CN108484014B - 防辐射地质聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

防辐射地质聚合物及其制备方法，属于电离辐射防护建筑材料技术领域。防辐射地质聚合物的原料包括废旧阴极射线显像管玻璃、富硅铝质配料、屏蔽增强配料和液体碱激发剂。此防辐射地质聚合物以废旧阴极射线显像管玻璃为基体，实现了废旧阴极射线显像管玻璃的无害化处理、大批量资源化利用和高值化产品的新途径。此外本发明还涉及一种防辐射地质聚合物的制备方法，将废旧阴极射线显像管玻璃、富硅铝质配料、屏蔽增强配料和液体碱激发剂混合得到地质聚合物浆体，养护后得到防辐射地质聚合物的硬化体。此制备方法简单易于操作，能够使得原料充分相互融合起到协同作用，制备得到的防辐射地质聚合物防辐射性能良好。

Description

防辐射地质聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及电离辐射防护建筑材料技术领域，且特别涉及一种防辐射地质聚合物及其制备方法。
背景技术
在我国，大量采用阴极射线显像管(CRT)的台式计算机和彩色电视机等电子产品已进入报废阶段，每年约报废1000万台计算机和600万台电视机，并以25％～30％的速度增长。废CRT玻璃占整机质量的50wt％～55wt％，国内待处理的废CRT玻璃已超过520万吨。由于废CRT玻璃中含有多种有害物质和重金属元素(主要成分如表1所示)，存在重大健康和环境风险，已被列入《国家危险废物名录》中。
表1 CRT玻璃的氧化物成分及含量
Figure BDA0001677610360000011
目前能处置并资源化利用废CRT玻璃的途径较少且用量有限，大多数电器回收企业将收集的废CRT玻璃堆存或填埋，这不仅占用大量土地，且溶出的铅(Pb)、钡(Ba)及锶(Sr)等元素会带来严重的环境污染。因此，如何处理废CRT玻璃已成为电子废弃物处置和环境保护的关键问题之一。
地质聚合物是一类由活性硅铝质原料与碱性激发剂反应制备的绿色无机胶凝材料。地质聚合物具有早强、致密和耐腐蚀等优异特性，且能高值化利用工业废弃物，故在固废处理等特殊工程领域具有广阔的应用前景。从资源利用的观点出发，废CRT玻璃中含有大量的玻璃态硅质组分，若补充适量的活性铝质组分，则可通过碱激发反应制备出性能优异的地质聚合物；而且，废CRT玻璃所含的重金属元素对原子核辐射(X及γ射线)有很好的屏蔽作用，结合地质聚合物的致密和耐腐蚀等特性，能广泛用于建设防辐射建筑防护体，如核反应堆的内外壳、人防工程以及核废料的固化处理防护体等。更重要的是，地质聚合物中形成的硅铝酸盐凝胶相具有独特的三维网络结构，能充分固化废CRT玻璃中的重金属元素，限制其浸出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防辐射地质聚合物，此防辐射地质聚合物主要原料为废旧阴极射线显像管玻璃，实现了废旧阴极射线显像管玻璃的无害化处理和高价值利用。
本发明的另一目的在于提供一种防辐射地质聚合物的制备方法，此制备方法简单易于操作，能够使得原料充分相互融合起到协同作用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种防辐射地质聚合物，其原料包括废旧阴极射线显像管玻璃、富硅铝质配料、屏蔽增强配料和液体碱激发剂。
本发明提出一种防辐射地质聚合物的制备方法，其包括将废旧阴极射线显像管玻璃、富硅铝质配料、屏蔽增强配料和液体碱激发剂混合得到地质聚合物浆体，养护后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
本发明实施例的有益效果是：
本发明提供的一种防辐射地质聚合物，以废旧阴极射线显像管玻璃为基体，实现了废旧阴极射线显像管玻璃的无害化处理、大批量资源化利用和高值化产品的新途径。同时阴极射线显像管玻璃中含有铅、钡和锶等重金属元素，使其成为防辐射材料的良好的电离射线吸收剂，在电离辐射防护建筑材料中有较好的应用。
