器間的空隙，並和岩石隔離，減少滲入液體的機會。 綜上所述，目前核廢料的處理除了需要尋找適合的最終處置場，亦需要有抗腐蝕性佳的儲存容器，使核廢料不外洩，不隨地下水流散出儲存場，達到永久限制在固定範圍之目的。 發明之概述 本發明的主要目的是以岩石作為抗腐蝕性材料，提供核廢料儲存容器多一層抗腐蝕保護，以達到長時間密封儲存。抗腐蝕之核廢料儲存容器，包括以岩石製的一頂蓋及多個側邊部和一底部，此儲存容器可由一塊岩石挖出內部空間或以多片岩石黏合而成。在儲存容器中放入所要儲存的核廢料桶，加上頂蓋密封即完成抗腐蝕之核廢料儲存容器。視需要可在其底部切割至少一道溝槽供裝設搬運裝置，搬運裝置可為鋼索或支架等，或以多層儲存容器結構，增加安全性。 本發明的另一目的為提供一黏合岩石的方法，完成上述採用岩石作為抗腐蝕性材料的核廢料儲存容器。黏合岩石是以人造岩漿為黏著劑以便黏合岩石，其方法如下列步驟。以高溫融化岩石產生的人造岩漿作為黏著劑。將所要黏合的多片岩石構成的多個側邊部及一底部，緩慢均勺加熱至結晶溫度。以人造岩漿將多個側邊部及一底部黏合成所要的形狀或容器，保持此一結晶溫度一段時間讓人造岩漿結晶。之後以慢速降回室溫，完成岩石的黏合。 本發明的再一目的是提供另一種岩石製抗腐蝕性儲存容器的製造方法。將岩石以高溫融化產生人造岩漿，將此一人造岩漿包覆於核廢料或核廢料儲存桶外部，形成人造岩漿外層。保持溫度於結晶溫度待人造岩漿結晶後，以慢速降回室溫，完成容器製作。 圖式簡單說明 圖1為本發明一較佳實施例的岩石製儲存容器示意圖，此儲存容器由一塊岩石挖空其內部構成。 圖2a揭露圖1中的儲存容器供放入核廢料儲存桶後的示意圖。 圖2b揭露圖2a放入核廢料之後的儲存容器，以頂蓋密封後的示意圖。 圖3所示為本發明的岩石製儲存容器可由多片岩石構成之示意圖。 圖4揭露圖3之多片岩石黏合成為儲存容器之示意圖。 圖5a揭露圖4之儲存容器供放入核廢料儲存桶後的示意圖。 圖5b揭露圖5a放入核廢料桶之後的儲存容器，以頂蓋密封後的示意圖。 圖6a為本發明再一實施例的透視示意圖。人造岩漿包覆在核廢料4外表面，並結晶形成此一人造岩漿製外層5，以完成岩石製儲存容器。 圖6b揭露圖6a的岩石製儲存容器沿剖面線6-6’的剖面圖。 圖7a為本發明再一實施例的另一透視示意圖。人造岩漿包覆在核廢料儲存桶3外表面，並結晶形成此一人造岩漿製外層7，以完成岩石製儲存容器。 圖7b揭露圖7a的岩石製儲存容器沿剖面線8-8’的剖面圖。 主要元件符號說明 1．．．頂蓋 201．．．儲存容器的惻邊部 203．．．儲存容器的側邊部 205．．．儲存容器的底部 4．．．核廢料 6-6’．．．剖面線 8-8’．．．剖面線 2．．．儲存容器 202．．．儲存容器的惻邊部 204．．．儲存容器的側邊部 3．．．核廢料儲存桶 5．．．人造岩漿製外層 7．．．人造岩漿製外層 發明之詳細說明 本發明以岩石作為抗腐蝕材料，製作核廢料容器，並提供製作方式。本發明的一較佳實施例如圖1至圖2b所示，儲存容器的製作以一塊岩石，挖空其內部而成。在此以立万體為容器形狀以方便說明，實際運用時可隨需要變化成各種可密封的容器形狀。 可作為抗腐蝕材料的岩石成份以含化學活性極低的二氧化矽(silicon oxide, SiO 2 )為主。在岩石中含二氧化矽達重量百分比15%以上的部分，至少佔該岩石體積百分比90%。且岩石中的二氧化矽和金屬氧化物總合為重量百分比50%以上。金屬氧化物通常包括鋁(aluminum, Al)、鉀(potassium, K)、鈉(sodium, Na)、鐵(iron, Fe)及鎂(magnesium, Mg)等金屬之氧化物的其中一種或數種。 在二氧化矽含量各異的岩石中，含二氧化矽66%以上的酸性結晶岩石由於硬度高、緊密度高，水和空氣都無法滲透，為製作抗腐蝕儲存容器的最佳材料。由於上列特點，核廢料不易外洩，更不會造成核廢料隨地下水流散產生污染。在酸性結晶岩石中以花崗岩為代表，以說明儲存容器製作過程。花崗岩是由石英、長石、雲母等礦物構成，在自然環境下化學反應速率非常慢，適合作為抗腐蝕材料。如圖1所示的頂蓋1和儲存容器2的厚度依所需的抗腐蝕年限而定，若花崗岩厚度達10公分，可抗腐蝕10萬年以上。 請先參考圖1，一塊花崗岩含有多個側邊部和底部形成的內部空間構成儲存容器2，其內部空間為此一塊花崗岩挖空內部而成。或者在岩石區就地切割岩石，把岩石區的圍岩(bedrock)加以切割而成。