RU2121722C1 - Method of deactivating iron-carbon alloys - Google Patents

Method of deactivating iron-carbon alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2121722C1
RU2121722C1 RU95111176/25A RU95111176A RU2121722C1 RU 2121722 C1 RU2121722 C1 RU 2121722C1 RU 95111176/25 A RU95111176/25 A RU 95111176/25A RU 95111176 A RU95111176 A RU 95111176A RU 2121722 C1 RU2121722 C1 RU 2121722C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substance
iron
sodium
potassium
alloys
Prior art date
Application number
RU95111176/25A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95111176A (en
Inventor
В чеслав Евгеньевич Тихомиров
Вячеслав Евгеньевич Тихомиров
Сергей Александрович Дмитриев
Евгений Михайлович Тимофеев
Владимир Иванович Пантелеев
Леонид Алексеевич Мамаев
Сергей Леонидович Храбров
Original Assignee
Вячеслав Евгеньевич Тихомиров
Сергей Александрович Дмитриев
Евгений Михайлович Тимофеев
Владимир Иванович Пантелеев
Леонид Алексеевич Мамаев
Сергей Леонидович Храбров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вячеслав Евгеньевич Тихомиров, Сергей Александрович Дмитриев, Евгений Михайлович Тимофеев, Владимир Иванович Пантелеев, Леонид Алексеевич Мамаев, Сергей Леонидович Храбров filed Critical Вячеслав Евгеньевич Тихомиров
Priority to RU95111176/25A priority Critical patent/RU2121722C1/en
Publication of RU95111176A publication Critical patent/RU95111176A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2121722C1 publication Critical patent/RU2121722C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: radiation protection. SUBSTANCE: composition containing vanadium pentoxide and mixture of sodium, potassium, and sulfur-containing salts is applied on surface of polluted material. Amount of vanadium pentoxide constitutes 25 to 75% of total weight of composition, K/Na atomic ratio ranges from 0.3384 to 1.8144, and sulfur content in salt mixture is 29.33-33.84 wt %. Covered surface is heated for 10-30 min mainly at 850-950 C, after which resulting scale is removed from the surface. Operation, if necessary, is repeated. EFFECT: increased purification efficiency. 3 cl, 1 tbl

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 очистке поверхности (а.с. СССР N 730156, G 21 F 9/28, 1984 г.). A known method of decontamination of metal, which consists in its heating in the presence of a substance containing sodium salts of acids, and cleaning the surface (as.with. 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, for example, 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 DE N 3418207, G 21 F 9/28, 1985). The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a method of 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 final result of which is to obtain easily disposed waste.

Для достижения указанного результата в способе дезактивации железоуглеродистых сплавов, включающем их нагрев в присутствии вещества, состоящего из первой группы ингредиентов в виде смеси солей натрия, калия и серы, и очистку поверхности сплавов от окалины, в вещество дополнительно вводят пентоксид ванадия в количестве 75-85% весовых от общего количества вещества при следующем соотношении атомных долей ингредиентов первой группы (калий:натрий) = 0,3384 - 1,8144, при этом содержание серы выбирается в пределах 29,93 - 33,84% весовых в этой группе. To achieve this result in a method for deactivating iron-carbon alloys, including heating them in the presence of a substance consisting of the first group of ingredients in the form of a mixture of sodium, potassium and sulfur salts, and cleaning the surface of the alloys from scale, vanadium pentoxide in an amount of 75-85 % by weight of the total amount of the substance in the following ratio of atomic fractions of the ingredients of the first group (potassium: sodium) = 0.3384 - 1.8144, while the sulfur content is selected in the range of 29.93 - 33.84% by weight in this group.

Нагрев осуществляется при температурах 850-950 градусов Цельсия в течение 10-30 минут, после очистки поверхности сплав повторно нагревают в присутствии упомянутого вещества, охлаждают поверхность. Heating is carried out at temperatures of 850-950 degrees Celsius for 10-30 minutes, after cleaning the surface, the alloy is reheated in the presence of the aforementioned substance, the surface is cooled.

