ES2906428T3 - Descontaminación química de superficies metálicas radiactivas - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la descontaminación de una superficie metálica radiactiva que comprende las etapas de: - poner en contacto al menos una sección de la superficie metálica con una solución de descontaminación que comprende al menos un ácido inorgánico, en donde en la solución de descontaminación se liberan al menos sólidos radiactivos insolubles y sales metálicas radiactivas solubles en agua procedentes de la sección de la superficie metálica y en donde los sólidos insolubles liberados comprenden óxidos metálicos, en particular espinelas; - añadir una base a la solución de descontaminación, en donde las sales metálicas contenidas en la solución de descontaminación se precipitan como hidróxidos metálicos; y - separar los sólidos insolubles de la solución de descontaminación y/o separar los sólidos insolubles y los hidróxidos metálicos precipitados de la solución de descontaminación.

Description

DESCRIPCIÓN

Descontaminación química de superficies metálicas radiactivas

La presente invención se refiere a un procedimiento para la descontaminación de superficies metálicas radiactivas mediante una solución de descontaminación. Además, la invención se refiere al uso según la invención de una solución de descontaminación.

En el campo de la tecnología de reactores nucleares se produce, entre otras cosas, una contaminación radiactiva de componentes metálicos. Dicha contaminación tiene lugar normalmente en el funcionamiento regular de los reactores y afecta en particular a los componentes metálicos que se encuentran en el circuito primario, por ejemplo de un reactor de agua a presión. En este contexto sobre la superficie de los componentes se depositan, entre otras cosas, sustancias radiactivas, en su mayoría óxidos metálicos, con lo que dichos componentes se contaminan de forma radiactiva.

En el caso de una revisión de la central nuclear, normalmente es necesario eliminar la radiactividad de los componentes contaminados, es decir, los depósitos sobre la superficie metálica, para proteger al personal de revisión frente a la radiación. Después de esto, los componentes de la central nuclear siguen en funcionamiento.

En principio, para eliminar dichos depósitos se pueden utilizar medios mecánicos, en donde tiene lugar, por ejemplo, una amoladura de las áreas contaminadas. Esto es desventajoso en particular en el caso de componentes que, debido a sus dimensiones o a su posicionamiento, son de difícil acceso para la herramienta de amoladura.

Además, se conoce una descontaminación de los componentes con ácido oxálico que, sin embargo, requiere numerosas etapas de aclarado. Además, este procedimiento consiste en un "procedimiento de descontaminación suave" que está concebido para disolver únicamente los depósitos y no para atacar el componente en sí, que debe seguir en operación después de la descontaminación y debe volver a realizar su función adecuada. Una de las consecuencias de esto consiste en que, aunque generalmente se reduce el nivel de radiación del componente, esta reducción no sería suficiente para que el componente pueda ser liberado. En otras palabras, los procedimientos conocidos hasta la fecha siempre se han basado en la idea central de que el reactor nuclear debe volver a funcionar después de la revisión, es decir, los componentes no deben dañarse más allá de una eliminación de material calculada.

Además, en todos los procedimientos conocidos siempre se parte de la base de que se pueden utilizar las instalaciones esenciales del reactor nuclear, como por ejemplo bombas o intercambiadores de iones. En el estado actual de la técnica siempre se utilizan resinas de intercambio iónico para la limpieza, lo que conduce a una cantidad considerable de desechos radiactivos que han de ser eliminados con un esfuerzo inmenso, también financiero. Este problema se agrava si, además de la capa de óxido de metal contaminada de forma radiactiva, también se debe eliminar el material de base del componente, que en parte también está contaminado de forma radiactiva. Este es el caso porque la disolución del material base metálico produce una alta carga de iones, que también debe eliminarse a través de las resinas de intercambio iónico.

Por supuesto, los problemas anteriormente descritos no solo se producen en centrales nucleares, sino en principio en situaciones en las que componentes metálicos entran en contacto con radiactividad.

En consecuencia, existe la necesidad de un procedimiento de descontaminación química mejorado de superficies metálicas contaminadas de forma radiactiva. En particular, existe la necesidad de un procedimiento de descontaminación mejorado que no dependa del uso de componentes de instalación adicionales, por ejemplo intercambiadores de iones o bombas, y en el que se reduzca la cantidad de residuos contaminados producidos.

El documento US 5752206 A describe un procedimiento para la descontaminación in situy la recuperación de metales procedentes de metal contaminado de forma radiactiva contenido en instalaciones de proceso, incluidas instalaciones auxiliares de instalaciones de proceso, y comprende dos etapas básicas. En la primera etapa, una solución de descontaminación ácida se hace circular a través de la instalación y se pone en contacto con el metal contaminado de forma radiactiva para eliminar los contaminantes radiactivos y una primera parte superficial del metal de la instalación metalífera. En la segunda etapa se hace circular una solución de digestión ácida a través de la instalación para eliminar al menos una segunda parte del metal, que está esencialmente libre de contaminantes radiactivos.

El documento WO 00/51135 A se refiere al tratamiento de objetos metálicos contaminados de forma radiactiva con una solución ácida para provocar la disolución de una capa superficial de los objetos. Después se aumenta el valor pH de la solución con hidróxido de calcio y un compuesto que contiene magnesio para separar el metal disuelto de la solución en forma sólida.