此一塊花崗岩也可以由岩石區運送到製作處製作成儲存容器2，前面所述的製作處可以是製作工廠，製作完再運送至儲存場，或者將所有材料運送至核廢料儲存場，在儲存場中製作儲存容器並儲存。儲存容器2完成後下方可切割至少一道溝槽供放置搬運器材，搬運器材可以為鋼索或支架等。 完成儲存容器後接著為封蓋步驟，如圖2a所示將欲儲放的核廢料桶3置於儲存容器中，將已放入核廢料桶3的儲存容器2及如圖1所示的頂蓋1均勺加熱至結晶溫度，花崗岩所需的結晶溫度約為600到700℃。此一結晶溫度為讓黏著劑結晶所需溫度。 同時準備液態的人造岩漿為黏著劑，其製作方式為加熱融化花崗岩，加熱溫度為約1100℃，隨花崗岩成份不同約有100℃的差異。將已加熱至600-700℃的頂蓋1和儲存容器2以人造岩漿黏合密封，完成儲存容器如圖2b所示。黏合中當溫度較高（約1100℃）的人造岩漿和溫度較低(600-700℃)的岩石接觸時，可能造成岩石表面融化，但之後整體溫度降低並保持為600-700℃，融化部份會隨人造岩漿再結晶。且花崗岩是由強韌的石英、雲母及長石等礦物所構成，溫度由600℃急速上升只會熔解，不會產生裂隙。 黏合成如圖2b的儲存容器後，保持整體溫度於結晶溫度一段時間，讓人造岩漿結晶。完成後慢速降回室溫，完成核廢料儲存容器。儲存容器的結構不限為單層岩石，可為多層岩石結構，增加安全性，以減少放射性核廢料外洩的機會。 本發明的另一較佳實施例，請參考圖3，為表示儲存容器可以由多片岩石黏合而成的示意圖。在此以立方體為容器形狀以方便說明，實際運用時可隨需要變化成各種可密封的容器形狀。多片岩石包括側邊部201、202、203及204和底部205，構成含有內部空間的儲存容器，以頂蓋1藉由一黏著劑黏合完成密封容器。 如圖3所示的頂蓋1和儲存容器側邊部201、202、203及204和底部205，其製作方式可以為切割天然石材為適當大小和厚度製成。或將岩石融化為人造岩漿，以人造岩漿冷卻結晶成為所需大小及厚度。 接著為黏合儲存容器步驟，請參考圖3。先將儲存容器側邊部201、202、203及204和底部205緩慢均勺加熱至結晶溫度，以花崗岩為材料時，此溫度約為600-700℃。同時準備黏著劑，將花崗岩加熱至約1100℃，此時花崗岩會變成人造岩漿以作為黏著劑，所需加熱溫度隨花崗岩成份不同約有100℃的差異。 接著將側邊部201、202、203及204和底部205以人造岩漿黏合成如圖4的儲存容器。黏合成如圖4的儲存容器後，整體溫度保持在結晶溫度(600-700℃)一段時間，讓做為黏著劑的人造岩漿結晶達到緊密黏合之目的。結晶完成後，將溫度緩慢降回室溫完成容器。完成容器後需測試避免間隙產生。完成的儲存容器下万可切割至少一道溝槽供放置搬運器材，搬運器材可以為鋼索或支架等。 下一步將欲儲放的核廢料桶3置於儲存容器中，如圖5a所示。將如圖5a的儲存容器及如圖3所示的頂蓋1均勺加熱至結晶溫度(600-700℃)。接著請參考圖5b，以人造岩漿黏合頂蓋1及儲存容器，保持整體溫度於結晶溫度一段時間，讓人造岩漿結晶。完成後將溫度緩慢降回室溫，完成核廢料儲存容器。儲存容器的結構不限為單層岩石，可為多層岩石結構，增加安全性，以減少放放射性核廢料外洩的機會。 本發明的再一實施例，為利用人造岩漿直接包覆在核廢料外部並結晶，形成一岩石儲存容器，其方法包括下列步驟。首先將花崗岩以高溫融化形成人造岩漿，所需高溫為約1100℃，按花崗岩成份不同此高溫約有100℃的差異。 接著請參考圖6a，為一透視示意圖，此處以立方體形狀的固化核廢料為代表，以万便說明，實際運用時可為任何形狀。圖6a中正立方體的核廢料4被一人造岩漿外層5包覆，結晶並降溫回室溫後完成儲存容器。參照圖6b為圖6a沿6-6’剖面線的剖面圖，可清楚了解人造岩漿外層5包覆在核廢料4外部形成儲存容器。 此一人造岩漿包覆方法除了包覆於核廢料3上，亦可用於包覆於核廢料儲存桶3。請先參考圖7a，為透視示意圖。將人造岩漿包覆於核廢料儲存桶3外表面，保持人造岩漿於結晶溫度(600-700℃)一段時間讓人造岩漿外層7結晶。結晶完成後以讓儲存容器溫度降回室溫，以完成儲存容器。圖7b所示為圖7a的儲存容器沿8一8’剖面線的剖面圖。由圖7b清楚了解人造岩漿外層7包覆在核廢料儲存桶3的外部形成儲存容器。 以上所描述的結晶溫度及所需結晶時間為大致狀況，實際運用於各類岩石時需實驗找出最佳條件。一般以含有1微米(micrometer, 10 -6 m)的結晶顆粒為擁有足夠的緊密度，可完成岩石的黏合並避免內容物的滲漏。 