CN104058709A - 一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂和石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体40-55份、铁尾矿15-25份、石膏20-38份、纤维素醚0.2-0.5份、碳化硅纤维晶0.1-1.5份、发泡剂0.05-0.6份、石墨0.2-1份、缓凝剂0.04-0.06份，各组分的总量满足98-102份；所述固溶体由铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为(1-1.4)：(6-6.6)：(0.012-0.02)混合烧制而成。本发明提供的利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆抗辐射性能较好，力学性能优良，可广泛的应用于工业、医学抗辐射工程中，而且利用工业的废渣可以给社会带来效益。

Description

一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及到一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆及其制备方法。

背景技术

随着科技和工业发展日益加快，以及人类要面对的环境越来越复杂，人们对建筑材料的数量和性能要求也越来越高。在生活中，我们的周围存在着各种各样的辐射线，如：无线电波、微波、α射线、β射线等。所以，制备一种抗辐射的砂浆，在工业、农业、医学抗辐射工程中都具有重要的作用。然而，在现有的生产抗辐射的材料中，大多是使用于对α、β、γ、X等射线和中子辐射的屏蔽，局限的应用于医疗等特殊的场合。而对无线电波、微波等的屏蔽的考虑就比较少，并且它们的来源很广泛，分别有通信、导航、广播、电视、雷达等方面，每时每刻都存在于空中。同时，它们对人会产生很大的副作用，在受到高强度电磁波的严重辐射时，则会产生头疼、呕吐、全身无力等症状。因此，制备具有屏蔽无线电波、微波的砂浆有着相当重要的社会效益。

在电磁辐射的屏蔽中，不同的材料对不同波长的屏蔽效果是不一样的。其中，以BaSO4为主要成分的重晶石具有很大的表面密度，对X、γ射线的良好屏蔽能力，同时，由于含有的一定数量的结晶水，可以有效地削弱微波辐射；铁尾矿含有大量的铁氧体，而铁氧体可作为磁介质型吸波材料，通过磁滞损耗、自然共振等极化机制衰减吸收电磁波；石墨则是属于电阻型的吸波材料，利用本身具有的多孔特性吸收电磁波。

目前，关于抗辐射材料的资料，在国内已有报道。如姜帆等《水泥基防辐射材料的研究进展》中介绍到利用重晶石和铁矿石作主要的骨料，同时掺入掺合料来制备抗辐射材料；同时其又在《重晶石屏蔽砂浆的实验研究》提出采用普通硅酸盐水泥、重晶石骨料和具有抗辐射性能的掺合料及其他常规材料，成功研制出了表观密度达3000kg/m³、结晶水含量达7％的抗辐射砂浆；叶正茂等在《含钡废渣在建筑材料中的应用》介绍到利用含有大量BaSO₄的重晶石与含有大量SiO₂的粘土在烧成温度为1350℃-1450℃时，获得以硅酸二钡为主要矿物组分的熟料；倪广菊在《不锈钢纤维防微波织物性能分析》中提到起到对微波防护功效的主要是钢纤维的反射作用；罗衡在《铁氧体吸波材料的研究进展》中提到氧体吸波材料是既具有磁吸收的磁介质又具有电吸收的电介质，是现在广泛应用且性能极好的吸波材料。

在上面资料的介绍中，所应用的骨料都是重晶石和铁矿石的自然界矿物来制备抗辐射砂浆，给环境带来了更多的负担，且消耗大量的资源。同时，对于建筑材料对微波的防护研究较少，利用钡渣制备抗辐射砂浆的研究尚未见有研究。因此，利用钡渣和铁尾矿工业废渣作为生产抗辐射墙体砂浆的原料，对于环境的保护、人体的健康和社会效益有着很大的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆及其制备方法，所得材料放射性屏蔽效果好，力学性能优良。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂和石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体40-55份、铁尾矿15-25份、石膏20-38份、纤维素醚0.2-0.5份、碳化硅纤维晶0.1-1.5份、发泡剂0.05-0.6份、石墨0.2-1份、缓凝剂0.04-0.06份，各组分的总量满足98-102份；所述固溶体由铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为(1-1.4)：(6-6.6)：(0.012-0.02)混合烧制而成。

按上述方案，所述固溶体经过粉磨后其细度达到80um方孔筛筛余不大于10％，所述烧制温度为1350℃-1450℃，烧制时间为3-4h。

按上述方案，所述的钡渣为在生产钡盐过程中产生的废渣，经过粉磨获得的细度为80μm方孔筛筛余≤8％。

按上述方案，所述的铁尾矿为高硅鞍山型铁尾矿、马钢高铝型铁尾矿的一种或者几种按任意配比的混合物，其细度为80μm方孔筛筛余≤8％，粒度基本集中在8μm-19μm之间。

