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1、(10)申请公布号 CN 103714871 A (43)申请公布日 2014.04.09 CN 103714871 A (21)申请号 201410002841.6 (22)申请日 2014.01.05 G21F 1/02(2006.01) (71)申请人 奇台县国平膨润土矿 地址 831899 新疆维吾尔自治区昌吉回族自 治州奇台县三清宫巷 (72)发明人 沈强 赵永东 贾汉忠 (74)专利代理机构 乌鲁木齐中科新兴专利事务 所 65106 代理人 李静 (54) 发明名称 一种膨润土基防辐射材料及其制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种膨润土基防辐射材料的制备 方法， 该方法采用膨润土。
2、为基体， 通过离子交换、 层间原位反应的方法制备膨润土插层 B-Fe 化合 物复合材料， 通过该方法获得的膨润土基复合材 料中 B-Fe 化合物处于蒙脱石层间， 且以纳米级尺 度存在， 该复合材料具有较大的屏蔽辐射性能， 可 吸收伽马射线， 且其屏蔽辐射的性能与 Fe、 B 等关 键元素的含量直接相关。 本发明方法工艺简单， 易 控制， 适应大规模工业化生产辐射屏蔽材料， 为治 理环境污染并提高膨润土产品的附加值提供更加 有效的材料和技术。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明。
3、书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103714871 A CN 103714871 A 1/1 页 2 1. 一种膨润土基防辐射材料的制备方法， 其特征在于将天然矿物材料膨润土与化合物 B-Fe 相复合制备成的防辐射材料， 具体操作按下列步骤进行 ： a、 膨润土的预处理 ： 先对膨润土进行矿物质提纯， 将膨润土加入去离子水中， 磁力搅 拌， 时间 24 小时， 通过低速 600rmp 离心， 时间 6min， 将非粘土矿物去除， 再用 NaCl 溶液去 除粘土中的可溶性盐， 得到膨润土浆液 ； b、 Fe3+交换型膨润土的制备 ： 先将FeCl3按常规方法配制成溶液， 将100ml。
4、FeCl3溶液加 入到步骤 a 得到的纯化后的 5g 膨润土浆液中， 搅拌均匀， 在振荡器上摇制 24h ； c、 膨润土插层 B-Fe 化合物的制备 ： 将 Na2BO3溶液加入到步骤 b 得到的膨润土浆液中， 然后再加入NaOH调整pH 3-10， 反应5min后， 在4000rpm下离心10分钟， 弃去上清液， 沉淀 物收集， 温度 80烘干， 得到烘干物 ； d、 复合材料的压制成型 ： 将步骤 c 得到的烘干物磨细， 过 80 目筛， 在相对湿度为 100% 的环境中老化 48 小时， 使用压片机将材料压制成型， 压强为 12.5-37.5 KN/m2， 即得到膨润 土基防辐射材料。。
5、 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于步骤 b 中 FeCl3与膨润土的质量比为 3:100-30:100。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于步骤c中Na2BO3的加入量控制在Fe与B的 摩尔比为 2:3。 权 利 要 求 书 CN 103714871 A 2 1/5 页 3 一种膨润土基防辐射材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于防辐射材料制备领域， 具体涉及一种膨润土基防辐射复合材料的制备 方法。 背景技术 0002 随着国防科研、 放射性医学和核技术应用的不断发展 , 各种放射性射线被广泛应 用, 射线对人体的伤害和对环境的破坏也逐渐被人类所认识。 经常接。
