CN103811091B - 高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺 - Google Patents

高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺。该工艺主要包括污染钢铁切割解体、与助熔剂混装入炉、通电加热熔化、然后在一定的熔炼温度下保温熔炼一定时间、撇渣、对钢液按铸造后的用途调性后出钢浇铸、采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。利用本发明的去污工艺，不但可以实现放射性污染金属的资源化，还可显著地降低该类废物的去污处理、整备与处置费用。

Description

高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺
技术领域
本发明涉及铀污染的碳钢或不锈钢的处理技术，具体涉及一种高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺。
背景技术
目前，在我国核燃料循环、核能研究开发应用、核设施退役以及伴生矿开采等应用活动中，将会产生大量的铀污染碳钢和不锈钢，其中绝大部分钢铁属于污染水平高、结构和形状复杂的情况，很难使用常规方法进行放射性去污处理，并进行回收或再循环再利用。
纵观国内外，由于熔炼去污方法借助污染金属中污染核素与助熔剂的高温反应，使污染核素进入熔渣，而钢水中残留的极微量核素均匀地分布在钢锭中，因此，绝大部分铀污染的废金属经熔炼去污后，可有限制再循环再利用，甚至可达到清洁解控水平。所以，国外多个国家常把熔炼去污工艺选作污染金属材料再循环再利用或清洁解控前的最佳去污方法，也是金属去污和放射性废物最小化的最佳途径。
熔炼去污方法二次废物产生量少，既适用于表层污染金属的去污，更是体污染金属的唯一实用去污方法。熔炼去污的有效性取决于熔炼去污工艺条件（助熔剂加入量、熔炼温度、保温时间等）。
发明名称为“铀污染金属熔炼去污方法”（公开号为CN1074778A）的中国发明专利提供了一种铀污染金属熔炼去污方法，该方法应用于高水平铀污染碳钢和不锈钢的去污处理时，存在着以下不足：（1）对表面污染水平≥25Bq/cm2（总U）的铀污染碳钢和不锈钢，需先进行金属表面的预处理后，再进行熔炼去污；（2）对体污染水平≥1000ppm的铀污染碳钢和不锈钢，去污效果不是很理想。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，解决高水平铀污染（表面污染水平≥25Bq/cm2（总U）和体污染水平≥1000ppm）的碳钢和不锈钢进行去污处理和再循环再利用的问题。
本发明的技术方案如下：一种高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，包括如下步骤：
（1）对铀污染碳钢或不锈钢进行切割解体，碳钢或不锈钢切割解体尺寸根据炉口尺寸而定；
（2）将解体后的钢块与助熔剂混装入炉；
（3）通电加热进行熔化，并在熔炼温度下保温熔炼一段时间；
（4）撇渣
（5）按冶金规范对钢液调性后出钢浇铸；
（6）采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。
进一步，如上所述的高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，其中，步骤（2）中所述的助熔剂含有重量百分含量0.5%～20％的碱金属氧化物、20%～70％的碱土金属化合物、1%～15％的过渡金属化合物、20%～70％的非金属氧化物。
更进一步，上述助熔剂中，所述的碱金属氧化物为Na2O或K2O；碱土金属化合物为CaF2或CaC2或CaCO3或CaO或MgO；过渡金属化合物为MnO2或FeSO4或Fe2O3或Cr2O3或V2O5；非金属氧化物为SiO2或P2O5。
更进一步，如上所述的高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，其中，步骤（2）中助熔剂的加入量为待熔炼的钢块重量的1%~7%。
进一步，如上所述的高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，其中，步骤（3）中所述的熔炼温度为1350～1850℃。
更进一步，如上所述的高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，其中，步骤（3）中所述的保温熔炼时间为0.5～2h。