Este objeto se logra según la invención mediante un procedimiento que tiene las características indicadas en la reivindicación 1. Además, este objeto se logra mediante el uso de una solución de descontaminación que tiene las características indicadas en la reivindicación 13.

En las reivindicaciones subordinadas a éstas se indican configuraciones ventajosas.

Más concretamente, el procedimiento según la invención consiste en un procedimiento para la descontaminación de una superficie metálica radiactiva, que comprende la etapa consistente en poner en contacto al menos una parte de la superficie metálica radiactiva con una solución de descontaminación que contiene al menos un ácido inorgánico, en donde en la solución de descontaminación se liberan al menos sólidos radiactivos insolubles procedentes de la sección de la superficie metálica.

En este contexto, una idea central de la presente invención consiste en el uso de un ácido inorgánico en la solución de descontaminación, que conduce a la liberación de sólidos radiactivos insolubles de la sección de la superficie metálica contaminada de forma radiactiva que se ha puesto en contacto con la solución de descontaminación.

La liberación se produce aquí mediante un "desprendimiento" de los sólidos radiactivos insolubles, es decir, áreas de los depósitos contaminados presentes en la superficie metálica, por medio del gas de hidrógeno formado durante la reacción del ácido inorgánico con el metal de la superficie metálica. En otras palabras, la reacción del ácido inorgánico contenido en la solución de descontaminación con el metal de la superficie metálica radiactiva que ha de ser descontaminada conduce a la formación de burbujas de gas de hidrógeno debajo y/o dentro de la capa radiactiva de depósitos formada sobre la superficie metálica. Después, mediante las burbujas de gas de hidrógeno así formadas tiene lugar el desprendimiento, es decir, la eliminación, de áreas individuales de los depósitos contaminados de la superficie metálica.

Las áreas del depósito así eliminadas consisten por regla general en sólidos insolubles, como por ejemplo los óxidos metálicos arriba mencionados y, tal como se describirá más adelante, se pueden retirar fácilmente de la solución de descontaminación. Por lo tanto, dado que los depósitos sobre la superficie metálica suelen tener un nivel de radiactividad significativamente más alto que la superficie metálica subyacente del componente, ya se puede eliminar una gran proporción de la actividad del componente. En consecuencia, a diferencia del uso de ácido oxálico conocido en el estado actual de la técnica, el objetivo no es disolver los depósitos, sino desprender los mismos, por lo que se liberan como sólidos insolubles en la solución de descontaminación y luego se pueden retirar fácilmente de la misma.

A diferencia del uso de ácido oxálico conocido en el estado actual de la técnica, que es un ácido débil y orgánico, en el procedimiento según la invención se usa un ácido inorgánico, que además preferiblemente es un ácido fuerte. De este modo, por un lado se consigue la generación de hidrógeno anteriormente descrita cuando el ácido reacciona con el metal y, por otro lado, los ácidos inorgánicos clásicos tienen un volumen molecular significativamente menor en comparación con los ácidos orgánicos (como por ejemplo ácido oxálico). Esto significa ventajosamente que la solución de descontaminación según la invención puede penetrar más fácilmente, por ejemplo, a través de grietas en la capa de depósito sobre la superficie metálica. Además, el uso de un ácido orgánico débil normalmente también requiere que el procedimiento de descontaminación se lleve a cabo a temperaturas de al menos 80 °C, lo que implica un esfuerzo considerable. Ventajosamente, con el procedimiento de acuerdo con la invención no se requieren estas altas temperaturas.

Otra ventaja general del procedimiento según la invención consiste en que, como se ha descrito anteriormente, el ácido inorgánico, después de penetrar en la capa de depósito sobre la superficie metálica, reacciona con el metal de la propia superficie metálica (el material base) y en este proceso se eliminan iones metálicos radiactivos de la superficie de metal en la medida en que éstos son liberados también en la solución de descontaminación. En otras palabras, por lo tanto, mediante el procedimiento según la invención también es posible una eliminación controlada de la propia superficie metálica contaminada de forma radiactiva. Tal como se describirá más adelante, estos iones metálicos/sales metálicas se pueden eliminar y desechar ventajosamente de la solución de descontaminación, y preferiblemente junto con los sólidos insolubles desprendidos de la capa de depósito. De este modo, la cantidad de desechos contaminados que han de ser eliminados se reduce significativamente en comparación con los procedimientos conocidos.

El concepto de descontaminación es conocido por los expertos en la materia. Por el mismo se ha de entender en particular la reducción y/o eliminación de la radiactividad presente en la superficie del metal. En particular, por dicho concepto se ha de entender la eliminación de una capa radiactiva de depósitos que se encuentra sobre un componente y/o la eliminación de isótopos radiactivos del material base de la superficie metálica contaminada de forma radiactiva. Preferiblemente, el procedimiento de descontaminación de la presente invención también se puede designar como descontaminación química. Más preferiblemente, el proceso de descontaminación puede ser un proceso de descontaminación para un reactor nuclear que ha de ser desmantelado.