按上述方案，所述的石膏为建筑石膏、脱硫石膏、磷石膏一种或者几种按任意配比的混合物，其粒径为80μm方孔筛筛余≤20％。

按上述方案，所述的纤维素醚为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素一种或者几种按任意配比的混合物，其含水率≤6％，NaCl含量≤1.5％，有效物质含量≥92.5％。

按上述方案，所述的碳化硅纤维晶长径比为50-200，抗拉强度为8000-20000MPa，弹性模量为400-490GPa，密度为3.18g/cm³。

按上述方案，所述的发泡剂来自日照材元晟泰建材有限公司，由动物蛋白发泡剂和氢氧化钙混合而成，外观暗褐色液体，有一定的腐味，挥发有机物≤50g/L，pH值6.5～7.5，密度为1.1±0.05g/cm3，起泡高度>150mm。

按上述方案，所述的缓凝剂为柠檬酸，为无色半透明晶体或白色颗粒或白色结结晶性粉末，密度为1.665g/cm³。

按上述方案，所述的石墨纯度≥98％，其细度为80μm方孔筛筛余≤5％。

按上述方案，所述的氧化硼为稳定剂，密度为1.85g/cm³，熔点为400℃。

本发明所提供的上述利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆的应用方法是：将所述抗电磁波辐射的干混砂浆与水按照1:0.4-0.5的质量比混合，进行不小于5min快速搅拌，得到抗电磁波辐射的砂浆，然后即可进行施工。

钡渣的主要成分为：BaSO₄质量比为38％-45％、BaCO₃质量比为20％-35％、SiO₂质量比为10％-15％、Al₂O₃质量比为5％左右。虽然没有达到生产抗辐射砂浆的重晶石中BaSO₄的含量达到80％的要求，但是钡渣的比重也很大，具有着高密度，可以考虑作为抗辐射干混砂浆的骨料。但如果直接用来作为建筑砂浆填料，则由于钡渣中含有的BaCO₃具有着剧毒，对人的身体造成伤害。因此，消除毒性是利用钡渣作为安全环保的墙体材料的关键。

本发明为了解决钡渣的毒性问题，同时使钡渣更好的参与系统中的物理化学反应。本发明将铁尾矿和钡渣按特定质量比进行混合，且加入氧化硼作为稳定剂，加入到窑炉中，以1350℃-1450℃的温度中进行烧成，最终获得活性较高的固溶体物质，如：Ba₂S、Ba₄AF等。这些活性好的物质参与反应对抗辐射砂浆应用时强度有明显的提高，对Ba²⁺固化也起到了很好的作用。

在本发明中加入18％-28％建筑石膏，一是利用半水建筑石膏(CaSO₄·1/2H₂O)在溶解中产生可逆反应生成沉淀物二水石膏(CaSO₄·1/2H₂O)，在这凝结和硬化过程中使砂浆获得一定的强度；二是因为BaSO₄的溶解度远低于CaSO₄的溶解度，所以BaCO₃能与CaSO₄(建筑石膏)参与化学反应生成难溶的BaSO₄，进而对BaCO₃固化的作用，消除钡渣的毒性。

同时，利用二水石膏的2H₂O对电磁波的散射作用，进一步减小电磁波的辐射。考虑到加入的石膏所能提供的结晶水数量有限，所以还需加入少量的发泡剂，在墙体中获得一定量的微小孔隙，使得孔隙中充满H₂O，提高了H₂O的含量，进而改善电磁波的屏蔽效果。对于微波的防护，采用的方法为以铁尾矿为骨料，再加入钢纤维和电阻型的石墨，分别是利用铁尾矿中含有10％以上的具有铁磁性的Fe₂O₃，用来作为磁介质吸波材料，吸收来源于空间的电磁波，同时电阻型的石墨阻止微波的传播都可以对微波起到一定的防护作用。

由于抗辐射砂浆中钡渣的密度大，易分层、离析，给运输和施工带来很大问题。为了解决这些问题，给抗辐射砂浆带来良好的工作效果和硬化后更好的性能，通过添加对砂浆具有保水性和抗滑移的纤维素醚，减小其泌水，提高施工的性能；再加入的少量的纤维晶，提高其韧性、抗裂性和强度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，本发明的抗电磁波辐射的干混砂浆对不同波长微波的均具有屏蔽作用，如无线电波、微波、X射线；

第二，本发明大量的消耗了钡渣和铁尾矿，通过将钡渣和铁尾矿加入到窑炉烧成，对钡渣和铁尾矿进行改性处理，增加了它们之间的反应活性，同时，对Ba²⁺起到了很好的固化作业，很大的程度上解决了钡渣的大量堆积带来的各种问题；