在本發明的第一較佳實施例中，由一塊岩石構成包含多個惻邊部和底部作為儲存容器2，放入核廢料桶3，黏合頂蓋後完成儲存容器。在本發明的第二較佳實施例中，以多片岩石，包括惻邊部201、202、203及204和底部205用人造岩漿黏合成儲存容器，置入核廢料儲存桶3後，黏合頂蓋1完成儲存容器。在本發明第三較佳實施例中，以人造岩漿直接包覆於核廢料或核廢料儲存桶外部，待人造岩漿結晶後完成儲存容器。 請注意，本發明不侷限以岩石製的抗腐蝕層在容器中位置為該容器之最外層或最內層，任何包含一層以岩石作為材料的儲存容器，皆在本發明意圖保護的範圍之內。 熟悉本項技術者應該清楚了解，本發明可以在不脫離本發明的精神與範圍之下，以其他許多特定形式加以實施。因此，現在提供的實施例應當被當作說明，而不是限制性，此發明不受文中所給之細節所侷限，可隨所附的申請專利範圍內做均等的變化與修改。
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| 十、申請專利範圍： | |
| 1.一種抗腐蝕之廢棄物儲存容器，包含：一塊特殊材料，該塊特殊材料包含多個側邊部及一底部，該多個側邊部及一底部構成一內部空間；一特殊材料製頂蓋，供覆蓋該容器的內部空間；該頂蓋藉由一黏著劑與該多個側邊密封黏合，完成該儲存容器；以及該特殊材料的化學成份為，體積百分比90%以上的成份含二氧化矽的重量百分比為15%以上，且該特殊材料包含二氧化矽、一金屬及該金屬的氧化物的總合為重量百分比50%以上。 2.如申請專利範圍第1項所述的儲存容器，其中該儲存容器的使用期限，包含暫時性儲存(storage)和永久性儲存(disposal)。 3.如申請專利範圍第1項所述的儲存容器，其中該金屬包含鋁(aluminum, Al)、鉀(potassium, K)、鈉(sodium, Na)、鐵(iron, Fe)及鎂(magnesium, Mg)等金屬。 4.如申請專利範圍第1項所述的儲存容器，其中該特殊材料為岩石。 5.如申請專利範圍第1項所述的儲存容器，其中該特殊材料為化學成份為含二氧化矽66%以上的酸性結晶岩石。 6.如申請專利範圍第1項所述的儲存容器，其中該特殊材料為花崗岩。 7.如申請專利範圍第1項所述的儲存容器，其中該特殊材料可為下列材料中的任一種，玻璃、瓷及陶等。 8.如申請專利範圍第1項所述的儲存容器，其中該黏著劑為以高溫融化該特殊材料，所產生的一人造流體。 9.如申請專利範圍第8項所述的儲存容器，其中融化該特殊材料溫度的最低溫為500℃。 10.如申請專利範圍第1項所述的儲存容器，其中該頂蓋係以一天然石材切割而成且形狀配合該儲存容器開口。 11.如申請專利範圍第10項所述的儲存容器，其中該頂蓋係以高溫融化該特殊材料，產生一人造流體冷卻結晶而成。 12.一種抗腐蝕之廢棄物儲存容器，包含：一特殊材料製的多個側邊部及一底部，構成一內部空間；一特殊材料製的頂蓋，供覆蓋該容器的內部空間；該多個側邊部、底部及該頂蓋以一黏著劑黏合完成密封以完成該儲存容器；以及該特殊材料的化學成份為，體積百分比90%以上的成份含二氧化矽的重量百分比為15%以上，且該特殊材料包含二氧化矽、一金屬及該金屬氧化物的總合為重量百分比50%以上。 13.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該儲存容器的使用期限，包含暫時性儲存和永久性儲存。 14.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該金屬包含鋁、鉀、鈉、鐵及鎂等金屬。 15.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該特殊材料為岩石。 16.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該特殊材料為化學成份含二氧化矽66%以上的酸性結晶岩石。 17.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該特殊材料為花崗岩。 18.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該特殊材料可為下列材料中的任一種，玻璃、瓷及陶等。 19.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該粘著劑為以高溫融化該特殊材料，所產生的一人造流體。 20.