CN103035307A - 废旧彩色显像管玻璃X和γ射线屏蔽剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废旧彩色显像管玻璃X和γ射线屏蔽剂及其制备方法。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。它是将CRT玻璃或屏玻璃、锥颈玻璃进行研磨至粒度为80～300目，得到一种研磨X和γ射线屏蔽剂；还可将上述研磨X、γ射线屏蔽剂送入窑炉中，经煅烧和矿化后，再研磨至过60～300目筛，得到一种烧成X和γ射线屏蔽剂，以提高其化学稳定性。本发明使废旧彩色显像管玻璃成为生产X和γ射线屏蔽剂的原料，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，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

废旧彩色显像管玻璃X和γ射线屏蔽剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种射线屏蔽剂及其制备方法，特别是一种废旧彩色显像管玻璃X、γ射线屏蔽剂及其制备方法，属于电离辐射射线防护材料技术领域。 
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 
Figure BSA00000826574500011
Figure BSA00000826574500021
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。 
X、γ射线屏蔽材料是核技术应用的重要保证，避免对人体健康的辐射损害和周边环境的辐射污染；另外，由于粉煤灰、磷石膏等工业废渣中含226Ra、230Tll、232Th、40K、238U等多种天然放射性核素，应用此类工业废渣生产的建材(建筑物)具有潜在放射性污染，也需要X、γ射线屏蔽材料减轻或防护这类建材(建筑物)的放射性污染。 
X、γ射线屏蔽材料的核心成分的具有射线屏蔽功能的屏蔽剂。铅是防护用品中有效和被长期使用的屏蔽剂，从上世纪70年代起，开展了无铅射线防护材料的研究工作，开发了以铋为主或以钡为主或以镧系元素加钨为主的无铅防护产品。然而，铋和钡及其氧化物、氯化物、碳酸钡等有很强的毒性，钡一般只能使用化学性稳定且无毒的硫酸钡。另外，使用镧作为屏蔽剂的产品存在生产成本高的缺点，不利于被广泛使用。 
而彩色显像管玻璃中的铅、钡和锶对X、γ射线有很好屏蔽作用，而且是玻璃态的，相比铅、铋和钡及其氧化物或盐类化合物，相比有更高的化学稳定性，通过高温煅烧和保温矿化的处理，还可进一步提高彩色显像管玻璃的化学稳定性，并克服那些由不同密度原 料配置的屏蔽剂存在的组成偏析缺点，提高屏蔽剂的成分均匀性，取得更好的使用安全性。 
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X、γ射线屏蔽剂，并且该X、γ射线屏蔽剂产品是作为制造防辐射材料的重要成分，同时，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，对缓解重金属、镧系元素的资源问题也具有重要的意义。 
发明内容
本发明提供一种废旧彩色显像管玻璃射线屏蔽剂及其制备方法，是将废旧彩色显像管玻璃作为生产X、γ射线屏蔽剂的原料，变废旧为资源，转化成高价值的辐射屏蔽材料，作为重要配料应用于制造防辐射材料。 
本发明所提供的技术方案是： 
一种废旧彩色显像管玻璃X、γ射线屏蔽剂，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； 
所述增强配料为钨、方铅矿、氧化锡、氧化锆、磁铁矿、重晶石(硫酸钡)中的一种或多种；钨、方铅矿、氧化锡、氧化锆、磁铁矿、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。 
所述钨为其金属粉末，或者为其化合物。 
一种废旧彩色显像管玻璃X、γ射线屏蔽剂的制备方法，将100份CRT玻璃或屏玻璃、锥颈玻璃和0～150份增强配料一起研磨至粒度为80～300目，得到一种研磨型X、γ射线屏蔽剂。 
为进一步提高所述的研磨型X、γ射线屏蔽剂的化学稳定性和使用安全性，同时，防止由于原料密度差引起X、γ射线屏蔽剂的组成偏析，降低其射线屏蔽率和安全性，还可以将上述研磨型X、γ射线屏蔽剂送入窑炉中，升温至750～1200℃煅烧，并保温30～350分钟矿化，提高其化学稳定性，然后将它以≤100℃/分钟降温速度冷却至100℃以下，从窑炉中移出，并研磨至过60～300目筛，得到一种烧结型X、γ射线屏蔽剂。 
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X、γ射线屏蔽剂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X、γ射线屏蔽剂的原料，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X、γ射线屏蔽剂中的铅、钡和锶被固化和稳定，X、γ 射线屏蔽剂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；废旧彩色显像管玻璃转化成高性能、高价值的X、γ射线屏蔽剂，可作为集料应用于配制防辐射材料中，如医用X、γ射线防护品、防辐射混凝土、X、γ射线防护塑料制品或橡胶制品，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。 
