硅酸鋯中放射性元素分析

1、硅酸錯中放射性元素分析摘要 本文主要介紹了硅酸錯中放射性元素的種類、存在形式以及用 于陶瓷坯釉料中的狀況。關(guān)鍵詞 硅酸錯，放射性，陶瓷坯釉料1前言硅酸鉛是冃前陶瓷生產(chǎn)屮不可缺少的原料之_,主耍在陶瓷中起增白 的作用，其化學(xué)式為zrsi04o因其中附帶有hf02,因此一般情況下將其 通式視為zr（hf）si04o硅酸鏈原砂產(chǎn)地不同，其中的hf02含量亦不同， 正常情況下的含量為0. 2-3%,但部分地區(qū)出產(chǎn)的錯英砂屮hf02的含量可 以達(dá)到16%左右，在化學(xué)元素周期表中zr、ilf是同一族元素，化學(xué)性質(zhì)相 近，zr02和hf02的性質(zhì)比較如表1所示。從表1可以看出，zr02和hf02性質(zhì)接近，兩

2、者都可以對光進(jìn)行反射, 從而作為陶瓷材料的乳濁劑。因此，硅酸鏈中hfo2作為伴生礦而被算作 zr02 -個成份。理論上硅酸錯中zr02和si02的含量分別為67.2%和32. 8%, 但是除了含約1%的詒以外，礦物中通常還含有少量的th（社）、u（鈾）、ra （鐳）、40k （鉀-40）、y（4乙）、ca （鈣）、mg （鎂）、fe （鐵）、a1 （鋁）、 p （磷）和其它微量元素及社和鈾放射牛成的衰變變體。近幾年來隨著陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅酸鏈在國內(nèi)的用量逐年遞增。據(jù)統(tǒng) 計(jì)，我國各進(jìn)出口 口岸進(jìn)口錯英砂的情況為：2005年全年進(jìn)口 34萬t；2006年全年進(jìn)口 37. 5萬t,加上我國海南等地每

3、年自產(chǎn)約6萬t, 2006 年我國實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)的錯英砂約為43. 5萬t,英中60%用于硅酸鉗的生 產(chǎn)，約合2627萬t,從進(jìn)口錯英砂的情況來看，2007年的進(jìn)口量將增 加5%左右。硅酸錯的牛產(chǎn)工藝、技術(shù)、設(shè)備隨著時(shí)間的推移在不斷改良。上世紀(jì) 八十年代末到九十年代初，最早生產(chǎn)硅酸鏈的直接成木大約在2200元/t 左右，目前硅酸錯的直接生產(chǎn)成本為600700元/t。2硅酸鉛屮的放射性元素及其存在形式硅酸錯木身沒有放射性，其放射性來源主要是錯石的伴生礦獨(dú)居石 （la. ca、th、u、ra） p04和磷鎧石（y、th、u）p04。由于世界各地 地礦結(jié)構(gòu)的差異，所產(chǎn)錯石中放射性元素的含量也不同。表

4、2列出了不同 國家所產(chǎn)鉛英石的放射性分析結(jié)果（僅限于樣品）。上海大學(xué)錯材料研究中心曾對我國各地錯英石放射性進(jìn)行了詳細(xì)比 較，對硅酸鏈生產(chǎn)具有參考作用的部分內(nèi)容見表3。從表3可以看出：（1）澳大利亞艾綠卡公司所產(chǎn)鉆英砂放射性相對較 低；（2）南非錯英砂中放射性相對穩(wěn)定，略高于澳砂；（3）印尼錯英砂中 放射性相對較低，接近于澳大利亞砂；（4）越南鏈英砂放射性較高；（5）海南錯英砂根據(jù)礦區(qū)的不同有較大差異，但總體偏高。3硅酸鉛中安全放射源推定國內(nèi)建筑衛(wèi)生陶瓷gb6566-2001建筑材料放射性核素限量屮根據(jù) 陶瓷產(chǎn)甜放射性的不同將其分為a、b、c三類，具體指標(biāo)如下：a 類：同時(shí)滿足 iral.o,

