CN103011771B - 废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒及其制备方法。各组分的重量份数为：CRT玻璃或屏玻璃、锥颈玻璃为100份，增强配料为0～150份，造粒助剂为1～15份。它是将废旧彩色显像管玻璃或屏玻璃、锥颈玻璃进行粗破碎后，与辅助配料和造粒助剂，按配比的重量份数一起研磨，再粒化成生料球；将生料球干燥后，进行焙烧和矿化，冷却制得防辐射陶粒。本发明使废旧彩色显像管玻璃成为了生产防辐射陶粒的原料，变废旧为资源，转化成高性能的防辐射陶粒，作为集料应用于配制防辐射混凝土；本防辐射陶粒防护性能优良、制备成本低，可实现废旧彩色显像管玻璃无害化处置、资源化和高值化利用。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土用集料及其制备方法，特别是一种废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒及其制备方法，属于防电离辐射建筑材料技术领域。
背景技术
彩色电视机和台式计算机等电子产品的彩色显像管是玻璃质的屏、锥、颈和熔焊料的集合体，其中，所述屏含8～12％氧化钡和8～12％氧化锶，屏的内侧面上还涂有含氧化铅、镉等重金属的荧光粉混合物；所述锥含20～26％的氧化铅，锥的内外侧面上分别有石墨涂层和三氧化二铁涂层；所述颈含40％的氧化铅；所述熔焊料(封结屏管、管锥)含高达40％～50％氧化铅以及硼酸锌。它们分别大约占显像管玻璃质量的65.5％、29％、1％和4.5％。
从彩色电视机和台式计算机等电子产品中拆解出的废旧彩色显像管的各部分包含屏、锥、颈、熔焊料、荧光粉、石墨涂层和三氧化二铁涂层的混合物，称为CRT玻璃，锥和颈的混合物称为锥颈玻璃，屏和荧光粉的混合物称为屏玻璃。CRT玻璃、屏玻璃和锥颈玻璃的主要成分及含量见表1。
表1：CRT玻璃、屏玻璃或锥颈玻璃的氧化物成分及含量
在我国，大量采用彩色显像管的电视机和台式计算机等电子产品已进入报废阶段，正不断被淘汰，据估计，每年约产生废旧的6000,000电视机和10,000,000台式计算机，其中，彩色显像管玻璃的质量占到整机的50wt％～55wt％，国内待处理的彩色显像管玻璃已超过520万吨。从环境的观点，这种彩色显像管玻璃含铅等重金属，被列入《国家危险废旧物名录》。如何处理废旧彩色显像管玻璃已成为电子废弃物处置中关键问题之一。在欧洲废旧彩色显像管玻璃被禁止用于食品玻璃容器、玻璃器皿和玻璃纤维的制造。但是，目前能处置尤其资源化利用废旧彩色显像管玻璃的方法还很有限，大多数电器回收企业将收集的彩色显像管堆存甚至弃置。在大量堆存或弃置彩色显像管的附近地区，其尘埃、土壤、河流沉积物和水源样本中的铅含量非常高。因此，堆填处置或焚化处置废旧彩色显像管玻璃可能会造成重大潜在的健康和环境风险。曾经有人研究了用彩色显像管玻璃作为普通混凝土细集料部分取代河砂对砂浆新拌性能的影响。还有人在彩色显像管玻璃中掺入白云石、氧化铝制备微晶玻璃。然而，从资源的观点，废旧彩色显像管玻璃中所含的铅、钡和锶等金属元素又是非常宝贵的，它们对原子核辐射有很好屏蔽作用；而且，废旧彩色显像管玻璃中的铅、钡和锶等是玻璃态重金属，相比其金属及其氧化物或其盐类化合物，有更高的化学稳定性和使用安全性。
核技术在核电、军事、教育、科研、医疗等领域的广泛应用，也带来射线辐射对人体和周边环境的安全威胁，必须在建造有射线源的建筑物或人防工程时设置射线防护。目前使用最广泛的射线防护体材料是防射线水泥混凝土，又称防辐射混凝土、原子能防护混凝土、屏蔽混凝土或重混凝土，用于制作核反应堆的内外壳、人防工程以及核废旧料的固化处理的射线防护体。防辐射混凝土的防射线功能的主要是在配制其时加入了具有防射线功能的集料。防辐射集料的用量占防辐射混凝土总体积的3/4以上。目前常采用的防辐射集料是磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、重晶石、蛇纹石、钢段、铁丸等。由于天然矿物防辐射集料的多棱角，多针片状，使其所配制的防辐射混凝土不易泵送施工。
本发明工作与其它废旧彩色显像管玻璃处置利用技术的明显不同是以废旧彩色显像管玻璃为原料生产防辐射陶粒，并且该防辐射陶粒产品是作为集料用于配制防辐射混凝土，提供了一种实现废旧彩色显像管玻璃无害化处置、资源化利用和高值化产品的新途径。
发明内容
本发明提供一种废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒及其制备方法，是将废旧彩色显像管玻璃作为生产防辐射陶粒的原料，变废旧为资源，转化成高价值的辐射屏蔽材料，作为集料应用于配制防辐射混凝土。
本发明所提供的技术方案是：
一种废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒，其各组分的重量份数为：CRT玻璃或屏玻璃、锥颈玻璃为100份，增强配料为0～150份，造粒助剂为1～15份；
所述增强配料为铁、重晶石(硫酸钡)、钨、硼酸中的一种或多种；铁、钨、重晶石(硫酸钡)的重量份数根据需要屏蔽的射线能量大小而选择。
所述铁、钨为其金属粉末，或者为其化合物。
所述造粒助剂为水溶性高分子树脂和黏土中的一种或者两种。
所述水溶性高分子树脂为羧甲基纤维素、淀粉胶、聚乙烯醇中的一种或几种。
一种废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将CRT玻璃或屏玻璃、锥颈玻璃进行粗破碎后，与增强配料和造粒助剂，按配比的重量份数一起研磨至粒度为80～200目的配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径4～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入烧制设备中，以10～50℃/min升温速度至500～600℃进行恒温焙烧30～100分钟；以10～60℃/min升温速度再升高至680～1200℃并保持30～350分钟，进行矿化；以≤100℃/min降温冷却速度冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。
通过矿化，使废旧彩色显像管玻璃中所含玻璃相的铅、钡和锶等金属元素转化为硅酸盐矿相，相比其金属及其氧化物或其盐类化合物，使防辐射陶粒和防辐射混凝土都有更高的化学稳定性和使用安全性。
