ES2967026T3 - Tratamiento de superficie electroquímico - Google Patents

Abstract

Un método y aparato para la eliminación electroquímica de material de una superficie en el que dos o más chorros o flujos de fluido están dispuestos para incidir en la superficie del objeto y una corriente eléctrica fluye a través de una trayectoria de flujo de fluido, a través del objeto y luego a través de una segunda vía de flujo de fluido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Tratamiento de superficie electroquímico

Campo técnico

La presente invención se basa en el tratamiento electroquímico de superficies. La principal aplicación es en superficies contaminadas por radionucleidos.

Antecedentes de la técnica

La descontaminación de superficies metálicas es un problema habitual en la industria, incluida la industria nuclear, donde el metal entra en contacto con radionucleidos y se resulta contaminado. El metal contaminado puede incluir conductos, tuberías, cajas de guantes, contenedores de almacenamiento, piezas mecánicas, tales como agitadores, etc. Una vez el metal ha estado en contacto con medios que contienen especies radioactivas, en la superficie queda radiación residual que no pueda eliminarse mediante simple enjuague o lavado, ya que los elementos radiactivos o bien han reaccionado con la superficie o bien han penetrado un poco en ella. Puede producirse cierta difusión hacia el interior de la superficie, ya sea directamente hacia el interior de la superficie del metal o a lo largo de grietas que se propagan por el interior del metal. El resultado es que hay radioactividad asociada a la superficie.

Por lo tanto, resulta deseable eliminar la contaminación radiactiva de las superficies de los objetos. En el caso de que se pueda reducir la clasificación de dichos materiales, habrá una considerable ventaja práctica en el desmantelamiento de una central nuclear, ya que gran parte del material contaminado podrá ser manipulado con menos riesgo para los operadores y con menor necesidad de almacenamiento de residuos radiactivos de alto nivel.

El manejo de material contaminado con frecuencia resulta complicado, ya que los operadores no pueden aproximarse a él o no pueden permanecer próximos a él durante períodos largos, porque la proximidad contribuye a la exposición permitida a radiación de los operadores. Por lo tanto, se requieren precauciones, métodos e instalaciones para eliminar la contaminación, con los objetivos de eliminarla, minimizar los riesgos para la salud y recuperar el metal descontaminado para su reutilización mediante procedimientos de reciclaje convencionales.

Un reto adicional es que la contaminación de la superficie no es estática: puede cambiar en respuesta a un tratamiento de la superficie. Se observa que, en algunos casos, después de la eliminación de una capa superficial contaminada, la contaminación “exuda de vuelta”, es decir, se reduce la radioactividad en la superficie después del tratamiento de descontaminación pero luego aumenta. Esto resulta de la difusión de especies desde la capa subsuperficial hacia la nueva superficie creada. Esto subraya la necesidad de disponer de un control eficaz de cualquier procedimiento de descontaminación.

Un modo convencional de tratar este problema es la remoción y eliminación física del objeto entero. La desventaja evidente de este método es que la cantidad de material contaminado que debe eliminarse o almacenarse es más grande y no hay posibilidad de devolver cualquiera de los materiales a su uso general mediante reciclado.

Un segundo método es utilizar un fundidor tal como se describe en el documento US 5268128 (WESTINGHOUSE) 07/12/1993 "Method and apparatus for cleaning contaminated particulate material”, bajo condiciones operativas en las que la contaminación radiactiva acaba en la escoria, que puede aislarse y después almacenarse de manera indefinida, en combinación con el tratamiento de los residuos metálicos radioactivos mediante descontaminación mediante función tal como se indica en el documento US 2013296629 A (KEP-CO NUCLEAR FUEL CO LIMITED) 11/07/2013 y recuperar la masa principal de metal en forma de un flujo no contaminado su reutilización. Este procedimiento se utiliza comercialmente. La desventaja de este enfoque es que requiere grandes instalaciones, las cuales a su vez requieren amplias medidas de control.

Por lo tanto, es preferible disponer de un medio para descontaminar el material para que la mayor parte del objeto metálico pueda reciclarse sin mayores precauciones. Ello se puede aplicarin situ,a recipientes por ejemplo, para que las operaciones de desmontaje y desmantelamiento se puedan llevar a cabo con riesgos reducidos, y pueda aplicarse después del desmantelamiento y con el objeto de recuperar más material para su reutilización.

Un método consiste en disolver químicamente la apa contaminada de metal, incluidos cualquier óxido u otras capas depositadas. El desafío es disolver completamente esta capa contaminada y al mismo tiempo disolver solo una cantidad finita y controlada del sustrato metálico no contaminado. Los tratamientos con ácidos se utilizan para el acero dulce y el inoxidable, incluyendo el acero inoxidable 304, y otros materiales. El ácido nítrico se utiliza habitualmente en la industria nuclear debido a la alta solubilidad de los contaminantes de interés, tales como los nitratos, y la alta resistencia a la corrosión del acero inoxidable 304 frente al ácido nítrico. La contaminación radiactiva es recuperada a partir del ácido nítrico por medios convencionales, incluyendo la precipitación y floculación, por ejemplo, la utilizada en la Planta de eliminación mejorada de actínidos (EARP, por sus siglas en inglés) en Sellafield, Reino Unido.