本发明提供的一种防辐射地质聚合物的制备方法，此制备方法简单易于操作，能够使得原料充分相互融合起到协同作用，制备得到的防辐射地质聚合物防辐射性能良好。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的防辐射地质聚合物及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例中提供一种防辐射地质聚合物，其原料为废旧阴极射线显像管玻璃、富硅铝质配料、屏蔽增强配料和液体碱激发剂。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，按重量计，防辐射地质聚合物包括100份废旧阴极射线显像管玻璃、30～50份富硅铝质配料、30～50份屏蔽增强配料和40～60份液体碱激发剂，优选为100份废旧阴极射线显像管玻璃、35～45份富硅铝质配料、35～45份屏蔽增强配料和45～55份液体碱激发剂。上述四种原料按照配比混合能够协同制造出防辐射性能良好的防辐射地质聚合物。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，废旧阴极射线显像管玻璃选用粉末状的废旧阴极射线显像管玻璃，将废旧阴极射线显像管玻璃磨成粉末，选60～80目的废旧阴极射线显像管玻璃粉末作为原料制作防辐射地质聚合物，粉末状的废旧阴极射线显像管玻璃能够增大与其他原料的接触面积，使防辐射地质聚合物质地更加均匀。
现阶段，大量采用阴极射线显像管(CRT)的台式计算机和彩色电视机等电子产品已进入报废阶段，利用废旧阴极射线显像管玻璃制作防辐射地质聚合物，既实现了资源重复利用，使废旧物品变成了高价值物品，同时降低了防辐射地质聚合物的制作成本，增大其竞争力。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，富硅铝质配料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣和偏高岭土中的任意一种或多种。粉煤灰为从煤然后的烟气中收捕下来的细灰，其主要包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO和TiO2等，常作为掺合料加入到建筑材料中；粒化高炉矿渣为在高炉冶炼生铁时，以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物经淬冷成粒后得到；偏高岭土的为在适当温度下经脱水形成的无水硅酸铝。富硅铝质配料含有大约30％的铝质组分，能够为废旧阴极射线显像管玻璃粉补充活性铝质组分，实现通过碱激发反应制备出性能优异的地质聚合物的目的，同时降低防辐射地质聚合物的成本。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，屏蔽增强配料包括方铅矿、氧化锆、磁铁矿和重晶石中的任意一种或多种。方铅矿是一种常见的矿物，其中富含铅，能够成为防辐射材料的电离射线吸收剂，提高防辐射地质聚合物的防辐射能力，同时价格也十分低廉；氧化锆具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，加入到防辐射地质聚合物中，能够提高其各种物理性能；磁铁矿是指氧化物类矿物磁铁矿的矿石，无色无味；重晶石也是一种常见的矿物，其主要成分为硫酸钡，钡元素也能够提高防辐射地质聚合物的防辐射能力。因此屏蔽增强配料能够提高防辐射地质聚合物的防辐射能力，同时提高其各项物理性质。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，液体碱激发剂为NaOH与水玻璃的混合物，液体碱激发剂的水玻璃模数为1.8～2.4，液体碱激发剂中SiO2和Na2O之和的质量分数为20～30wt％。液体碱激发剂能够加速废旧阴极射线显像管玻璃粉末与活性铝质组分之间的碱激发反应，进而促进防辐射地质聚合物的早期强度发展。
液体碱激发剂的水玻璃模数越大，氧化硅含量越多，液体碱激发剂越难溶于水，粘度越大。在本发明实施例中，液体碱激发剂需要与其他原料混合均匀，因此其水玻璃模数过高或过低都会影响其与其他原料的结合程度。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，防辐射地质聚合物的原料还包括煅烧白云石微粉，煅烧白云石微粉与废旧阴极射线显像管玻璃的质量比为(0.02～0.05)：1。加入的煅烧白云石微粉富含钙镁质组分，可在碱激发反应过程中与富硅铝质配料产生协同作用，并在地质聚合物三维网络硬化体中生成具有插层结构的类水滑石矿相，有助于固化废旧阴极射线显像管玻璃中的铅等重金属元素，使防辐射地质聚合物有更优异的化学稳定性和使用安全性。
