УСТОЙЧИВЫЕ К РАДИАЦИИ ХЛОПЬЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ОКСИДОВ Российский патент 2025 года по МПК C03C12/00 C03C3/87 C03B37/05 G21F3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к новым хлопьям неорганических оксидов. Конкретнее, настоящее изобретение относится к хлопьям неорганических оксидов с повышенной устойчивостью к радиационному повреждению.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В настоящее время стеклянные хлопья широко используются в качестве промышленных материалов. Например, когда стеклянные хлопья смешивают с термореактивной смолой, образуя облицовочный материал, проникновение коррозионных веществ внутрь слоя облицовочного покрытия подавляется, так что антикоррозионные характеристики облицовочного материала значительно улучшаются. По этой причине стеклянные хлопья незаменимы в качестве вспомогательного исходного сырья для защиты материала от сильной коррозии.

Кроме того, стеклянные хлопья используются в качестве армирующих материалов и наполнителей термопластичных смол подобно стекловолокну. В то время как армированная стекловолокном смола имеет тенденцию вызывать анизотропию механической прочности и термоусадки формованного изделия, формованное изделие из армированной стеклянными хлопьями смолы имеет уменьшенную анизотропию и отличается превосходной точностью размеров. По этой причине стеклянные хлопья незаменимы в качестве вспомогательного исходного сырья для изготовления материалов для точных приборов.

В последние годы разработаны и раскрыты стеклянные хлопья с улучшенными конкретными свойствами, такие как хлопья с повышенной химической стойкостью (например, WO 2010/024283 A1 (патентный документ 1), соответствующая публикация US 2011/0151261 A1 (патентный документ 2)) и стеклянные хлопья с улучшенными характеристиками поглощения видимого света (например, WO 2004/076372 A1 (патентный документ 3), соответствующая публикация US 2006/0048679 A1 (патентный документ 4)).

СПИСОК ССЫЛОК

Патентный документ

[0003] Патентный документ 1: WO 2010/024283 A1

Патентный документ 2: US 2011/0151261 A1

Патентный документ 3: WO 2004/076372 A1

Патентный документ 4: US 2006/0048679 A1

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблема, решаемая изобретением

[0004] Однако стеклянные хлопья имеют недостаток в том, что они портятся под воздействием радиации из-за низкой устойчивости стеклянной основы к радиационному повреждению.

Если радиационная устойчивость стеклянных хлопьев повысится, ожидается, что увеличится использование таких стеклянных хлопьев в установках, оборудовании, компонентах и материалах, которые подвергаются воздействию радиации в течение длительных периодов времени, таких как установки для производства ядерной энергии и космическое оборудование.

В связи с этим автор настоящего изобретения разработал новые хлопья неорганических оксидов с повышенной устойчивостью к радиационному повреждению вместо стеклянных хлопьев.

Средства решения проблемы

[0005] Наконец, автор настоящего изобретения обнаружил, что для хлопьев, изготовленных из неорганических оксидов, хлопья имеют повышенную устойчивость к радиационному повреждению, когда сумма SiO₂ и Al₂O₃ в хлопьях находится в конкретном диапазоне, доля Al₂O₃ в сумме SiO₂ и Al₂O₃ находится в конкретном диапазоне и количество каждого из Fe₂O₃ и CaO находится в конкретном диапазоне.

То есть настоящее изобретение представляет собой хлопья неорганических оксидов, содержащие SiO₂, Al₂O₃, CaO и Fe₂O₃ в качестве основных компонентов, при этом соответственное массовое процентное содержание компонента в пересчете на оксид в хлопьях неорганических оксидов является следующим:

i) сумма SiO₂ и Al₂O₃ составляет 40% по массе или более и 70% по массе или менее,

ii) отношение (массовое отношение) Al₂O₃ к сумме SiO₂ и Al₂O₃ находится в диапазоне 0,15~0,40,

iii) Fe₂O₃ составляет 16% по массе или более и 25% по массе или менее,

iv) CaO составляет 5% по массе или более и 30% по массе или менее.

Так как хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения обладают превосходной устойчивостью к радиационному повреждению, они подходят для армирующих материалов или наполнителей, образующих облучаемое изделие.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения хлопьев неорганических оксидов, обладающих превосходной устойчивостью к радиационному повреждению, с использованием в качестве исходного сырья промышленных отходов, таких как летучая зола, медный шлак и стальной шлак.