Se conocen otros tratamientos químicos de metales superficiales en el sector del acabado metálico, en el que el procesamiento térmico de los metales produce una capa superficial de óxido que debe eliminarse antes de que puedan llevarse a cabo etapas posteriores de procesamiento. Se conocen diversos tratamientos químicos, incluyendo el uso de ácido acético (de aquí el uso del término “pickling” en inglés, “decapado” en español), ácido sulfúrico y otros agentes adicionales, tales como ácido clorhídrico para el acero dulce y ácido fluorhídrico para el acero inoxidable, o mezclas de ácido fluorhídrico/nítrico. Estos tratamientos no resultan preferentes para el uso en la descontaminación nuclear debido a que son incompatibles con la construcción en acero inoxidable de las plantas de tratamiento de efluentes residuales corriente abajo.

Una limitación del uso de ácido nítrico como agente de disolución es que la reacción de disolución es tan lenta que se requieren plantas relativamente más grandes para manejar los grandes volúmenes de reactivos ácidos necesarios. La velocidad de reacción puede incrementarse mediante la adición de agentes de acomplejamiento, tales como cloro, flúor y agentes de acomplejamiento orgánicos, tales como ácido cítrico, ácido oxálico y ácido etiléndiaminotetraacético. Estos agentes aumentan la velocidad de reacción con la contaminación superficial, aunque a costa de crear un líquido que es más corrosivo, y que no puede ser procesado por plantas de procesamiento de efluentes nucleares convencionales, al ser corrosivo para los metales utilizados en su construcción.

Un método diferente de descontaminación de superficies se describe en US 7384529 B (US ENERGY) 10/06/2008 "Method for electrochemical decontamination of radioactive metal", en el que se pasa una corriente a través del elemento contaminado utilizando un baño de conductor electrolítico. La desincrustación electroquímica (o "electrodecapado") se utiliza en el procesamiento de metales. Este método tiene la ventaja significativa respecto a los métodos químicos de que la velocidad de eliminación de las superficies es mucho más importante que los métodos químicos. La consecuencia práctica es que un tratamiento electroquímico requiere un nivel mucho menor de ácido reactivo que un tratamiento químico. Una ventaja adicional es que los procedimientos electroquímicos son fácilmente controlables ya que un procedimiento electroquímico responde inmediatamente al nivel de corriente que pasa, el cual está determinado por el potencial eléctrico aplicado. Sin embargo, los procedimientos electroquímicos adolecen de la desventaja importante de que solo resultan eficaces cuando la geometría permite la colocación del contraelectrodo en proximidad a la pieza de trabajo. Esto se debe a que, en un sistema inundado, la corriente eléctrica es capaz de pasar a través del electrolito hasta la superficie completa en contacto con el fluido y el efecto electroquímico se extenderá rápidamente alejándose del contraelectrodo sobre una superficie uniforme, o se concentrará en un punto que ofrezca el camino de menor resistencia.

Se ha mostrado en el documento n.° US2003075456 A (COLLINS ET AL), en 24/04/2003, que es posible desincrustar una amplia gama de metales con recubrimientos de películas de óxido más rápidamente usando formas de onda de corriente alterna (CA) con polarización de corriente continua (CC) que cuando se usan formas de onda de CA sin polarización CC. También se ha mostrado que puede resultar ventajoso invertir periódicamente la polaridad de la polarización CC. Se ha demostrado que la eliminación o limpieza de las capas de óxido sobre la superficie de metales es más rápida al aplicar una polarización CC a una forma de onda CA, que al utilizar solo corriente CC. El mecanismo de limpieza implica la disolución de la capa contaminada, cierto rebajado en zonas donde el metal subyacente se ha disuelto y cierta acción de lavado como consecuencia de la generación de burbujas de gas en la interfaz.

La CA con polarización CC permite degradar la película de óxido más rápidamente, debido a que, en el intervalo de potencia en el que ocurre la disolución, la CC por sí sola conduce a la pasivación de la superficie o a la producción de oxígeno y a la formación de picaduras, mientras que la corriente CA por sí sola produce un efecto de disolución reducido. Se ha encontrado que la corriente CA con polarización CC proporciona la dispersión óptima, minimizando simultáneamente y una minimización de la formación localizada de picaduras.