本发明的有益效果在于：使废旧彩色显像管玻璃成为生产防辐射陶粒的原料，多种组分变废旧为资源，有毒重金属铅、钡和锶等成为防辐射材料的电离射线吸收剂；其中的SiO2、Al2O3成为矿化剂，使防辐射陶粒中的铅、钡和锶被固化和稳定，防辐射陶粒的铅的浸出浓度由矿化前的4.15mg/L～74.17mg/L，经过矿化后下降到1.93mg/L～14.13mg/L；其中的K2O、Na2O成为助熔剂，使烧结在较低的温度下实现；该防辐射陶粒的防护性能优良，该制备方法成本低，同时，可实现废旧彩色显像管玻璃无害化处置、资源化利用和高值化产品开发。
具体实施方式
实施例1：
(1)将100份重量的CRT玻璃和1.5份重量的作为造粒助剂的羧甲基纤维素投入球磨机中，进行干法球磨；然后过80目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径4mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以10℃/min的升温速度升至500℃焙烧100分钟，再以10℃/min的升温速度升高至980℃并保持230分钟，进行矿化；然后以100℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：密度为3.0g/cm3；吸水率为0.41volwt％；30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为26.29～1.04；80KeV～100KeV，所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.09、0.07。所述比铅当量值代表单位厚度(mm)的防辐射填料相当于纯铅板的厚度值，该值越高屏蔽性能越好。
实施例2：
(1)将100份重量的屏玻璃和5份重量的作为造粒助剂的淀粉胶投入球磨机中，进行干法球磨；然后过100目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以20℃/min的升温速度升至600℃焙烧30分钟，再以20℃/min的升温速度升高至680℃并保持30分钟，进行矿化；然后以80℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：密度为2.84g/cm3；吸水率为0.45volwt％；30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为17.09～0.66；80KeV、100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.08、0.04。
实施例3：(1)将100份重量的锥颈玻璃和15份重量的作为造粒助剂的聚乙烯醇投入球磨机中，进行干法球磨；然后过200目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以30℃/min的升温速度升至600℃焙烧50分钟，再以40℃/min的升温速度升高至880℃并保持230分钟，进行矿化；然后以20℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：密度为3g/cm3；吸水率为0.45volwt％；30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为26.29～1.04；80KeV、100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.08、0.05。
实施例4
(1)将100份重量的锥颈玻璃、作为增强配料的88份钨粉和12份硼酸以及5份重量的作为造粒助剂的聚乙烯醇投入球磨机中，进行干法球磨；然后过80目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以50℃/min的升温速度升至600℃焙烧60分钟，再以50℃/min的升温速度升高至880℃并保持330分钟，进行矿化；然后以50℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：11.1g/cm3；吸水率为0.33volwt％；30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)：174.0～6.30，100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)：0.50。
实施例5
(1)将100份重量的CRT玻璃、作为增强配料的28份黑钨矿(FeMnWO4)以及作为造粒助剂的5份重量的聚乙烯醇和5份重量的黏土投入球磨机中，进行干法球磨；然后过100目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以40℃/min的升温速度升至600℃焙烧40分钟，再以50℃/min的升温速度升高至780℃并保持350分钟，进行矿化；然后以70℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：密度为3.98g/cm3；吸水率为0.40volwt％；30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为31.98～1.16，100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)为0.08。
实施例：6
(1)将100份重量的CRT玻璃、作为增强配料的50份钨粉45份重晶石(硫酸钡)和5份硼酸以及作为造粒助剂的15份重量的黏土投入球磨机中，进行干法球磨；然后过120目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以50℃/min的升温速度升至600℃焙烧30分钟，再以60℃/min的升温速度升高至860℃并保持300分钟，进行矿化；然后以50℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：密度为7.383g/cm3；吸水率为0.40volwt％；30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为69.3～2.61，100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)为0.195。
实施例7