В нижеследующем описании вышеупомянутые требования i)-iv) могут быть описаны просто как «четыре требования к композиции настоящего изобретения».

[0006] Хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения получают путём плавления смеси различных неорганических оксидов, используемых в качестве исходного сырья, и переработки расплавленных материалов в хлопья. При этом отсутствует существенная разница между соотношением компонентов состава исходного сырья (далее иногда сокращенно называемым просто «состав») и соотношением компонентов хлопьев, полученных из расплава. В связи с этим соотношение компонентов состава исходного сырья может представлять собой соотношение компонентов хлопьев.

Хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения получают путём смешивания исходного сырья так, что соотношения SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и CaO в хлопьях находятся в пределах вышеуказанных диапазонов, и затем плавят этот состав исходного сырья. Далее расплав состава исходного сырья может называться просто «расплав».

[0007] Сумма SiO₂ и Al₂O₃ в хлопьях неорганических оксидов настоящего изобретения составляет 40% по массе или более и 70% по массе или менее. В нижеследующем описании SiO₂ может быть сокращенно обозначен как компонент S, а содержание SiO₂ может быть обозначено как [S]. Аналогично Al₂O₃ может быть сокращенно обозначен как компонент A, а содержание Al₂O₃ может быть обозначено как [A]. Когда сумма [S] и [A] находится за пределами вышеуказанного диапазона, то есть составляет менее 40% по массе или более 70% по массе, температура плавления состава становится слишком высокой, вязкость расплава увеличивается или, наоборот, вязкость расплава становится слишком низкой и становится трудно перерабатывать расплав в хлопья.

[0008] В хлопьях неорганических оксидов настоящего изобретения отношение Al₂O₃ к сумме SiO₂ и Al₂O₃ ([A]/([A]+[S])) (массовое отношение) находится в диапазоне 0,15~0,40. Если отношение Al₂O₃ к сумме SiO₂ и Al₂O₃ меньше 0,15 или больше 0,40, становится трудно плавить состав или становится трудно перерабатывать расплав в хлопья.

[0009] В хлопьях неорганических оксидов настоящего изобретения необходимо, чтобы содержание Fe₂O₃ составляло 16% по массе или более. Когда содержание Fe₂O₃ составляет менее 16% по массе, радиационная устойчивость хлопьев снижается. С другой стороны, если содержание превышает 25% по массе, вязкость расплава будет слишком низкой, и становится трудно перерабатывать расплав в хлопья. В связи с этим содержание Fe₂O₃ в хлопьях неорганических оксидов составляет предпочтительно 25% по массе или менее.

Далее Fe₂O₃ сокращенно обозначен как компонент F, а содержание Fe₂O₃ может быть обозначено как [F].

[0010] В хлопьях неорганических оксидов настоящего изобретения содержание CaO составляет предпочтительно 5% по массе или более и 30% по массе или менее. Когда содержание CaO составляет менее 5% по массе, температура, при которой состав исходного сырья начинает плавиться, становится слишком высокой, и энергия, требуемая для производства хлопьев неорганических оксидов, увеличивается, что нежелательно. Содержание CaO составляет предпочтительно 10% по массе или более. С другой стороны, если содержание CaO превышает 30% по массе, вязкость расплава будет слишком низкой, и становится трудно перерабатывать расплав в хлопья. Далее CaO сокращенно обозначен как компонент C, а содержание CaO может быть обозначено как [C].

[0011] При получении хлопьев неорганических оксидов настоящего изобретения отсутствуют ограничения по исходному сырью при условии, что соотношения SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и CaO находятся в пределах вышеуказанных диапазонов.

В связи с этим каждый из SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и CaO может использоваться в качестве исходного материала, но предпочтительно в качестве исходных материалов используются источник диоксида кремния с высоким содержанием SiO₂, источник оксида алюминия с высоким содержанием Al₂O₃, источник оксида железа с высоким содержанием Fe₂O₃ и источник оксида кальция с высоким содержанием CaO.

Примеры источника диоксида кремния включают в себя без ограничений аморфный диоксид кремния, кремнистый песок, пирогенный диоксид кремния и вулканический пепел.