La electroquímica se ha utilizado anteriormente con no metales y el trabajo de Bradley et al. (documento US3075902) muestra que la utilización de chorros estáticos en contacto con una superficie puede usarse para la medición localizada del grosor y el adelgazamiento de semiconductores. En la presente exposición se nos enseña que la medición del grosor del material que queda es una característica esencial en los procedimientos utilizados para decapar un grosor específico de material. El procedimiento de medición se lleva a cabo mediante monitorización de la resistencia eléctrica entre dos electrodos a través del grosor de la oblea semiconductora. Este método de medición no resulta adecuado para metales conductores, en los que no resulta posible determinar el grosor mediante el cambio de la resistencia, ya que la resistencia de los electrolitos es un orden de magnitud superior a la del conductor metálico.

Es conocido el tratamiento electroquímico de superficies con un chorro o corriente de electrolitos que incide en un objeto y transporta la corriente eléctrica hasta el objeto. Este método encuentra aplicación en la galvanoplastia, electroformado, decapado electroquímico, mecanización electroquímica, corte y electropulido.

Cuando se utiliza para electromecanización, el uso de chorro electrolítico incidente permite el mecanizado de formas que con otros métodos serían difíciles de fabricar utilizando otros métodos. Se conocen diversas configuraciones de equipos con diferentes construcciones de boquilla, diferentes medios para introducir la corriente eléctrica en la corriente líquida en circulación, diferentes estructuras mecánicas para el soporte y movimiento del cabezal en relación al objeto o viceversa, diferentes medios de recuperación y recirculación del electrolito, diferentes polarizaciones eléctricas y formas de onda. Estas aplicaciones tienen en común la utilización de un único flujo de electrolito hacia el objeto y un camino de la corriente eléctrica que fluye desde la alimentación eléctrica a través del electrolito hasta el objeto y vuelve desde el objeto hasta la alimentación a través de un sistema de cables.

El uso de un chorro incidente para el propósito de la descontaminación superficial electroquímica resulta ventajoso, ya que evita la necesidad de inundar la superficie tratada con electrolito; permite un mayor grado de control de la zona que se está tratando y proporciona un medio eficaz de eliminar rápidamente el calor respecto del electrolito y del gas respecto del objeto. Al tratar las superficies interiores de grandes recipientes, lo anterior implica que no resulta necesario inundar el recipiente y pueden utilizarse volúmenes menores de electrolito. Este uso de un chorro incidente es un desarrollo de la descontaminación electroquímica de una superficie en el que el objeto y el contraelectrodo se sumergen en un baño de electrolito y se hace pasar una corriente entre los dos.

Los sistemas que utilizan un chorro incidente para el propósito de decapar una superficie metálica encuentran aplicación en diversos sectores, incluyendo el propósito de eliminar la contaminación radiactiva de las capas superficiales de las plantas nucleares. En tales sistemas, el objeto es la superficie a descontaminar y constituye un electrodo, y el segundo electrodo está en contacto con la corriente de electrolitos, ya sea en parte de la estructura de la boquilla o del sistema de tuberías, ya sea, alternativamente, en la corriente de electrolitos antes de que salga por la boquilla.

Una desventaja del método es que la superficie en tratamiento forma parte del circuito eléctrico y resulta necesaria una buena conexión eléctrica con el objeto para cerrar el circuito. Si la conexión es mala, la eficacia del procedimiento se verá comprometida. Cuando el chorro de electrolito está siendo escaneado o desplazado a lo largo de partes de recipientes o tuberías contaminados, incluyendo situaciones en los que el acceso a la zona es difícil y debe realizarse mediante un dispositivo operado a distancia, resulta ventajoso que no exista la necesidad de realizar dicha conexión eléctrica.

Cada uno de los documentos US 5776330 y US 5772012 describe un aparato de descontaminación que comprende primer y segundo aplicador, cada uno de los cuales está alimentado por electrolito y en contacto con un electrodo, en los que pasa corriente a través del electrolito en los aplicados que están en contacto con una superficie que debe descontaminarse. Estos dispositivos requieren contacto directo con la superficie a descontaminar y no son adecuados para superficies congestionadas donde el acceso está obstruido o restringido.

Divulgación de la invención.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato según la reivindicación 1 de las reivindicaciones.

Según otros aspectos de la presente invención, se proporciona un método según la reivindicación 8 de las reivindicaciones.

Otras posibles características de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

En la presente invención, se disponen dos o más chorros o flujos laminares de fluido para que incidan sobre la superficie y fluya una corriente eléctrica hasta el objeto metálico por un camino de flujo de fluido en por lo menos un chorro o flujo, a través del material del objeto, y alejándose del objeto metálico a través de un segundo camino de flujo de fluido en por lo menos un segundo chorro o flujo laminar.

Esta disposición presenta la ventaja respecto a los sistemas anteriores de que no requiere una conexión eléctrica directa con el objeto. El dispositivo de chorro de líquido puede colocarse en proximidad del objeto y llevarse a cabo el tratamiento sin necesidad de establecer ninguna conexión eléctrica.