6、触放射性射线的人会 出现皮肤烧伤、 毛发脱落、 眼痛、 白血球减少甚至骨髓瘤等症状。因此 , 对放射性射线的屏 蔽成为各种放射源安全利用的必要环节。与此同时， 对防护这些射线的各种屏蔽材料的研 究便成为一项十分重要和迫切的课题。 0003 防辐射屏蔽材料广泛应用于军事和民用的诸多领域 , 而铅是目前发现的最有效 地辐射屏蔽材料， 这源于它的高密度、 大分子量、 高防腐性能和易制造型。然而铅材料的毒 性强、 存在 “X 射线弱吸收区” ， 对中子吸收屏蔽效果差， 不易得和高昂的价格等因素限制了 其作为防辐射材料更为广泛地应用 。而价格相对低廉和制备容易的混凝土是另一种被大 量应用的防辐射材料， 。
7、但是， 此类型材料的防辐射性能会随着其氢含量的降低而性能变差， 同时其较大的重量和可移动性差也在一定程度上限制着其应用。此外， 随着射线装置和核 技术应用的进一步发展 , 传统、 单一的屏蔽材料已经不能满足诸如移动式反应堆和可携带 辐射源等设备的防护要求。 因此, 为克服由此带来的挑战， 制备质轻、 无毒、 物理性质优异、 屏蔽效果好且性能持久的新型防辐射材料具有重要意义。 0004 粘土材料被广泛应用于制造业、 建筑业等工业领域， 它具有吸收辐射、 无毒、 易得、 价格低廉和易加工等特点， 被认为是另一种可选择的屏蔽辐射材料。俄罗斯科学家曾开发 粘土基屏蔽材料作为核工业工作人员的防护用具。膨。
8、润土也可用作核吸附剂， 在高危害性 废物处理工程中膨润土被用作缓冲材料或回填材料， 许多放射性核素在膨润土上的吸附有 效的阻止了其在废物处置中的迁移。 此外， 使用粘土材料作为防辐射材料还具有以下优势 ： 1） 粘土常被用于墙体泥灰材料， 因此在起到建筑功能的同时可利用其防辐射的性能 ； 2） 尽 管粘土材料屏蔽辐射的性能与铅相差较大， 但对粘土材料进行改性处理制备粘土基防辐射 材料已成为目前研究和开发的热点。基于粘土材料 （特别是膨润土） 的这种可能的防辐射性 能， 本研究拟开发对伽马射线等高强度射线防辐射性能强的粘土基辐射屏蔽材料， 以期将 其用于原子能反应堆、 粒子加速器、 辐射试验装置。
9、、 同位素储存室、 医疗用放射治疗室的屏 蔽射线部位， 以阻挡辐射对人体的伤害。 发明内容 0005 本发明目的在于， 提供一种膨润土基防辐射材料及其制备方法， 该方法采用膨润 土为基体， 通过离子交换、 层间原位反应的方法制备膨润土插层 B-Fe 化合物复合材料， 通 过该方法获得的膨润土基复合材料中 B-Fe 化合物处于蒙脱石层间， 且以纳米级尺度存在， 该复合材料具有较大的屏蔽辐射性能， 可吸收伽马射线， 且其屏蔽辐射的性能与 Fe、 B 等关 说 明 书 CN 103714871 A 3 2/5 页 4 键元素的含量直接相关。 本发明方法工艺简单， 易控制， 适应大规模工业化生产辐射屏。
10、蔽材 料， 为治理环境污染并提高膨润土产品的附加值提供更加有效的材料和技术。 0006 本发明所述的一种膨润土基防辐射材料的制备方法， 其特征在于将天然矿物材料 膨润土与 化合物 B-Fe 相复合制备成的防辐射材料， 具体操作按下列步骤进行 ： a、 膨润土的预处理 ： 先对膨润土进行矿物质提纯， 将膨润土加入去离子水中， 磁力搅 拌， 时间 24 小时， 通过低速 600rmp 离心， 时间 6min， 将非粘土矿物去除， 再用 NaCl 溶液去 除粘土中的可溶性盐， 得到膨润土浆液 ； b、 Fe3+交换型膨润土的制备 ： 先将FeCl3按常规方法配制成溶液， 将100mlFeCl3溶液加。
