РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК G21F1/06 

Изобретение относится к строительным материалам, обладающим способностью защиты от радиационного излучения.

Известен радиационно-защитный материал, содержащий заполнитель и связующее, в котором в качестве заполнителя применяются железомарганцевые конкреции (ЖМК), а в качестве связующего - цемент (RU 2029399 С1, кл. G 21 F 1/04, 1995 г.). Этот материал обладает невысокими радиационно-защитными и прочностными свойствами и, кроме того, ограничены и труднодоступны сырьевые ресурсы ЖМК.

Известен радиационно-защитный материал, содержащий заполнитель, в качестве которого использована титаномагнетитовая руда, и связующее, в качестве которого использован цемент (RU 2170962 С1, кл. G 21 F 1/04, 2001 г.). Этот материал является наиболее близким к заявленному. Материал обладает определенными радиационно-защитными свойствами, однако его невысокая прочность ограничивает его применение как конструкционного строительного материала.

Задачей изобретения является создание экологически чистого материала, обладающего радиационно-защитными и высокими прочностными характеристиками, и расширение диапазона исходных сырьевых ресурсов для производства таких материалов.

Техническим результатом является повышение радиационно-защитных и прочностных параметров материала и придание ему защитных от электромагнитного излучения свойств, а также конструкционных качеств, позволяющих производить такие строительные материалы, как кирпичи, блоки, плитки, панели и пр.

Технический результат достигается тем, что в радиационно-защитном материале, содержащем заполнитель и связующее, в качестве заполнителя использованы марганцевые ферросплавы, а в качестве связующего - цемент и тетраборат натрия.

Соотношение компонентов материала может составлять, мас.%:

Марганцевые ферросплавы75-90Цемент5-15Тетраборат натрия5-10

что обеспечивает радиационно-защитные и высокие прочностные характеристики.

В качестве заполнителя может быть использован силикомарганец и/или ферромарганец, что расширяет сырьевую базу для производства материала и повышает его радиационно-защитные и прочностные характеристики.

Силикомарганец может содержать марганец, кремний, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Mn60-70Si20-25Fe и примесиОстальное

что обеспечивает радиационно-защитные и прочностные характеристики материала.

Ферромарганец может содержать марганец, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Mn85-90Fe и примеси10-15

что обеспечивает радиационно-защитные и прочностные характеристики материала.

Известен способ получения радиационно-защитного материала, заключающийся в смешении заполнителя и связующего, в котором в качестве заполнителя применяются железомарганцевые конкреции (ЖМК), а в качестве связующего - цемент (RU 2029399 С1, кл. G 21 F 1/04, 1995 г.). Недостатком этого способа является то, что его реализация не обеспечивает получение материала с высокими прочностными и радиационно-защитными характеристиками.

Известен также способ получения радиационно-защитного материала, заключающийся в смешении заполнителя и связующего, формовании полученной смеси с последующими полусухим прессованием и термообработкой (RU 2202132 С2, кл. G 21 F 1/04, 2003 г.). Этот способ является наиболее близким к заявленному. В этом способе в качестве связующего используют этилсиликат, а в качестве наполнителя - сульфат бария, активированный гидроксидом железа, после смешения которых производят полусухое прессование материала и его термообработку. Полученный таким способом материал имеет удовлетворительные прочностные характеристики, но недостаточно высокие радиационно-защитные свойства.

Задачей изобретения является создание легко реализуемого и простого способа получения экологически чистого материала, обладающего радиационно-защитными и высокими прочностными характеристиками и позволяющего расширить диапазон исходных сырьевых ресурсов для производства таких материалов.

Техническим результатом является создание эффективной технологии производства экологически чистого радиационно-защитного материала, прочностные параметры которого и конструкционные качества позволяют производить из него такие строительные элементы как кирпичи, блоки, плитка, панели и пр.

Технический результат достигается тем, что в способе получения радиационно-защитного материала, заключающемся в смешении заполнителя и связующего, формовании полученной смеси с последующим полусухим прессованием и термообработкой, в качестве заполнителя используют марганцевые ферросплавы, а в качестве связующего - цемент и тетраборат натрия.

При получении материала могут использовать марганцевые ферросплавы, цемент и тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Марганцевые ферросплавы75-90Цемент5-15Тетраборат натрия5-10

что обеспечивает радиационно-защитные и высокие прочностные характеристики.

В качестве заполнителя могут использовать силикомарганец и/или ферромарганец, что обеспечивает его радиационно-защитные и прочностные характеристики.

Могут использовать силикомарганец, содержащий марганец, кремний, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Mn60-70Si20-25Fe и примесиОстальное

что обеспечивает радиационно-защитные и прочностные характеристики материала.

Могут использовать ферромарганец, содержащий марганец, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Mn85-90Fe и примеси10-15

что обеспечивает радиационно-защитные и прочностные характеристики материала.

Перед смешением заполнитель могут подвергать измельчению до размера частиц не более 2 мм, что повышает прочностные показатели материала.

Перед смешением измельченный заполнитель могут обжигать при температуре 750-850°С в течение 30-60 минут, что обеспечивает повышение физико-механических свойств материала.

При смешении заполнителя и связующего могут добавлять воду в количестве 3-6 мас.% от суммарного количества заполнителя и связующего, что обеспечивает физико-механические свойства материала.

Прессование могут производить в течение 30-60 с под давлением 35-45 МПа, что обеспечивает физико-механические свойства материала.

После прессования материал могут выдерживать от 24 до 72 часов при положительной температуре окружающей среды, что обеспечивает физико-механические свойства материала.