En este nuevo dispositivo, la eliminación electroquímica de materiales tiene lugar en uno más puntos de incidencia de uno o más chorros mediante procesos anódicos y catódicos que tienen lugar en los puntos de incidencia de uno o más chorros adicionales de electrolito. La polarización de la energía eléctrica hacia el objeto preferentemente puede alternarse periódicamente de manera que los efectos electroquímicos que ocurren en los puntos de incidencia de los dos o más chorros se alternen entre anódicos y catódicos. La forma de onda de la corriente y voltaje aplicados se puede ajustar ventajosamente para optimizar el efecto electroquímico, tal como mediante la utilización de formas de onda de CA con polarización CC o cualquier otra forma de onda adecuada. Pueden utilizarse diferentes frecuencias de corriente alterna.

La densidad de corriente utilizada en la superficie del objeto dependerá de una variedad de factores y puede estar comprendida en el intervalo de entre 0,1 amperios por centímetro cuadrado y más de 100 amperios por centímetro cuadrado. Podrían resultar preferentes las densidades de corriente intermedias que ofrezcan un equilibrio adecuado entre maximizar la velocidad del procedimiento y minimizar la generación de calor en el electrolito y de gas en la superficie del objeto.

Pueden utilizarse dos o más chorros. Cuando el número de caminos de flujo es superior a dos, entonces uno o más caminos de flujo se designará como flujo de corriente en una dirección y el resto de caminos de flujo se designarán como caminos de flujo para la corriente que fluye en el sentido contrario.

El transformador es aislante, es decir, ninguna parte del circuito secundario está conectada a tierra, como es la práctica convencional. El dispositivo obvia la necesidad de establecer cualquier conexión eléctrica con el objeto aparte de a través de los chorros de líquido, y también significa que no hay un camino de corriente posible desde el objeto aparte de a través de los chorros de fluido y, por lo tanto, no hay posibilidad de que tengan lugar efectos electroquímicos no deseados en sitios distantes de la zona de trabajo prevista.

La densidad de corriente utilizada en la superficie del objeto depende de varios factores y puede encontrarse comprendida en el intervalo de entre 0,1 amperios por centímetro cuadrado y más de 100 amperios por centímetro cuadrado. Pueden resultar preferentes densidades de corriente intermedias que ofrezcan un equilibrio adecuado entre maximizar la velocidad de tratamiento y minimizar la generación de calor en el electrolito y de gas en la superficie del objeto.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es esquemáticamente una realización ilustrativa de la invención configurada para el tratamiento superficial del interior de un recipiente.

La figura 2 es una sección transversal esquemática de la superficie interna de un recipiente que está siendo descontaminado internamente mediante métodos y dispositivos según la invención; y

La figura 3 ilustra una vista de despiece de un tubo de salida y conductores de conexión para proyectar un chorro de electrolito hacia una superficie contaminada.

Descripción de realizaciones ilustrativas

En la figura 1, pueden proporcionarse dos chorros coherentes o flujos laminares de fluido, 1A y 1B, de electrolito (pueden proporcionarse más de dos, pero las corrientes adicionales se omiten por simplicidad) para incidir en diferentes puntos 1C en una superficie contaminada 10 por radionucleidos de un objeto 11 que comprende un material conductor eléctrico. Los chorros emanan de las salidas 7 por conductos 2 que están conectados mediante tuberías 3 a una fuente electrolítica, en la que electrolito es bombeado a través de las tuberías a una presión suficiente para mantener un flujo de fluido adecuado. En la figura, las salidas 7 comprenden boquillas, aunque pueden ser placas con orificios o ranuras. En una implementación, la salida es una placa con orificios en formato circular con un radio de entre 5 mm y 100 mm. En otra implementación, se forman chorros de fluido coherentes a través de una ranura anular o una ranura anular parcial en cada salida 7.

Se dispone un transformador aislante 4 para suministrar energía eléctrica con un camino de corriente entre la bobina secundaria 5 del transformador a través de un camino de chorro 1A de flujo de fluido a través del objeto 11, volviendo por un segundo chorro 1B hasta la bobina secundaria 5.

Ninguna parte del circuito secundario a través de la bobina 5 está conectado a tierra, lo que da como resultado que el transformador 4 está aislado. Esto contrasta con la práctica habitual, en la que una cara de la bobina 5 de transformado estaría conectada con el objeto 11. Por otro lado, en la presente invención, solo la conexión eléctrica al objeto 11 se realiza mediante los chorros 1A y 1B a través de la superficie 10. En consecuencia, sin ningún recorrido posible de la corriente desde el objeto 11 aparte de a través de los chorros 1A y 1B, no existe ninguna posibilidad de que tengan lugar efectos electroquímicos no deseados en sitios alejados, distantes de la zona de trabajo prevista.