如申請專利範圍第19項所述的儲存容器，其中融化該特殊材料溫度的最低溫為500℃。 21.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該多個側邊部及一底部係以一天然石材分別切割而成。 22.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該多個側邊部及一底部係以高溫融化特殊材料，產生一人造流體冷卻結晶而成。 23.如申請專利範圍第12項所述的儲存容器，其中該頂蓋係以一天然石材切割而成且形狀配合該儲存容器開口。 24.如申請專利範圍第23項所述的儲存容器，其中該頂蓋係以高溫融化該特殊材料，產生一人造流體冷卻結晶而成。 25.一種藉由多片特殊材料製作廢棄物儲存容器的方法，包含下列步驟：以一高溫融化一特殊材料，產生一人造流體；將欲黏合之多片特殊材料均勻加熱至一結晶溫度；以該人造流體黏合該多片特殊材料，並保持該結晶溫度一段時間使該人造流體結晶；結晶完成後，將已黏合之該多片特殊材料降溫至室溫，以完成該容器；以及該特殊材料的化學成份為，體積百分比90%以上的成份含二氧化矽的重量百分比為15%以上，且該特殊材料包含二氧化矽、一金屬及該金屬氧化物的總合為重量百分比50%以上。 26.如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該金屬包括鋁、鉀、鈉、鐵及鎂等金屬。 27.如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該特殊材料為岩石。 28.如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該特殊材料的成份為含二氧化矽66%以上的酸性結晶岩石。 29.如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該特殊材料為花崗岩。 30.如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該特殊材料可為下列材料中的任一種，玻璃、瓷及陶等。 31.如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該融化特殊材料高溫的最低溫是500℃。 32.如申請專利範圍第25項所述的方法，其中該結晶溫度最低溫為500℃。 33.一種廢棄物的儲存方法，包含下列步驟：提供一廢棄物；以一高溫融化一特殊材料，產生一人造流體；將該人造流體包覆於該廢棄物的外表面；將該人造流體維持於一結晶溫度一段時間，使該人造流體結晶；結晶完成之後，將該人造流體降溫至室溫，完成該儲存容器；以及該特殊材料的化學成份為，體積百分比90%以上的成份含二氧化矽的重量百分比為15%以上，且該特殊材料包含二氧化矽、一金屬及該金屬氧化物的總合為重量百分比50%以上。 34.如申請專利範圍第33項所述的方法，其中該儲存容器的使用期限，包含暫時性儲存和永久性儲存。 35.如申請專利範圍第33所述的方法，其中該金屬包括鋁、鉀、鈉、鐵及鎂等金屬。 36.如申請專利範圍第33所述的方法，其中該特殊材料為岩石。 37.如申請專利範圍第33項所述的方法，其中該特殊材料的成份為含二氧化矽66%以上的酸性結晶岩石。 38.如申請專利範圍第33項所述的方法，其中該特殊材料為花崗岩。 39.如申請專利範圍第33項所述的方法，其中該特殊材料可為下列材料中的任一種，玻璃、瓷及陶等。 40.如申請專利範圍第33所述的方法，其中該融化特殊材料溫度最低是500℃。 41.如申請專利範圍第33項所述的方法，其中該結晶溫度最低溫為500℃。 42.一種廢棄物儲存容器的製作方法，包含下列步驟：提供一儲存桶，該儲存桶內部已儲存有一廢棄物；以一高溫融化一特殊材料，產生一人造岩漿；將該人造岩漿包覆於該廢棄物的外表面；將該人造岩漿維持於一結晶溫度一段時間，使該人造岩漿結晶；結晶完成之後，將該人造岩漿降溫至室溫，以完成該儲存容器；以及該特殊材料的化學成份為，體積百分比90%以上的成份含二氧化矽的重量百分比為15%以上，且該特殊材料包含二氧化矽、一金屬及該金屬的總合重量百分比50%以上。 |
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| 十一、圖式： | |
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