11、 入到步骤 a 得到的纯化后的 5g 膨润土浆液中， 搅拌均匀， 在振荡器上摇制 24h ； c、 膨润土插层 B-Fe 化合物的制备 ： 将 Na2BO3溶液加入到步骤 b 得到的膨润土浆液中， 然后再加入NaOH调整pH 3-10， 反应5min后， 在4000rpm下离心10分钟， 弃去上清液， 沉淀 物收集， 温度 80烘干， 得到烘干物 ； d、 复合材料的压制成型 ： 将步骤 c 得到的烘干物磨细， 过 80 目筛， 在相对湿度为 100% 的环境中老化 48 小时， 使用压片机将材料压制成型， 压强为 12.5-37.5 KN/m2， 即得到膨润 土基防辐射材料。 0007 步骤。
12、 b 中 FeCl3与膨润土的质量比为 3:100-30:100。 0008 步骤 c 中 Na2BO3的加入量控制在 Fe 与 B 的摩尔比为 2:3。 0009 本发明所述的一种制备膨润土基防辐射材料的方法， 该方法的特点是以膨润土矿 物为基体， 采用原位插层方式将 Fe 盐和 B 盐合成于层间， 制得膨润土负载型纳米 B-Fe 复合 防辐射材料。膨润土矿物层之间只能形成很小的分子引力， 连接力弱， 结构层具有胀缩性， 层间距会随着层间物质类型和状态的变化而变化。 这种晶体结构特性为本发明中纳米级化 合物的制备提供了较为理想的模板。 0010 膨润土矿物层内部大量的 Si、 Al 元素被 。
13、Fe、 Mg 等低价阳离子取代， 而使结构层带 负电， 其负电性可被吸附于粘粒层表面的阳离子中和。被吸咐的阳离子在一定的条件下亦 能被溶液中其它的阳离子交换下来， 膨润土的这种阳离子交换量较大， 在其表面负电荷处 可吸附大量的阳离子 （如 Fe3+） ， 且层表面负电性可在一定程度上限制阳离子的移动 ； 将金 属离子 Fe3+通过阳离子置换的形式交换进入层间， 且吸附于层表面负电荷处， 然后在室温 下快速的与硼酸盐反应， 膨润土粘粒可膨胀的层结构和表面电荷引力在很大程度上限制了 硼铁酸盐的互相接触、 移动和团聚， 使合成的 B-Fe 化合物处于纳米的原子簇尺度， 使其具 有更高的屏蔽辐射的性能。
14、。 0011 膨润土等粘土矿物常被用于墙体泥灰材料， 因此， 使用粘土材料起到建筑功能的 同时可利用其防辐射的性能 ； 此外， 使用膨润土基材料作为屏蔽辐射材料还具有以下优 点 ： (1) 本发明方法工艺简单， 易控制， 适应大规模工业化生产 ； (2) 基于膨润土矿物相体系的防辐射材料可屏蔽伽马射线， 且具有吸附放射性金属离 子和防水的功能。 0012 (3) 膨润土资源丰富、 价格低廉， 粉体成品可塑性强， 可压制各种形状的防辐射砌 块， 且材料本身无二次污染。 说 明 书 CN 103714871 A 4 3/5 页 5 附图说明 0013 图 1 为本发明不同压强条件下制备的屏蔽辐射砌。
15、块的衰减系数变化结果图 ； 图 2 为本发明不同 B-Fe 条件下制备的屏蔽辐射砌块的衰减系数结果图 ； 图 3 为本发明不同 pH 值条件下制备的屏蔽辐射砌块的衰减系数的变化结果图。 具体实施方式 0014 本发明方法以常见的膨润土矿物材料为基质， 经过纯化、 改性、 原位合成、 老化、 压 制等工艺， 制得一种用于防辐射的膨润土基复合材料。 0015 为了更好的理解本发明， 下面结合实施例对本发明做进一步的说明。 0016 实施例 1 a、 膨润土的预处理 ： 先对膨润土进行矿物质提纯， 将膨润土加入去离子水中， 磁力搅 拌， 时间 24 小时， 通过低速 600 rpm 离心， 时间 6。
