一種磷酸鎂水泥基γ射線快速屏蔽材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磷酸鎂水泥基γ射線快速屏蔽材料，其特征是：由重燒鎂砂5～40％，磷酸二氫鉀10～35％，硼砂1～15％，重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的一種或兩種以上的混合物20～70％的原料組分及質(zhì)量百分比，以及占固體物總質(zhì)量10～20％的水組成：取各原料經(jīng)混合均勻、加水攪拌成型并自然養(yǎng)護，即制得磷酸鎂水泥基γ射線快速屏蔽材料。本發(fā)明提供一種早強快硬、環(huán)境適應性好、對γ射線屏蔽性能優(yōu)良、工藝簡單、低碳環(huán)保的磷酸鎂水泥基γ射線快速屏蔽材料及其制備方法。本發(fā)明提供的γ射線快速屏蔽材料適用作反應堆、粒子加速器及含放射源裝置的設施以及放射性物質(zhì)所產(chǎn)生的γ射線在短時間內(nèi)進行屏蔽的輻射防護材料。
【專利說明】一種磷酸鎂水泥基Y射線快速屏蔽材料及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于輻射防護材料及其制備，涉及一種磷酸鎂水泥基υ射線快速屏蔽材 料及其制備方法。本發(fā)明采用磷酸鹽水泥制備的Υ射線快速屏蔽材料，特別適用作反應 堆、粒子加速器及含放射源裝置的設施以及放射性物質(zhì)所產(chǎn)生的Υ射線在短時間內(nèi)進行 屏蔽的輻射防護材料。

【背景技術】
[0002] 隨著核能工業(yè)、放射技術的發(fā)展，放射性物質(zhì)及放射源在軍事、核電、醫(yī)學、通訊等 領域和日常生活中得到廣泛的應用。在使用過程中產(chǎn)生的大量Υ射線及二次Υ射線等高 能射線，在給人類帶來便利的同時也給人類身體健康帶來一些危害。屏蔽材料作為第一道 屏障屏蔽Υ射線，尤其是在發(fā)生核事故時，需要將放射性物質(zhì)或射線在短時間內(nèi)屏蔽在較 小的安全范圍之內(nèi)，防止其對環(huán)境或搶險人員的危害。
[0003] 現(xiàn)有技術中，水泥基防輻射材料是目前常見的一種Υ射線屏蔽材料，主要包括防 輻射混凝土和防輻射砂漿，防輻射混凝土以重晶石防輻射混凝土為代表，常見配比為：水 泥：重晶石碎石：重晶石砂：水=1:4. 54:3. 4:0. 5 ;防輻射砂漿以重晶石砂漿為代表，常見 配比為：水泥：重晶石砂=1:5.96。傳統(tǒng)的水泥基防輻射材料具有原材料來源廣泛、便于施 工、可塑性好等優(yōu)點，但亦存在凝結(jié)時間長、孔隙率高、易離析、施工性差、體積大、屏蔽性能 與其力學性能、耐熱性和抗輻照性難以兼容等缺點。這是由于傳統(tǒng)水泥基防輻射材料采用 的普通硅酸鹽水泥，其密度小、結(jié)晶水含量低、耐高溫性差，因此在應急處理方面難以快速 實現(xiàn)對放射性物質(zhì)或射線的屏蔽功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種早強快硬、環(huán)境適應性好、對 Υ射線屏蔽性能優(yōu)良、工藝操作簡單、低碳環(huán)保的磷酸鎂水泥基Υ射線快速屏蔽材料及其 制備方法。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用重燒鎂砂、磷酸二氫鉀作為膠凝材料，硼砂作為緩 凝劑，重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦單摻或復摻的方式作為屏蔽Υ射線成分制備Υ射線 快速屏蔽材料。
[0006] 本發(fā)明的內(nèi)容是：一種磷酸鎂水泥基Υ射線快速屏蔽材料，其特征是：由重燒鎂 砂5?40%，磷酸二氫鉀10?35%，硼砂1?15%，重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的 一種或兩種以上的混合物20?70%的原料組分及質(zhì)量百分比，以及占固體物總質(zhì)量10? 20%的水組成：取各原料組分，經(jīng)混合均勻、加水攪拌成型并自然養(yǎng)護，即制得磷酸鎂水泥 基Υ射線快速屏蔽材料。
[0007] 所述占固體物總質(zhì)量10?20 %的水，S卩：水的質(zhì)量百分比用量為固體物重燒鎂 砂，磷酸二氫鉀，硼砂，以及重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的一種或兩種以上的混合 物的原料的總和的10?20%。
