РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ


RU (11) 2285303 (13) C2

(51) МПК
G21F 1/06 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.10.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004134250/06 
(22) Дата подачи заявки: 2004.11.24 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.11.24 
(43) Дата публикации заявки: 2006.05.10 
(45) Опубликовано: 2006.10.10 
(56) Аналоги изобретения: RU 2170962 C1, 20.07.2001. RU 22021132 С2, 10.04.2002. JP 5142392 А, 08.06.1993. КОМАРОВСКИЙ А.Н. "Строительство ядерных установок", Москва, Атомиздат, 1965, с.19-57. 
(72) Имя изобретателя: Харитонов Владимир Ильич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Харитонов Владимир Ильич (RU) 
(98) Адрес для переписки: 119146, Москва, Комсомольский пр-т, 33, кв.27, Ю.М. Арефьеву 

(54) РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
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.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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 





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.