16、 min， 将非粘土矿物去除， 再用 NaCl 溶液 去除粘土中的可溶性盐， 得到膨润土浆液 ； b、 Fe3+交换型膨润土的制备 ： 将 100mlFeCl3溶液加入到步骤 a 得到的纯化后的 5g 膨 润土浆液中， 其中 FeCl3与膨润土的质量比为 3:100, 搅拌均匀， 在振荡器上摇制 24h ； c、 膨润土负载纳米硼铁化合物的制备 ： 将Na2BO3溶液加入步骤b得到的膨润土浆液中， 使 Fe 与 B 的摩尔比为 2:3， 然后再加入 NaOH， 将 pH 调整到 7， 反应 5min 后， 在 4000rpm 下离 心 10 分钟， 弃去上清液， 沉淀物收集， 温度 80下烘干。
17、， 得到烘干物 ； d、 复合材料的压制成型 ： 将步骤 c 中得到的烘干物磨细， 过 80 目筛， 在相对湿度为 100% 的环境中老化 48 小时， 使用压片机将材料压制成型， 压力为 17.5 KN/m2， 即得到膨润 土基防辐射材料 ； 再将得到的膨润土基防辐射材料用伽马射线屏蔽试验系统进行防辐射性能的分析， 伽 马射线源为Cs137， 强度为662KeV， 采用多道检测系统探测辐射强度， 对实施例1膨润土Fe-B 复合材料进行测试， 经计算其衰减系数为 0.201（结果如图 1） 。 0017 实施例 2 a、 膨润土的预处理 ： 先对膨润土进行矿物质提纯， 将膨润土加入去离子水中，。
18、 磁力搅 拌， 时间 24 小时， 通过低速 600rmp 离心， 时间 6min， 将非粘土矿物去除， 再用 NaCl 溶液去 除粘土中的可溶性盐， 得到膨润土浆液 ； b、 Fe3+交换型膨润土的制备 ： 先将 FeCl3按常规方法配制成溶液， 将 FeCl3溶液加入到 步骤 a 得到的纯化后的膨润土浆液中， 其中 FeCl3与膨润土的质量比为 30:100 ； c、 膨润土负载纳米硼铁化合物的制备 ： 将 Na2BO3溶液加入到步骤 b 得到的膨润土浆液 中， 使 Fe 与 B 的摩尔比为 2:3， 然后再加入 NaOH， 将 pH 调整到 7， 反应 5min 后， 在 4000rpm。
19、 下离心 10 分钟， 弃去上清液， 沉淀物收集， 温度 80烘干， 得到烘干物 ； d、 复合材料的压制成型 ： 将步骤 c 得到的烘干物磨细， 过 80 目筛， 在相对湿度为 100% 的环境中老化48小时， 使用压片机将材料压制成型， 压力为37.5 KN/m2， 即得到膨润土基防 辐射材料 ； 再将得到的膨润土基防辐射材料用伽马射线屏蔽试验系统进行防辐射性能的分析， 伽 马射线源为Cs137， 强度为662KeV， 采用多道检测系统探测辐射强度， 对实施例2膨润土Fe-B 复合材料进行测试， 经计算其衰减系数为 0.44（结果如图 2） 。 说 明 书 CN 103714871 A 5。
20、 4/5 页 6 0018 实施例 3 a、 膨润土的预处理 ： 先对膨润土进行矿物质提纯， 将膨润土加入去离子水中， 磁力搅 拌， 时间 24 小时， 通过低速 600rmp 离心， 时间 6min， 将非粘土矿物去除， 再用 NaCl 溶液去 除粘土中的可溶性盐， 得到膨润土浆液 ； b、 Fe3+交换型膨润土的制备 ： 将 100mlFeCl3溶液加入到步骤 a 得到的纯化后的 5g 膨 润土浆液中， 其中 FeCl3与膨润土的质量比为 15:100, 搅拌均匀， 在振荡器上摇制 24h ； c、 膨润土负载纳米硼铁化合物的制备 ： 将 Na2BO3溶液加入到步骤 b 得到的膨润土浆液 。
21、中， 使 Fe 与 B 的摩尔比为 2:3， 然后再加入 NaOH， 将 pH 调整到 3， 反应 5min 后， 在 4000rpm 下离心 10 分钟， 弃去上清液， 沉淀物收集， 温度 80烘干， 得到烘干物 ； d、 复合材料的压制成型 ： 将步骤 c 得到的烘干物磨细， 过 80 目筛， 在相对湿度为 100% 的环境中老化48小时， 使用压片机将材料压制成型， 压力为37.5 KN/m2， 即得到膨润土基防 辐射材料 ； 再将得到的膨润土基防辐射材料， 用伽马射线屏蔽试验系统进行防辐射性能的分析， 伽马射线源为 Cs137， 强度为 662KeV， 采用多道检测系统探测辐射强度， 。