La liberación de sustancias sólidas y líquidas está regulada de acuerdo con el Reglamento de Protección Radiológica (StrlSchV) y se divide esencialmente en liberación sin restricciones y liberación para eliminación en vertederos. Después de la descontaminación de la superficie metálica, se trata preferiblemente de un componente que se libera para su eliminación en vertederos. Aún más preferiblemente, después de que la superficie metálica haya sido descontaminada, se trata de un componente que es adecuado para una liberación sin restricciones.

Por el concepto de superficie metálica se ha de entender en adelante tanto la superficie real del componente metálico que se pone en contacto con la solución de descontaminación como una capa radiactiva de depósitos que se encuentra sobre la misma y que se forma, por ejemplo, durante el uso normal del componente en un reactor de agua a presión. Una capa de depósito de este tipo consiste preferiblemente en óxidos metálicos poco solubles. En otras palabras, la superficie metálica radiactiva que ha de ser descontaminada consiste preferiblemente en al menos una superficie de material base metálico y una capa de depósitos dispuesta sobre la misma.

La superficie del material base metálico tiene preferiblemente un espesor de capa de >0 pm y <50 pm, más preferiblemente >0 pm y <20 pm. La capa de depósitos dispuesta sobre esta superficie del material base metálico consiste preferiblemente una capa permeable a la difusión y/o discontinua. Más preferiblemente, la capa de depósitos presenta grietas y/o poros. El ácido inorgánico de la solución de descontaminación según la invención penetra a través de esta capa hasta la superficie del material base metálico.

El metal de la superficie metálica que ha de ser descontaminada puede consistir, en principio, en cualquier metal adecuado. El metal es preferiblemente un metal común, es decir, en otras palabras, un metal cuyos pares redox tienen un potencial estándar negativo con respecto al electrodo de hidrógeno normal. Más preferiblemente, el metal consiste en un metal de transición, es decir, un metal con los números atómicos 21-30, 39-48, 57-80 y 89-112. Aún más preferiblemente, el metal de transición es un metal de transición de la primera fila. También más preferiblemente, el metal de transición es un metal de transición divalente. De forma totalmente preferible, el metal se selecciona entre el grupo que consiste en níquel, hierro, manganeso, cromo, titanio, cobre, cobalto y combinaciones de al menos dos de estos metales. Aún más preferiblemente, el metal se selecciona entre el grupo que consiste en níquel, cromo, cobalto, hierro y combinaciones de al menos dos de estos metales. Todavía más preferiblemente, el metal consiste en níquel o una aleación de níquel.

Según la invención, al menos una sección de la superficie metálica también se pone en contacto con la solución de descontaminación. Preferiblemente múltiples secciones, y más preferiblemente toda una superficie metálica, se ponen en contacto con la solución de descontaminación. En otras palabras, preferiblemente, al menos una superficie del componente que ha de ser descontaminado se pone en contacto con la solución de descontaminación. Aún más preferiblemente, una o todas las superficies del componente que ha de ser descontaminado se ponen en contacto con la solución de descontaminación. Para una mejor comprensión, en adelante se hace referencia a la superficie de metal radiactivo, aunque siempre se trata también de una sección de la misma.

La puesta en contacto según la invención de la superficie metálica radiactiva con la solución de descontaminación puede tener lugar de cualquier manera adecuada. Preferiblemente, la superficie metálica que ha de ser descontaminada se humedece con la solución de descontaminación. Más preferiblemente, la superficie metálica que ha de ser descontaminada se sumerge en la solución de descontaminación, de forma especialmente preferible se sumerge por completo. También preferiblemente, tal como se explicará más abajo, la superficie metálica que ha de ser descontaminada es la superficie lateral interna de un componente metálico y cilíndrico (como por ejemplo un tubo de un recuperador) y la solución de descontaminación se introduce en la cavidad del componente cilíndrico.

Según la invención, la solución de descontaminación comprende al menos un ácido inorgánico. Preferiblemente, la solución de descontaminación también incluye al menos agua, con lo que el ácido inorgánico está presente en una solución acuosa. De forma especialmente preferible, la solución de descontaminación consiste en agua y un ácido inorgánico. En otras palabras, en este caso la solución de descontaminación consiste en un ácido acuoso.

De acuerdo con la invención es posible el uso de cualquier ácido inorgánico adecuado. Como se ha descrito más arriba, la gran mayoría de estos ácidos inorgánicos se caracterizan por tener un tamaño molecular pequeño, es decir, un volumen molecular pequeño. Esto permite ventajosamente, y en particular en contraste con los ácidos orgánicos usados en el estado anterior de la técnica, la penetración en la capa insoluble en agua sobre la superficie del material base y, por lo tanto, la formación según la invención de burbujas de gas de hidrógeno dentro y/o debajo de esta capa insoluble en agua.

Como es sabido en general, por el concepto de ácido inorgánico se ha de entender un ácido que, a excepción del ácido carbónico, no tiene átomos de carbono. Preferiblemente, por el concepto de ácido inorgánico se ha de entender un ácido que, a excepción del ácido carbónico, no incluye ningún átomo de carbono, azufre o nitrógeno. Esto tiene la ventaja adicional de que no pueden aparecer productos finales problemáticos (por ejemplo, compuestos de nitrato o sulfato).

