CN113683328B - 一种利用废弃物制备的防辐射重骨料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用废弃物制备的防辐射重骨料及其制备方法，所述防辐射重骨料按照重量百分比的以下原料制成：废弃阴极射线管玻璃30～35%、钡泥15～20%、高铁赤泥40～45%以及焦粉10～15%；在制备该防辐射重骨料时，按照上述比例称取原料，然后将原料分别粉碎或研磨，再将处理后的原料充分混合并造球，接着对造球得到的生坯进行烘干，再然后对烘干后的生坯进行分段焙烧，使其充分反应，最后随炉冷却降至250‑350℃时出炉即可得到防辐射重骨料。本发明的防辐射重骨料以赤泥、钡泥和废弃阴极射线管玻璃为主要原料，替代了较为昂贵和稀缺的重晶石，可减轻我国建材行业对重晶石的依赖，缓解工业快速发展带来的优质重晶石匮乏的危机。

Description

一种利用废弃物制备的防辐射重骨料及其制备方法
技术领域
本发明属于重骨料制造技术领域，具体涉及一种利用废弃物制备的防辐射重骨料及其制备方法。
背景技术
近些年来，显示技术迅速发展，液晶显示技术、等离子体显示技术在许多方面比阴极射线管显示技术具有更大优势，所以我国电脑和电视机上的废弃阴极射线管重金属玻璃量高速增长。阴极射线管玻璃往往含有钡和铅重金属，如果处置不当，会严重危害到人类健康和生态环境。因此阴极射线管废玻璃的综合处理和二次利用变得十分重要。
钡盐生产过程中残余固体称为钡泥，钡泥中水溶性钡易渗入地下水，使地下水Ba2+超标，对人体造成巨大伤害，寻找钡泥的综合利用途径迫在眉睫。
赤泥是 Al2O3生产过程中产生的工业固体废弃物，赤泥中除含有 Fe、Al、Si 外还带有 Sc、Ti等一些稀散元素和一定的碱量。赤泥pH值在11左右，且含铁量高、产生量大，传统的堆存、填海等处置方式将会对周边的饮用水、大气、土壤造成严重污染，并浪费了大量良田，严重影响了铁、铝工业的可持续发展。赤泥含有大量有用元素，尤其以拜耳法工艺产出的高铁赤泥，因铁含量较高更具潜在利用价值。
高效处理阴极射线管、钡泥和高铁赤泥成为困扰科技工作者的一个新的难题。合理利用工业废弃物，最大发挥二次资源的潜能。将废弃物加工成高附加值产品，对降低环境风险和资源循环利用具有重要意义。
重晶石混凝土是目前最常用的防辐射混凝土之一，广泛应用于医学和防辐射工程。但是，随着工业不断开发，优质、单一型重晶石矿日益枯竭，我国目前绝大部分重晶石矿品位低，使得重晶石混凝土原料十分缺乏。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种利用废弃物制备的防辐射重骨料及其制备方法，该重骨料的制备方法以冶金工业废弃物为主要原料，生产成本较低且制得的重骨料可作为混凝土的原料，具有较好的辐射屏蔽性能。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种利用废弃物制备的防辐射重骨料，防辐射重骨料按照重量百分比的以下原料制成：废弃阴极射线管玻璃30～35%、钡泥15～20%、高铁赤泥40～45%以及焦粉10～15%。
进一步的，防辐射重骨料按照重量百分比的以下原料制成：废弃阴极射线管玻璃33%、钡泥15%、高铁赤泥41%以及焦粉11%。
所述原料中，废弃阴极射线管玻璃的主要组成为：SiO245～50%、PbO 20～25%、Na2O8～10%、BaO 1～2%、Al2O35～8%、CaO 5～8%、和K2O 1～3%。
所述原料中，高铁赤泥的主要组成为：SiO220～25%、Fe2O3 24～35%、Al2O315～20%、TiO24～8%、CaO 10～15%、Na2O 5～8%和K2O 0.1～0.3%。
所述原料中，钡泥的主要组成为：BaCO325～30%、BaSO425～30%、BaSO38～10%、SiO220～25%、Al2O38～10%和Fe2O35～8%。