Для доказательства возможности осуществления патента 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 поверхности 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. The following arguments can be made to prove the feasibility of a patent. 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 surface of the alloys is 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.

Дополнительно введение калия в качестве одного из ингредиентов в дезактивирующее вещество предопределяет получение легкоплавких расплавов. Хотя сульфаты калия имеют более высокую температуру полного разложения (tпл = 1084oC), чем сульфаты натрия (tпл = 884oC), образующаяся при дезактивации смесь пиросульфатов калия и натрия имеет температуру эвтектик соответственно 408oC и 396oC [1]. Благодаря быстрому образованию расплава время его взаимодействия с дезактивируемой поверхностью увеличивается, а это способствует улучшению условий процесса дезактивации.Additionally, the introduction of potassium as one of the ingredients in a deactivating substance determines the production of low-melting melts. Although potassium sulfates have a higher complete decomposition temperature ( mp = 1084 ° C) than sodium sulfates ( mp = 884 ° C), a mixture of potassium and sodium pyrosulfates formed during deactivation has a eutectic temperature of 408 ° C and 396 ° C, respectively [ one]. Due to the rapid formation of the melt, the time of its interaction with the decontaminated surface increases, and this helps to improve the conditions of the decontamination process.

Влияние величины отношения калия к натрию в веществе на результаты процесса высокотемпературной дезактивации определено экспериментально (таблица 1). The effect of the potassium to sodium ratio in the substance on the results of the high-temperature deactivation process was determined experimentally (table 1).

Использование серы в качестве одного из ингредиентов вещества позволяет, начиная с температуры 550oC, 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 следующем схеме:
6K2SO4 + Fe2O3 = 2K3Fe(SO4)3 + 3K2O (1)
6Na2SO4 + Fe2O3 = 2Na3Fe(SO4)3 + 3K2O (2)
3K2SO4 + Cr2O3 = Cr2(SO4)3 + 3K2O (3)
K2SO4 + NiO = NiSO4 + K2O (4)
- образования сульфитов, сульфатов, сульфитов радионуклидов, например, Co, и др.
Using 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)
3K 2 SO 4 + Cr 2 O 3 = Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3K 2 O (3)
K 2 SO 4 + NiO = NiSO 4 + K 2 O (4)
- the formation of sulfites, sulfates, sulfites of radionuclides, for example, Co, etc.

K2SO4 + CoO = CoSO4 + K2O (5)
Na2SO4 + Co2O3 = CoSO4 + K2O (6)
K2S + CoO = CoS + K2O (7)
Na2S + CoO = CoS + Na2O (8)
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.
K 2 SO 4 + CoO = CoSO 4 + K 2 O (5)
Na 2 SO 4 + Co 2 O 3 = CoSO 4 + K 2 O (6)
K 2 S + CoO = CoS + K 2 O (7)
Na 2 S + CoO = CoS + Na 2 O (8)
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.

- образования расплавов Na2SO4 и K2SO4, начиная с температуры 396oC.- the formation of melts of Na 2 SO 4 and K 2 SO 4 , starting from a temperature of 396 o C.

Использование группы вещества из смесей, содержащих калий, натрий и серу, для высокотемпературной дезактивации предопределило границы характеризующего их соотношения (Na:K). Так, минимальное значение этого соотношения атомных долей калия и натрия - 0,3118 характеризует вещество (NaHSO3 + K2S), а верхнее значение соотношения характеризует вещество (Na2S + KHSO3). Суммарное содержание серы составят в этих веществах соответственно - 29,93 и 33,84% весовых. Другие вещества, содержащие серу, имеющие значения соотношения (Na:K) в указанных пределах также могут быть использованы для высокотемпературной дезактивации (таблица 1).The use of a group of substances from mixtures containing potassium, sodium, and sulfur for high-temperature deactivation predetermined the boundaries of the ratio characterizing them (Na: K). So, the minimum value of this ratio of atomic fractions of potassium and sodium - 0.3118 characterizes the substance (NaHSO 3 + K 2 S), and the upper value of the ratio characterizes the substance (Na 2 S + KHSO 3 ). The total sulfur content in these substances will be 29.93 and 33.84% by weight, respectively. Other sulfur-containing substances having a ratio of (Na: K) within the indicated limits can also be used for high-temperature decontamination (table 1).