Más preferiblemente, el ácido inorgánico es un ácido fuerte. Todavía más preferiblemente, el ácido inorgánico es un haluro de hidrógeno. Estos ácidos se caracterizan en particular por un valor de pKa bajo y un tamaño molecular pequeño y, por lo tanto, son especialmente adecuados para el procedimiento según la invención. Además, los haluros son especialmente adecuados para la formación de sales, lo que, como se explicará más adelante, también es especialmente ventajoso para el procedimiento según la invención. De forma totalmente preferible, el ácido es un ácido seleccionado entre el grupo que consiste en ácido clorhídrico (HCl), ácido bromhídrico (HBr), ácido yodhídrico (HI), ácido fluorhídrico (HF), o mezclas de los mismos. Más preferiblemente, el ácido es ácido clorhídrico o ácido fluorhídrico. Lo más preferiblemente, el ácido es ácido clorhídrico. Esto es especialmente ventajoso, ya que durante la reacción se generan productos finales especialmente inocuos y es posible una manipulación comparativamente sencilla en términos de seguridad laboral.

Los sólidos radiactivos insolubles que se liberan de la superficie metálica a la solución de descontaminación son esencialmente componentes de la capa desprendida sobre la superficie metálica. En otras palabras, se trata de áreas más pequeñas de esta capa, es decir, fragmentos de la misma. Estos sólidos insolubles consisten preferiblemente en sólidos insolubles en agua y/o insolubles en ácido. Además, los sólidos insolubles liberados consisten en óxidos metálicos, más preferiblemente en espinelas. Las espinelas son minerales escasamente solubles de la clase mineral de los óxidos e hidróxidos, normalmente en forma de cristal, y preferiblemente óxidos con una fracción molar metal:oxígeno de 3:4.

El procedimiento según la invención presenta además la etapa consistente en la separación de los sólidos insolubles de la solución de descontaminación. Los procesos de separación adecuados para este propósito se discuten más abajo.

Además de los sólidos radiactivos insolubles, en el procedimiento según la invención también se liberan sales metálicas radiactivas solubles en agua desde la sección de la superficie metálica a la solución de descontaminación. En otras palabras, al menos los sólidos radiactivos insolubles y las sales metálicas radiactivas solubles en agua se liberan desde la sección de la superficie metálica a la solución de descontaminación.

Como se ha descrito anteriormente, esta liberación adicional de sales metálicas radiactivas se debe a la reacción de la superficie del material base metálico con el ácido, lo que conduce a la formación de hidrógeno. Por lo tanto, ventajosamente, una reacción de este tipo también conduce a la disolución continua de la superficie del material base metálico, que por regla general también está contaminada de forma radiactiva. Esta eliminación de la superficie del material base metálico también contribuye a la descontaminación de la superficie o del componente cuya superficie se está tratando. Como se explicará más adelante, la extensión de esta eliminación se puede controlar preferiblemente a través de parámetros de proceso, como por ejemplo la temperatura o el tiempo de puesta en contacto.

Las sales metálicas se encuentran preferiblemente en forma disuelta. En particular, de forma especialmente preferible, las sales metálicas consisten en una sal metálica seleccionada entre el grupo formado por cloruro de níquel, cloruro de cromo, cloruro de hierro y cloruro de cobalto.

Además, el procedimiento según la invención presenta la etapa adicional consistente en añadir una base a la solución de descontaminación, precipitándose las sales metálicas contenidas en la solución de descontaminación como hidróxidos metálicos. Los hidróxidos metálicos así precipitados pueden ser separados de la solución de descontaminación, al igual que los sólidos insolubles. Antes de añadir la base, preferiblemente también se retira el contacto de la superficie metálica con la solución de descontaminación. Esto se puede lograr, por ejemplo, retirando el componente de la solución de descontaminación. La superficie metálica que se ha retirado del contacto con la solución de descontaminación se puede someter preferiblemente a una etapa de lavado. Esto se puede hacer, por ejemplo, lavando el componente con agua.

La base puede consistir en cualquier base adecuada que haga que la solución de descontaminación se vuelva alcalina y que las sales metálicas previamente disueltas se precipiten como hidróxidos metálicos. De forma especialmente preferible, la base utilizada consiste en hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de calcio (Ca(OH)²). Esto tiene la ventaja de que los productos finales que quedan en solución en la solución de descontaminación, en este caso NaCl o CaCh, son esencialmente solubles en agua e inocuos y la solución de descontaminación se puede eliminar como agua residual después de separar los sólidos insolubles y los hidróxidos metálicos precipitados. El NaOH es la base más preferida del proceso de esta invención.

La separación según la invención de las sustancias radiactivas insolubles (sólidos o sales metálicas precipitadas) de la solución de descontaminación puede tener lugar preferiblemente después de la adición de la base a la solución contaminante, es decir, solo después de la precipitación de las sales metálicas. Esto tiene la ventaja de que los sólidos insolubles y las sales metálicas precipitadas se eliminan simultáneamente, es decir, por medio de una etapa de separación.