一种利用废弃物制备防辐射重骨料的方法，包括如下步骤：
（1）按照重量百分比取废弃阴极射线管玻璃30～35%、钡泥15～20%、高铁赤泥40～45%以及焦粉10～15%，备用；
（2）将废弃阴极射线管玻璃粗碎成5mm以下的颗粒，高铁赤泥、钡泥和焦粉分别研磨后过160目筛；
（3）将步骤（2）过筛后的原料充分混合；
（4）将步骤（3）经过混合后的原料放入到造球圆盘机中造球，圆盘滚动的同时喷洒适量水，最终形成直径为3-8 mm的生球，制得生坯；
（5）将步骤（4）得到的生坯放在干燥箱内烘干；
（6）将烘干的生坯试样置入马弗炉内按下列几个阶段进行焙烧：
a、25～750℃，升温速率为8℃/min；
b、750～1350℃，升温速率为5℃/min，1350℃保温120min；
最后随炉冷却自然降温，降至250-350℃时出炉即可得到防辐射重骨料。
步骤（3）中，原料的混合时间为12h。
步骤（5）中的烘干条件是：温度150℃，时间6h。
本发明的有益效果是：1、本发明的防辐射重骨料以赤泥、钡泥和废弃阴极射线管玻璃为主要原料，替代了较为昂贵和稀缺的重晶石，可减轻我国建材行业对重晶石的依赖，缓解工业快速发展带来的优质重晶石匮乏的危机。
2、本发明的重骨料，在高温焙烧过程中，焦粉还原出高铁赤泥中的铁和钡泥中铅元素，这些重金属元素与钡泥中氧化钡或硫酸钡原位合成了多种含有钡、铅和铁复杂氧化物（BaTiO3、Pb2Fe2O5、BaFe11Ti3O23）。这些复杂氧化物具有防辐射性能，尤其增强了重骨料的防 γ 射线能力。
3、本发明制得的重骨料，在高温焙烧过程中，焦粉还原出高铁赤泥中的铁和钡泥中铅元素，这些重金属元素与钡泥中氧化钡或硫酸钡原位合成了多种含有钡、铅和铁复杂氧化物，提高了重骨料的性能，表观密度达到4.1 g/cm3，养护28 d后抗压强度高于35Mpa，吸水率低于0.9%，磨蚀率低于18.5%，各项性能达到了ASTM C637要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
实施例1：一种利用废弃物制备防辐射重骨料的方法，包括如下步骤：
（1）按照重量百分比取废弃阴极射线管玻璃33%、钡泥15%、高铁赤泥41%以及焦粉11%，备用；
（2）将废弃阴极射线管玻璃粗碎成5mm以下的颗粒，高铁赤泥、钡泥和焦粉分别放入球磨机中球磨后过160目筛；
（3）将步骤（2）过筛后的原料放入三维立体混料机中混合12h；
（4）将步骤（3）经过混合后的原料放入到有一定倾斜角度的造球圆盘机中造球，圆盘滚动的同时喷洒适量水，以粘结混合原料，最终形成直径为3-8 mm的生球，制得生坯；
（5）将步骤（4）得到的生坯放在干燥箱内于150℃条件下干燥6h；
（6）将烘干的生坯试样置入马弗炉内按下列几个阶段进行焙烧：
a、25～750℃，升温速率为8℃/min；
b、750～1350℃，升温速率为5℃/min，1350℃保温120min；
最后随炉冷却自然降温，降至250-350℃时出炉即可得到防辐射重骨料。
本发明中最后的生坯焙烧采用分段焙烧，可以有利于烧成，使得相关反应能够进行彻底，形成更多的复杂氧化物。
所述废弃阴极射线管玻璃的主要组成为：SiO245～50%、PbO 20～25%、Na2O 8～10%、BaO 1～2%、Al2O35～8%、CaO 5～8%、和K2O 1～3%。
所述高铁赤泥的主要组成为：SiO220～25%、Fe2O3 24～35%、Al2O315～20%、TiO24～8%、CaO 10～15%、Na2O 5～8%和K2O 0.1～0.3%。
所述钡泥的主要组成为：BaCO325～30%、BaSO425～30%、BaSO38～10%、SiO220～25%、Al2O38～10%和Fe2O35～8%。