Использование пентоксида ванадия в качестве одного из ингредиентов вещества позволяет, начиная с температуры 625oC, 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 635oC, а также соединения COVO3 и NiVO3 с температурами плавления соответственно 705oC и 720oC [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 635 o C, as well as COVO 3 and NiVO 3 compounds with melting points of 705 o C and 720 o C, respectively, are also formed [1].

При температурах выше 800oC процесс коррозии определяется скоростью растворения образовавшегося окисного слоя сплава в жидкой фазе, состоящей из оксидов ванадия и натрия с образованием Fe2O3 • V2P5 при температуре 816oC. Так, для сплава 12Х18Н9Т это и предопределяет увеличение скорости коррозии с 2,8 • 10-5 до 6,4 10-5 г/см2•с, при температуре 800oC, что и обеспечивает интенсивное образование окалины, содержащей окисленные радионуклиды.At temperatures above 800 o C, the corrosion process is determined by the dissolution rate of the formed oxide layer of the alloy in the liquid phase, consisting of vanadium and sodium oxides with the formation of Fe 2 O 3 • V 2 P 5 at a temperature of 816 o C. Thus, for the 12X18H9T alloy this determines an increase in the corrosion rate from 2.8 • 10 -5 to 6.4 10 -5 g / cm 2 • s, at a temperature of 800 o C, which ensures intensive formation of scale containing oxidized radionuclides.

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. 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.

Границы количества пентоксида ванадия, используемого в веществе для дезактивации, определяются оптимальными результатами экспериментов, приведенных в таблице 1. The boundaries of the amount of vanadium pentoxide used in the substance for decontamination are determined by the optimal results of the experiments shown in table 1.

Результаты экспериментов, приведенные в таблице 1, показывают, что оптимальными температурными условиями обработки железоуглеродистых сплавов являются их выдержка при температуре 850-950oC в течение 10-30 минут.The experimental results are shown in table 1, show that the optimum temperature conditions for the processing of iron-carbon alloys are their exposure at a temperature of 850-950 o C for 10-30 minutes.

До 850oC это процессы имеют невысокую скорость, что приводит к увеличению времени обработки.Up to 850 o C, these processes have a low speed, which leads to an increase in processing time.

При температурах нагрева свыше 950oC эффективность процесса дезактивации снижается по причине замедления процесса коррозии из-за разложения и возгонки ингредиентов.At heating temperatures above 950 o C, the effectiveness of the decontamination process is reduced due to the slowdown of the corrosion process due to decomposition and sublimation of the ingredients.

Способ дезактивации стальной или чугунной поверхности, загрязненной радионуклидами, осуществляется следующим образом. На дезактивируемую поверхность металлических радиоактивных отходов наносится слой вещества. Затем их нагревают. После охлаждения и очистки поверхности от слоя окалины, содержащей радионуклиды, получается чистый металл. Твердые отходы компактируют и захоранивают. The method of decontamination of a steel or cast iron surface contaminated with radionuclides is as follows. A layer of substance is applied to the decontaminated surface of 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 осуществления способа. An example implementation of the method.

Образцы радиоактивных отходов из стали с уровнем загрязнения 3,3•104- 4,9 • 105 Бк/о вместе с дезактивирующим веществом подвергались окислительному нагреву в течение 10-30 минут в температурном интервале 700-1000oC. В качестве веществ были использованы смеси следующих веществ:
Na2SO4, K2SO4, V2O5, K2S, Na2S, NaHSO3, KHSO3.
Samples of radioactive waste from steel with a pollution level of 3.3 • 10 4 - 4.9 • 10 5 Bq / o together with a decontaminating substance were subjected to oxidative heating for 10-30 minutes in the temperature range of 700-1000 o C. As substances mixtures of the following substances were used:
Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , V 2 O 5 , K 2 S, Na 2 S, NaHSO 3 , KHSO 3 .

Результаты экспериментов приведены в таблице. The experimental results are shown in the table.

