[發明專利]一種防輻射水泥熟料礦物相體系的制備方法

有效

• 申請號: 201210200974.5
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN102701613A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 田鍵
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: C04B7/345
• 分類號: C04B7/345
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏峰

技術領域

本發明屬于防輻射水泥材料制備領域，具體涉及一種防輻射水泥熟料礦物相體系的制備方法。

背景技術

目前國內外研發和使用的防輻射水泥主要有鋇水泥、鍶水泥、硼水泥。

鋇水泥和鍶水泥在礦物組成上是以氧化鋇（BaO）、氧化鍶（SrO）代替硅酸鹽水泥中的氧化鈣（CaO），形成以硅酸三鋇（3BaO·SiO₂）和硅酸三鍶（3SrO·SiO₂）為主要礦物的水硬性膠凝材料。其生產工藝過程與硅酸鹽水泥基本相同，煅燒溫度較高，達到1550℃以上。但鋇水泥和鍶水泥只能屏蔽γ、X射線，不能防中子。

中子射線是由不帶電荷的微粒組成，通過物質時具有很強的穿透力，對人體產生的危害比相同劑量的γ、X射線更為嚴重，而且中子不可以通過增加防護材料的厚度來屏蔽其輻射，因此，對中子的防護成為當下防輻射研究的重點和難點。¹⁰B是天然硼的兩種穩定同位素之一，豐度為19.78%，對熱中子的吸收截面為3837靶，是防中子混凝土的50多倍。因此¹⁰B元素具有很強的吸收中子能力。

目前硼水泥的生產工藝是在優質高鋁水泥熟料中加入適量硼鎂石共同粉磨制得。這種水泥與含硼集料、重質集料可配制成比重較高的混凝土，因它具有較高的硼含量以及化學結晶水對快中子產生慢化效應的同時對熱中子的吸收性能良好，適用于防護快中子和熱中子的屏蔽工程。但含硼水泥是以天然硼鎂石在回轉窯中經800-1000℃煅燒成摻合料，大幅度增加了能耗；吸收中子時釋放二次γ射線，會引起二次輻射。天然硼鎂石能否適應長期的中子輻射而不膨脹，目前沒有相關研究報道；在硅酸鹽水泥中加入硼外加物會延緩水泥的凝結和硬化，降低水泥的強度，采用高鋁水泥雖然能保證正常的凝結和硬化，但會導致大體積混凝土產生裂紋。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是在于提供了一種防輻射水泥熟料礦物相體系的制備方法，該方法簡單，易操作，適合大規模工業化生產，本體系由鋁酸三鈣（Ca₃Al₂O₆，簡寫為C₃A）、硼酸三鈣（Ca₃B₂O₆）和物質X組成，其中物質X為三鋁酸五鈣（Ca₅Al₆O₁₄）或鐵鋁酸四鈣（C₄AF），在本發明中B元素取代了Ca₃Al₂O₆中的Al元素，在Ca₃Al₂O₆晶胞中形成結構配位，占據Al原子的位置，生成了Ca₃B₂O₆。Ca₃B₂O₆的晶格中有足夠的大于鋰原子直徑的空隙，¹⁰B俘獲中子后生成的鋰原子可以占據原¹⁰B原子的位置，晶格中的空隙也可以容納氦氣，故吸收中子后不會對材料造成腫脹性破壞。Ca₃B₂O₆還可促進水泥的正常凝結和硬化，提高水泥強度，改善混凝土耐久性。同時Ca₃B₂O₆和Ca₅Al₆O₁₄的生成使水泥熟料的主要礦物由四元體系（硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣）轉變為六元體系（硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、硼酸三鈣、三鋁酸五鈣、鐵鋁酸四鈣），有效降低了熟料礦物相的共熔點，從而降低了熟料燒成溫度。

一種防輻射水泥熟料礦物相體系的制備方法，其步驟是：

1、配料：將各原料按配比混合均勻，并研磨至180目方孔篩篩余≤10%。

2、高溫燒結：將步驟1中研磨后的粉末壓制成圓柱狀試塊，置于剛玉坩堝內在重燒試驗爐中高溫煅燒1~3小時獲得該礦物相體系。