CN102664053A - 一种放射性污染电化学清洗用电解液 - Google Patents

一种放射性污染电化学清洗用电解液 Download PDF

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黄剑文
李彬诚
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Abstract

本发明公开了一种放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成；所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5～75％和/或5～90％、余量为水；所述添加剂为硫酸钠、硝酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺、三氟甲苯中的一种或其组合，相对于酸性溶液所述添加剂中各组分的用量＜10g/L。本发明电解液去污能力强、去污速度快，同时也减少了对设备和材料的侵蚀以及二次废物的形成，从而能够更好地适应和满足核能产业发展的实际需求。

Description

一种放射性污染电化学清洗用电解液
技术领域
本发明涉及放射性污染清洗技术，尤其涉及一种电化学清洗所使用的电解液。
背景技术
去污是核电站设备运行和退役过程中不可缺少的环节。目前，国内外针对核电站金属或非金属设备、工件的表面，通常采用物理或化学的去污方法进行清洗净化，主要有以下几种方式：
1、喷砂清洗
以压缩空气为动力，将磨料高速喷射到需处理工件表面而实现清洗。喷砂清洗适用于金属与非金属表面，工艺设备简单，但去污成本较高、劳动强度大。处理过程中会伴随大量放射性尘埃的形成，作业环境遭受严重污染，对操作人员的健康及环境带来严重的危害，某些情况下甚至会形成爆炸性混合物。
2、超声波清洗
将金属器件放入容器中加入清洗液，利用超声波振荡实现清洗作用。该方法去污稳定，可处理特殊的元件，但难以处理大体积器件，且消耗的能源较大，并产生大量的液体放射性废物。
3、干冰清洗
干冰清洗系统由干冰制备系统、干冰喷射清洗系统两部分组成，在压缩空气的作用下，以干冰为喷射介质冲击需处理工件表面而实现清洗。处理过程中，干冰颗粒在冲击瞬间气化而挥发，因此干冰清洗可避免产生二次废物，但设备复杂、工艺要求高，且去污因子较低。
4、化学清洗
化学清洗是目前最常用的清洗方法，可用于处理具有复杂表面的器件，能够去除顽固污染物或腐蚀积垢物，但化学清洗方式工作温度较高(一般在70℃以上)，处理时间长，需要消耗大量化学试剂和处理液，并产生大量的二次放射性废液。
综上所述，传统的清洗方法存在着去污因子低、处理温度高、处理时间长、产生的放射性污水或二次废物多等缺点。为此，近年来人们也研究开发了电化学清洗方法，即以金属部件作为阳极，在电解条件下使其表面层均匀地溶解，表面上的污染物则进入电解液中。相对于传统方法，电化学清洗具有高效、安全、环保等特点，因而具有广阔的发展前景。但目前对该去污技术的研究了解尚不深，而且在各种实际去污场合下的去污条件以及去污装置等的研究仍然有待进一步深入开展。
对于核电站设备的去污清洗，电化学技术所采用的电解液，不仅需要具有较强的去污能力和较快的去污速度，以尽量减少反应堆停运所产生的高额费用。而且，由于对反应堆系统的腐蚀控制有严格的要求，因此电解液以及分解产物对设备材料的侵蚀性要小。此外，放射性废液的安全排放和处理是一个复杂而耗资高的过程，如何选择使用剂量少、去污率高、产生废液少的电解液，也是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种放射性污染电化学清洗用电解液，以提高去污能力和去污速度，同时减少对设备和材料的侵蚀以及二次废物的形成，从而更好地适应和满足核能产业发展的实际需求。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成；所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5～75％和/或5～90％、余量为水；所述添加剂为硫酸钠、硝酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺、三氟甲苯中的一种或其组合，相对于酸性溶液所述添加剂中各组分的用量＜10g/L。
上述方案中，对于处理碳钢或低合金钢材质器件，本发明所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5～55％、35～85％、余量为水。
上述方案中，对于处理不锈钢材质器件，本发明所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5～75％、10～85％、余量为水。
上述方案中，对于处理铬或镍材质器件，本发明所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸10～70％、0～80％、余量为水。
上述方案中，对于处理铜或黄铜材质器件，本发明所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸0～15％、30～90％、余量为水。
上述方案中，相对于酸性溶液所述添加剂中各组分的用量为1～9g/L。进一步地，所述添加剂的组成为硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸和乙酰苯胺；或者，硝酸钠、酒石酸钾钠和乙酰苯胺；或者，氨基醋酸和酒石酸钾钠。
本发明具有以下有益效果：
使用本发明电解液进行放射性去污处理，去污效率高(90％以上)，再经过简单冲洗即可下降到本底水平，且处理时间短。此外，二次污染物少，产生的放射性污水为传统方法的1％～15％。对金属设备和材料的腐蚀小，溶解掉的表面层很薄(几到几十微米)，去污后部件的尺寸仍能保持在允许的公差范围内，仍可继续使用。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例一：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5％、80％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺各5g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为105dpm/100cm2、处理面积为2m2、基材为碳钢的待处理器件，去污时间为6min，处理后器件污染水平下降到78dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例二：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸30％、磷酸50％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硝酸钠和酒石酸钾钠各6g、乙酰苯胺4g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压20V、工作电流20A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为2m2、基材为碳钢的待处理器件，去污时间为6min，处理后器件污染水平下降到65dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例三：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸35％、磷酸60％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加氨基醋酸和酒石酸钾钠各4g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压30V、工作电流15A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为3m2、基材为碳钢的待处理器件，去污时间为9min，处理后器件污染水平下降到57dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例四：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸55％、磷酸35％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺各4g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流30A条件下，对于原始污染水平为105dpm/100cm2、处理面积为2m2、基材为低合金钢的待处理器件，去污时间为6min，处理后器件污染水平下降到73dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例五：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5％、磷酸85％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硝酸钠和酒石酸钾钠各7g、乙酰苯胺2g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压20V、工作电流35A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为3m2、基材为低合金钢的待处理器件，去污时间为9min，处理后器件污染水平下降到58dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例六：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸30％、磷酸45％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加氨基醋酸和酒石酸钾钠各5g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为2m2、基材为低合金钢的待处理器件，去污时间为6min，处理后器件污染水平下降到53dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例七：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