本发明的有益效果如下：本发明通过选择不同的熔炼去污工艺条件（包括助熔剂、熔炼温度、保温时间、助熔剂的加入量），经过系统的实验室试验和工业规模的现场验证，获得适用于高水平铀污染碳钢和不锈钢熔炼去污的工艺条件。按本发明给出的熔炼去污工艺，可使高水平铀污染的碳钢或不锈钢经熔炼去污处理后，钢锭中铀残留含量达到现行国家标准要求，使其可在一定范围内再循环再利用或清洁解控。利用本发明的去污工艺，不但可以实现放射性污染金属的资源化，还可显著地降低该类废物的去污处理、整备与处置费用。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行具体的描述。
如图1所示，本发明所提供高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，包括如下步骤：
（1）对铀污染碳钢或不锈钢进行切割解体。
（2）将解体后的钢块与助熔剂混装入炉；助熔剂为含有重量百分含量0.5%～20％的碱金属氧化物、20%～70％的碱土金属化合物、1%～15％的过渡金属化合物、20%～70％的非金属氧化物的专用助熔剂，加入量为待熔炼的钢块重量的1%~7%。
（3）通电加热进行熔化，并在熔炼温度下保温熔炼一段时间；熔炼温度为1350～1850℃，保温熔炼时间为0.5～2h。
（4）撇渣。
（5）按钢铁冶金规范对钢液调性后出钢浇铸。
（6）采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。
实施例1
选择初始铀污染水平为1200μg/g，表面污染水平为31.5Bq/cm2（总U）的碳钢，按照高水平铀污染碳钢的切割解体、污染水平测量、与助熔剂混装入炉，助熔剂的加入量为待熔炼碳钢重量的1.2%（w），通电加热熔化，然后在1450℃的熔炼温度下保温熔炼0.8h，撇渣，调性后出钢浇铸，采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。经熔炼处理后的钢锭中铀残留水平为1.32μg/g，表面污染水平0.03Bq/cm2，去污效果显著，经去污后的钢锭满足清洁解控的国家标准要求，可在一定范围内再循环再利用或清洁解控。
助熔剂中碱金属氧化物、碱土金属化合物、过渡金属化合物、非金属氧化物的重量比为1.6:52:14:32.4,所述的碱金属氧化物可采用Na2O或K2O；碱土金属化合物可采用CaF2或CaC2或CaCO3或CaO或MgO；过渡金属化合物可采用MnO2或FeSO4或Fe2O3或Cr2O3或V2O5；非金属氧化物可采用SiO2或P2O5。各类化合物可采用任意一种或几种的组合均可。各种物质经混合加水搅拌后制成粒度为0.5mm~8mm的颗粒状（包括球状、椭圆状、方形状等各类形状）。
实施例2
选择初始铀污染水平为1200μg/g，表面污染水平为31.5Bq/cm2（总U）的碳钢，按照高水平铀污染碳钢的切割解体、污染水平测量、与助熔剂混装入炉，助熔剂的加入量为待熔炼碳钢重量的1%（w），通电加热熔化，然后在1350℃的熔炼温度下保温熔炼0.5h，撇渣，调性后出钢浇铸，采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。经熔炼处理后的钢锭中铀残留水平为1.27μg/g，表面污染水平0.03Bq/cm2，去污效果显著，经去污后的钢锭满足清洁解控的国家标准要求，可在一定范围内再循环再利用或清洁解控。
助熔剂中碱金属氧化物、碱土金属化合物、过渡金属化合物、非金属氧化物的重量比为0.5:20.5:14:65,所述的碱金属氧化物可采用Na2O或K2O；碱土金属化合物可采用CaF2或CaC2或CaCO3或CaO或MgO；过渡金属化合物可采用MnO2或FeSO4或Fe2O3或Cr2O3或V2O5；非金属氧化物可采用SiO2或P2O5。各类化合物可采用任意一种或几种的组合均可。各种物质经混合加水搅拌后制成粒度为0.5mm~8mm的颗粒状（包括球状、椭圆状、方形状等各类形状）。
实施例3
选择初始铀污染水平为2000μg/g，表面污染水平为30.5Bq/cm2（总U）的不锈钢，按照高水平铀污染不锈钢的切割解体、污染水平测量、与助熔剂混装入炉，助熔剂的加入量为待熔炼不锈钢重量的6.5%（w），通电加热熔化，然后在1750℃的熔炼温度下保温熔炼1.6h，撇渣，调性后出钢浇铸，采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。经熔炼处理后的钢锭中铀残留水平为0.69μg/g，表面污染水平0.04Bq/cm2，去污效果显著，经去污后的钢锭满足清洁解控的国家标准要求，可在一定范围内再循环再利用或清洁解控。