La utilización de los chorros incidentes 1A y 1B con el fin de eliminar material electroquímico de una superficie metálica se aplica en diversos sectores, incluyendo para el fin de eliminar la contaminación radiactiva de las capas superficiales de una planta nuclear.

Se puede utilizar esponjas 8 u otros medios porosos controlar el flujo de las corrientes de fluido en las proximidades de los puntos de incidencia y reducir las salpicaduras no deseadas y la distribución de líquido más allá de la zona de trabajo de la superficie 10 y para restringir el flujo a la proximidad del área de trabajo.

Pueden colocarse sellos flexibles 9 parcial o completamente por la zona de trabajo de la superficie 10 a fin de contener las salpicaduras, por lo menos parcialmente, y para ayudar a dirigir y recuperar el electrolito después de que incida en la superficie 10.

También se pueden utilizar aberturas conformadas, tales como ranuras anulares parciales, para restringir los flujos en torno a ciertos elementos.

El electrolito que ha incidido en la superficie 10 del objeto 11 fluirá hasta un punto de recogida 12 adecuado en el punto más bajo de un recipiente interno o alternativamente lo largo de una tubería.

La corriente eléctrica puede introducirse en los chorros 1A y 1B por diversos medios, incluyendo mediante boquillas conductoras 7 o mediante electrodos dentro de los conductos 2 o mediante electrodos en el chorro de electrodos una vez ha salido de la boquilla, en cualquier caso con dicho electrodo conectado mediante cables 6 a cada lado de la bobina secundaria 5. El material que distribuye la corriente eléctrica al flujo eléctrico, sea parte de la boquilla o de la estructura de la tubería o externo a la boquilla o a la estructura de la tubería, es preferentemente de un material que no resultará consumido por un proceso electroquímico.

Los conductores 2 y las tuberías 3 que llevan el electrolito hasta las salidas 7 están hechos de un material aislante, tal como plástico, y las tuberías 3 tienen una longitud suficiente para que la resistencia eléctrica al camino de flujo de una corriente de líquido a otra a lo largo del sistema de tuberías sea considerablemente superior a la resistencia eléctrica por los caminos de flujo de chorro y por la pieza de trabajo.

Los conductos 2 y las salidas 7 cables pueden estar hechas de un material eléctricamente aislante, tal como goma, de manera que el contacto de los conductos y las boquillas con el objeto no cause ningún problema. En este caso, los electrodos que distribuyen corriente al flujo de electrolito deben encontrarse dentro de los conductos 2.

En la realización descrita, la eliminación de material respecto de la superficie metálica normalmente es de entre 0,001 milímetros y 10 milímetros, ambos inclusive. Lo anterior puede llevarse a cabo en una sola pasada o en más de una pasada.

Normalmente, la velocidad del movimiento promediada en el tiempo del punto de impacto de los chorros sobre la superficie es de entre 0,01 y 10 veces, ambos inclusive, el diámetro del camino de fluido por segundo.

La forma de onda aplicada era una forma de onda de CA polarizada por CC con una frecuencia de entre 5 y 2000 Hz, ambos inclusive. La densidad de corriente preferente en el chorro de fluido es de entre cien y cien mil amperios por metro cuadrado, ambos inclusive.

El transformador 4 es aislante, es decir, ninguna parte del circuito secundario está conectada a tierra, tal como es la la práctica habitual. El dispositivo obvia la necesidad de establecer cualquier conexión eléctrica con el objeto 11, aparte de a través de los chorros de líquido y también implica que no existe ningún camino posible de la corriente desde el objeto 11 aparte de a través de los chorros de fluido y, por lo tanto, no hay posibilidad de que tenga lugar efectos electroquímicos no deseados en sitios alejados, distantes de la zona de trabajo prevista.

La distancia entre los puntos de incidencia de los distintos chorros o flujos laminares sobre la superficie 10 del objeto 11 se dispondrá de manera que la resistencia eléctrica del objeto 11 entre estos puntos sea tal, que la velocidad de tratamiento superficial cumpla las necesidades operativas. Habitualmente esto significa que la resistencia eléctrica del objeto 11 entre los puntos de incidencia de los chorros o flujos de electrolito, sea inferior a la resistencia eléctrica del líquido electrolito presente en la superficie del metal entre esos dos puntos, aunque este no es necesariamente el caso siempre. Puede ocurrir que, por ejemplo, para el tratamiento de sitios especialmente inaccesibles, se sacrifique la eficiencia eléctrica del procedimiento en favor de la comodidad geométrica de acceso y se acepta que se pierda energía adicional debido a la conducción en el electrolito sobre la superficie 10 del objeto.