对得到的重骨料各项性能进行检测：吸水率0.83%，体积密度4.2 g/cm3，养护28 d后抗压强度36Mpa，体积磨蚀率17.86%，重骨料全项性能检测均符合ASTM C637标准。
实施例2：本实施例与实施例1的区别在于制备所用原料的组成不同，本实施例中，按照重量百分比取废弃阴极射线管玻璃35%、钡泥15%、高铁赤泥40%以及焦粉10%。其他步骤与实施例1相同。
对得到的重骨料各项性能进行检测：吸水率0.85%，体积密度4.3g/cm3，养护28 d后抗压强度37 Mpa，体积磨蚀率18.16%，重骨料全项性能检测均符合ASTM C637标准。
实施例3：本实施例与实施例1的区别在于制备所用原料的组成不同，本实施例中，按照重量百分比取废弃阴极射线管玻璃30%、钡泥17%、高铁赤泥40%以及焦粉13%。其他步骤与实施例1相同。
对得到的重骨料各项性能进行检测：吸水率0.86%，体积密度4.2g/cm3，养护28 d后抗压强度36Mpa，体积磨蚀率17.68%，重骨料全项性能检测均符合ASTM C637标准。
实施例4：本实施例与实施例1的区别在于制备所用原料的组成不同，本实施例中，按照重量百分比取废弃阴极射线管玻璃30%、钡泥15%、高铁赤泥45%以及焦粉10%。其他步骤与实施例1相同。
对得到的重骨料各项性能进行检测：吸水率0.83%，体积密度4.1 g/cm3，养护28 d后抗压强度37 Mpa，体积磨蚀率17.75%，重骨料全项性能检测均符合ASTM C637标准。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用废弃物制备防辐射重骨料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照重量百分比取废弃阴极射线管玻璃30～35%、钡泥15～20%、高铁赤泥40～45%以及焦粉10～15%，备用；
（2）将废弃阴极射线管玻璃粗碎成5mm以下的颗粒，高铁赤泥、钡泥和焦粉分别研磨后过160目筛；
（3）将步骤（2）过筛后的原料充分混合；
（4）将步骤（3）经过混合后的原料放入到造球圆盘机中造球，圆盘滚动的同时喷洒适量水，最终形成直径为3-8 mm的生球，制得生坯；
（5）将步骤（4）得到的生坯放在干燥箱内烘干；
（6）将烘干的生坯试样置入马弗炉内按下列几个阶段进行焙烧：
a、25～750℃，升温速率为8℃/min；
b、750～1350℃，升温速率为5℃/min，1350℃保温120min；
最后随炉冷却自然降温，降至250-350℃时出炉即可得到防辐射重骨料。
2.根据权利要求1所述的利用废弃物制备防辐射重骨料的方法，其特征在于， 步骤（3）中，原料的混合时间为12h。
3.根据权利要求1所述的利用废弃物制备防辐射重骨料的方法，其特征在于，步骤（5）中的烘干条件是：温度150℃，时间6h。
4.根据权利要求1所述的利用废弃物制备防辐射重骨料的方法，其特征在于，所述废弃阴极射线管玻璃的主要组成为：SiO2 45～50%、PbO 20～25%、Na2O 8～10%、BaO 1～2%、Al2O3 5～8%、CaO 5～8%、和K2O 1～3%。
5.根据权利要求1所述的利用废弃物制备防辐射重骨料的方法，其特征在于，所述高铁赤泥的主要组成为：SiO2 20～25%、Fe2O3 24～35%、Al2O3 15～20%、TiO2 4～8%、CaO 10～15%、Na2O 5～8%和K2O 0.1～0.3%。
6.根据权利要求1所述的利用废弃物制备防辐射重骨料的方法，其特征在于，所述钡泥的主要组成为：BaCO3 25～30%、BaSO4 25～30%、BaSO3 8～10%、SiO2 20～25%、Al2O3 8～10%和Fe2O3 5～8%。
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