Sin embargo, de forma especialmente preferible, la separación de los sólidos radiactivos insolubles de la solución de descontaminación tiene lugar antes de añadir la base, es decir, antes de la precipitación de las sales metálicas. Esto tiene la ventaja de que los sólidos radiactivos, que portan la mayor parte de la radiactividad, se retiran por separado y, por lo tanto, en un volumen más pequeño, que debe eliminarse con precauciones especiales y, por ejemplo, debe transferirse a una zona de almacenamiento definitivo. Más preferiblemente, las sales metálicas precipitadas se separan de la solución de descontaminación por medio de una etapa de separación adicional, que tiene lugar después de la adición de la base a la solución de descontaminación. Ventajosamente, con un procedimiento de este tipo se obtienen dos fracciones de materiales radiactivos separados, comprendiendo la primera fracción los sólidos con una actividad media y comprendiendo la segunda fracción las sales metálicas precipitadas claramente menos activas. La última fracción, que tiene una proporción en peso claramente mayor que la primera fracción, se puede eliminar por separado de la primera fracción con un esfuerzo claramente menor.

La separación tanto de los sólidos insolubles como de las sales metálicas precipitadas de la solución de descontaminación se puede lograr mediante cualquier procedimiento o recurso adecuado. Por ejemplo y preferiblemente, dicha separación se realiza por filtración, aspiración, centrifugación, sedimentación y/o recogida mecánica. Se prefiere muy especialmente una separación por filtración o sedimentación. La primera conduce a una separación particularmente completa con una fácil eliminación posterior de la torta de filtración. La última constituye un método sumadamente rentable que no requiere ningún tipo de recurso adicional.

Los sólidos insolubles separados de la solución de descontaminación también se reducen preferiblemente en peso y/o volumen en una etapa adicional antes de su eliminación. Mediante una reducción de este tipo en peso y/o volumen se logra ventajosamente un procesamiento posterior y una eliminación/almacenamiento definitivo más sencillos y rentables. Esto se hace preferiblemente secando, incinerando y/o calcinando los sólidos. Este procedimiento es particularmente ventajoso en caso de una separación a través de una filtración y un secado, incineración y/o calcinación de la torta de filtración resultante. También preferiblemente, los sólidos separados de la solución de descontaminación también se incineran y/o calcinan además del secado o en lugar del mismo.

Preferiblemente, los sólidos insolubles se pueden llevar a una zona de almacenamiento definitivo en una etapa adicional después del secado, la incineración y/o la calcinación.

También preferiblemente, el peso y/o el volumen de los hidróxidos metálicos precipitados separados de la solución de descontaminación se reducen en una etapa adicional antes de la eliminación de los mismos. De nuevo, éstos se pueden secar, incinerar y/o calcinar. Una reducción de este tipo en peso y/o volumen logra ventajosamente un procesamiento posterior y una eliminación/almacenamiento definitivo más sencillos y rentables. También preferiblemente, los hidróxidos metálicos precipitados separados de la solución de descontaminación también se incineran y/o calcinan además del secado o en lugar del mismo.

Preferiblemente, los hidróxidos metálicos precipitados se pueden llevar a una zona de almacenamiento definitivo en otra etapa después del secado, la incineración y/o la calcinación.

Como ya se ha indicado anteriormente, los sólidos radiactivos insolubles y/o los hidróxidos metálicos precipitados se eliminan preferiblemente en una zona de almacenamiento definitivo en otra etapa del procedimiento según la invención. A su vez, la solución de descontaminación se puede eliminar ventajosamente como agua residual en otra etapa después de que se hayan separado los sólidos insolubles y los hidróxidos metálicos precipitados. El componente metálico descontaminado, que después de realizar la descontaminación según la invención presenta preferiblemente una actividad que autoriza una liberación sin restricciones, también se puede eliminar preferiblemente como chatarra y vender a un reciclador de metales, por ejemplo.

De forma especialmente preferible, el metal de la superficie metálica que ha de ser descontaminada comprende al menos níquel, más preferiblemente una aleación. Mediante el uso del procedimiento según la invención se ha observado un nivel de descontaminación especialmente alto en particular en el caso de níquel o las aleaciones de níquel.

De forma especialmente preferible, la superficie metálica radiactiva que ha de ser descontaminada consiste en la superficie de un componente de una instalación nuclear, por ejemplo de una planta de energía nuclear. Más preferiblemente, consiste en la superficie de un componente de un reactor de agua a presión, incluso más preferiblemente en la superficie de un componente del circuito primario de un reactor de agua a presión.

También preferiblemente, el componente consiste en un componente de un reactor nuclear que se va a desmantelar y/o en un componente que se va a reemplazar, es decir, se va a desechar después de la descontaminación.

De forma totalmente preferible, el componente consiste en un componente del generador de vapor, en particular de un intercambiador de calor de haz de tubos (recuperador), tal como se puede encontrar, por ejemplo, en el circuito primario de un reactor de agua a presión. Aún más preferiblemente, el componente consiste en al menos un tubo de un intercambiador de calor de haz de tubos. En consecuencia, la superficie metálica radiactiva que ha de ser descontaminada consiste en particular en la superficie de un tubo de un intercambiador de calor de haz de tubos, más preferiblemente en la superficie interna, es decir, la superficie lateral interna, de al menos un tubo de un intercambiador de calor de haz de tubos.