助熔剂中碱金属氧化物、碱土金属化合物、过渡金属化合物、非金属氧化物的重量比为1.5:68:1.5:29,所述的碱金属氧化物可采用Na2O或K2O；碱土金属化合物可采用CaF2或CaC2或CaCO3或CaO或MgO；过渡金属化合物可采用MnO2或FeSO4或Fe2O3或Cr2O3或V2O5；非金属氧化物可采用SiO2或P2O5。各类化合物可采用任意一种或几种的组合均可。各种物质经混合加水搅拌后制成粒度为0.5mm~8mm的颗粒状（包括球状、椭圆状、方形状等各类形状）。
实施例4
选择初始铀污染水平为2000μg/g，表面污染水平为30.5Bq/cm2（总U）的不锈钢，按照高水平铀污染不锈钢的切割解体、污染水平测量、与助熔剂混装入炉，助熔剂的加入量为待熔炼不锈钢重量的7%（w），通电加热熔化，然后在1850℃的熔炼温度下保温熔炼2h，撇渣，调性后出钢浇铸，采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。经熔炼处理后的钢锭中铀残留水平为0.78μg/g，表面污染水平0.05Bq/cm2，去污效果显著，经去污后的钢锭满足清洁解控的国家标准要求，可在一定范围内再循环再利用或清洁解控。
助熔剂中碱金属氧化物、碱土金属化合物、过渡金属化合物、非金属氧化物的重量比为20:20:3:57,所述的碱金属氧化物可采用Na2O或K2O；碱土金属化合物可采用CaF2或CaC2或CaCO3或CaO或MgO；过渡金属化合物可采用MnO2或FeSO4或Fe2O3或Cr2O3或V2O5；非金属氧化物可采用SiO2或P2O5。各类化合物可采用任意一种或几种的组合均可。各种物质经混合加水搅拌后制成粒度为0.5mm~8mm的颗粒状（包括球状、椭圆状、方形状等各类形状）。
实施例5
选择初始铀污染水平为2000μg/g，表面污染水平为30.5Bq/cm2（总U）的不锈钢，按照高水平铀污染不锈钢的切割解体、污染水平测量、与助熔剂混装入炉，助熔剂的加入量为待熔炼不锈钢重量的6.8%（w），通电加热熔化，然后在1850℃的熔炼温度下保温熔炼1.8h，撇渣，调性后出钢浇铸，采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。经熔炼处理后的钢锭中铀残留水平为0.83μg/g，表面污染水平0.04Bq/cm2，去污效果显著，经去污后的钢锭满足清洁解控的国家标准要求，可在一定范围内再循环再利用或清洁解控。
助熔剂中碱金属氧化物、碱土金属化合物、过渡金属化合物、非金属氧化物的重量比为20:57:3:20,所述的碱金属氧化物可采用Na2O或K2O；碱土金属化合物可采用CaF2或CaC2或CaCO3或CaO或MgO；过渡金属化合物可采用MnO2或FeSO4或Fe2O3或Cr2O3或V2O5；非金属氧化物可采用SiO2或P2O5。各类化合物可采用任意一种或几种的组合均可。各种物质经混合加水搅拌后制成粒度为0.5mm~8mm的颗粒状（包括球状、椭圆状、方形状等各类形状）。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，包括如下步骤：
(1)对铀污染碳钢或不锈钢进行切割解体；
(2)将解体后的钢块与助熔剂混装入炉，助熔剂含有重量百分含量0.5％～1.5％的碱金属氧化物、68％～70％的碱土金属化合物、1％～1.5％的过渡金属化合物、20％～29％的非金属氧化物；
(3)通电加热进行熔化，并在熔炼温度下保温熔炼一段时间；
(4)撇渣；
(5)对钢液按冶金规范调性后出钢浇铸；
(6)采用激光荧光法分析铸锭中铀残留水平。
2.如权利要求1所述的高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，其特征在于：所述的碱金属氧化物为Na2O或K2O；碱土金属化合物为CaF2或CaC2或CaCO3或CaO或MgO；过渡金属化合物为MnO2或FeSO4或Fe2O3或Cr2O3或V2O5；非金属氧化物为SiO2或P2O5。
3.如权利要求1或2所述的高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，其特征在于：步骤(2)中助熔剂的加入量为待熔炼的钢块重量的1％～7％。
4.如权利要求1所述的高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，其特征在于：步骤(3)中所述的熔炼温度为1350～1850℃。
5.如权利要求4所述的高水平铀污染碳钢或不锈钢熔炼去污工艺，其特征在于：步骤(3)中所述的保温熔炼时间为0.5～2h。
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