煅烧白云石微粉为白云石原料磨碎后，选择200～300目的白云石粉末再经过800～1000℃下煅烧得到。合适粒径大小的煅烧白云石微粉能够与防辐射地质聚合物其他原料混合均匀，充分接触，发挥其效果。
本发明实施例中还提供一种防辐射地质聚合物的制备方法，其包括将废旧阴极射线显像管玻璃、富硅铝质配料、屏蔽增强配料和液体碱激发剂混合得到地质聚合物浆体，养护后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，采用颚式破碎机对废旧阴极射线显像管玻璃进行破碎，破碎后在球磨机中干法球磨10～30min，然后过目筛得到目数为60～80目的废旧阴极射线显像管玻璃粉末，将100份废旧阴极射线显像管玻璃、30～50份富硅铝质配料、30～50份屏蔽增强配料和40～60份液体碱激发剂混合，搅拌均匀得到地质聚合物浆体，养护后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，先将废旧阴极射线显像管玻璃、富硅铝质配料、屏蔽增强配料和液体碱激发剂混合得到地质聚合物浆体后，再将煅烧白云石微粉到地质聚合物浆体中，搅拌均匀后养护得到防辐射地质聚合物的硬化体。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，养护温度为30～50℃，养护时间为24～48h，优选地，养护温度为35～45℃，养护时间为30～10h。养护可加速碱激发反应速率，加速地质聚合物浆体的硬化和强度发展。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本发明实施例提供一种防辐射地质聚合物及其制备方法。
采用颚式破碎机对废旧阴极射线显像管玻璃进行破碎，破碎后在球磨机中干法球磨15min，然后过目筛得到目数为60目的废旧阴极射线显像管玻璃粉末，将NaOH与水玻璃混合制得水玻璃模数为1.8、SiO2和Na2O之和的质量分数为30wt％的液体碱激发剂，将100份废旧阴极射线显像管玻璃、35份方铅矿、50份粉煤灰和45份液体碱激发剂混合，搅拌均匀得到地质聚合物浆体，于30℃下养护48h后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
实施例2
本发明实施例提供一种防辐射地质聚合物及其制备方法。
采用颚式破碎机对废旧阴极射线显像管玻璃进行破碎，破碎后在球磨机中干法球磨20min，然后过目筛得到目数为80目的废旧阴极射线显像管玻璃粉末，将NaOH与水玻璃混合制得水玻璃模数为2.0、SiO2和Na2O之和的质量分数为30wt％的液体碱激发剂，将100份废旧阴极射线显像管玻璃、50份重晶石、40份粒化高炉矿渣和50份液体碱激发剂混合，搅拌均匀得到地质聚合物浆体，于50℃下养护48h后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
实施例3
本发明实施例提供一种防辐射地质聚合物及其制备方法。
采用颚式破碎机对废旧阴极射线显像管玻璃进行破碎，破碎后在球磨机中干法球磨10min，然后过目筛得到目数为60目的废旧阴极射线显像管玻璃粉末，将NaOH与水玻璃混合制得水玻璃模数为2.4、SiO2和Na2O之和的质量分数为24wt％的液体碱激发剂，将100份废旧阴极射线显像管玻璃、45份磁铁矿、30份偏高岭土和60份液体碱激发剂混合，搅拌均匀得到地质聚合物浆体，于50℃下养护48h后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
实施例4
本发明实施例提供一种防辐射地质聚合物及其制备方法。
采用颚式破碎机对废旧阴极射线显像管玻璃进行破碎，破碎后在球磨机中干法球磨20min，然后过目筛得到目数为60目的废旧阴极射线显像管玻璃粉末，将NaOH与水玻璃混合制得水玻璃模数为2.0、SiO2和Na2O之和的质量分数为20wt％的液体碱激发剂，将100份废旧阴极射线显像管玻璃、30份重晶石、40份粒化高炉矿渣和40份液体碱激发剂混合，搅拌均匀得到地质聚合物浆体，于30℃下养护24h后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
实施例5
本发明实施例提供一种防辐射地质聚合物及其制备方法。