第三，通过加入纤维素醚和氮化硼纤维晶提高了砂浆本身的保水性、粘结性、强度等性质，减小砂浆易开裂的问题，从而获得力学性能良好的抗辐射材料。

本发明提供的抗电磁波辐射的干混砂浆的抗辐射性能较好，可广泛的应用于工业、医学抗辐射工程中，而且利用工业的废渣可以给社会带来效益。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

下列实施例中采用的石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、石墨和缓凝剂均为市售。其中，石膏的细度在80um方孔筛余≤5％；纤维素醚在碱度为PH＝12时保持稳定，产品的含水率≤6％，NaCl含量≤1.5％，有效物质含量>92.5％；碳化硅纤维晶长径比50-200，抗拉强度为8000-20000MPa，弹性模量为400-490GPa，密度为3.18g/cm³；石墨纯度≥98％，其细度在80um方孔筛余≤5％；缓凝剂为柠檬酸，有效含量≥80％；所述的发泡剂来自日照材元晟泰建材有限公司，由动物蛋白发泡剂和氢氧化钙混合而成，外观暗褐色液体，有一定的腐味，挥发有机物≤50g/L，pH值6.5～7.5，密度为1.1±0.05g/cm3，起泡高度>150mm。

下列实施例中采用的钡渣、铁尾矿来自于工业废料的工厂，其中，经过粉磨的钡渣细度在80um方孔筛余≤8％；铁尾矿细度在80um方孔筛余≤8％，基本集中在8um<d<19um之间。

实施例1

一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂、石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体45份、铁尾矿15份、石膏38份、纤维素醚0.5份、碳化硅纤维晶1.4份、发泡剂0.05份、石墨0.2份、缓凝剂0.06份。

所述固溶体的制备方法为：将铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为1:6:0.012混和研磨后，在1350℃下烧制3h降温至室温得到固溶体，所述固溶体经粉磨，其细度达到80um方孔筛筛余不大于10％

上述利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆的应用方法是：将所述的抗辐射材料与水按照1:0.4的质量比混合，用360r/min的速度搅拌5min，得到抗电磁波辐射的砂浆，然后即可进行抹灰施工。

利用本实施例制备的利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆制备一个密闭箱体，将全向性探头的场强仪置于该密闭箱体内，其中，箱体抹灰的厚度为15mm，分别测定密闭箱体里外的场强，对比得到放射性屏蔽效果的屏蔽率为35％；按《建筑砂浆基本性能试验方法JGJ70-2009》的标准，测定得七天后，抗压强度为10MPa，抗折强度为4.2MPa。其他实施例中的抗辐射性能、抗压抗折性能的测定方法与实施例相同。

实施例2

一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂、石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体46份、铁尾矿20份、石膏30份、纤维素醚0.5份、碳化硅纤维晶1.4份、发泡剂0.6份、石墨1份、缓凝剂0.05份。

所述固溶体的制备方法为：将铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为1:6.6:0.02混和研磨后，在1450℃下烧制4h降温至室温得到固溶体，所述固溶体经粉磨，其细度达到80um方孔筛筛余不大于10％。

上述利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆的应用方法是：将所述抗电磁波辐射的干混砂浆与水按照1:0.5的质量比混合，用360r/min的速度搅拌5min，得到抗电磁波辐射的砂浆，然后即可进行抹灰施工。

本实施例制备的抗辐射材料，测定其放射性屏蔽效果得屏蔽率为45％；抗压强度为9.2MPa，抗折强度为4MPa。

实施例3

一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂、石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体54份、铁尾矿25份、石膏20份、纤维素醚0.3份、碳化硅纤维晶0.6份、发泡剂0.3份、石墨0.5份、缓凝剂0.04份。

所述固溶体的制备方法为：将铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为1.4:6.6:0.015混和研磨后，在1400℃下烧制4h降温至室温得到固溶体，所述固溶体经粉磨，其细度达到80um方孔筛筛余不大于10％。

上述利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆的应用方法是：将所述抗电磁波辐射的干混砂浆与水按照1:0.4的质量比混合，用360r/min的速度搅拌5min，得到抗电磁波辐射的砂浆，然后即可进行抹灰施工。

本实施例制备的抗辐射材料，测定放射性屏蔽效果得屏蔽率为43％；七天后，抗压强度为8.5MPa，抗折强度为3.6MPa。

实施例4

一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂、石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体50份、铁尾矿24份、石膏24份、纤维素醚0.4份、碳化硅纤维晶1份、发泡剂0.05份、石墨0.2份、缓凝剂0.04份。