La orientación espacial de los flujos 1A y 1B de electrolito y los puntos de incidencia 1C se pueden optimizar para la geometría del objeto que se está tratando. Se pueden utilizar matrices de chorros o chorros extendidos. Para el procesamiento del exterior de las tuberías, los chorros pueden disponerse en una forma anular o parcialmente anular, por ejemplo. Para el tratamiento del interior de un recipiente, los chorros pueden disponerse en formas radiantes que emanan en múltiples direcciones, por ejemplo.

El movimiento de los puntos de incidencia 1C de los chorros o los flujos laminados 1A y 1B sobre la superficie 10 del objeto 11 se puede programar previamente para obtener un perfil predeterminado de procesamiento superficial. Un programa que controla el movimiento puede tener en cuenta tanto el nivel de contaminación o profundidad de eliminación superficial como los efectos de la geometría de aplicación sobre la intensidad del tratamiento. El movimiento controlado automáticamente de los chorros o flujos laminares 1A y 1B de electrolito también pueden controlarse mediante mediciones de una propiedad de la superficie en tratamiento, que se realizan en un estudio previamente a realizar el tratamiento o en tiempo real, tales como el nivel de radioactividad presente o su reflectividad de la luz u otras propiedades mensurables adecuadas.

El movimiento de múltiples chorros o flujos laminares 1A y 1B sobre el área superficial que se está procesando se puede controlar de manera que se consiga un nivel predeterminado de procesamiento o eliminación del área superficial. Este nivel puede determinarse mediante la evaluación radiológica previa del sustrato en cuestión.

Pueden utilizarse ventajosamente chorros de electrolito a alta presión o flujos o chorros laminares a fin de proporcionar un efecto de tratamiento superficial mecánico además del efecto electroquímico descrito, constituyendo de hecho un lavado a presión. Esto es útil cuando hay contaminación en la superficie, tal como aceite o grasa, materia particulada o pintura u otras sustancias que necesitan eliminarse. Opcionalmente, pueden dispersarse la materia sólida particulada en el electrolito líquido para producir un efecto de limpieza abrasiva adicional.

La producción de un camino de fluido continuo y coherente desde el electrodo contenido en una carcasa de electrodo (en la realización ilustrada, la carcasa es el conducto 2) hasta la superficie 10 del objeto 11 es esencial para el funcionamiento del sistema. La resistencia del camino de flujo variará significativamente si el chorro o flujo se rompe o se forman gotas entre la salida 7 y la superficie 10 que se está procesando. La generación de flujos coherentes se consigue mediante acondicionado del flujo en la carcasa de electrodo (conducto 2) y reduce la variación de la velocidad en el conducto. Esto se lleva a cabo preferentemente mediante expansión de la sección transversal del conducto 2 para reducir la velocidad del flujo, controlar las caídas de presión y para enderezar el flujo antes de la salida 7, que es una placa de orificios, boquilla o ranura que genera un chorro de flujo con una baja variación de la velocidad. Los chorros coherentes preferentemente presentan un camino continuo durante 1 metro en espacio libre, pero las limitaciones prácticas del voltaje limitan las distancias operativas preferentes a distancias inferiores a 0,5 metros.

Los electrodos preferentemente son de un material estable de buena conductividad eléctrica. Resultan adecuados los conductores a base de carbono o un conductor metálico o un conductor metálico con un recubrimiento superficial aplicado. Preferentemente, el conductor metálico o recubrimiento de superficie metálica comprende un metal seleccionado del grupo que comprende platino, oro, acero inoxidable, cromo, níquel, tántalo, osmio, iridio y paladio.

La zona superficial expuesta de los electrodos en contacto con el fluido idealmente es superior a 5 % de la superficie en sección transversal del canal de fluido. El electrodo está en contacto con el electrolito antes de salir por la salida 7 y está dimensionado preferentemente para reducir la densidad de corriente localizada dentro de la carcasa (conducto 2). Entre las estructuras prácticas para los electrodos se incluyen una superficie perforada o una malla montada en una carcasa eléctricamente aislante (que en la realización ilustrada también es el conducto 2). Un electrodo que forma parte del borde del camino de flujo, tal como un anillo en una carcasa eléctricamente aislante. Un electrodo insertado en el camino de flujo, tal como un tubo o varilla en una carcasa eléctricamente aislante. Un dispositivo combinado de electrodo y acondicionado de flujo realizado en un material que también actúa como un electrodo.

La carcasa eléctricamente aislante puede contener medios de acondicionado del flujo de fluido, tales como múltiples tubos paralelos o placas perforadas. Los tubos paralelos y/o placas perforadas en la carcasa eléctricamente aislante pueden ser parte o todos los electrodos en esa carcasa.