采用颚式破碎机对废旧阴极射线显像管玻璃进行破碎，破碎后在球磨机中干法球磨30min，然后过目筛得到目数为80目的废旧阴极射线显像管玻璃粉末，将NaOH与水玻璃混合制得水玻璃模数为2.2、SiO2和Na2O之和的质量分数为30wt％的液体碱激发剂，将100份废旧阴极射线显像管玻璃、50份重晶石、50份粒化高炉矿渣和50份液体碱激发剂混合，搅拌均匀得到地质聚合物浆体，再将2份经过1000℃煅烧后目数为300目的煅烧白云石微粉加入到地质聚合物浆体中，搅拌均匀后于30℃下养护24h后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
实施例6
本发明实施例提供一种防辐射地质聚合物及其制备方法。
采用颚式破碎机对废旧阴极射线显像管玻璃进行破碎，破碎后在球磨机中干法球磨15min，然后过目筛得到目数为60目的废旧阴极射线显像管玻璃粉末，将NaOH与水玻璃混合制得水玻璃模数为1.8、SiO2和Na2O之和的质量分数为30wt％的液体碱激发剂，将100份废旧阴极射线显像管玻璃、35份方铅矿、50份粉煤灰和45份液体碱激发剂混合，搅拌均匀得到地质聚合物浆体，再将5份经过800℃煅烧后目数为200目的煅烧白云石微粉加入到地质聚合物浆体中，搅拌均匀后于30℃下养护48h后得到防辐射地质聚合物的硬化体。
分别测量实施例1～6得到的防辐射地质聚合物的硬化体的抗压强度、对应30～200KeV射线能量的线衰减系数(1/cm)、100KeV对应的比铅当量以及铅的浸出浓度，记录在表1：
表1防辐射地质聚合物的硬化体的物理性质及防辐射能力
Figure BDA0001677610360000101
Figure BDA0001677610360000111
根据表1可得，根据本发明实施例提供的防辐射地质聚合物的制备方法制备得到的防辐射地质聚合物其抗压强度和防辐射能力良好，特别地，在其中加了煅烧白云石微粉后，防辐射地质聚合物中的铅的浸出浓度明显降低。
综上所述，本发明实施例的防辐射地质聚合物，以废旧阴极射线显像管玻璃为基体，实现了废旧阴极射线显像管玻璃的无害化处理、大批量资源化利用和高值化产品的新途径。同时阴极射线显像管玻璃中含有铅、钡和锶等重金属元素，使其成为防辐射材料的良好的电离射线吸收剂，在电离辐射防护建筑材料中有较好的应用，同时当加入原料煅烧白云石微粉后，防辐射地质聚合物中的铅的浸出浓度明显降低。
本发明实施例的防辐射地质聚合物的制备方法简单易于操作，能够使得原料充分相互融合起到协同作用，制备得到的防辐射地质聚合物稳定性良好。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种防辐射地质聚合物，其特征在于，其原料包括100重量份废旧阴极射线显像管玻璃、30~50重量份富硅铝质配料、30~50重量份屏蔽增强配料、40~60重量份液体碱激发剂和煅烧白云石微粉；
所述煅烧白云石微粉与所述废旧阴极射线显像管玻璃的质量比为（0.02~0.05）：1；
所述煅烧白云石微粉为白云石微粉于800~1000℃下煅烧得到，其目数为200~300目。
2.根据权利要求1所述的防辐射地质聚合物，其特征在于，所述废旧阴极射线显像管玻璃为粉末状的所述废旧阴极射线显像管玻璃，其目数为60~80目。
3.根据权利要求1所述的防辐射地质聚合物，其特征在于，所述富硅铝质配料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣和偏高岭土中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的防辐射地质聚合物，其特征在于，所述屏蔽增强配料包括方铅矿、氧化锆、磁铁矿和重晶石中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的防辐射地质聚合物，其特征在于，所述液体碱激发剂为NaOH与水玻璃的混合物，所述液体碱激发剂的水玻璃模数为1.8~2.4，所述液体碱激发剂中SiO2和Na2O之和的质量分数为20~30wt%。
6.一种制备如权利要求1~5任一项所述的防辐射地质聚合物的制备方法，其特征在于，其包括将所述废旧阴极射线显像管玻璃、所述富硅铝质配料、所述屏蔽增强配料和所述液体碱激发剂混合得到地质聚合物浆体，养护后得到所述防辐射地质聚合物的硬化体。
7.根据权利要求6所述的防辐射地质聚合物的制备方法，其特征在于，其还包括将煅烧白云石微粉混合到所述地质聚合物浆体中，再进行养护，养护温度为30~50℃，养护时间为24~48h。
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