5％、磷酸85％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺各8g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为105dpm/100cm2、处理面积为1m2、基材为不锈钢的待处理器件，去污时间为3min，处理后器件污染水平下降到69dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例八：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸75％、磷酸10％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硝酸钠和酒石酸钾钠各8g、乙酰苯胺3g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为3m2、基材为不锈钢的待处理器件，去污时间为9min，处理后器件污染水平下降到52dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例九：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸55％、磷酸40％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加氨基醋酸和酒石酸钾钠各7g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压30V、工作电流20A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为1.5m2、基材为不锈钢的待处理器件，去污时间为5min，处理后器件污染水平下降到51dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸10％、磷酸80％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺各6g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流20A条件下，对于原始污染水平为105dpm/100cm2、处理面积为0.5m2、基材为铬的待处理器件，去污时间为2min，处理后器件污染水平下降到75dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十一：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸60％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硝酸钠和酒石酸钾钠各5g、乙酰苯胺1g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为1m2、基材为铬的待处理器件，去污时间为3min，处理后器件污染水平下降到63dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十二：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸25％、磷酸70％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加氨基醋酸和酒石酸钾钠各6g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压30V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为1.5m2、基材为铬的待处理器件，去污时间为5min，处理后器件污染水平下降到60dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十三：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸70％、磷酸10％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺各7g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为105dpm/100cm2、处理面积为0.5m2、基材为镍的待处理器件，去污时间为2min，处理后器件污染水平下降到77dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十四：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸40％、磷酸40％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硝酸钠和酒石酸钾钠各9g、乙酰苯胺5g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流30A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为1m2、基材为镍的待处理器件，去污时间为3min，处理后器件污染水平下降到62dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十五：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸50％、磷酸5％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加氨基醋酸和酒石酸钾钠各3g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为1.5m2、基材为镍的待处理器件，去污时间为5min，处理后器件污染水平下降到52dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十六：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为磷酸90％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺各9g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流15A条件下，对于原始污染水平为105dpm/100cm2、处理面积为1m2、基材为铜的待处理器件，去污时间为3min，处理后器件污染水平下降到67dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十七：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为磷酸30％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硝酸钠和酒石酸钾钠各4g、乙酰苯胺6g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为2m2、基材为铜的待处理器件，去污时间为6min，处理后器件污染水平下降到63dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十八：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸10％、磷酸85％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加氨基醋酸和酒石酸钾钠各8g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为3m2、基材为铜的待处理器件，去污时间为9min，处理后器件污染水平下降到48dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例十九：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸15％、磷酸70％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺各3g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压30V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为105dpm/100cm2、处理面积为1m2、基材为黄铜的待处理器件，去污时间为3min，处理后器件污染水平下降到75dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例二十：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为硫酸10％、磷酸70％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加硝酸钠和酒石酸钾钠各3g、乙酰苯胺7g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压20V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为2m3、基材为黄铜的待处理器件，去污时间为6min，处理后器件污染水平下降到70dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
实施例二十一：
本实施例放射性污染电化学清洗用电解液，由酸性溶液和添加剂组成。酸性溶液的组成按照浓度为磷酸60％、余量为水。然后在所配制的1L酸性溶液中添加氨基醋酸和酒石酸钾钠各2g，待固体充分溶解并冷却后即得电解液。
使用本实施例电解液进行去污处理，在工作电压25V、工作电流25A条件下，对于原始污染水平为104dpm/100cm2、处理面积为3m2、基材为黄铜的待处理器件，去污时间为9min，处理后器件污染水平下降到55dpm/100cm2，再经过简单冲洗即可下降到本底水平。
上述实施例所处理的金属器件，表面损耗厚度为58μm～88μm，损耗厚度很少，清洗过后金属器件的尺寸仍保持在在允许的公差范围内，可以重复使用。清洗后产生的废液量很少，大约为970mL。
采用普通化学清洗技术进行对比，同体积的待处理器件，普通化学清洗中金属损耗厚度为1328μm，产生的废液量大约为48L。