Un intercambiador de calor de haz de tubos se compone generalmente de un cilindro hueco hecho de chapa de acero con cientos o miles de tubos en su interior. El primer medio fluye a través del cilindro metálico y el segundo a través de los tubos. Durante este proceso, el medio más caliente se enfría, mientras que el medio más frío se calienta. Durante el funcionamiento del reactor nuclear, en particular las superficies internas de los tubos se contaminan de forma radiactiva. Sin embargo, dado que éstos tienen un ancho nominal muy pequeño de, por ejemplo, aproximadamente 14 mm y una longitud relativamente grande, por ejemplo aproximadamente 16 m, no es posible realizar una descontaminación utilizando procedimientos mecánicos conocidos en el estado actual de la técnica, por lo que cuando se reemplazan o se desmantelan se producen cantidades considerables de residuos contaminados.

Otra ventaja fundamental del procedimiento según la invención consiste en que está controlado por difusión, es decir, que, por ejemplo, no es necesario un bombeo intensivo de la solución de descontaminación, como es el caso, por ejemplo, en el estado actual de la técnica. Por consiguiente, el procedimiento según la invención se caracteriza preferiblemente por que está controlado por difusión o por que no se requiere ningún bombeo/circulación de la solución de descontaminación.

No obstante, según la invención no se descarta e incluso se prefiere una circulación de la solución de descontaminación. Con ello se consigue un aumento del proceso de descontaminación. Además, la solución de descontaminación preferiblemente se filtra, por ejemplo para eliminar los sólidos insolubles y/o los hidróxidos metálicos precipitados de la solución de descontaminación, tal como se ha descrito más arriba. De forma totalmente preferible se combinan una circulación y una filtración de la solución de descontaminación, más preferiblemente la circulación y/o la filtración de la solución de descontaminación tienen lugar de forma continua.

Para la circulación de la solución de descontaminación se puede utilizar cualquier procedimiento adecuado conocido por el experto en la materia y cualquier dispositivo adecuado conocido por el experto en la materia, por ejemplo, bombas. En este caso, sin embargo, es preferible recurrir a aparatos ya existentes de un reactor nuclear. En particular, la circulación se consigue preferiblemente mediante al menos una bomba que forma parte del circuito primario de un reactor de agua a presión. Por consiguiente, en una forma de realización particularmente preferida del procedimiento según la invención, la solución de descontaminación se puede introducir en el circuito primario de un reactor nuclear, preferiblemente de un reactor de agua a presión.

Aunque el procedimiento según la invención se puede llevar a cabo a cualquier temperatura adecuada, se ha comprobado que en particular un intervalo de temperatura desde >40 °C hasta por debajo de la temperatura de evaporación de la solución de descontaminación ha conducido a resultados particularmente buenos. En consecuencia, el procedimiento según la invención se lleva a cabo preferiblemente a una temperatura en el intervalo desde >40 °C hasta por debajo de la temperatura de evaporación de la solución de descontaminación, más preferiblemente en un intervalo de >40 °C a <90 °C, más preferiblemente de >40 °C a <70 °C y lo más preferiblemente de >50 °C a <60 °C.

Además se ha comprobado que, preferiblemente en los intervalos de temperatura anteriormente mencionados, la puesta en contacto durante un período de >3 h ha logrado resultados particularmente buenos. Por lo tanto, el contacto tiene lugar preferiblemente durante un período de >3 horas, más preferiblemente durante un período de >3 horas y <50 horas. Dentro de este período de tiempo se ha producido ventajosamente una eliminación de material suficiente y, por lo tanto, una descontaminación suficiente, de modo que la superficie contaminada o el componente descontaminado se pueden clasificar como inocuos.

Como ya se ha explicado más arriba, el procedimiento de descontaminación según la invención se puede interrumpir en cualquier momento sin mayores problemas y, en particular, cuando se ha eliminado suficiente material. Con este fin, el procedimiento según la invención comprende la etapa adicional consistente en lavar la superficie metálica que ha de ser descontaminada con una solución de lavado. Más preferiblemente, esta solución de lavado comprende agua y/o consiste en agua.

De forma totalmente preferible, la solución de descontaminación contiene HCl al 37% en una dilución acuosa de >1:2 y <1:10. Más preferiblemente, la solución de descontaminación consiste en HCl al 37% en una dilución acuosa de >1:2 y <1:10.

El uso de ácido clorhídrico en este intervalo de concentración anteriormente mencionado ha conducido a resultados particularmente buenos.

Además, en el procedimiento según la invención, al menos durante la puesta en contacto preferiblemente se lleva a cabo un tratamiento ultrasónico. En este contexto, la solución de descontaminación y/o la superficie metálica que ha de ser descontaminada pueden ser sometidas a ultrasonidos. Dicho tratamiento con ultrasonidos también conduce a una eficiencia mejorada de la descontaminación.

La invención se refiere además al uso de una solución de descontaminación que comprende al menos un ácido inorgánico para la descontaminación de una superficie metálica radiactiva. Las explicaciones adicionales dadas con respecto al procedimiento según la invención se aplican de manera análoga.