Примеры источника оксида алюминия включают в себя без ограничений оксид алюминия, муллит и другие руды.

Источники диоксида кремния и оксида алюминия с высоким содержанием как диоксида кремния, так и оксида алюминия, включают в себя без ограничений каолинит, монтмориллонит, полевой шпат и цеолит.

Примеры источника оксида железа включают в себя без ограничений оксид железа, гидроксид железа и железную руду.

Источники оксида кальция включают в себя без ограничений карбонат кальция, кальцит, доломит и другие руды.

[0012] В дополнение к вышеизложенному, отходы производства тепловой энергии и отходы очистки металлов также могут быть эффективно использованы в качестве источников диоксида кремния, источников оксида алюминия, источников оксида железа или источников оксида кальция.

В качестве отходов производства тепловой энергии могут быть использованы летучая зола и клинкерная зола. Летучая зола и клинкерная зола подходят в качестве источников диоксида кремния и оксида алюминия, так как они имеют высокое содержание SiO₂ и Al₂O₃.

Однако поскольку летучая зола и клинкерная зола имеют низкое содержание Fe₂O₃, трудно получить хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения только из этого исходного сырья. Однако путём дополнительного смешивания соответствующего количества источника оксида железа хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения могут быть получены с низкими затратами. Шлак от газификации угля (CGS), производимый как отходы комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией угля (IGCC), также может быть источником диоксида кремния и оксида алюминия, поскольку CGS имеет почти такой же химический состав, что и летучая зола. Так как шлак от газифицированного угля получают в форме гранул, он более предпочтителен в обращении или обработке, чем летучая зола.

Примеры отходов очистки металлов, упомянутых выше, включают в себя стальной шлак и медный шлак. Стальной шлак имеет высокое содержание CaO, поэтому он может быть использован в качестве источника оксида кальция. Стальной шлак включает в себя доменный шлак, конвертерный шлак и восстановительный шлак. Медный шлак может быть использован в качестве источника оксида железа из-за высокого содержания в нем Fe₂O₃.

В связи с этим при необходимости летучая зола, клинкерная зола или шлак от газифицированного угля могут быть использованы в качестве источника диоксида кремния и оксида алюминия, медный шлак может быть использован в качестве источника оксида железа, а стальной шлак может быть использован в качестве источника оксида кальция.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения большинство источников диоксида кремния и оксида алюминия, источников оксида железа и источников оксида кальция могут быть обеспечены промышленными отходами, такими как отходы производства тепловой энергии и отходы очистки металлов.

В дополнение, вулканические породы, такие как базальт и андезит, также могут быть использованы в качестве источников диоксида кремния и оксида алюминия.

[0013] Хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения не исключают загрязнения неизбежными примесями, содержащимися в исходном сырье. Примеры таких примесей включают в себя MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂, CrO₂ и т.п.

[0014] Так как хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения являются высокоаморфными, почти не происходит снижения прочности из-за расслоения границы кристаллической фазы/аморфной фазы, и могут быть получены высокопрочные хлопья неорганических оксидов.

При этом степень аморфизации, которая представляет собой меру аморфности, вычисляется по следующей формуле (1) с помощью спектра рентгеновской дифракции (XRD).

Степень аморфизации (%) = [Ia/(Ic+Ia)]×100 (1)

В формуле (1) Ic представляет собой сумму целых значений интенсивности рассеяния кристаллического пика при рентгеноструктурном анализе на неорганическом оксидном материале, а Ia представляет собой сумму целых значений интенсивности рассеяния аморфного ореола.

Степень аморфизации неорганических хлопьев настоящего изобретения может изменяться в зависимости от композиции неорганических хлопьев; однако степень аморфизации обычно составляет 90% или более. Когда степень аморфизации высокая, значение может достигать даже 95% или более, а когда степень аморфизации является наивысшей, хлопья по существу образуются только из аморфной фазы. При этом «по существу образуемые только из аморфной фазы» означает, что на рентгеновской дифрактограмме наблюдается только аморфный ореол, а пик кристаллической фазы не наблюдается.

