RU2077079C1

RU2077079C1 - Deactivating method for iron-carbon alloy

Info

Publication number: RU2077079C1
Application number: RU95111071/25A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Евгеньевич Тихомиров; Вячеслав Евгеньевич Тихомиров
Original assignee: Вячеслав Евгеньевич Тихомиров
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1997-04-10

Abstract

FIELD: radioactive contamination protection technology. SUBSTANCE: deactivating method includes contaminated surface of iron-carbon alloy containing items covering by mixture of vanadium pentoxid salts containing sodium, potassium, sulphur. Then surface is calcinated and scale is removed. Treatment is made once more if necessary. EFFECT: higher efficiency of surface deactivation. 2 cl, 1 tbh

Description

Изобретение относится к технологии обработки материалов с радиоактивным загрязнением. The invention relates to a technology for processing materials with radioactive contamination.

Известен способ дезактивации металла, заключающийся в его нагреве в присутствии вещества, содержащего натриевые соли кислот и очистку поверхности (а.с. СССР N 730156, G 21 F 9/28, 1984 г.). A known method of decontamination of metal, which consists in heating it in the presence of a substance containing sodium salts of acids and cleaning the surface (AS USSR N 730156, G 21 F 9/28, 1984).

Однако известный способ не позволяет добиться получения компактных отходов без дополнительных операций, например выпаривания. However, the known method does not allow to obtain compact waste without additional operations, such as evaporation.

Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемому результату является способ дезактивации железоуглеродистых сплавов, включающий их нагрев в присутствии смеси солей, в состав которых входят натрий, калий и сера, и очистку поверхности сплавов от окалины. (Заявка ДЕ N 3418207, G 21 F 9/28, 1985 г.). Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a method for deactivating iron-carbon alloys, including heating them in the presence of a mixture of salts, which include sodium, potassium and sulfur, and cleaning the surface of the alloys from scale. (Application DE N 3418207, G 21 F 9/28, 1985).

Однако в случае высокой степени радиоактивного загрязнения известный способ недостаточно эффективен и требует значительных затрат времени. However, in the case of a high degree of radioactive contamination, the known method is not effective enough and requires a significant investment of time.

Целью изобретения является создание максимально эффективного экологически безопасного способа дезактивации железоуглеродистых сплавов, конечным итогом которого является получение легкозахораниваемых отходов. The aim of the invention is the creation of the most effective environmentally friendly method for the decontamination of iron-carbon alloys, the end result of which is to obtain easily disposed waste.

Для достижения указанного результата в способе дезактивации железоуглеродистых сплавов, включающем их нагрев в присутствии смеси солей из натрия, калия и серы и очистку поверхности сплавов от окалины, в смесь солей дополнительно вводят пентоксид ванадия. To achieve this result in the method for deactivating iron-carbon alloys, including heating them in the presence of a mixture of salts of sodium, potassium and sulfur and cleaning the surface of the alloys from scale, vanadium pentoxide is additionally added to the mixture of salts.

В случае недостаточной дезактивации после очистки поверхности повторно проводят обработку сплавов. In case of insufficient decontamination after surface cleaning, the alloys are again treated.

Для доказательства возможности осуществления способа можно привести следующие доводы. Процесс дезактивации загрязненных железоуглеродистых сплавов основан на осуществлении коррозии поверхностного слоя сплавов и химическом взаимодействии радионуклидов с веществом. Такой эффект достигается тем, что при нагреве сплавов вещество вступает в химическое взаимодействие с химическими элементами поверхностного слоя сплавов и в том числе с радионуклидами (например, кобальтом). При этом образуются легкоплавкие расплавы, также способствующие ускорению коррозии поверхности сплавов. Образовавшиеся новые вещества образуют новую неметаллическую фазу, содержащую радионуклиды, окалину, которая после охлаждения легко отделяется от сплава. To prove the feasibility of the method, the following arguments. The process of decontamination of contaminated iron-carbon alloys is based on the corrosion of the surface layer of the alloys and the chemical interaction of radionuclides with the substance. This effect is achieved by the fact that when the alloys are heated, the substance enters into chemical interaction with the chemical elements of the surface layer of the alloys, including radionuclides (for example, cobalt). In this case, fusible melts are formed, which also contribute to the acceleration of corrosion of the surface of alloys. The resulting new substances form a new non-metallic phase containing radionuclides, scale, which, after cooling, is easily separated from the alloy.

Результаты экспериментов по дезактивации металлических радиоактивных отходов приведены в таблице1. The results of experiments on the decontamination of metal radioactive waste are given in table1.

Использование серы в качестве одного из ингредиентов вещества позволяет, начиная с температуры 550^oC, осуществлять процесс химической коррозии поверхности железоуглеродистых сплавов за счет
осуществления реакций, образующих сульфиды, сульфаты, сульфиты и пиросульфаты Fe, Cr, Ni и др. Эти процессы идут по следующей схеме:
6K₂SO₄ + Fe₂O₃ 2K₃Fe(SO₄)₃ + 3K₂O (1)
6Na₂SO₄ + Fe₂O₃ 2Na₃Fe(SO₄)₃ + 3K₂O (2)
образования сульфидов, сульфатов, сульфитов и пиросульфатов радионуклидов, например Со, и др.The use of sulfur as one of the ingredients of the substance allows, starting from a temperature of 550 ^o C, to carry out the process of chemical corrosion of the surface of iron-carbon alloys due to
the implementation of reactions forming sulfides, sulfates, sulfites and pyrosulfates of Fe, Cr, Ni, etc. These processes are carried out according to the following scheme:
6K ₂ SO ₄ + Fe ₂ O ₃ 2K ₃ Fe (SO ₄ ) ₃ + 3K ₂ O (1)
6Na ₂ SO ₄ + Fe ₂ O ₃ 2Na ₃ Fe (SO ₄ ) ₃ + 3K ₂ O (2)
the formation of sulfides, sulfates, sulfites and pyrosulfates of radionuclides, for example, Co, etc.