Las formas de realización individuales de la invención anteriormente descritas se pueden combinar libremente entre sí, siempre que no se indique expresamente lo contrario o que una exclusión obvia lo impida.

Otras ventajas, detalles y características de la invención se desprenden de los siguientes ejemplos de realización.

Ejemplo de realización 1

Se está desmantelando un reactor nuclear tipo reactor de agua a presión. Los componentes metálicos que han sido contaminados de forma radiactiva durante la operación del reactor nuclear se descontaminan químicamente para luego poder retirarlos del área de seguridad y también poder desecharlos/venderlos como chatarra inofensiva.

Por razones de mejor legibilidad, en adelante solo se hace referencia a algunos componentes metálicos específicos, en concreto a los tubos del intercambiador de calor de haz de tubos (RWÜ, por sus siglas en alemán) del reactor de agua a presión que ha de ser desmantelado. No obstante, el proceso según la invención evidentemente se puede transferir a todos los demás componentes del reactor.

El RWÜ del reactor de agua a presión que ha de ser desmantelado está situado en su circuito primario y tiene alrededor de 16.000 tubos con un diámetro interno de alrededor de 14 mm y una longitud de 17 m en cada caso. Además, los tubos consisten en una aleación de níquel, más concretamente una aleación 600.

Debido al funcionamiento normal del reactor de agua a presión, sobre la parte interior de estos tubos, es decir, sobre sus superficies laterales interiores, se ha depositado una capa insoluble contaminada de forma radiactiva, que consiste principalmente en óxidos metálicos. Además, el material base metálico, es decir, una capa de aproximadamente 20 gm de espesor en el interior de estos tubos, también estaba contaminado de forma radiactiva. El espesor de la capa depende del tiempo de funcionamiento y el estilo de conducción y será claramente más grueso en caso de períodos de funcionamiento largos.

Para descontaminar estos tubos del RWÜ, en una primera etapa se extrajeron del RWÜ y se cortaron en secciones de menor longitud de aproximadamente 1 m. A continuación, estas secciones se transfirieron en posición vertical a un recipiente en el que se había cargado previamente la solución de descontaminación según la invención. Las superficies contaminadas en la parte interior de las secciones se pusieron por completo en contacto con la solución de descontaminación.

Como solución de descontaminación se utilizó ácido clorhídrico (HCl) al 37% en una dilución 1:10 en agua (ácido clorhídrico acuoso al 10%). Además, la solución de descontaminación tenía una temperatura de 60 °C. Esta temperatura se mantuvo esencialmente durante el curso posterior de la descontaminación.

Después de introducir las secciones en la solución de descontaminación se pudo detectar casi de inmediato la generación de burbujas de hidrógeno. En consecuencia, el ácido de la solución de descontaminación se sometió a reacción con el metal contenido en los tubos.

Las áreas de la capa insoluble de depósitos sobre los tubos desprendidas por las burbujas de hidrógeno siguieron siendo liberadas en la solución de descontaminación y se hundieron hasta el fondo del recipiente por gravedad.

Después de un período de aproximadamente 4-5 horas se había producido una eliminación suficiente de material base de los tubos como para poder sacar éstos del recipiente. Posteriormente, las secciones se sometieron a una etapa de lavado con una solución de lavado que consistía esencialmente en agua para eliminar la actividad adherente. Las secciones/tubos solo presentaban un nivel de contaminación tan bajo que se podían desechar en un vertedero.

La solución de descontaminación que todavía se encontraba en el recipiente se transfirió a un segundo recipiente, quedando los sólidos insolubles sedimentados de la capa de espinela en el primer recipiente y pudiendo ser recogidos éstos de manera sencilla. En los aproximadamente 16.000 tubos del RWÜ solo se acumularon unos 10 kg de sólidos de actividad media. Después del secado y la calcinación, éstos se envasaron de acuerdo con las normas.

En una etapa posterior se añadió hidróxido de sodio como base a la solución de descontaminación transferida al segundo recipiente para alcalinizar la solución de descontaminación. Acto seguido, las sales metálicas de la solución se precipitaron como hidróxidos metálicos insolubles y se sedimentaron de nuevo en el fondo del segundo recipiente debido a la gravedad.

La solución de descontaminación restante se pudo bombear después de la neutralización y, dado que ya no mostraba ninguna actividad por encima del límite de liberación sin restricciones, se pudo eliminar con las aguas residuales. Los hidróxidos metálicos precipitados sedimentados, que presentaban una actividad aproximadamente 2.000 veces menor que los sólidos insolubles de la capa de espinela, se recogieron de nuevo. En los aproximadamente 16.000 tubos del RWÜ se produjeron alrededor de 3-4 t de hidróxido metálico (húmedo). Después del secado y la calcinación, estos productos de desecho menos activos se llevaron a una zona de almacenamiento definitivo de acuerdo con las normas.

Ejemplo de realización 2

El ejemplo de realización 2 se corresponde esencialmente con el ejemplo de realización 1 y sólo se explicarán a continuación las diferencias entre los dos ejemplos de realización.

En el ejemplo de realización 2, las secciones de los tubos que habían de ser descontaminados se colocaron horizontalmente en el primer recipiente, en el que una bomba hizo circular continuamente la solución de descontaminación. En una configuración de este tipo, también es concebible la división de los tubos en secciones más largas, o se puede prescindir por completo de la división.