22、对实施例 3 膨润土 Fe-B 复合材料进行测试， 经计算器衰减系数为 0.251（结果如图 3） 。 0019 实施例 4 a、 膨润土的预处理 ： 先对膨润土进行矿物质提纯， 将膨润土加入去离子水中， 磁力搅 拌， 时间 24 小时， 通过低速 600rmp 离心， 时间 6min， 将非粘土矿物去除， 再用 NaCl 溶液去 除粘土中的可溶性盐， 得到膨润土浆液 ； b、 Fe3+交换型膨润土的制备 ： 将 100mlFeCl3溶液加入到步骤 a 得到的纯化后的 5g 膨 润土浆液中， 其中 FeCl3与膨润土的质量比为 15:100, 搅拌均匀， 在振荡器上摇制 24h ； c、 膨润。
23、土负载纳米硼铁化合物的制备 ： 将 Na2BO3溶液加入到步骤 b 得到的膨润土浆液 中， 使 Fe 与 B 的摩尔比为 2:3， 然后再加入 NaOH， 将 pH 调整到 10， 反应 5min 后， 在 4000rpm 下离心 10 分钟， 弃去上清液， 沉淀物收集， 温度 80下烘干， 得到烘干物 ； d、 复合材料的压制成型 ： 将步骤 c 得到的烘干物磨细， 过 80 目筛， 在相对湿度为 100% 的环境中老化48小时， 使用压片机将材料压制成型， 压力为37.5 KN/m2， 即得到膨润土基防 辐射材料 ； 再将得到的膨润土基防辐射材料， 用伽马射线屏蔽试验系统进行防辐射性能的分。
24、析， 伽马射线源为 Cs137， 强度为 662KeV， 采用多道检测系统探测辐射强度， 对实施例 4 膨润土 Fe-B 复合材料进行测试， 经计算其衰减系数为 0.310（结果如图 3） 。 0020 实施例 5 a、 膨润土的预处理 ： 先对膨润土进行矿物质提纯， 将膨润土加入去离子水中， 磁力搅 拌， 时间 24 小时， 通过低速 600rmp 离心， 时间 6min， 将非粘土矿物去除， 再用 NaCl 溶液去 除粘土中的可溶性盐， 得到膨润土浆液 ； b、 Fe3+交换型膨润土的制备 ： 将 100mlFeCl3溶液加入到步骤 a 得到的纯化后的 5g 膨 润土浆液中， 其中 FeC。
25、l3与膨润土的质量比为 15:100, 搅拌均匀， 在振荡器上摇制 24h ； c、 膨润土负载纳米硼铁化合物的制备 ： 将 Na2BO3溶液加入到步骤 b 得到的膨润土浆液 中， 使 Fe 与 B 的摩尔比为 2:3， 然后再加入 NaOH， 将 pH 调整到 7， 反应 5min 后， 在 4000rpm 下离心 10 分钟， 弃去上清液， 沉淀物收集， 温度 80烘干， 得到烘干物 ； 说 明 书 CN 103714871 A 6 5/5 页 7 d、 复合材料的压制成型 ： 将步骤 c 得到的烘干物磨细， 过 80 目筛， 在相对湿度为 100% 的环境中老化48小时， 使用压片机将材料压制成型， 压力为25 KN/m2， 即得到膨润土基防辐 射材料 ； 再将得到的膨润土基防辐射材料， 用伽马射线屏蔽试验系统进行复合材料防辐射性能 的分析， 伽马射线源为 Cs137， 强度为 662KeV， 采用多道检测系统探测辐射强度， 对实施例 5 膨润土 Fe-B 复合材料进行测试， 经计算器衰减系数为 0.271。 说 明 书 CN 103714871 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103714871 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103714871 A 9 。