[0015] Устойчивость хлопьев неорганических оксидов настоящего изобретения к радиационному повреждению может быть измерена путём сравнения твердости по Виккерсу до и после облучения хлопьев неорганических оксидов.

Эффект изобретения

[0016] Таким образом, настоящее изобретение позволяет получать хлопья неорганических оксидов, имеющие повышенную устойчивость к радиации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017]

Фиг. 1 представляет собой изображение, на котором показан план испытания на хлопья.

ВАРИАНТ(Ы) ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Далее настоящее изобретение будет конкретно описано со ссылкой на тестовые примеры.

В следующих тестовых примерах (примерах, сравнительных примерах) в качестве источника диоксида кремния, источника оксида алюминия, источника диоксида кремния и оксида алюминия, источника оксида железа и источника оксида кальция используются следующие материалы.

<Источник диоксида кремния>

Диоксид кремния: Реагент - диоксид кремния (далее может называться SiO₂ (реагент))

<Источник оксида алюминия>

Оксид алюминия: Реагент - оксид алюминия (далее может называться Al₂O₃ (реагент))

<Источник диоксида кремния и оксида алюминия>

Летучая зола RM1: Летучая зола, содержащая 9% Fe₂O₃, 62% SiO₂, 18% Al₂O₃ и 3% CaO по массе.

<Источник оксида железа>

Оксид железа (III): Реагент - оксид железа (III) (далее может называться Fe₂O₃ (реагент))

Медный шлак RM2: Медный шлак, содержащий 55% Fe₂O₃, 35% SiO₂, 5% Al₂O₃ и 2% CaO по массе.

<Источник оксида кальция>

Оксид кальция: Реагент - оксид кальция (далее может называться CaO (реагент))

Стальной шлак RM3: Стальной шлак, содержащий 1% Fe₂O₃, 19% SiO₂, 17% Al₂O₃ и 55% CaO по массе.

Компонентный анализ медного шлака, стального шлака и летучей золы основан на способе рентгеновского флуоресцентного анализа.

[0019] <Приготовление порошкового исходного сырья>

В следующем примере испытания каждый из источника диоксида кремния, источника оксида алюминия, источника оксида железа и источника оксида кальция измельчают в порошок и SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и CaO смешивают в соответствии с заранее определенным соотношением и подвергают испытанию.

[0020] <Испытание на хлопья>

Образец состава исходного сырья подвергают испытанию на хлопья (оценке пригодности для переработки в хлопья) согласно следующим этапам 1-4, которые изложены ниже. План испытания показан на Фигуре 1.

Этап 1: Приблизительно 60 граммов состава исходного сырья (fp), которое представляют собой исходное сырье для хлопьев, помещают в тигель (1), имеющий диаметр (D1), равный 20 мм. Отдельно подготавливают трубку Таммана (2), имеющую диаметр (D2), равный 10 мм. Трубка Таммана (2) имеет отверстие (21), имеющее диаметр (Φ), равный 2 мм, на дне (верхняя часть на фиг. 1).

Этап 2: Тигель (1), в который загружен состав исходного сырья (fp), нагревают в электрической печи (3) (в центре слева на фиг. 1). Электрическую печь нагревают по заранее определенной программе повышения температуры. Максимальную температуру внутри печи устанавливают равной 1350°C. Температуру внутри тигеля (1) и расплава (fm) утверждают заранее на температуре по существу на 50°C ниже, чем температура внутри печи.

Этап 3: Тигель (1) немедленно удаляют из электрической печи (3) после роста температуры и толкают трубку Таммана (2) вниз из верхней части тигеля (1). Расплав (fm) в тигеле (1) поступает внутрь трубки Таммана (2) через отверстие (21) (в центре справа на фиг. 1).

Этап 4: Затем во вход (22) трубки Таммана (2), содержащей расплав (fm), вдувают воздух под давлением около 10 МПа (снизу слева на фиг. 1). Когда расплав (fm) имеет умеренную вязкость, расплав выпучивается для образования полого тонкопленочного шара (fb) (снизу справа на фиг. 1). Хлопья получают путём измельчения шара.

На основе результатов испытания на хлопья в соответствии с вышеописанной процедурой пригодность для переработки в хлопья оценивают и ранжируют как A, B или C следующим образом.

<Оценка пригодности для переработки в хлопья>

A: После выполнения этапов с 1 по 4 образуется шар.