La eficacia del proceso controlado puramente por difusión descrito en el ejemplo de realización 1 se incrementó mediante la circulación continua de la solución de descontaminación, ya que la solución de descontaminación se renueva constantemente en la zona de la superficie que ha de ser descontaminada.

Otra ventaja de la circulación de la solución de descontaminación es especialmente evidente cuando, como ocurre en el ejemplo de realización 2, también se introduce un filtro de partículas intercambiable en el circuito de circulación. Este filtro de partículas intercambiable sirvió para filtrar los sólidos liberados en la solución de descontaminación antes de agregar la base a la solución de descontaminación.

Después de completar la primera fase de la reacción de descontaminación (antes de agregar la base), que se pudo reducir a aproximadamente 3-4 horas en el caso del ejemplo de realización, el filtro de partículas intercambiable se pudo reemplazar por un segundo filtro de partículas y el primer filtro de partículas se pudo transferir a una zona de almacenamiento definitivo después de la reducción de peso y volumen arriba descrita.

Después, los hidróxidos metálicos precipitados se retiraron del mismo modo de la solución de descontaminación mediante el segundo filtro de partículas y a continuación se eliminaron.

Ejemplo de realización 3

En el ejemplo de realización 3, la solución de descontaminación (de nuevo ácido clorhídrico acuoso al 10%) se introdujo directamente en el circuito primario del reactor de agua a presión. En otras palabras, el mismo no se dividió previamente y toda la superficie interna del circuito primario se puso en contacto con la solución de descontaminación según la invención.

Además, la solución de descontaminación se sometió a circulación continua con la ayuda de una bomba que ya formaba parte del circuito primario del reactor nuclear. En este circuito de circulación de la solución de descontaminación se integró de nuevo un filtro de partículas intercambiable. De este modo, primero se retiraron de la solución de descontaminación los sólidos insolubles y, después de la sustitución, los hidróxidos metálicos precipitados.

El ejemplo de realización 3 muestra que la descontaminación también es ventajosamente posible sin desmontar/dividir los componentes.

Ejemplo de realización 4

El ejemplo de realización 4 se corresponde esencialmente con el ejemplo de realización 1 y sólo se explicarán a continuación las diferencias entre los dos ejemplos de realización.

Se probaron varias otras soluciones de descontaminación. En particular se utilizó ácido clorhídrico acuoso al 30% a una temperatura de 50 °C. Además se utilizó ácido clorhídrico acuoso al 50% a una temperatura de 40 °C. También se probó el ácido fluorhídrico, así como combinaciones de HCl y HF.

Se pudieron observar resultados comparables a los del ejemplo de realización 1.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la descontaminación de una superficie metálica radiactiva que comprende las etapas de: - poner en contacto al menos una sección de la superficie metálica con una solución de descontaminación que comprende al menos un ácido inorgánico,

en donde en la solución de descontaminación se liberan al menos sólidos radiactivos insolubles y sales metálicas radiactivas solubles en agua procedentes de la sección de la superficie metálica y en donde los sólidos insolubles liberados comprenden óxidos metálicos, en particular espinelas;

- añadir una base a la solución de descontaminación, en donde las sales metálicas contenidas en la solución de descontaminación se precipitan como hidróxidos metálicos; y

- separar los sólidos insolubles de la solución de descontaminación y/o separar los sólidos insolubles y los hidróxidos metálicos precipitados de la solución de descontaminación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde el peso y/o el volumen de los sólidos insolubles y/o de los hidróxidos metálicos precipitados se reducen en una etapa adicional.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes 1-2, en donde, en una etapa adicional, los sólidos insolubles separados y/o los hidróxidos metálicos precipitados separados se llevan a una zona de almacenamiento definitivo y/o la solución de descontaminación se elimina como agua residual.

4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde la superficie metálica consiste en al menos un metal común, preferiblemente al menos níquel o una aleación de níquel.

5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde la superficie es la superficie de un componente del circuito primario de un reactor nuclear, en particular un tubo de un intercambiador de calor de haz de tubos.

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde la solución de descontaminación se somete a circulación y/o filtrado de forma continua.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde la solución de descontaminación se introduce en el circuito primario de un reactor nuclear.

8. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde el ácido se selecciona entre el grupo formado por ácido clorhídrico (HCl), ácido bromhídrico (HBr), ácido yodhídrico (HI), ácido fluorhídrico (HF) o mezclas de los mismos.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde el procedimiento se lleva a cabo a una temperatura en el intervalo desde >40 °C hasta por debajo de la temperatura de evaporación de la solución de descontaminación.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde la puesta en contacto tiene lugar durante un período >3 horas, preferiblemente durante un período en el intervalo desde >3 horas a <50 horas.

11. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde la solución de descontaminación contiene HCl al 37% en una dilución acuosa de > 1:2 y < 1:10.

12. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos durante el proceso de puesta en contacto se lleva a cabo un tratamiento con ultrasonidos.

13. Uso de una solución de descontaminación que comprende al menos un ácido inorgánico para la descontaminación de una superficie metálica radiactiva en un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12.