Claims (3)

1. Способ дезактивации железоуглеродистых сплавов, включающий их нагрев в присутствии вещества, состоящего из первой группы ингредиентов в виде смеси солей натрия, калия и серы, и очистку поверхности сплавов от окалины, отличающийся тем, что в вещество дополнительно вводят пентоксид ванадия в количестве 75 - 25% весовых от общего количества вещества при соотношении атомных долей ингредиентов первой группы калий : натрий = 0,3384 - 1,8144, при этом содержание серы выбирается в пределах 29,33 - 33,84% весовых в этой группе. 1. The method of deactivation of iron-carbon alloys, including heating them in the presence of a substance consisting of the first group of ingredients in the form of a mixture of sodium, potassium and sulfur salts, and cleaning the surface of the alloys from scale, characterized in that the substance is additionally introduced vanadium pentoxide in an amount of 75 - 25% by weight of the total amount of the substance with a ratio of atomic fractions of the ingredients of the first group of potassium: sodium = 0.3384 - 1.8144, while the sulfur content is selected within the range of 29.33 - 33.84% by weight in this group. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев осуществляют при температуре 850 - 950oC в течение 10 - 30 мин.2. The method according to claim 1, characterized in that the heating is carried out at a temperature of 850 - 950 o C for 10 to 30 minutes 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после очистки поверхности сплав повторно нагревают в присутствии упомянутого вещества, охлаждают и очищают поверхность. 3. The method according to claim 1, characterized in that after cleaning the surface, the alloy is reheated in the presence of the aforementioned substance, cooled and cleaned.
RU95111176/25A 1995-07-17 1995-07-17 Method of deactivating iron-carbon alloys RU2121722C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95111176/25A RU2121722C1 (en) 1995-07-17 1995-07-17 Method of deactivating iron-carbon alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95111176/25A RU2121722C1 (en) 1995-07-17 1995-07-17 Method of deactivating iron-carbon alloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95111176A RU95111176A (en) 1997-07-27
RU2121722C1 true RU2121722C1 (en) 1998-11-10

Family

ID=20169544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95111176/25A RU2121722C1 (en) 1995-07-17 1995-07-17 Method of deactivating iron-carbon alloys

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2121722C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Ампелогова Н.И. и др. Дезактивация в ядерной энергетике. - М.: Энергоиздат, 1982, с.146. 2. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5877394A (en) Method for treating waste containing stainless steel
RU2121722C1 (en) Method of deactivating iron-carbon alloys
GB1517888A (en) Method of treating raw materials containing components of titanium and/or zirconium
RU2097852C1 (en) Method for decontaminating iron-carbon alloys
RU2077079C1 (en) Deactivating method for iron-carbon alloy
KR940011040A (en) Treatment of effluents containing contaminated organic or inorganic compounds
RU2474899C1 (en) Method of decontaminating surface-contaminated articles made from metal alloys or fragments thereof
RU2161340C2 (en) Method for recovering radioactive metal parts
US1920465A (en) Refining ferrous metals
Heshmatpour et al. Metallurgical aspects of waste metal decontamination by melt refining
SU966058A1 (en) Method for treating slag melt
AU674859B2 (en) A method of treating dross materials in metallurgical melting processes
RU93029577A (en) METHOD FOR TREATING LIQUID RADIOACTIVE WASTES
RU2164954C1 (en) Method of slag desulfurization
Hallgren et al. Current methods to detoxify fly ash from waste incineration
SU1286582A1 (en) Method of conditioning potassium chloride
JPH11106243A (en) Treatment of chromium oxide and sub-base material, land-filling material and temporary material using the same
JPH0262033B2 (en)
JPS6061698A (en) Method of solidifying and treating radioactive liquid organic waste
JP3563546B2 (en) Treatment of radioactive stainless steel
FR2712214A1 (en) Process of crystallization of waste.
Shimoo et al. Dissolution Rates of Carbon in Molten CaO--Al 2 O 3 Binary Slag
UA66219C2 (en) Method for dephosphorization and desulfurization of cast iron
Lozovatskaya A Steel of High Corrosion Resistance in Nitric Acid Media
JPS5653741A (en) Heavy metal removing filter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040718