B: Несмотря на выполнение этапов с 1 по 3, шар не образуется на этапе 4, поскольку вязкость расплава слишком низкая.

C: Так как плавление состава исходного сырья (fp) не начинается даже после этапа 2 или вязкость расплава слишком высока, расплав не поступает внутрь трубки Таммана (2) из отверстия (21) во время этапа 3.

[0021] [Предварительное испытание]

Перед серией тестовых примеров проводили следующие предварительные испытания.

Подготавливали четыре типа образцов, имеющих разные содержания SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, путём соответствующего смешивания источника диоксида кремния, источника оксида алюминия, источника оксида железа и источника оксида кальция.

Каждый из этих четырёх образцов расплавляли и отверждали. Образцы 3 и 4 удовлетворяют всем требованиям i)-vi) настоящего изобретения, которые описаны выше, но образцы 1 и 2 не удовлетворяют требованию iii) по содержанию Fe₂O₃ (таблица 1).

Образец отвержденного расплава, полученный таким образом, облучали излучением в дозе 50 кГр с использованием кобальта 60 в качестве источника, измеряли микротвердость по Виккерсу до и после облучения и определяли степень сохранения прочности образца после облучения.

Результаты показаны в таблице 1. Результаты убедительно показывают, что, когда содержание оксида железа (Fe₂O₃) в образце составляет 15% или более, степень сохранения прочности после облучения заметно увеличивается.

[0022] [Таблица 1]

Единицы Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Fe₂O₃ [F] масс.% 3 11 16 19 SiO₂ [S] 51 52 48 42 Al₂O₃ [A] 12 18 12 14 CaO [C] 20 9 17 13 Другие 14 10 7 12 [S]+[A] масс.% 63 70 60 56 [A]/([S]+[A]) массовое отношение 0,19 0,26 0,20 0,25 [F] масс.% 3 11 16 19 [C] 20 9 17 13 Степень сохранения прочности после облучения [%] 30 58 99 99

[0023] [Пример 1]

Летучую золу RM1 смешивали с соответствующим количеством SiO₂ (реагент), Al₂O₃ (реагент), Fe₂O₃ (реагент) и CaO (реагент). Содержание SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и CaO в составе следующее: [S]+[A] составляет 42% по массе, отношение [A]/([S]+[A]) равно 0,20, [F] составляет 19% по массе, [C] составляет 17% по массе.

В результате испытания на хлопья получали шар, имеющий толщину пленки около 800 нм. Шар измельчали для получения хлопьев.

Анализ спектра рентгеновской дифракции (XRD) показал, что хлопья были по существу аморфными.

Далее образец хлопьев облучали радиацией, имеющей дозу 100 ГГр, с использованием электронного пучка в качестве источника.

Твердость по Виккерсу измеряли в соответствии с JIS Z 2244 для образцов хлопьев до и после облучения и вычисляли степень сохранения прочности после облучения. В результате степень сохранения прочности хлопьев после облучения составляла 90%, а устойчивость к радиационному повреждению была превосходной (таблица 2).

[0024] [Примеры 2~8]

Изменяя соотношение SiO₂ (реагент), Al₂O₃ (реагент), Fe₂O₃ (реагент), CaO (реагент) в смеси, получали образцы, имеющие разный состав для значений i) суммы SiO₂ и Al₂O₃, ii) отношения (массового отношения) Al₂O₃ к сумме SiO₂ и Al₂O₃, iii) Fe₂O₃ или iv) CaO. Затем для каждого из образцов проводили такое же испытание на хлопья, как и в примере 1 (таблица 2).

В результате с каждым из составов расплав образовывал полый тонкопленочный шар, аналогичный шару из примера 1, и демонстрировал хорошую пригодность для переработки в хлопья.

Анализ спектра рентгеновской дифракции (XRD) показал, что все из образцов хлопьев были по существу аморфными.

Затем, как и в примере 1, каждый образец хлопьев подвергали испытанию на облучение радиацией для определения степени сохранения прочности после облучения. В результате степень сохранения прочности составляла 90% или более во всех случаях, и хлопья обладали превосходной устойчивостью к радиационному повреждению (таблица 2).