本发明提供的X和γ射线屏蔽剂及其制备方法，尤其是将废旧彩色阴极射线显像管玻璃与所述钨、方铅矿、氧化锡、重晶石(硫酸钡)、氧化锆配合，所制备的X、γ射线屏蔽剂及其制备方法，使废旧彩色阴极射线显像管玻璃的屏蔽性能得到大幅提高，其实际效果是，对应30KeV～200KeV的射线能量，CRT玻璃、屏玻璃和锥颈玻璃的线衰减系数(1/cm)分别是17.09～0.66、11.82～0.47、26.29～1.04，100KeV对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.04、0.02、0.07，而它们与钨、方铅矿、氧化锡、重晶石(硫酸钡)、氧化锆配合使用，例如重量比为：50％CRT玻璃或屏玻璃、锥颈玻璃和50％钨粉配合使用，则它们的线衰减系数(1/cm)分别提高到28.95-2.08、175～6.3、149～5.2，100KeV对应的比铅当量(mmPb/mm)分别提高到0.10、0.53、0.43。 
具体实施方式
实施例1： 
将CRT玻璃在球磨机中干法球磨；过80目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为2.841g/cm3，在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2： 
将实施例1得到的研磨型X、γ射线屏蔽剂送入回转窑中，升温至750℃并保持230分钟，进行矿化；然后出窑降温冷却至100℃以下；再送入球磨机中干法球磨；过60目筛得到烧结型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为2.841g/cm3，在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： 
将锥颈玻璃在球磨机中干法球磨；过200目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为3.01g/cm3，在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。 
实施例4： 
将实施例3得到的研磨型X、γ射线屏蔽剂送入回转窑中，升温至780℃并保持230分钟，进行矿化；然后出窑降温冷却至100℃以下；再送入球磨机中干法球磨；过100目筛得到一种烧结型X、γ射线屏蔽剂；主要性能密度：3.01g/cm3，在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。 
实施例5： 
将屏玻璃在球磨机中干法球磨；过100目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为2.75g/cm3，在30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为11.82～0.47；80KeV、100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.07、0.04。 
实施例6： 
将实施例5得到的研磨型X、γ射线屏蔽剂送入回转窑中，升温至780℃并保持30分钟，进行矿化；然后出窑降温冷却至100℃以下；再送入球磨机中干法球磨；过300目筛得到烧结型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为2.75g/cm3，在30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为11.82～0.47；80KeV、100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.07、0.04。 
实施例7： 
将100份重量的CRT玻璃和25份重晶石在球磨机中干法球磨；过100目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为3.07g/cm3，在30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为52.75～9.52，80KeV、100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.16、0.14。 
实施例8： 
将实施例7得到的研磨型X、γ射线屏蔽剂送入回转窑中，升温至800℃并保持250分钟，进行矿化；然后出窑降温冷却至100℃以下；再送入球磨机中干法球磨；过100目筛得到烧结型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为3.17g/cm3，在30KeV～200KeV射线能量对应的线衰减系数(1/cm)为52.75～9.52，80KeV、100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.17、0.15。 
实施例9： 
将100份重量的锥颈玻璃和100份钨粉在球磨机中干法球磨；过100目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为11.17g/cm3，射线能量在30KeV～200KeV所对应的线性衰减系数(1/cm)为175.86～6.32，100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)为0.50。 
实施例10： 
将实施例9得到的研磨型X、γ射线屏蔽剂送入回转窑中，升温至1200℃并保持250分钟，进行矿化；然后出窑降温冷却至100℃以下；再送入球磨机中干法球磨；过100目筛得到一种烧结型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为11.18g/cm3，射线能量在30KeV～200KeV所对应的线性衰减系数(1/cm)为175.86～6.32，100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)为0.51。 
实施例11： 
