一种以铅锌尾矿为原料的防辐射混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境与建筑材料领域，具体涉及一种以铅锌尾矿为原料的防辐射混凝 土及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铅锌尾矿是铅锌矿厂采用浮选法选矿后排出的废渣，其占铅锌尾矿产量的95%，而 大量的尾矿堆放不仅要占用土地，耗费存放和管理费用，同时尾矿中的有害物质，特别是重 金属离子在风化和雨水淋溶之后，会发生释放与迀移，对周边环境以及人民的生活造成严 重的影响和威胁。我国铅锌尾矿及其冶炼厂分布很广，废渣排放量也很大，科学地回收利用 尾矿资源，变废为宝，做到环境效益和经济效益的双赢成为一种最佳的选择。
[0003] 核技术自诞生以来便得到迅速的发展，目前已在如核电、军事、教育、科研、医疗等 众多领域得到了广泛的应用，然而其安全性一直是困扰其进一步发展的关键。众所周知，原 子核反应产生的大量如α、β、γ射线和中子射线能够诱发癌症、白血病和多发性骨髓癌、 大胸恶性肿瘤、甲状腺技能紊乱等多种人类绝症以及诱发植物的基因变异，危害农作物的 生长，而且其潜伏期长，短时间内无法得知。因此，为防止射线对人体的伤害，在建造有辐射 源的建筑时，必须设置防护体。
[0004] 目前，对于辐射屏蔽最有效的措施是采用高表观密度和高原子序数材料，比如贵 重金属铅、钨和混凝土等材料，采用更多的是利用铅板、钢板和混凝土进行的多层防护。但 是，一方面，Pb虽然具有较好的射线防护功能，但属于较为贵重的金属，大量使用使得防辐 射成本较高；另一方面，多层屏蔽使得防辐射工程的施工难度加大。
[0005] 水泥混凝土是目前使用最为广泛的射线防护材料，主要用于制作核反应堆的内外 壳以及核废料的固化处理。防辐射混凝土又称为防射线混凝土、原子能防护混凝土、屏蔽混 凝土、核反应堆混凝土或重混凝土。作为原子能反应堆、粒子加速器及含放射源装置的防护 材料，它能有效的屏蔽原子核辐射，即射线，一般指α、β、γ等射线和中子辐射。
[0006] 在防辐射混凝土设计中，一些表观密度较大的天然矿石：重晶石、蛇纹石等，凭借 其优良的射线屏蔽性能，被国内外学者普遍用来作为混凝土的粗细骨料。这些天然矿石依 靠其具有较大的原子序数以及较高的表观密度，能够有效的阻挡射线在混凝土中的穿透。 然而，这些天然矿石是不可再生的，随着核电的迅速发展，从可持续发展的角度上来说，寻 找可替代的材料具有重要意义。
[0007] 铅锌尾矿中含有大量的重金属，大多数重金属的结构排列紧密、密度大，可以用来 防止射线穿过，在这些重金属中尾矿铅的含量比较多，而铅又是具有很好屏蔽效能的材料， 因此利用铅锌尾矿不仅可以有效的降低采用铅屏蔽射线成本高的问题，还可以加强混凝土 的致密性以及对射线的屏蔽性能。除此之外，铅锌尾矿的表观密度（2. 5~3. IX 103kg/m3)与 混凝土基相水泥砂浆的表观密度（2. 6~3. OX 103kg/m3)相近，从而使得混凝土制备过程中 水泥浆体和骨料的混合均匀，减少由于混凝土均匀性不良导致的结构缺陷，使得混凝土屏 蔽射线的能力增强。因此，我们利用铅锌尾矿来制备性能更好、成本更低的防辐射混凝土。
[0008] 经检索，国内外尚未有利用铅锌尾矿来制备防辐射混凝土的报导，该项目属于国 内外首家研宄发明的技术。本发明所涉及的铅锌尾矿在我国储量非常丰富，能够充分的回 收利用铅锌尾矿，有效地解决尾矿重金属所带来的污染问题，同时由于铅锌尾矿中含有重 金属元素，所以防射线性能更加优越。因此，从经济和环境双重角度来看具有重要的意义， 具有很好的推广应用价值。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种以铅锌尾矿为原料的防辐射混凝土及其制备方法。