[0008] 本發(fā)明的內(nèi)容較好的是：一種磷酸鎂水泥基Y射線快速屏蔽材料，其特征是：由 重燒鎂砂5?35%，磷酸二氫鉀10?35%，硼砂1?10%，重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦 石中的一種或兩種以上的混合物28?69%的原料組分及質(zhì)量百分比，以及占固體物總質(zhì) 量12?20%的水組成：取各原料組分，經(jīng)混合均勻、成型并自然養(yǎng)護，即制得磷酸鎂水泥基 Υ射線快速屏蔽材料。
[0009] 本發(fā)明的另一內(nèi)容是：一種磷酸鎂水泥基Υ射線快速屏蔽材料的制備方法，其特 征是制備步驟為：
[0010] a、配料：按重燒鎂砂5?40%，磷酸二氫鉀10?35%，硼砂1?15%，重晶石、 氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的一種或兩種以上的混合物20?70%的原料組分及質(zhì)量百分 t匕，以及占固體物總質(zhì)量10?20%的水；
[0011] b、混合：將重燒鎂砂，磷酸二氫鉀，硼砂，以及重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石 中的一種或兩種以上的混合物投入到混合容器中，在向混合容器中加入水并同時計時，按 140?150r/min的速度攪拌（慢攪）15?30s，然后按275?295r/min的速度攪拌（快 攪）1. 5?3min，停15s后，再按275?295r/min的速度攪拌（快攪）3?5min，制得楽體；
[0012] C、將制得的漿體經(jīng)成型、自然養(yǎng)護（方法同現(xiàn)有技術，自然養(yǎng)護1?28天），即制 得磷酸鎂水泥基Y射線快速屏蔽材料。
[0013] 本發(fā)明的另一內(nèi)容中：步驟a所述各原料中，將重燒鎂砂粉磨至粒徑為10? 50 μ m、重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石分別粉磨至粒徑為5?50 μ m，磷酸二氫鉀（可以 是工業(yè)級）粉磨至粒徑為30?150 μ m。
[0014] 本發(fā)明的另一內(nèi)容中：所述步驟a替換為配料：按重燒鎂砂5?35%，磷酸二氫鉀 10?35 %，硼砂1?10 %，重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的一種或兩種以上的混合物 28?69 %的原料組分及質(zhì)量百分比，以及占固體物總質(zhì)量12?20 %的水。
[0015] 本發(fā)明的內(nèi)容和另一內(nèi)容中：所述重燒鎂砂的主要化學成分為MgO,含量不低于 85% ;硼砂的主要化學成分為Na2B407 · 10H20,含量不低于95% ;重晶石粉的主要化學成分 為BaS04，含量不低于80% ;磁鐵礦石的主要化學成分為Fe304，常寫成Fe203和FeO復合的 形式，其中Fe 203不低于65%，F(xiàn)eO不低于25% ;所述各百分比均為質(zhì)量百分比。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有下列特點和有益效果：
[0017] (1)采用本發(fā)明，重燒鎂砂和磷酸二氫鉀為膠凝材料，硼砂為緩凝劑，重晶石、磁鐵 礦、金屬鉛及其氧化物為屏蔽組分；反應機理為：磷酸鎂水泥與水拌合后，kh 2po4首先溶解， H2P(V使得溶液呈酸性，重燒鎂砂溶解產(chǎn)生的Mg2+在酸性條件下，與K+、Η2Ρ0 4_和P043_迅速 反應生成MgKP04 · 6H20 ;化學反應式為：Mg0+KH2P04+5H20 - MgKP04 · 6H20 ;在整個反應過程 中硼砂溶解的B40廣覆蓋在重燒鎂砂表面，阻止其進一步反應，起緩凝劑作用；因上述反應 為放熱反應，水化放熱相對集中且放熱量大，凝結(jié)硬化速度塊；同時磷酸鎂水泥具有陶瓷特 性，在溫度改變時不易發(fā)生相變；摻入的重質(zhì)組分與Y射線Y粒子流相互作用，整個光子 被原子吸收，同時本體系的粘接強度高，重質(zhì)組分不易分層，流動性好，重質(zhì)組分分散均勻， 密實性好，Y射線更不容易透過，所以屏蔽性好；由于磷酸鎂水泥是一種免燒水泥，不排放 C02和氮氧化合物，所以制得的是一種綠色環(huán)保的水泥基材料；