[0025] Таблица 2

Единицы Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5 Пример 6 Пример 7 Пример 8 Компоненты в хлопьях [S]+[A] масс.% 42 68 58 58 59 54 68 50 [A]/([S]+[A]) массовое отношение 0,20 0,20 0,17 0,30 0,20 0,20 0,20 0,20 [F] масс.% 19 18 19 19 18 23 19 16 [C] 17 7 17 17 17 17 7 28 Параметр оценки Радиационная устойчивость Превосходная Превосходная Превосходная Превосходная Превосходная Превосходная Превосходная Превосходная Испытание на хлопья A A A A A A A A

[0026] Из таблицы 2 ясно, что хлопья могут быть получены из всех составов, удовлетворяющих «четырем требованиям к композиции изобретения», и что все хлопья обладают превосходной устойчивостью к радиационному повреждению.

[0027] [Сравнительные примеры 1~8]

Изменяя соотношение SiO₂ (реагент), Al₂O₃ (реагент), Fe₂O₃ (реагент), CaO (реагент) в смеси, получали образцы, имеющие разный состав для значений i) суммы SiO₂ и Al₂O₃, ii) отношения (массового отношения) Al₂O₃ к сумме SiO₂ и Al₂O₃, iii) Fe₂O₃ или iv) CaO. Затем каждый образец подвергали такому же испытанию, что и в примере 1.

[0028] Таблица 3

Единицы Сравнит. пример 1 Сравнит. пример 2 Сравнит. пример 3 Сравнит. пример 4 Сравнит. пример 5 Сравнит. пример 6 Сравнит. пример 7 Сравнит. пример 8 Компоненты в хлопьях [S]+[A] масс.% 38 72 44 58 63 50 70 46 [A]/([S]+[A]) массовое отношение 0,20 0,20 0,13 0,42 0,20 0,20 0,20 0,20 [F] масс.% 19 16 23 19 14 27 19 16 [C] 17 5 26 17 17 17 3 32 Параметр оценки Радиационная устойчивость Низкая Испытание на хлопья С В с В A С В С

[0029] Из таблицы 3 может быть видно, что, если образец не удовлетворяет какому-либо из «четырех требований к композиции изобретения», образец трудно перерабатывать в хлопья, или полученные хлопья обладают низкой устойчивостью к радиационному повреждению.

То есть, если сумма [S]+[A] не удовлетворяет нижнему пределу требования i), вязкость расплава будет слишком низкой, и хлопья не смогут образоваться (сравнительный пример 1). С другой стороны, когда сумма [S]+[A] превышает верхний предел требования i), вязкость расплава будет слишком высокой, поэтому становится трудно образовывать хлопья (сравнительный пример 2).

Если значение [A]/([S]+[A]) не удовлетворяет нижнему пределу требования ii), хлопья не могут быть образованы в результате слишком низкой вязкости расплава (сравнительный пример 3). Когда значение [A]/([S]+[A]) превышает верхний предел требования ii), вязкость расплава становится слишком высокой, что затрудняет образование хлопьев (сравнительный пример 4).

Когда значение [F] не удовлетворяет нижнему пределу требования iii), устойчивость к радиационному повреждению является низкой (сравнительный пример 5). Степень сохранения прочности после облучения образца из сравнительного примера 5 составляет 60%. Когда значение [F] превышает верхний предел требования iii), хлопья не могут быть образованы из-за слишком низкой вязкости расплава (сравнительный пример 6).

Если значение [C] меньше нижнего предела требования iv), хлопья не могут быть образованы из-за слишком низкой вязкости расплава (сравнительный пример 7). Когда значение [C] превышает верхний предел требования iv), вязкость расплава становится слишком высокой, поэтому хлопья не могут быть образованы (сравнительный пример 8).

[0030] [Пример 9]

В этом примере представлен пример получения хлопьев неорганических оксидов с превосходной радиационной устойчивостью с использованием только летучей золы, медного шлака и стального шлака, все из которых представляют собой промышленные отходы.

Состав исходного сырья получали путём смешивания 50 частей по массе летучей золы RM1 в качестве источника диоксида кремния и оксида алюминия, 30 частей по массе медного шлака RM2 в качестве источника оксида железа и 20 частей по массе стального шлака RM3 в качестве источника оксида кальция. При этом содержание SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ и CaO в составе следующее: [S]+[A] составляет 59% по массе, [A]/([S]+[A]) равно 0,23, [F] составляет 21% по массе, [C] составляет 13% по массе.

