ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Все природные сырьевые материалы содержат естественные радионуклиды (ЕРН). Радиационное качество строительного материала зависит от удельной активности радия-226 с дочерними продуктами распада, тория-232 с дочерними продуктами распада и калия-40 в нем.

В связи с тем, что портландцемент получают в результате сложных физико-химических превращений сырьевых материалов (мела и глины) при высоких температурах, использовать правило аддитивности для расчета удельной активности ЕРН в конечном продукте невозможно. Поэтому проведено исследование перераспределения указанных естественных радионуклидов в процессе производства портландцемента с целью получения метода прогнозирования радиационного качества портландцемента на основании радиационного соста­ва сырьевых материалов и продуктов, получаемых на различных переделах производства цемента: сырьевого шлама и клинкера. Конечным продуктом ис­следования явился портландцемент марки ПЦ 500 акционерного общества "Мальцевский портландцемент", получаемого по мокрому способу.

Данные по химическому и минеральному составам, а также расход сырьевых материалов были представлены лабораторией ОАО "Мальцевский портландцемент" (табл. 1,2,3).

Таблица 1

Расход сырьевых материалов

Таблица 2

Химический состав материалов

Таблица 3

Минеральный состав клинкера

Радионуклидный состав проб исследуемых материалов определяли на гамма-спектрометре с полупроводниковым детектором. Измерения проводили в геометрии Маринелли. Методика определения радионуклидного состава соответствовала требованиям государственного стандарта. Радионуклидный состав проб исследованных материалов представлен в таблице 4.

Таблица 4

Радионуклидный состав исследованных строительных материалов

Из приведенных в табл. 4 данных следует, что мел и огарки характеризуются низким содержанием радионуклидов семейства тория-232. Поэтому в последующем при анализе данных приводится только удельная активность свинца-212.

По полученным данным об удельных активностях естественных радионуклидов в исходных материалах (глина, мел, огарки) были рассчитаны ожидаемые значения удельных активностей ЕРН в шламе в соответствии с удельным содержанием каждого материала (таблица 1). Результаты расчетов и экспериментальные значения приведены в таблице 5.

Из приведенных данных следует, что расчетные и экспериментально полученные значения удельных активностей радий - 226, свинец - 214, висмут -214 и свинец - 212 в пределах погрешностей измерений совпадают. А различие экспериментально полученного и расчетного значения удельной активности калия - 40 превышает погрешность измерений.

Таблица 5

Сопоставление экспериментальных и расчетных значений удельных активностей естественных радионуклидов в сырьевом шламе

Это обусловлено вероятно, тем, что калийсодержащие соединения являются водорастворимыми и частично переходят в раствор. Нормируемый радионуклидный состав исследованных стройматериалов приведен в технической характеристике.

Из приведенных значений следует, что все материалы относятся к перво­му классу (А _эф < 370="" бк/кг)="" и,="" следовательно,="" могут="" использоваться="" в="" строи­тельной="" индустрии="" без="">

Сопоставление значений удельных активностей ЕРН в сырьевом шламе и в клинкере (таблица 7) показывает, что удельные активности всех радионуклидов в клинкере выше, чем в сырьевом шламе. Отношение удельных активностей в клинкере и шламе для каждого радионуклида указано в последней строке таб­лицы 7. Эти значения в пределах погрешностей совпадают. Среднее значение этого отношения составляет 1.57.

В табл. 1 показано, что в среднем расход сухих компонентов на 1 тонну клинкера составляет 1.62 т. Так как эти значения (1.57 и 1.62) близки, то эф­фект возрастания активностей ЕРН в клинкере обусловлен увеличением их концентрации за счет испарения воды и образования минералов клинкера.

Таблица 7

Сопоставление удельных активностей естественных радионуклидов в сырьевом шламе и клинкере

Сопоставление значений удельных активностей ЕРН в клинкере и цементной пыли (таблица 8) показывает, что удельные активности радия - 226, свинца - 214, висмута - 214 и свинца - 212 в пределах погрешностей измерений совпадают. А удельная активность калия - 40 в цементной пыли превышает аналогичное значение в клинкере в 7 раз. Это, вероятно, происходит за счет того, что оксиды щелочных металлов, в том числе иk₂o, являются более летучими при низких температурах обжига, вследствие чего происходит обогащение цементной пыли этими оксидами. Этот результат подтверждают данные химического анализа цементной пыли (табл. 2). Этим механизмом можно объяснить и присутствие в цементной пыли цезия-137.

Таблица 8

Сопоставление удельных активностей естественных радионуклидов в клинкере и цементной пыли

Таким образом в процессе производства портландцемента происходит его обогащение естественными радионуклидами в 1.6 раза, что связано с уплотнением структу­ры цементного клинкера.

В процессе обжига происходит преимущественное выделение соеди­нений щелочноземельных оксидов. Поэтому цементная пыль обогащается К иcs.

Повышенное содержание щелочных соединений в цементной пыли по­зволяет использовать ее в качестве вяжущего вещества или в качестве калий­ных удобрений в сельском хозяйстве.

Техническая характеристика

Нормируемый радионуклидный состав исследованных стройматериалов

Таблица6