(1)将100份重量的锥颈玻璃、作为增强配料的55份黑钨矿和45份重晶石(硫酸钡)以及作为造粒助剂的6份重量的黏土和6份重量的聚局乙烯醇投入球磨机中，进行干法球磨；然后过150目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以50℃/min的升温速度升至600℃焙烧30分钟，再以50℃/min的升温速度升高至1200℃并保持300分钟，进行矿化；然后以不大于100℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：密度为8.96g/cm3；吸水率为0.41volwt％；30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为59.4∶4～2.15，100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)为0.15。
实施例8
(1)将100份重量的锥颈玻璃、作为增强配料的50份硫酸钡(重晶石)和100份铁粉，以及4份重量的作为造粒助剂的淀粉胶粉投入球磨机中，进行干法球磨；然后过120目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以20℃/min的升温速度升至600℃焙烧80分钟，再以60℃/min的升温速度升高至720℃并保持300分钟，进行矿化；然后以40℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：其产品性能：密度为4.36g/cm3；吸水率为0.1volwt％；30KeV～200KeV射线能量所对应的线性衰减系数(1/cm)为38.51～1.57，100KeV的比铅当量(mmPb/mm)为0.12。
实施例9
(1)将100份重量的锥颈玻璃、作为增强配料的130份硫酸钡(重晶石)和20份铁粉以及4份重量的作为造粒助剂的淀粉胶粉投入球磨机中，进行干法球磨；然后过120目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以40℃/min的升温速度升至600℃焙烧70分钟，再以40℃/min的升温速度升高至720℃并保持300分钟，进行矿化；然后以不大于100℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：密度为4.23g/cm3，射线能量在30KeV～200KeV所对应的线性衰减系数(1/cm)为27.97～1.16，100KeV的比铅当量(mmPb/mm)为0.08。
实施例10
(1)将100份重量的锥颈玻璃、作为增强配料的60份硫酸钡(重晶石)、35份黑钨矿和10份磁铁矿以及4份重量的作为造粒助剂的淀粉胶粉投入球磨机中，进行干法球磨；然后过120目筛，形成配合料；
(2)对配合料喷水加湿，混合均匀后，放入造粒机中，造粒得到粒径10mm或10～60mm的生料球；
(3)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(4)将干燥后的生料球送入回转窑中，以50℃/min的升温速度升至600℃焙烧50分钟，再以60℃/min的升温速度升高至760℃并保持350分钟，进行矿化；然后以不大于100℃/min降温冷却速度出窑冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。其产品性能：密度为5.4g/cm3，在30KeV～200KeV射线能量所对应的线性衰减系数(1/cm)为42～1.47，100KeV的比铅当量(mmPb/mm)为0.11。
Claims (3)
1.废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒，其特征在于：其各组分的重量份数为：CRT玻璃、屏玻璃或锥颈玻璃为100份，增强配料为0～150份，造粒助剂为1～15份；
所述增强配料为铁或其化合物、重晶石、钨或其化合物、硼酸中的一种或多种；铁、钨、重晶石的重量份数根据需要屏蔽的射线能量大小而选择；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将CRT玻璃、屏玻璃或锥颈玻璃进行粗破碎后，与增强配料和造粒助剂，按配比的重量份数一起研磨至粒度为80～200目的配合料；
(2)将配合料粒化成粒径为4～60mm的生料球；
(3)将生料球干燥至含水率≤5％；
(4)将生料球置于自然环境或利用回转窑尾气的余热，干燥至水分≤5％；
(5)将干燥后的生料球送入烧制设备中，以10～50℃/分钟升温速度至500～600℃进行恒温焙烧30～100分钟；以10～60℃/分钟升温速度再升高至680～1200℃并保持30～350分钟，进行矿化；以≤100℃/分钟降温冷却速度冷却至100℃以下，制得防辐射陶粒。
2.根据权利要求1所述的废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒，其特征在于：所述造粒助剂为水溶性高分子树脂和黏土中的一种或者两种。
3.根据权利要求2所述的废旧彩色显像管玻璃防辐射陶粒，其特征在于：所述水溶性高分子树脂为羧甲基纤维素、淀粉胶、聚乙烯醇中的一种或几种。
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Address after: 224051 Yancheng City hope road, Jiangsu, No. 9 Co-patentee after: NANJING HUANWU RESOURCES RECYCLING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY Co-patentee after: JIANGSU HUAOU GLASS CO.,LTD. Address before: 224051 Jiangsu province Yancheng City Yingbin Road No. 9 Co-patentee before: NANJING HUANWU RESOURCES RECYCLING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee before: YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY Co-patentee before: YANCHENG HUAOU INDUSTRIAL Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20150408 Termination date: 20211214 |
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