Состав исходного сырья подвергали такому же испытанию, что и в примере 1. В результате ранг пригодности для переработки в хлопья был равен A, а степень сохранения прочности после облучения составляла 87%.

Промышленная применимость

[0031] Хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения подходят в качестве армирующих материалов или наполнителей смол и каучуков. Примеры смолы включают в себя термопластичную смолу и термореактивную смолу. Примеры термопластичной смолы включают в себя без ограничений полипропилен, ABS-смолу, AS-смолу, полифениленовый эфир, полиамид, полиамидиимид и поликетон. Примеры каучука включают в себя термопластичный каучук.

Хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения могут подходящим образом использоваться в качестве вспомогательного исходного сырья для улучшения антикоррозионных свойств облицовочных материалов и красок. Примеры основного материала облицовочного материала и краски включают в себя без ограничений термореактивные смолы, такие как винилэфирные и эпоксидные смолы, и отверждаемые каучуки.

Смола, каучук или материал покрытия, содержащий хлопья неорганических оксидов настоящего изобретения, обладает превосходной устойчивостью к радиационному повреждению. В связи с этим он подходит в качестве материала, образующего облучаемое изделие. Установки, оборудование и материалы в областях ядерной энергетики, аэрокосмической промышленности и медицинского обслуживания могут быть упомянуты в качестве репрезентативных примеров облучаемого изделия.

Примеры установок, приборов и приспособлений в области ядерной энергетики включают в себя:

- установки, приборы и приспособления для производства ядерной энергии;

- установки, приборы и приспособления для добычи и переработки урановых руд;

- установки, приборы и приспособления для вторичной переработки ядерного топлива (включая конверсию, обогащение, реконверсию, обработку формованием и изготовление МОКС-топлива из этого же топлива);

- установки, приборы и приспособления для хранения, обработки и вторичной обработки использованного ядерного топлива;

- установки, приборы и приспособления для хранения, обработки и захоронения радиоактивных отходов;

- приборы и приспособления для транспортировки урановых руд, продуктов вторичной переработки ядерного топлива, использованного ядерного топлива или радиоактивных отходов; и

- другие установки, приборы и приспособления, связанные с ядерной энергетикой.

Более конкретные примеры установок, приборов и приспособлений для производства ядерной энергии включают в себя здания реакторов (в том числе исследовательские реакторы и испытательные реакторы), защитные оболочки реакторов, трубопроводы в установках ядерных реакторов и роботов для вывода из эксплуатации.

Примеры установок, приборов и приспособлений, используемых в области аэрокосмической промышленности, включают в себя здание космической базы, космическую станцию, искусственный спутник, спутник для исследования планет и космический костюм.

Примеры установок, приборов и приспособлений, используемых в области медицины, включают в себя медицинские устройства, которые используют пучки частиц.

Вышеприведенные примеры использования являются иллюстративными с целью демонстрации полезности хлопьев неорганических оксидов настоящего изобретения и не ограничивают объём настоящего изобретения.

Пояснения ссылочных позиций

[0032]

1 тигель

2 трубка Таммана

21 отверстие

22 вход

3 электрическая печь

D1 диаметр тигеля

H1 высота тигеля

D2 диаметр трубки Таммана

H2 высота трубки Таммана

Φ диаметр отверстия

fp состав исходного сырья

fm расплав исходного сырья, расплав

fb шар

P давление нагрузки.

Изобретение относится к получению хлопьев неорганических оксидов, обладающих превосходной устойчивостью к радиационному повреждению, которые могут быть использованы в качестве армирующего материала или наполнителя в изделиях и сооружениях, подвергающихся облучению радиацией: здание или защитные оболочки ядерного реактора, здания космической базы, искусственные спутники, медицинские изделия. Хлопья неорганических оксидов в основном состоят из SiO₂, Al₂O₃, CaO и Fe₂O₃, а именно содержат (мас.%): сумма SiO₂ и Al₂O₃ от 40 до 70, где отношение Al₂O₃/(SiO₂+Al₂O₃) находится в диапазоне от 0,15 до 0,40, Fe₂O₃ от 16 до 25, CaO от 5 до 30, неизбежные примеси - остальное. Композиции, включающие указанные хлопья, получены смешиванием хлопьев с термопластичной или термореактивной смолой или каучуком. Технический результат – получение материалов, устойчивых к радиационному повреждению. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 8 пр.