Claims (9)

1.一种放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：由酸性溶液和添加剂组成；所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5～75％和/或5～90％、余量为水；所述添加剂为硫酸钠、硝酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸、乙酰苯胺、三氟甲苯中的一种或其组合，相对于酸性溶液所述添加剂中各组分的用量＜10g/L。
2.根据权利要求1所述的放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：对于处理碳钢或低合金钢材质器件，所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5～55％、35～85％、余量为水。
3.根据权利要求1所述的放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：对于处理不锈钢材质器件，所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸5～75％、10～85％、余量为水。
4.根据权利要求1所述的放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：对于处理铬或镍材质器件，所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸10～70％、0～80％、余量为水。
5.根据权利要求1所述的放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：对于处理铜或黄铜材质器件，所述酸性溶液的组成按照浓度为硫酸0～15％、30～90％、余量为水。
6.根据权利要求1所述放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：相对于酸性溶液所述添加剂中各组分的用量为1～9g/L。
7.根据权利要求1或6所述放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：所述添加剂的组成为硫酸钠、酒石酸钾钠、氨基醋酸和乙酰苯胺。
8.根据权利要求1或6所述放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：所述添加剂的组成为硝酸钠、酒石酸钾钠和乙酰苯胺。
9.根据权利要求1或6所述放射性污染电化学清洗用电解液，其特征在于：所述添加剂的组成为氨基醋酸和酒石酸钾钠。
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