[0018] (2)采用本發(fā)明，利用磷酸鎂水泥制備的Y射線快速屏蔽材料具有早強、快硬等 優(yōu)良特性，其3h抗壓強度可以達到30MPa以上，凝結(jié)時間10?30min，改善了普通水泥基屏 蔽材料凝結(jié)時間長，早期強度低的不足；
[0019] (3)采用本發(fā)明，利用磷酸鎂水泥制備的Y射線快速屏蔽材料具有粘接強度高、 高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，其Id粘接強度可以達到3. IMPa改善了普通水泥基防輻射材料 粘接強度低的缺陷；
[0020] (4)采用本發(fā)明，利用磷酸鎂水泥制備的γ射線快速屏蔽材料具有流動性好、孔 隙率低、屏蔽性好等優(yōu)良特性，參照灌漿材料流動度測試方法，其流動度高于260mm，孔隙率 低于20%，重質(zhì)組分分散更加均勻，密實性好，對γ射線的屏蔽效果好。改善了防輻射混凝 土和防輻射砂漿孔隙率大導致屏蔽效果較差的不足；
[0021] (5)磷酸鎂水泥又稱化學結(jié)合陶瓷，不僅具有普通硅酸鹽水泥的水硬性、可塑性等 優(yōu)點，同時具有陶瓷的高抗壓強度、耐高溫、化學穩(wěn)定性好等特性；其早期強度高、硬化時間 快、流動性好、粘接強度高、結(jié)構(gòu)密實、環(huán)境適應性強、耐久性好，滿足快速屏蔽材料基材所 需的條件；因此，選用以重燒鎂砂、磷酸鹽和硼砂組成的磷酸鎂水泥作為基材，摻入一定量 的重晶石、磁鐵礦、氧化鉛粉以及或/和金屬鉛粉作為Y射線屏蔽材料，制備一種早強快 硬、環(huán)境適應性好、對Y射線屏蔽性能良好的新型水泥基防輻射材料，對快速屏蔽Y射線 具有重要意義；
[0022] (6)本發(fā)明產(chǎn)品制備工藝簡單，制備的Y射線快速屏蔽材料特別適用作反應堆、 粒子加速器及含放射源裝置的設施以及放射性物質(zhì)所產(chǎn)生的Y射線進行屏蔽的輻射防護 材料，材料的硬化時間小于30min、短時間內(nèi)可形成具有足夠強度的γ射線屏蔽體，實用性 強。

【具體實施方式】
[0023] 下面給出的實施例擬對本發(fā)明作進一步說明，但不能理解為是對本發(fā)明保護范圍 的限制，該領域的技術人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào) 整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0024] 實施例1 :
[0025] 利用磷酸鎂水泥制備的Y射線快速屏蔽材料，其原料的組成及質(zhì)量百分比如下：
[0026] 重燒鎂砂：34wt %，
[0027] 磷酸二氫鉀：34wt%，
[0028] 重晶石粉：29wt%，
[0029] 硼砂：3wt%，
[0030] 水：占以上固體物總質(zhì)量的18wt%。
[0031] 利用磷酸鎂水泥和重晶石粉制備Y射線快速屏蔽材料的方法為：首先，將重燒 鎂砂、磷酸二氫鉀、重晶石磨細至技術方案中要求的粒徑范圍內(nèi)，以重燒鎂砂、磷酸二氫鉀、 重晶石粉和硼砂為原料，按配比計量后，先混合均勻，制備成粉體；加水過程慢攪15s，快攪 至1. 5min，停15s，快攪至3min的攪拌方式制備成γ射線快速屏蔽材料，成型試塊尺寸為 100 X100 X 60mm〇
[0032] 實施例2 :
[0033] 利用磷酸鎂水泥制備的Y射線快速屏蔽材料，其原料的組成及質(zhì)量百分比如下：
[0034] 重燒鎂砂：15wt%，
[0035] 磷酸二氫鉀：15wt %，
[0036] 氧化鉛粉：69wt%，
[0037] 硼砂：lwt%，
[0038] 水：占以上固體物總質(zhì)量的20wt%。
[0039] 利用磷酸鎂水泥和重晶石粉制備Y射線快速屏蔽材料的方法為：首先，將重 燒鎂砂、磷酸二氫鉀、氧化鉛磨細至技術方案中要求，以重燒鎂砂、磷酸二氫鉀、氧化鉛 粉和硼砂為原料，按配比計量后，先混合均勻，制備成粉體；加水過程慢攪15s，快攪至 1.5min，停15s，快攪至3min的攪拌方式制備成γ射線快速屏蔽材料，成型試塊尺寸為 100 X100 X 60mm〇
[0040] 實施例3 :
