радиационно-защитный материал и способ его получения

Формула изобретения

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 ферросплавы	75-90
Цемент	5-15
Тетраборат натрия	5-10

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве заполнителя он содержит силикомарганец и/или ферромарганец.

3. Материал по п.2, отличающийся тем, что силикомарганец содержит марганец, кремний, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Mn	60-70
Si	20-25
Fe и примеси	Остальное

4. Материал по п.2, отличающийся тем, что ферромарганец содержит марганец, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Mn	85-90
Fe и примеси	10-15

5. Способ получения радиационно-защитного материала, заключающийся в смешении заполнителя и связующего, формовании полученной смеси с последующими полусухим прессованием и термообработкой, отличающийся тем, что в качестве заполнителя используют 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

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве заполнителя используют силикомарганец и/или ферромарганец.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют силикомарганец, содержащий марганец, кремний, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Mn	60-70
Si	20-25
Fe и примеси	Остальное

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют ферромарганец, содержащий марганец, железо и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Mn	85-90
Fe и примеси	10-15

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что перед смешением заполнитель подвергают измельчению до размера частиц не более 2 мм.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что перед смешением измельченный заполнитель обжигают при температуре 750-850°С в течение 30-60 мин.

11. Способ по п.5, отличающийся тем, что при смешении заполнителя и связующего добавляют воду в количестве 3-6 мас.% от суммарного количества заполнителя и связующего.

12. Способ по п.5, отличающийся тем, что прессование производят в течение 30-60 с под давлением 35-45 МПа.

13. Способ по п.5, отличающийся тем, что после прессования материал выдерживают от 24 до 72 ч при положительной температуре окружающей среды.

14. Способ по п.5, отличающийся тем, что при термообработке нагревают материал при скорости нагрева 1-3°С/мин до 105-110°С и выдерживают от 1 до 3 ч, после чего с той же скоростью нагревают до температуры обжига 700-800°С и выдерживают в течение 12-36 ч, после чего подвергают охлаждению при положительной температуре окружающей среды.

Описание изобретения к патенту

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 ферросплавы	75-90
Цемент	5-15
Тетраборат натрия	5-10

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.%:

Mn	60-70
Si	20-25
Fe и примеси	Остальное

что обеспечивает радиационно-защитные и прочностные характеристики материала.

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

Mn	85-90
Fe и примеси	10-15

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 ферросплавы	75-90
Цемент	5-15
Тетраборат натрия	5-10

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.%:

Mn	60-70
Si	20-25
Fe и примеси	Остальное

что обеспечивает радиационно-защитные и прочностные характеристики материала.

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

Mn	85-90
Fe и примеси	10-15

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 Na₂B₄O₇×10H ₂O. 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 Na₂B ₄O₇×10Н₂О. 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.

Таблица
Параметр	Материал по примеру 1	Материал по примеру 2
Плотность, г/см3	3,25	3,40
Предел прочность при сжатии, МПа	54	31
Предел прочности при изгибе, МПа	13	-
Поглощение воды, мас.%	4,5	5
Линейный коэффициент ослабления гамма-излучения, см-1 (источник 60 Со)	0,163	0,169
Слой половинного ослабления гамма-излучения (источник 60Со) d 0,5 см	4,25	4,10
Степень поглощения нейтронов по отношению к графиту с плотностью 1,70 г/см3 (источник 252 Cf) %	76	100
Степень ослабления электромагнитного поля по отношению к свинцовой пластине толщиной 2 мм, %	Толщина материала 3,8 см
Частоты: 950-1100 МГц	50-68
1400-1900 МГц	83-57	-
Естественная радиоактивность, мкЗв/ч	0,170	0,170