El electrodo está en contacto con el electrolito al inicio de que el fluido salga por la salida 7 y está dimensionado preferentemente para reducir la densidad de corriente localizada dentro de la carcasa (conducto 2). El electrodo puede estar conformado como un anillo o cilindro o preferentemente como malla o placa perforada colocada en la carcasa del electrodo (conducto 2) o las salidas 7 también pueden ser los electrodos.

El método y el aparato descrito son aplicables para el tratamiento de una amplia gama de geometrías de superficie contaminada. Ello incluye el interior y exterior de tuberías, el interior y exterior de recipientes, estructuras de diversos tipos, incluyendo válvulas, colectores de tubos, estructuras de soporte, componentes discretos o cualquier superficie que requiera tratamiento superficial. El método resulta adecuado para tratar puntos calientes de contaminación localizada.

La figura 2 ilustra el tratamiento de un recipiente cilíndrico 21 mediante el uso de chorros de electrolito 22 dirigidos contra la superficie interior del recipiente 21. Los dos chorros de electrolito, 22, se muestran como flechas y presentan caminos divergentes. Las boquillas se muestran como en 23 (en esta realización, estas hacen la función de las salidas 7 en la figura 1), y la fuente de electrolito a las boquillas, como 24 (realiza la función del conducto 2 en la figura 1).

Con el fin de tratar la superficie de un componente que es de mayor tamaño que la sección transversal, se desplazan los puntos de incidencia 1C del chorro de fluido sobre la superficie. La velocidad de movimiento es proporcional a la superficie de impacto del chorro, a la densidad de corriente aplicada e inversamente proporcional a la profundidad del material que debe eliminarse. El movimiento puede ser continuo, escalonado o en un patrón de trama dependiendo de las características de la superficie y del método de control utilizado.

Aunque se muestran dos chorros o flujos laminares 1A y 1B, y 22 en las figuras 1 y 2, respectivamente, pueden utilizarse múltiples chorros o flujos laminares.

En la figura 1, los chorros o flujos laminares 1a y 1B se muestra como paralelos, aunque los inventores han encontrado que chorros divergentes como los mostrados en la figura 2 acelera la superficie cuando los chorros se dirigen contra superficie cóncavas, tales como el interior de recipientes y conductos cilíndricos. De manera similar, los chorros convergentes podrían acelerar la limpieza de superficies convexas, tales como el exterior de recipientes cilíndricos.

Se ha encontrado que la mejor velocidad fluida del fluido que forma el chorro coherente o flujo laminar es de entre 0,15 m/s y 50 m/s.

El electrolito debe ser un fluido conductor; la conductividad eléctrica incrementada reduce el voltaje requerido. La resistencia eléctrica del fluido debe ser inferior a 1 O metro y preferentemente inferior a 0,2 O metro.

Resulta preferente que los metales disueltos presenten cierta solubilidad en el electrolito a fin de minimizar los volúmenes de fluido necesarios para tratar una superficie dada y para evitar la precipitación de los metales eliminados.

Resulta preferente que el electrolito no se disuelva químicamente ni cause daños localizados en el sustrato en una medida sustancial y que la corrosión sea mínima a lo largo del tiempo total de tratamiento electroquímico. Para aceros inoxidables y la mayoría de aleaciones de níquel, el ácido nítrico es la opción preferida y la velocidad de corrosión química no es alta y el ácido es convenientemente conductor.

Para el tratamiento de la contaminación radioactiva procedente de la industria nuclear, resulta ventajoso el uso de ácido nítrico o sales nitrato, ya que muchos radionucleidos son solubles y frecuentemente son compatibles con las vías conocidas de gestión de residuos.

La figura 3 ilustra una disposición para la salida 7 (en la figura 1).

En la figura 3, el fluido entra en un conducto 31 (por ejemplo, las tuberías 3 en la figura 1) hacia el interior de una carcasa eléctricamente aislante 32 (por ejemplo, el conducto 2 de la figura 1). Hacia la cara de salida de las carcasas eléctricamente aislantes se encuentra una matriz de tubos de acondicionado 33 de flujo. El fluido electrolítico a continuación pasa por un electrodo de placa perforada 34. Esta está conectada a la toma eléctrica mediante la conexión eléctrica 35. A continuación, el fluido pasa por una segunda carcasa aislada eléctricamente 36, antes de salir por la salida 7 a través de un orificio en la placa de orificios 37. La placa de orificios también tiene una conexión opcional 38 a una toma de corriente.

Ejemplos de uso de la realización ilustrada

Ejemplo 1

Se trató una muestra de lámina de acero inoxidable 304 utilizando dos chorros separados por una distancia de 90 mm y a 50 mm de la superficie de la lámina de muestra. Se bombeó ácido nítrico (al 30 % p/p) por cada boquilla de 25 mm de diámetro para formar los chorros a un caudal de 3200 l/hora. Al alimentar los electrodos en cada boquilla a 160 V con un suministro de energía autónomo, se produjo una corriente de 25 A por el circuito constituido por los dos chorros, pasando la corriente a través del objeto de acero inoxidable, sin ningún contacto directo con la muestra desde el suministro de energía autónomo y sin pasar corriente a tierra si la muestra de acero inoxidable estaba conectada a tierra. La muestra se trató durante 15 minutos y en este tiempo perdió 3,2 g de la masa de las zonas de contacto de los dos chorros/muestra. Esto corresponde a un rendimiento real por disolución de metales de 50 %.