所述固溶体的制备方法为：将铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为1.4:6.6:0.02混和研磨后，在1350℃下烧制3h降温至室温得到固溶体，所述固溶体经粉磨，其细度达到80um方孔筛筛余不大于10％。

上述利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆的应用方法是：将所述抗电磁波辐射的干混砂浆与水按照1:0.5的质量比混合，用360r/min的速度搅拌5min，得到抗电磁波辐射的砂浆，然后即可进行抹灰施工。

本实施例制备的抗辐射材料，测定放射性屏蔽效果得屏蔽率为42％；七天后，抗压强度为8.8MPa，抗折强度为3.8MPa。

实施例5

一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂、石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体44份、铁尾矿24份、石膏29份、纤维素醚0.5份、碳化硅纤维晶1.4份、发泡剂0.2份、石墨1份、缓凝剂0.05份。

所述固溶体的制备方法为：将铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为1:6.4:0.018混和研磨后，在1350℃下烧制3h降温至室温得到固溶体，所述固溶体经粉磨，其细度达到80um方孔筛筛余不大于10％。

上述利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆的应用方法是：将所述抗电磁波辐射的干混砂浆与水按照1:0.4的质量比混合，用360r/min的速度搅拌5min，得到抗电磁波辐射的砂浆，然后即可进行抹灰施工。

本实施例制备的抗辐射材料，测定放射性屏蔽效果得屏蔽率为42％；七天后，抗压强度为9.0MPa，抗折强度为3.8MPa

实施例6

一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂、石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体47份、铁尾矿20份、石膏30份、纤维素醚0.5份、碳化硅纤维晶1.4份、发泡剂0.4份、石墨0.8份、缓凝剂0.06份。

所述固溶体的制备方法为：将铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为1.2:6.2:0.016混和研磨后，在1350℃下烧制3h降温至室温得到固溶体，所述固溶体经粉磨，其细度达到80um方孔筛筛余不大于10％。

上述利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆的应用方法是：将所述抗电磁波辐射的干混砂浆与水按照1:0.4的质量比混合，用360r/min的速度搅拌5min，得到抗电磁波辐射的砂浆，然后即可进行抹灰施工。

本实施例制备的抗辐射材料，测定放射性屏蔽效果得屏蔽率为42.6％；七天后，抗压强度为9.1MPa，抗折强度为3.9MPa。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于它是由固溶体、铁尾矿、石膏、纤维素醚、碳化硅纤维晶、发泡剂、缓凝剂和石墨混合而成，所述各组分的重量份数为：固溶体40-55份、铁尾矿15-25份、石膏20-38份、纤维素醚0.2-0.5份、碳化硅纤维晶0.1-1.5份、发泡剂0.05-0.6份、石墨0.2-1份、缓凝剂0.04-0.06份，各组分的总量满足98-102份；所述固溶体由铁尾矿、钡渣和氧化硼按质量比为(1-1.4)：(6-6.6)：(0.012-0.02)混合烧制而成。

2.根据权利要求1所述的一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于所述固溶体经过粉磨后其细度达到80um方孔筛筛余不大于10％，所述烧制温度为1350℃-1450℃，烧制时间为3-4h。

3.根据权利要求1所述的一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于所述的钡渣为在生产钡盐过程中产生的废渣，经过粉磨获得的细度为80μm方孔筛筛余≤8％。

4.根据权利要求1所述的一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于所述的铁尾矿为高硅鞍山型铁尾矿、马钢高铝型铁尾矿的一种或者几种按任意配比的混合物，其细度为80μm方孔筛筛余≤8％，粒度基本集中在8μm-19μm之间。

5.根据权利要求1所述的一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于所述的石膏为建筑石膏、脱硫石膏、磷石膏一种或者几种按任意配比的混合物，其粒径为80μm方孔筛筛余≤20％。

6.根据权利要求1所述的一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于所述的纤维素醚为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素一种或者几种按任意配比的混合物，其含水率≤6％，NaCl含量≤1.5％，有效物质含量≥92.5％。

7.根据权利要求1所述的一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于所述的碳化硅纤维晶长径比为50-200，抗拉强度为8000-20000MPa，弹性模量为400-490GPa，密度为3.18g/cm³。

8.根据权利要求1所述的一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于所述的缓凝剂为柠檬酸。

9.根据权利要求1所述的一种利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆，其特征在于所述的石墨纯度≥98％，其细度为80μm方孔筛筛余≤5％。

10.权利要求1-9之一所述的利用钡渣的抗电磁波辐射的干混砂浆的应用方法，其特征在于将所述抗电磁波辐射的干混砂浆与水按照1:0.4-0.5的质量比混合，进行不小于5min快速搅拌，得到抗电磁波辐射的砂浆，然后即可进行施工。