При термообработке могут нагревать материал при скорости нагрева 1-3°С в минуту до 105-110°С и выдерживать от 1 до 3 часов, после чего с той же скоростью нагревать до температуры обжига 700-800°С и выдерживать в течение 12-36 часов, после чего подвергать охлаждению при положительной температуре окружающей среды, что обеспечивает получение материала с требуемыми физико-механическими свойствами.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами 1 и 2, которые не являются единственно возможными, но подтверждают получение заявленного технического результата.

Пример 1. Силикомарганец марки СМн 20 по ГОСТ 4756-77, использованный в качестве заполнителя, измельчали в шаровой мельнице и просеивали через сито с размером ячейки 2×2 мм, после чего обжигали в печи при температуре 800°С в течение 50 минут и повторно просеивали. В качестве связующего использовали цемент и тетраборат натрия декагидрат Na₂B₄O₇×10H₂O. Силикомарганец, цемент и тетраборат натрия при соотношении компонентов 82,5, 10 и 7,5 мас.% соответственно смешивали с добавлением воды в количестве 5,5 мас.% от суммарного количества заполнителя и связующего. Смешивание производили в бетономешалке в течение 15 минут. Полученную смесь размещали в пресс-формах и выдерживали под прессом при давлении 39 МПа в течение 30 с. Отпрессованный материал размером 23,6×11,6×5,5 см размещали на стеллажах и в течение 48 часов выдерживали при температуре естественной окружающей среды 15°С. После выдержки осуществляли термообработку материала, для чего материал помещали в печь и нагревали при скорости нагрева 3°С в минуту до температуры 105°С, при которой выдерживали в течение 2 часов для удаления добавленной при смешивании воды, после чего с той же скоростью нагревали до температуры обжига 740°С, при которой материал выдерживали в течение 24 часов. После обжига материал охлаждали при температуре естественной окружающей среды 15°С.

Физико-механические свойства полученного материала приведены в таблице.

Пример 2. Низкоуглеродистый ферромарганец марки ФМн 0,5 по ГОСТ 4755-80, использованный в качестве заполнителя, подвергали измельчению в шаровой мельнице и просеивали через сито с размером ячейки 2×2 мм, после чего обжигали в печи при температуре 800°С в течение 50 минут и повторно просеивали. В качестве связующего использовали тетраборат натрия декагидрат Na₂B₄O₇×10Н₂О. Ферромарганец, цемент и тетраборат натрия при соотношении компонентов 82,5, 10 и 7,5 мас.% соответственно смешивали с добавлением воды в количестве 5,5 мас.% от суммарного количества заполнителя и связующего. Смешивание производили в бетономешалке в течение 15 минут. Полученную смесь размещали в пресс-формах и выдерживали под прессом при давлении 39 МПа в течение 30 с. Отпрессованный материал размером 23,6×11,6×6 см размещали на стеллажах и в течение 48 часов выдерживали при температуре естественной окружающей среды 15°С. После выдержки осуществляли термообработку материала, для чего материал помещали в печь и нагревали при скорости нагрева 3°С в минуту до температуры 105°С, при которой выдерживали в течение 2 часов для удаления добавленной при смешивании воды, после чего с той же скоростью нагревали до температуры обжига 740°С, при которой материал выдерживали в течение 24 часов. После обжига материал охлаждали при температуре естественной окружающей среды 15°С.

Физико-механические свойства полученного материала приведены в таблице.

Реализация изобретения позволит получить новый экологически чистый строительный материал, обладающий не только необходимыми конструкционными свойствами, позволяющими использовать его в виде таких строительных элементов как кирпичи, блоки, плитки, панели и пр., но и обладающий радиационно-защитными свойствами, в том числе от электромагнитного излучения.

ТаблицаПараметрМатериал по примеру 1Материал по примеру 2Плотность, г/см³3,253,40Предел прочность при сжатии, МПа5431Предел прочности при изгибе, МПа13-Поглощение воды, мас.%4,55Линейный коэффициент ослабления гамма-излучения, см^-1 (источник ⁶⁰Со)0,1630,169Слой половинного ослабления гамма-излучения (источник ⁶⁰Со) d 0,5 см4,254,10Степень поглощения нейтронов по отношению к графиту с плотностью 1,70 г/см³ (источник ²⁵²Cf) %76100Степень ослабления электромагнитного поля по отношению к свинцовой пластине толщиной 2 мм, %Толщина материала 3,8 см Частоты: 950-1100 МГц50-68 1400-1900 МГц83-57-Естественная радиоактивность, мкЗв/ч 0,1700,170

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения. Сущность изобретения: радиационно-защитный материал в качестве заполнителя содержит марганцевые ферросплавы, а в качестве связующего - цемент и тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов мас.%: марганцевые ферросплавы 75-90; цемент 5-15; тетраборат натрия 5-10. Способ получения радиационно-защитного материала, заключающийся в смешении заполнителя и связующего, формовании полученной смеси с последующими полусухим прессованием и термообработкой. В качестве заполнителя используют марганцевые ферросплавы, а в качестве связующего - цемент и тетраборат натрия. Преимущество изобретения заключается в повышении радиационно-защитных свойств и прочностных параметров материала. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Радиационно-защитный материал, содержащий заполнитель и связующее, отличающийся тем, что радиационно-защитный материал в качестве заполнителя содержит марганцевые ферросплавы, а в качестве связующего - цемент и тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Марганцевые ферросплавы75-90Цемент5-15Тетраборат натрия5-10

Mn60-70Si20-25Fe и примесиОстальное

Mn85-90Fe и примеси10-15

Марганцевые ферросплавы75-90Цемент5-15Тетраборат натрия5-10

Mn60-70Si20-25Fe и примесиОстальное

Mn85-90Fe и примеси10-15