K₂SO₄ + CoO CoSO₄ + K₂O (3)
Na₂SO₄ + CoO CoSO₄ + K₂O (4)
K₂S + CoO CoS + K₂O (5)
Na₂S + CoO CoS + Na₂O (6)
В ходе начального окисления, которое на первой стадии носит защитный характер, преимущественно окисляются Fe, Cr, Ni. Образовавшиеся окислы взаимодействуют с серой, что приводит к разрушению поверхностного слоя основного сплава, т.е. образуется окалина, содержащая радионуклиды,
образования расплавов Na₂SO₄ и K₂SO₄, начиная с температуры 396^oC, которые по мере возрастания температуры в присутствии V₂O₅ могут разлагаться до SO₃, а впоследствии до образования SO₂ и атомарного кислорода, взаимодействующих с металлами [1]
Использование пентоксида ванадия в качестве одного из ингредиентов вещества позволяет, начиная с температуры 625^oC, осуществлять процесс т.н. "катастрофической" коррозии поверхности железоуглеродистых сплавов за счет образующихся расплавов Na₂O*V₂O₄*5V₂O₅, обеспечивающих высокие скорости диффузии кислорода к границе окисления сплавов. Также образуются CrVO₄ с температурой эвтектики 635С, а также соединения CoVO₃ и NiVO₃ с температурами плавления соответственно 705^oC и 720^oC [2]
Использование металлического ванадия нецелесообразно, т.к. он не сможет взаимодействовать с другими реагентами вещества в этих условиях, пока не окислится до пентоксида ванадия, что потребует дополнительно времени и энергозатрат.K ₂ SO ₄ + CoO CoSO ₄ + K ₂ O (3)
Na ₂ SO ₄ + CoO CoSO ₄ + K ₂ O (4)
K ₂ S + CoO CoS + K ₂ O (5)
Na ₂ S + CoO CoS + Na ₂ O (6)
During the initial oxidation, which is protective in the first stage, Fe, Cr, Ni are predominantly oxidized. The resulting oxides interact with sulfur, which leads to the destruction of the surface layer of the base alloy, i.e. scale is formed containing radionuclides,
the formation of melts of Na ₂ SO ₄ and K ₂ SO ₄ , starting from a temperature of 396 ^o C, which with increasing temperature in the presence of V ₂ O ₅ can decompose to SO ₃ , and subsequently to the formation of SO ₂ and atomic oxygen interacting with metals [ 1]
The use of vanadium pentoxide as one of the ingredients of the substance allows, starting from a temperature of 625 ^o C, the process of so-called “catastrophic” corrosion of the surface of iron-carbon alloys due to the resulting Na ₂ O * V ₂ O ₄ * 5V ₂ O ₅ melts, which provide high oxygen diffusion rates to the oxidation boundary of the alloys. CrVO ₄ with a eutectic temperature of 635C is also formed, as well as CoVO ₃ and NiVO ₃ compounds with melting points of 705 ^o C and 720 ^o C, respectively [2]
The use of metallic vanadium is impractical because it will not be able to interact with other reagents of the substance under these conditions until it is oxidized to vanadium pentoxide, which will require additional time and energy consumption.

Способ применения вещества для дезактивации стальной или чугунной поверхности, загрязненной радионуклидами, осуществляется следующим образом. На дезактивируемую поверхность металлических радиоактивных отходов наносится слой реагента. Затем их нагревают. После охлаждения и очистки поверхности от слоя окалины, содержащей радионуклиды, получается чистый металл. Твердые отходы компактируют и захоранивают. The method of using the substance for the decontamination of a steel or cast-iron surface contaminated with radionuclides is as follows. A reagent layer is applied to the decontaminated surface of the metal radioactive waste. Then they are heated. After cooling and cleaning the surface from a layer of scale containing radionuclides, a pure metal is obtained. Solid waste is compacted and disposed of.

Пример. Образцы радиоактивных отходов из стали с загрязнением 3,6*10⁴ 2,4*10⁵ Бк/с вместе с дезактивирующим веществом подвергались окислительному нагреву. В качестве вещества были использованы смеси следующих веществ: Na₂SO₄, K₂SO₄ и V₂O₅. Результаты экспериментов приведены в таблице.Example. Samples of radioactive waste from steel with pollution of 3.6 * 10 ⁴ 2.4 * 10 ⁵ Bq / s, together with a decontaminating substance, were oxidatively heated. As a substance, mixtures of the following substances were used: Na ₂ SO ₄ , K ₂ SO ₄ and V ₂ O ₅ . The experimental results are shown in the table.

Claims

1. The method of decontamination of iron-carbon alloys, including heating them in the presence of a mixture of salts, which include sodium, potassium and sulfur, and cleaning the surface of the alloys from scale, characterized in that vanadium pentoxide is additionally introduced into the mixture of salts.

2. The method according to p. 1, characterized in that the processing of the alloys is carried out twice.