5、irl.3b類：不滿足a類要求，但同時(shí)滿足iral.3, irl.9c類：不滿足a、b類要求，但滿足irw2.8（其中：ira為內(nèi)照射指數(shù)，ir為外照射指數(shù)）該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了這三類材料的具體使用范圍（具體內(nèi)容可參考 gb6566-2001的相關(guān)規(guī)定）。陶瓷屮放射源比較多的幾種原料依次為：硅酸鉛、長石、石片類硬質(zhì) 粘土，其它硬質(zhì)粘土（如葉臘石、焦寶石等）、軟質(zhì)粘土等。軟質(zhì)粘土由 于風(fēng)化時(shí)間或地質(zhì)沉積時(shí)間較長，其屮的重金屬元素和稀土元素含量相對 較少，巖石型脈石英礦一般不具備稀土元素貼粘的自然條件，放射性元素 較少，而海濱硅砂由于分離不完全，比之脈石英其放射性元素結(jié)合量相對 較高。目前硅酸錯在陶瓷中

6、的應(yīng)用主要有兩大類，一類用于釉料中，一類用 于仿古磚和拋光磚的坯體屮。（1）硅酸錯在釉料中的應(yīng)用在建筑衛(wèi)生陶瓷中，釉料一般用在陶瓷的表面起自潔、裝飾以及包裹 坯體使其不產(chǎn)牛吸水等作用，施釉厚度一般不超過5mm,其在整個陶瓷件 中的質(zhì)量百分比不足5%。而釉料中硅酸鎧的用量一般都在1012%,有個 別地區(qū)的衛(wèi)生瓷釉料中可達(dá)15%?？傮w來說，原則上釉料中硅酸鉛的用量 都不會超過20%,那么對于整個陶瓷件來說硅酸錯的質(zhì)量百分比不超過1%, 所能提供的放射源也相當(dāng)有限，即不會對陶瓷的放射性產(chǎn)生任何影響。以海南砂制造的硅酸錯為例，典型海南砂的放射性情況如表2所示。據(jù)研究，核素放射性比活度與核素質(zhì)量含量成直

7、線關(guān)系，即：m=2. 396x 10-27amt式中：m放射性核素的質(zhì)量，kga放射性核素的活度，bqm放射性核素的摩爾質(zhì)量，質(zhì)量數(shù)t該放射性核素的半衰期，s那么，核素在硅酸錯中的質(zhì)量含量即可以在某種程度上代表其存在的 比活度，海南砂硅酸鉛用于釉料屮的內(nèi)外照射狀況為：內(nèi)照射：28. 6xl%=0. 286外照射：23.7x1%二0.237國標(biāo)gb6566-2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 a類陶瓷磚的內(nèi)照射指數(shù)wl0,外照 射指數(shù)w1.3。那么海南砂硅酸錯用于釉料中時(shí)內(nèi)外照射分別占陶瓷磚a 類標(biāo)準(zhǔn)的2& 6%和1& 23%,這一數(shù)據(jù)是在釉料屮加20%硅酸鉛且釉料占總 陶瓷質(zhì)量5%時(shí)的數(shù)據(jù)，屬

8、于最大數(shù)據(jù)。如陶瓷坯體本身放射性內(nèi)照射不超 過75%,外照射不超過80%,此類有釉陶瓷均可以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)a類水平。（2）硅酸錯在坯料中的應(yīng)用由于使用低品質(zhì)原料，各陶瓷廠一般在坯中添加2-3%的硅酸鏈來增 加坯體的白度，但可能因此而使坯體的放射性超標(biāo)。據(jù)各陶瓷廠反饋的信 息，在拋光磚中添加3%澳砂（艾綠卡公司）制作的該類磚的放射性不超標(biāo), 可以達(dá)到a類標(biāo)準(zhǔn)。如果以此為基準(zhǔn)核算的話，那么坯體屮基準(zhǔn)放射性含 量大約在國家a類標(biāo)準(zhǔn)的65% （內(nèi)照射）和73% （外照射）左右，也就是 說坯體在沒有添加硅酸鏈時(shí)配方木身的放射性已相當(dāng)高，增加3%的硅酸鏈 剛好實(shí)現(xiàn)了放射性從量到質(zhì)的變化。依照以上數(shù)據(jù)，筆者計(jì)算了各種鉛英 砂制作的硅酸錯在陶瓷坯體中的加入量，具體如表4所示。由表4可以看出，各地岀產(chǎn)的錯英砂制成的硅酸錯均可用于陶瓷