防辐射超酸铅制作研究

本文作者：杜利成、何 平、周元林、宋开平、杨葵华 单位： 西南科技大学材料学院、绵阳师范学院化学化工学院

核能作为一种洁净能源，具有环境友好、污染小等特点，和平利用核能是当今世界能源利用的重要发展方向。但核电站及和平利用核能的各种设施、设备的运行会产生各种类型的电离辐射。对这类电离辐射必须进行有效的防护，因而需要各种形式、规格的防护产品。钨酸铅作为它们的填充料需求也相应加大[1-7]。过去各种防辐射材料的生产通常用PbO作填料[8]，以制成对γ射线有一定防护能力的手套、衣、帽等。但PbO易从该类产品中迁移出来，对人和环境造成危害。为改进产品性能，现在国内外大多都是以WO3代替PbO，制成乳胶制品[9]，但这种手套、衣、帽对γ射线的防护能力很低，如对59.5keVγ射线的屏蔽效率一般在8%~11%左右，同时力学性能较差，其抗拉强度仅4~6MPa，扯断伸长率为500%~700%[10]。增大填料WO3的比例可提高产品的防辐射能力，但力学性能变得更差，且乳胶的悬浮稳定性也不佳，极易沉淀。钨酸铅PbWO4作填充料可大大提高产品的防辐射能力[11]。钨酸铅的粒度大小直接影响它对电离辐射的防护能力。当钨酸铅作为填料填充至防护器具中后，粒度越小其分散越均匀，防护器具的防护能力越好。因此应制备尽可能细的钨酸铅[12]。而研究适当的合成方法，严格控制工艺条件，是保证获得超细、粒径均匀的钨酸铅的重要途径[13，14]。这也正是本研究的目的之一，并在制备超细铅的基础上，测试了其辐射屏蔽性能。

1实验部分

1.1主要仪器与试剂实验使用的主要试剂与辅助试剂的规格和厂家列于表1。主要仪器设备有：MS-2000激光粒度分析仪，英国马尔文公司产品；GS12-B型恒速搅拌机，上海安亭电子仪器厂产品。

1.2实验内容

1.2.1实验方法影响钨酸铅粒度的因素很多，其中有分散剂类型、pH值、浓度、搅拌速度和表面活性剂用量等。采用正交实验法进行实验。配制浓度分别为0.1mol/L、0.05mol/L、0.01mol/L的Pb（Ac）2和Na2WO4溶液。另将表面活性剂S-60配置成10%溶液，5%的三乙醇胺，将配好的Na2WO4倒入反应容器中开动搅拌器，然后滴加少量的分散剂S-60使之形成软模板后，加入适量的助剂调节pH值，再漫漫滴加Pb（Ac）2溶液，使之充分反应，等待几分钟关掉搅拌器。取下容器静置一段时间，最后测量产物粒度。

1.2.2试剂加入顺序先在试管中加入Na2WO4溶液、表面活性剂、助剂，振荡均匀，最后加入Pb（Ac）2振荡。再在另一试管中先加入Pb（Ac）2溶液后加入Na2WO4与表面活性剂的混合液，振荡。2次实验试剂浓度、体积、pH值等条件均一致。观察两试管内生成物的沉降速度和沉降物的大小，发现先加入Na2WO4溶液的试管产物粒度明显小于另一支，因此确定以后实验顺序为只做先加Pb（Ac）2后加Na2WO4溶液。

1.2.3试剂的加入方式通过上面实验，选择实验条件为：一次性加入Pb（Ac）2和缓慢滴加Na2WO4的实验。从产物粒度比较，滴加实验的产物粒度小，因此后面实验也只用缓慢滴加Na2WO4的办法。2结果与讨论

2.1条件实验

2.1.1表面活性剂的种类对产物平均粒径的影响用不同的表面活性剂：S-60、干酪素、阳离子表面活性剂，在浓度均为0.05mol/L，pH=9，搅拌速率为1300rpm的条件下，所得到的钨酸铅粉末平均粒度列于表2。由表2可见，使钨酸铅的粒度最小的表面活性剂是S-60，它显然优于干酪素和AEO-7。因此选S-60为表面活性剂做试验。

2.1.2表面活性剂浓度对产物平均粒径的影响S-60选取3种浓度，0.01mol/L，0.05mol/L，0.1mol/L从稀到浓，适当的浓度梯度可以明确它与粒度的关系。在pH=9的条件下，所得到产物的平均粒度列于表3。由表3可见，表面活性剂的浓度对产物平均粒径的影响比较明显，其中S-60的最佳浓度为0.05mol/L，此时产物的平均粒径最小。

2.1.3溶液pH值对产物平均粒径的影响在其他条件相同的情况下，观察pH值对粒度的影响。表4列出以S-60为表面活性剂，浓度为0.05mol/L的条件下得到产物的平均粒径情况。由表4可见，随着pH的增大，钨酸铅的粒度先减小后增大，当pH为9~10时，粒径较小。因此选择pH值为9可以较好控制粒度。

2.1.4搅拌速率对产物平均粒径的影响用不同的搅拌速度，以浓度0.05mol/LS-60为表面活性剂，pH=9条件下，所得产物的平均粒径列于表5。由表5可见，随着搅拌转速的增加，钨酸铅颗粒的平均粒径总体趋势逐渐减小。于是实验选择较大转速。由于试验条件所限，最高转速只能到达1300rpm。有研究[5]指出，当转速过快，反而会使得粒径变大。由于试验条件所限，更大的转速情况本文不再研究讨论。

2.1.5温度对产物平均粒径的影响以浓度为0.05mol/L的S-60为表面活性剂，其余条件同2.1.4，实验观察温度为20℃、25℃、35℃、40℃沉降速率T，结果表明，20℃和25℃沉降速度基本一致，大于35℃和40℃下的沉降速率，超过40℃以后，生成的颗粒的粒度就相当大了。因此温度在20℃左右是比较理想的选择。

2.1.6搅拌时间对产物平均粒径的影响以S-60为活性剂，浓度为0.05mol/L，实验观察搅拌0.5、1.0、2、3h时的沉降速率，结果显示，在搅拌时间小于2h时，沉降速率随搅拌时间延长逐渐增大，当搅拌时间超过3h后沉降速率变化不明显。因此实验选择搅拌时间至少为2h。通过一系列不同条件的实验，证明影响产物钨酸铅平均粒径的主要因素和水平列于表6。正交实验结果列于表7，对表7的分析如下：（1）级差越大，表示此因素改变时对指标的影响越大，这个因素影响显著。所以，影响因素大小的排序为：ACBD。即：表面活性剂浓度（稀释倍数）pH浓度搅拌速度。（2）均值K越小，表示向粒径变小越有利。因而较优水平应为：AK1，BK1，CK2，DK3，即，表面活性剂稀释30倍，浓度0.01mol/L，pH=9，搅拌转速1300rpm。原配方为原胶、WO3等，现配方为原胶、WO3、PbWO4等。手套厚度约0.5mm。用57Co产生γ射线进行放射性检测，手套对γ射线的屏蔽实验结果列于表8。由表8可知，新配方对59.5keVγ射线的屏蔽率平均为13.6%，原配方平均为8.7%。

3结论

以S-60为表面活性剂的微乳液体系，制备出超细粒度的钨酸铅分布均匀。采用正交试验得出最佳试验条件为：稀释30倍的S-60为分散剂，浓度为0.01mol/L，pH值为9，搅拌速度为1300rpm时，得到平均粒径较小的PbWO4产物，用其作填料制备的超细钨酸铅手套对59.5keVγ射线辐射屏蔽率平均可提高5%左右。