1. Устойчивые к радиации хлопья неорганических оксидов, содержащие SiO₂, Al₂O₃, СаО и Fe₂O₃, где

массовые процентные содержания компонентов в пересчете на оксид в указанных хлопьях неорганических оксидов являются следующими:

i) сумма SiO₂ и Al₂O₃ составляет 40% по массе или более и 70% по массе или менее,

ii) Al₂O₃/(SiO₂+Al₂O₃) (массовое отношение) находится в диапазоне 0,15-0,40,

iii) Fe₂O₃ составляет 16% по массе или более и 25% по массе или менее и

iv) СаО составляет не менее 5% по массе, но не более 30% по массе, а также присутствуют

v) неизбежные примеси, содержащиеся в исходном сырье.

2. Композиция, полученная путем смешивания хлопьев неорганических оксидов по п. 1 с термопластичной смолой или термопластичным каучуком.

3. Композиция по п. 2 для изделия, подлежащего облучению радиацией.

4. Композиция, полученная путем смешивания хлопьев неорганических оксидов по п. 1 с термореактивной смолой или отверждаемым каучуком.

5. Облицовочный материал, состоящий из композиции по п. 4.

6. Облицовочный материал по п. 5 для изделия, подлежащего облучению радиацией.

7. Способ получения устойчивых к радиации хлопьев неорганических оксидов, включающий в себя этап, на котором плавят смесь источника диоксида кремния, источника оксида алюминия, источника оксида кальция и источника оксида железа, и этап переработки расплава в хлопья, отличающийся тем, что массовые процентные содержания компонентов в пересчете на оксид в указанной смеси являются следующими:

i) сумма SiO₂ и Al₂O₃ составляет 40% по массе или более и 70% по массе или менее,

ii) Al₂O₃/(SiO₂+Al₂O₃) (массовое отношение) находится в диапазоне 0,15~0,40,

iii) Fe₂O₃ составляет 16% по массе или более и не более 25% по массе,

iv) СаО составляет 5% по массе или более и не более 30% по массе,

а также присутствуют

v) неизбежные примеси, содержащиеся в исходном сырье.

8. Способ получения хлопьев неорганических оксидов по п. 7, отличающийся тем, что источником диоксида кремния или источником оксида алюминия является летучая зола.

9. Способ получения хлопьев неорганических оксидов по п. 7, отличающийся тем, что источником оксида железа является медный шлак.

10. Способ получения хлопьев неорганических оксидов по п. 7, отличающийся тем, что источником оксида кальция является стальной шлак.

11. Способ получения хлопьев неорганических оксидов по п. 7, отличающийся тем, что источником диоксида кремния или источником оксида алюминия является базальт или андезит.

12. Применение хлопьев неорганических оксидов, содержащих SiO₂, Al₂O₃, СаО и Fe₂O₃, для изделия, подлежащего облучению радиацией, где в указанных хлопьях неорганических оксидов в пересчете на оксиды

i) сумма SiO₂ и Al₂O₃ составляет 40% по массе или более и 70% по массе или менее,

ii) Al₂O₃/(SiO₂+Al₂O₃) (массовое отношение) находится в диапазоне 0,15-0,40,

iii) Fe₂O₃ составляет 16% по массе или более и 25% по массе или менее и

iv) СаО составляет 5% по массе и не более 30% по массе,

а также присутствуют

v) неизбежные примеси, содержащиеся в исходном сырье.

13. Применение хлопьев неорганических оксидов для изделия, подлежащего облучению радиацией, по п. 12, где изделие, подлежащее облучению радиацией, представляет собой любое из следующего:

a) здание ядерного реактора, защитная оболочка ядерного реактора, трубопровод внутри установки ядерного реактора и робот для вывода из эксплуатации;

b) здание космической базы, космическая станция, искусственный спутник, спутник для исследования планет и космический костюм и

c) медицинские устройства, использующие пучки частиц.