РАДИАЦИОННОЗАЩИТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК G21F1/04 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано при устройстве радиационнозащитных экранов в регионах радиоактивного загрязнения почвы, в сооружениях для захоронения радиоактивных отходов, строительстве объектов, снижающих естественный радиационный фон и в защитных экранах рентгеновского и смешанных излучений.

Известен способ устройства радиационнозащитного экрана, включающий введение в цемент определенного объема воды и органических полимеров и получение твердой и плотной массы (патент США N 4828761, 1990).

Наиболее близким по своей технической сути и достигаемому результату является способ изготовления радиационнозащитной смеси, включающий радиационнозащитное вещество, изготовленное с применением отходов производства свинца или аналогичных процессов, содержащих различные элементы или их различные химические соединения, обладающие большой поглощающей способностью по отношению к ионизирующим излучениям путем совместной обработки отходов (патент N 118128, G 21 F 1/06, 17.02.1958).

Недостатком указанных способов является сложность приготовления смесей, вредность используемых соединений (солей свинца, сурьмы и др.), а также высокая стоимость входящих компонентов.

Техническое решение заключается в том, что используется экологически безопасная радиационнозащитная композиция из отходов промышленности, при этом заменяются дефицитные традиционные материалы. Это достигается тем, что в радиационнозащитной композиции, выполненной на основе промышленных отходов, в качестве упомянутых отходов используют гипсосодержащие отходы, включающие гипса не менее 45% по массе. Кроме того, радиационнозащитная композиция может дополнительно содержать технологические добавки в количестве не более 20% по массе. В качестве технологических добавок могут быть использованы отходы производства смол поликонденсации и/или смолы поликонденсации, и/или отсевы горных пород, и/или соединения металлов с валентностью более или равной 3.

В качестве гипсосодержащих материалов могут быть использованы отходы химической промышленности и/или цветной металлургии: фосфогипс, фторгипс, борогипс, титаногипс и др. В конкретном случае использовался фосфогипс Воскресенского НПО Минудобрения, содержащий 90% фосфополугидрата сульфата кальция (гипса), следующего химического состава, мас.

P₂O₅ 0,6; Al₂O₃ 0,67; F 0,3; R₂O₃ 1,31;
SiO₂ 0,81; SO₃ 45,65; CaO 32,6; Fe₂O₃ - 0,2;
ППП 17,87. Водородный показатель (pH) 2;
Влажность 16%
К смолам поликонденсации относятся карбамидоформальдегидные, фенолформальдегидные, эпоксидные, полиамидные и другие, при образовании которых выделяется вода или другие соединения. Отходы таких смол имеются на различных предприятиях, выпускающих эти продукты или их применяющие (химические, лакокрасочные, деревообрабатывающие, целлюлозно-бумажные и др.). Количество таких продуктов не должно превышать 20% по массе. Авторами использовались отходы Шатурского мебельного комбината, содержащие карбамидоформальдегидную смолу и сточные воды Сергиево-Посадского лакокрасочного завода, имеющие в составе эпоксидные смолы. Отходы карбамидоформальдегидной смолы содержали сухой остаток 20% формальдегид 1% взвешенные вещества 5% остальное вода. Сточные воды эпоксидных смол имели следующий состав,
Сухой остаток 15
NaCl 8
Взвешенные вещества 10
Соединения серы 3
Вода Остальное
Дополнительно в смеси применялся песок в соответствии с ГОСТ 25100-85, оптимальной влажностью 12% плотностью 1.69 г/см².

В табл. 1 дан гранулометрический состав песка.

Техническое решение осуществляют следующим образом. Гипсосодержащий отход распределяют в установленном месте захоронения радиоактивных отходов и уплотняют. Если же гипсосодержащий отход текучий, то его заливают в опалубку конструкции, где он твердеет 4-6 ч.

В конкретном случае устраивалась площадка из радиационнозащитной композиции следующего состава:
фосфогипс, содержащий 90% гипса, в количестве 80% отход смолы карбамидоформальдегидной 10% песок 10%
В бетоносмеситель загружали фосфогипс с отходом смолы и перемешивали 2 мин, затем добавляли песок, перемешивали 2-3 мин, выгружали на площадку, распределяли равномерно и уплотняли вибратором. Из смеси готовили плиты размером 50х50 х10 см³, а затем проверяли на радиационную проницаемость (гамма излучения).

По предлагаемому техническому решению радиационнозащитная композиция дополнительно может содержать соединения металлов с валентностью более или равной 3 Al, Cr, Fe и др. В конкретном случае использовался отход Воскресенского НПО Минудобрения треххлорное железо, который представляет собой пасту темно-коричневого цвета с содержанием воды 32%
Приготовление композиции для радиационнозащитного экрана осуществляли следующим образом.

В бетоносмеситель засыпали гипсосодержащий отход влажностью 10-12% содержащий фосфополугидрат сульфата кальция 90% вводили отход карбамидоформальдегидной смолы, перемешивали 2 мин, затем вносили треххлорное железо, перемешивали 2-3 мин, выгружали в опалубку и оставляли для твердения 4-6 ч. Из смеси также готовились образцы, которые испытывались на радиационную проницаемость. В табл. 2 приведены составы смесей по предлагаемому техническому решению по сравнению с бетоном для кратности ослабления излучения 50, 100, 5х10⁵.

Результаты показали, что толщина защиты из предлагаемых смесей в 1,2-1,5 раза меньше по сравнению с цементобетоном. При этом прочность этих материалов не ниже, чем прочность цементобетона. Это позволяет снизить толщину защитного экрана, при этом утилизируя отходы и экономя дефицитные материалы.

Использование: при изготовлении радиационнозащитных экранов для захоронения радиоактивных отходов. Сущность изобретения: в состав композиции входят гипсосодержащие отходы промышленности, включающие гипс не менее 45% по массе. Дополнительно композиция может содержать смолы поликонденсации, и/или отходы производства смол поликонденсации, и/или минеральные заполнители, и/или соединения металлов с валентностью более трех. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Радиационно-защитная композиция, выполненная на основе промышленных отходов, отличающаяся тем, что в качестве упомянутых отходов используются гипсосодержащие отходы, включающие гипс не менее 45% по массе. 2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что она может дополнительно содержать технологические добавки не более 20% по массе. 3. Композиция по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве технологических добавок могут быть использованы отходы производства смол поликонденсации и/или смолы поликонденсации, и/или отсевы горных пород, и/или соединения металлов с валентностью более или равной 3.