[0041] 利用磷酸鎂水泥制備的Y射線快速屏蔽材料，其原料的組成及質(zhì)量百分比如 下：：
[0042] 重燒鎂砂：24wt %，
[0043] 磷酸二氫鉀：24wt%，
[0044] 重晶石粉：3〇wt%
[0045] 金屬鉛粉：20wt%，
[0046] 硼砂：2wt%
[0047] 水：占以上固體物總質(zhì)量的12wt%。
[0048] 利用磷酸鎂水泥和重晶石粉制備Y射線快速屏蔽材料的方法為：首先，將重燒 鎂砂、磷酸二氫鉀、重晶石、金屬鉛磨細至技術方案中要求的范圍內(nèi)，以重燒鎂砂、磷酸二氫 鉀、重晶石粉、金屬鉛粉和硼砂為原料，按配比計量后，先混合均勻，制備成粉體；加水過程 慢攪15s，快攪至1. 5min，停15s，快攪至3min的攪拌方式制備成γ射線快速屏蔽材料，成 型試塊尺寸為100X100 X 60mm。
[0049] 性能試驗結(jié)果：
[0050] 本發(fā)明實施例1?3中的γ射線屏蔽測試以137Cs為放射源，源強為4.07XKT 8Bq， 采用FJ-3150型Χ-γ計量儀；
[0051] Y射線快速屏蔽材料的各項性能見下表：
[0052]

【權利要求】
1. 一種磷酸鎂水泥基Y射線快速屏蔽材料，其特征是：由重燒鎂砂5?40%，磷酸二 氫鉀10?35%，硼砂1?15%，重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的一種或兩種以上的 混合物20?70 %的原料組分及質(zhì)量百分比，以及占固體物總質(zhì)量10?20 %的水組成：取 各原料組分，經(jīng)混合均勻、加水攪拌成型并自然養(yǎng)護，即制得磷酸鎂水泥基Υ射線快速屏 蔽材料。
2. -種磷酸鎂水泥基Υ射線快速屏蔽材料，其特征是：由重燒鎂砂5?35%，磷酸二 氫鉀10?35%，硼砂1?10%，重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的一種或兩種以上的 混合物28?69 %的原料組分及質(zhì)量百分比，以及占固體物總質(zhì)量12?20%的水組成：取 各原料組分，經(jīng)混合均勻、加水攪拌成型并自然養(yǎng)護，即制得磷酸鎂水泥基Υ射線快速屏 蔽材料。
3. -種磷酸鎂水泥基Υ射線快速屏蔽材料的制備方法，其特征是制備步驟為： a、 配料：按重燒鎂砂5?40%，磷酸二氫鉀10?35%，硼砂1?15%，重晶石、氧化鉛、 金屬鉛、磁鐵礦石中的一種或兩種以上的混合物20?70%的原料組分及質(zhì)量百分比，以及 占固體物總質(zhì)量10?20%的水組成； b、 混合：將重燒鎂砂，磷酸二氫鉀，硼砂，以及重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的一 種或兩種以上的混合物投入到混合容器中，在向混合容器中加入水并同時計時，按140? 150r/min的速度攬拌15?30s，然后按275?295r/min的速度攬拌1. 5?3min，停15s 后，再按275?295r/min的速度攪拌3?5min，制得楽體； c、 將制得的漿體經(jīng)成型、自然養(yǎng)護，即制得磷酸鎂水泥基Y射線快速屏蔽材料。
4. 按權利要求3所述磷酸鎂水泥基γ射線快速屏蔽材料的制備方法，其特征是：步驟 a所述各原料中，將重燒鎂砂粉磨至粒徑為10?50 μ m、重晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石 分別粉磨至粒徑為5?50 μ m，磷酸二氫鉀粉磨至粒徑為30?150 μ m。
5. 按權利要求3或4所述磷酸鎂水泥基γ射線快速屏蔽材料的制備方法，其特征是： 所述步驟a替換為配料：按重燒鎂砂5?35 %，磷酸二氫鉀10?35 %，硼砂1?10 %，重 晶石、氧化鉛、金屬鉛、磁鐵礦石中的一種或兩種以上的混合物28?69%的原料組分按照 對應質(zhì)量百分比，經(jīng)混合均勻、與占固體物總質(zhì)量12?20 %的按照所述步驟b方式攪拌，制 成漿體，經(jīng)步驟c方式養(yǎng)護制得水泥基γ射線快速屏蔽材料。
【文檔編號】C04B28/34GK104150859SQ201410381964
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權日:2014年8月6日
【發(fā)明者】賴振宇, 段新勇, 呂淑珍, 盧忠遠 申請人:西南科技大學