将100份重量的屏玻璃和100份重晶石在球磨机中干法球磨；过100目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为3.625g/cm3，射线能量在40KeV～200KeV所对应的线性衰减系数(1/cm)为33.38～0.83，100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)为0.05。 
实施例12： 
将实施例11得到的研磨型X、γ射线屏蔽剂送入回转窑中，升温速度至800℃并保持250分钟，进行矿化；然后出窑降温冷却至100℃以下；再送入球磨机中干法球磨；过100目筛得到烧结型X、γ射线屏蔽剂；主要性能密度：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13： 
将100份重量的锥颈玻璃、45份氧化锆和50份钨粉在球磨机中干法球磨；过100目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为7.815g/cm3，射线能量在30KeV～200KeV所对应的线性衰减系数(1/cm)为114～3.21，100KeV的比铅当量(mmPb/mm)为0.25。 
实施例14： 
将实施例5得到的研磨型X、γ射线屏蔽剂送入回转窑中，升温至送入回转窑中，升温至1200℃并保持350分钟，进行矿化；然后出窑降温冷却至100℃以下；再送入球磨机中干法球磨；过100目筛得到烧结型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为7.815g/cm3，射线能量在30KeV～200KeV所对应的线性衰减系数(1/cm)为114～3.21，100KeV的比铅当量(mmPb/mm)为0.25。 
实施例15： 
将100份重量的CRT玻璃、110份方铅矿在球磨机中干法球磨；过100目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为5.4g/cm3，30KeV～200KeV射线能量所对应的 线性衰减系数(1/cm)为93.55～3.19，80KeV、100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别是0.30、0.26。 
实施例16： 
将100份重量的屏玻璃、110份氧化锡在球磨机中干法球磨；过100目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度为4.85g/cm3，30KeV～200KeV射线能量所对应的线性衰减系数(1/cm)为89.33～1.09，80KeV和100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别为0.27、0.07。 
实施例17： 
将100份重量的屏玻璃、80份黑钨矿和10份磁铁矿在球磨机中干法球磨；过300目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂，主要性能：密度为4.85g/cm3，30KeV～200KeV射线能量所对应的线性衰减系数(1/cm)为40.67～6.03，80KeV和100KeV所对应的比铅当量(mmPb/mm)分别为0.37、0.10。 
实施例18： 
将100份重量的锥颈玻璃、10磁铁矿份、60份重晶石、10份氧化锆和20份黑钨矿在球磨机中干法球磨；过100目筛，得到研磨型X、γ射线屏蔽剂；主要性能：密度：4.252g/cm3，射线能量在30KeV～200KeV所对应的线性衰减系数(1/cm)为38.44～1.39，100KeV的比铅当量(mmPb/mm)为0.10。 
实施例19： 
将实施例18得到的研磨型X、γ射线屏蔽剂送入回转窑中，升温至1100℃并保持350分钟，进行矿化；然后出窑降温冷却至100℃以下；再送入球磨机中干法球磨；过100目筛得到烧结型X、γ射线屏蔽剂；主要性能密度：密度为4.43g/cm3，射线能量在30KeV～200KeV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)

1.一种用于射线防护材料的废旧彩色显像管玻璃X、γ射线屏蔽剂，其特征在于：
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；
所述增强配料为重晶石(硫酸钡)、方铅矿、氧化锡、氧化锆、磁铁矿、钨中的一种或多种；磁铁矿、重晶石(硫酸钡)、方铅矿、氧化锡、氧化锆、钨的重量份数根据需要屏蔽的射线能量大小而选择；
所述钨为其金属粉末，或者为其化合物。
2.根据权利要求1所述的一种用于射线防护材料的废旧彩色显像管玻璃X、γ射线屏蔽剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将废旧彩色显像管CRT玻璃或屏玻璃、锥颈玻璃与增强配料按比例混合，一起研磨，过80～300目筛，得到研磨型废旧彩色显像管玻璃X、γ射线屏蔽剂。
3.根据权利要求2所述的一种用于建筑腻子的防辐射填料的制备方法，其特征在于：将上述研磨防研磨废旧彩色显像管玻璃X、γ射线屏蔽剂送入窑炉中，升温至750～1200℃煅烧，并保温30～350分钟矿化，提高化学稳定性，然后将它从窑炉中移出，降温冷却至100℃以下，研磨至过60～300目筛，得到烧结型废旧彩色显像管玻璃X、γ射线屏蔽剂。
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CN105130287A (zh) * 2015-07-06 2015-12-09 清华大学 一种利用废阴极射线管屏玻璃制作x射线防护砂浆的方法

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