[0010] 所获得的防辐射混凝土比其他防辐射混凝土产品能够很好地屏蔽α、β、γ射线 和中子射线，抗裂性能以及耐久性能优良，制备方法简单，所采用的铅锌尾矿可以代替天然 矿石作为骨料，成本低，具有良好的经济效益和环境效益，应用前景好。
[0011] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种以铅锌尾矿为原料的防辐射混凝土，按重量份计，包括以下原料：水145~180重量 份、胶凝材料350~630重量份、细骨料700~800重量份、粗骨料1000~1500重量份、减水剂 2. 2~7. 8重量份、钢纤维35~75重量份；所述的粗骨料是由铅锌尾矿和重晶石组成，所述的 细骨料是铅锌尾矿经过球磨2h，过300目筛所制得的铅锌尾矿粉。
[0012] 所述的粗骨料中，铅锌尾矿和重晶石的掺配质量比例为1: (0. 2~3. 0)。
[0013] 所述的铅锌尾矿包括以下成分：SiO2 50~55 wt %，CaO 15 ~23 wt %，Fe203 13~18 wt %，A120310~15 wt %，PbO 0. 81 ~1.86 wt %，ZnO 0. 40~0. 86 wt %，BaO 0. 44~0. 52 wt %。
[0014] 所述的减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
[0015] 所述的胶凝材料其原料组成为：200~300重量份的水泥、20~50重量份的硅灰和 30~60重量份的粉煤灰。
[0016] 所述的水泥为42. 5级普通硅酸盐水泥。
[0017] -种如上所述的以铅锌尾矿为原料的防辐射混凝土的制备方法，具体步骤如下： (1) 将胶凝材料、粗骨料、细骨料以及钢纤维按照配比加入混凝土搅拌机中，机械搅拌 2~3min，搅拌均匀后得到混合料； (2) 向步骤（1)中所得的混合料中按照比例加入减水剂和水，机械搅拌2~3min，搅拌均 匀后得到混合物浆料，将混合物浆料注入模具进行振捣成型，养护即得防辐射混凝土。
[0018] 本发明所制备的防辐射混凝土，其防辐射功能主要是基于骨料防辐射：在防辐射 混凝土制备过程中所采用的骨料是铅锌尾矿，铅锌尾矿中含有很多重金属元素，如：Mg、Ti、 Fe、Co和Pb等，这些重金属的密度较大，结构致密。当辐射源放射出α、β、γ和中子射线 时，首先骨料中含有的相对原子质量高的重金属元素可以有效地衰减射线的传播速度从而 逐渐地吸收辐射射线；其次，混凝土内部还有较多的化合结合水，包括：自由水、结晶水，这 些水分对于快中子的慢化和慢中子的吸收具有良好的效果，且不会产生二次射线。同时，铅 锌尾矿中的硅铝化合物在加入水泥以及水之后发生固相反应，使重金属固化在硅铝化合物 的晶格中而不会溶出，确保制备出对环境友好的防辐射混凝土。
[0019] 本方法所采用的铅锌尾矿骨料的表观密度和胶凝材料基体的表观密度接近，在混 凝土中不会产生明显的骨料下沉现象，使得混凝土的分层程度得到了降低，制备得到匀质 性良好的混凝土，该混凝土可有效地降低混凝土的开裂倾向及微观缺陷，使得骨料分布均 匀、耐久性增强，从而提高防辐射混凝土的屏蔽性能。
[0020] 本发明的有益效果： (1) 本发明利用铅锌尾矿制备得到的防辐射混凝土的分层度得到了大大的降低，使得 混凝土的强度性能和耐久性能加强； (2) 本发明使用铅锌尾矿作为粗细骨料的原料，既可以利用其含有重金属元素制备出 屏蔽性能高的防辐射混凝土，很好地屏蔽α、β、γ射线和中子射线，也可以变废为宝，解 决尾矿堆积所带来的环境问题； (3) 本发明利用铅锌尾矿制备防辐射混凝土的工艺简单，铅锌尾矿来源丰富，成本低 廉，应用前景广泛。
【具体实施方式】
[0021] 为了更好地理解本发明，下面结合以下实施例进一步阐明本发