[發明專利]以鎳渣和鉛鋅尾礦為原料的防輻射混凝土及其制備方法

有效

• 申請號: 201510441111.0
• 申請日: 2015-07-25
• 公開（公告）號: CN105060780B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 于巖;李沖;邱常睿;何亞軍
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B28/04;C04B18/30
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于環境與建筑材料領域，具體涉及一種以鎳渣和鉛鋅尾礦為原料的防輻射混凝土及其制備方法。

背景技術

鎳渣是金屬鎳和鎳合金冶煉過程中產生的一種固體廢渣，即其高溫熔融物經水淬后形成的一種粒化爐渣，其中SiO₂含量30% -50%，Fe₂O₃含量30%-60%，CaO含量1.5%-5%，MgO含量1% -15%，Al₂O₃含量2.5%-6%。其熔融相以FeO-SiO₂為主，其中CaO、MgO和Al₂O₃含量低很多，但SiO₂和Fe₂O₃含量高很多。鎳渣無定形相中的FeO也是一種活性組分，在堿的作用下會生成Fe(OH)₂和Fe(OH)₃凝膠，填充在其它水化產物中能起到支撐骨架的作用，因此可以作為骨料生產混凝土。鎳渣的直接排放會對環境造成極大隱患，讓其作為混凝土中骨料的替代品能夠很好地解決鎳渣堆積的問題，而且還能解決天然砂資源枯竭、天然砂的無序開采對生態環境的破壞問題。

鉛鋅尾礦是鉛鋅礦廠采用浮選法選礦后排出的廢渣，其占鉛鋅尾礦產量的95%，而大量的尾礦堆放不僅要占用土地，耗費存放和管理費用，同時尾礦中的有害物質，特別是重金屬離子在風化和雨水淋溶之后，會發生釋放與遷移，對周邊環境以及人民的生活造成嚴重的影響和威脅。我國鉛鋅尾礦及其冶煉廠分布很廣，廢渣排放量也很大，科學地回收利用尾礦資源，變廢為寶，做到環境效益和經濟效益的雙贏成為一種最佳的選擇。

核技術自誕生以來便得到迅速的發展，然而其安全性一直是困擾其進一步發展的關鍵。眾所周知，原子核反應產生的大量如α、β、γ射線和中子射線能夠誘發癌癥、白血病等多種人類絕癥以及誘發植物的基因變異，危害農作物的生長，而且其潛伏期長，短時間內無法得知。因此，為防止射線對人體的傷害，在建造有輻射源的建筑時，必須設置防護體。

混凝土是目前使用最為廣泛的射線防護材料，主要用于制作核反應堆的內外殼以及核廢料的固化處理。防輻射混凝土作為原子能反應堆、粒子加速器及含放射源裝置的防護材料，它能有效的屏蔽原子核輻射，即射線，一般指α、β、γ等射線和中子輻射。在防輻射混凝土設計中，一些表觀密度較大的天然礦石：重晶石、蛇紋石等，憑借其優良的射線屏蔽性能，被普遍用來作為混凝土的粗細骨料。這些天然礦石依靠其具有較大的原子序數以及較高的表觀密度，能夠有效的阻擋射線在混凝土中的穿透。然而，這些天然礦石是不可再生的，隨著核電的迅速發展，從可持續發展的角度上來說，尋找可替代的材料具有重要意義。

一方面，防輻射混凝土所用的骨料有褐鐵礦(2Fe₂O₃?3H₂O)、赤鐵礦(Fe₂O₃)、磁鐵礦(Fe₃O₄)、重晶石(BaSO₄)、廢鐵塊、鐵砂或鋼砂等，石英砂常作為細骨料。鎳渣中含鐵量大于50%以及其他重金屬，滿足防輻射混凝土的粗骨料的要求，對于配制具有防輻射、防微波功能的混凝土十分有利。同時，鎳渣和鉛鋅尾礦的組成成分主要為SiO₂，CaO，Fe₂O₃，Al₂O₃，MgO等，可以很好的代替石英砂等材料作為混凝土的細骨料，降低制備成本。除此以外，鉛鋅尾礦中含有鉛等大量的重金屬，由于其結構排列緊密、密度大，可以很好地防止射線穿過，也使得利用鎳渣和鉛鋅尾礦制備的混凝土具有更好的屏蔽射線的性能。

另一方面，鎳渣的表觀密度（2.6~3.2×10³kg/m³）以及鉛鋅尾礦的表觀密度（2.5~3.1×10³kg/m³）與混凝土基相水泥砂漿的表觀密度（2.6~3.0×10³kg/m³）相近，從而使得混凝土制備過程中水泥漿體和骨料的混合均勻，減少由于混凝土均勻性不良導致的結構缺陷，使得混凝土屏蔽射線的能力增強。因此，我們利用鎳渣和鉛鋅尾礦來制備性能更好、成本更低的防輻射混凝土。