Ejemplo 2

Se trató una lámina de acero inoxidable 304 con dos chorros situados a 50 mm de la superficie de la lámina de muestra. Se bombeó ácido nítrico (al 30 % p/p) por cada boquilla de 25 mm de diámetro para formar los chorros a un caudal de 3200 l/hora. Al alimentar los electrodos en cada boquilla a 160 V con un suministro de energía autónomo, se produjo una corriente de 25 A por el circuito constituido por los dos chorros, pasando la corriente a través del objeto de acero inoxidable, sin ningún contacto directo con la muestra desde el suministro de energía autónomo y sin pasar corriente a tierra si la muestra de acero inoxidable estaba conectada a tierra. Uno de los chorros atravesó la superficie horizontalmente a velocidad constante, eliminando 20 micras de material de la superficie, a lo largo del camino recorrido por el chorro en la superficie.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Aparato para la eliminación electroquímica de materiales que contienen radionucleidos de la superficie de un objeto conductor metálico que comprende dos chorros de fluido coherentes o flujos laminares de electrolito dispuestos para incidir en la superficie, mediante la provisión de un camino de corriente eléctrica a través de uno de los chorros o flujos laminares de fluido, el objeto, y un segundo chorro o flujo lamina de fluido, y que presenta conductos de material flexible y eléctricamente aislante para suministrar los flujos de electrolito a salidas próximas a la superficie y a electrodos en los conductos o salidas para introducir corriente en el electrolito, caracterizado porque:

los dos chorros o flujos laminares son formados por las salidas, que están separados por un espacio de la superficie durante el uso;

cada uno de los chorros o flujos laminares atraviesa el espacio libre antes de incidir en la superficie en un punto de incidencia diferente.

2. Aparato según la reivindicación 1, en que por lo menos un electrodo está construido a partir de una superficie o malla perforada.

3. Aparato según la reivindicación 1 o 2, en el que los electrodos están soportados en una carcasa eléctricamente aislante; la carcasa aislante contiene medios de acondicionado del flujo de fluido; los medios de acondicionado de flujo comprenden múltiples tubos paralelos o placas perforadas.

4. Aparato según la reivindicación 3, en el que los medios de acondicionado del flujo de fluido forman parte o la totalidad del electrodo.

5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que forma uno o más de los chorros de fluido coherentes está formado por una placa de orificios, o una ranura anular o una ranura anular parcial.

6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la densidad de corriente en el chorro de fluido es de entre cien y cien mil amperios por metro cuadrado.

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la velocidad del fluido que forma el flujo coherente es de entre 0,15 m/s y 50 m/s.

8. Método de eliminación electroquímica de material que contienen radionucleidos de la superficie de un objeto conductor metálico en el que dos chorros de flujo coherente o flujos laminares de fluido de electrolito se disponen para incidir en la superficie y una corriente eléctrica fluye al objeto metálico a través de un camino de flujo de fluido en un chorro o flujo, a través del material del objeto, y alejándose del objeto metálico por un segundo camino de flujo de fluido en un segundo chorro o flujo laminar;

caracterizado porque:

los chorros o flujos laminares están formados por salidas que están separadas por un espacio de la superficie; cada uno de los dos chorros o flujos laminares recorre el espacio libre antes de incidir en la superficie en un punto de incidencia diferente.

9. Método según la reivindicación 8, en el que el tratamiento de una superficie mayor que la superficie de sección transversal del camino de fluido se consigue desplazando el punto de incidencia de uno o más de los chorros en la superficie.

10. Método según la reivindicación 9, en el que la velocidad media del movimiento del punto de impacto en la superficie es de entre 0,01 y 10 veces, ambos inclusive, el diámetro del camino de fluido por segundo.

11. Método según la reivindicación 9 o 10, en el que el movimiento de los puntos de incidencia de los flujos de electrolito se determina en tiempo real mediate la medición de propiedades de la superficie en tratamiento, y puede determinarse mediante la medición del nivel de radioactividad presente.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que la resistividad eléctrica del electrolito es inferior a 1 O metro, y puede ser inferior a 0,2 O metro.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que el electrolito está formado de una solución acuosa que comprende ácido nítrico.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que la resistencia eléctrica del objeto entre los puntos de incidencia de los chorros o flujos de electrolito es inferior a la resistencia eléctrica del líquido electrolito en la superficie del metal entre esos dos puntos.