RU2635202C2 - Method of processing metals containing principlined surface radioactive pollutions - Google Patents
Method of processing metals containing principlined surface radioactive pollutions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2635202C2 RU2635202C2 RU2015146215A RU2015146215A RU2635202C2 RU 2635202 C2 RU2635202 C2 RU 2635202C2 RU 2015146215 A RU2015146215 A RU 2015146215A RU 2015146215 A RU2015146215 A RU 2015146215A RU 2635202 C2 RU2635202 C2 RU 2635202C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- decontamination
- metal
- acid
- calcium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/28—Treating solids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки материалов с радиоактивным заражением, а именно к способам удаления прочнофиксированных радиоактивных загрязнений с металлических поверхностей, и может найти применение в целях дезактивации металлических радиоактивных отходов, образующихся при выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов (ЯРОО), например атомных электростанций или радиохимических производств.The invention relates to the field of processing materials with radioactive contamination, and in particular to methods for removing firmly fixed radioactive contaminants from metal surfaces, and can be used to decontaminate metal radioactive waste generated during decommissioning of nuclear and radiation hazardous facilities (NROO), for example nuclear power plants or radiochemical industries.
Массовое образование радиоактивно загрязненного металла при демонтаже оборудования, трубопроводов и металлоконструкций в ходе вывода из эксплуатации ЯРОО создает проблему дальнейшего обращения с ним как с радиоактивными отходами, требующими окончательной изоляции. В то же время радиоактивно загрязненный металл, если он не является объемно активированным, может быть подвергнут дезактивации в целях снижения класса опасности или вывода его из-под регулирующего контроля для последующего неограниченного использования. Применяемые способы и средства удаления загрязнений могут быть достаточно агрессивными, допускающими травление, в том числе и самого металла, поскольку основной задачей становится достижение максимально возможных коэффициентов дезактивации. При этом экономическая рациональность переработки будет определяться не только затратами на удаление загрязнений, но и на обращение с вторичными радиоактивными отходами. Таким образом, требуется комплексный подход к обработке радиоактивно загрязненного металла, заключающийся в применении высокопроизводительного, эффективного и дешевого способа дезактивации, одновременно обеспечивающего минимизацию объемов и простоту кондиционирования вторичных радиоактивных отходов.The massive formation of radioactively contaminated metal during the dismantling of equipment, pipelines and metal structures during the decommissioning of a nuclear power plant creates the problem of its further treatment as radioactive waste requiring final isolation. At the same time, radioactive contaminated metal, if it is not volumetric activated, can be decontaminated in order to reduce the hazard class or to remove it from regulatory control for subsequent unlimited use. The applied methods and means of removing contaminants can be quite aggressive, allowing etching, including of the metal itself, since the main task is to achieve the maximum possible decontamination factors. At the same time, the economic rationality of processing will be determined not only by the costs of removing contaminants, but also by the management of secondary radioactive waste. Thus, an integrated approach to the processing of radioactive contaminated metal is required, consisting in the use of a high-performance, efficient and cheap method of decontamination, while minimizing the volume and ease of conditioning of secondary radioactive waste.
Для дезактивации металлических поверхностей разработан ряд способов с применением механических, химических и физико-химических воздействий. Часть из них являются достаточно «мягкими», поскольку предназначены для удаления слабофиксированных загрязнений с поверхностей изделий в процессе их эксплуатации без активного травления металла. Это требование не позволяет использовать «жесткие» способы, обеспечивающие удаление прочнофиксированных (непористых, полиоксидных или глубинных) загрязнений за счет снятия не только оксидного слоя, но и части поверхности металла. В то же время обращение с радиоактивно загрязненным металлом при выводе из эксплуатации допускает применение таких технологий.To deactivate metal surfaces, a number of methods have been developed using mechanical, chemical and physico-chemical effects. Some of them are quite “soft”, since they are designed to remove poorly fixed contaminants from the surfaces of products during their operation without active etching of the metal. This requirement does not allow the use of “hard” methods that ensure the removal of firmly fixed (non-porous, polyoxide or deep) contaminants by removing not only the oxide layer, but also part of the metal surface. At the same time, the handling of radioactive contaminated metal during decommissioning allows the use of such technologies.
Известен способ, в котором поверхность металла обдувают струей газа, содержащей порошок абразивного материала [1]. Метод обладает довольно высокой эффективностью, но среди его недостатков можно выделить сравнительно невысокую производительность, недостаточную эффективность при обработке изделий со сложной внутренней геометрией, пылеобразование, а также нерешенность проблемы обращения с вторичными отходами. Кроме того, абразивный обдув иногда приводит к «вбиванию» радиоактивных загрязнений частицами порошка в обрабатываемую поверхность, что приводит к снижению эффективности процесса.A known method in which the surface of the metal is blown by a stream of gas containing a powder of abrasive material [1]. The method has a fairly high efficiency, but among its shortcomings can be distinguished relatively low productivity, lack of efficiency in the processing of products with complex internal geometry, dust formation, as well as the unresolved problems of handling secondary waste. In addition, abrasive blowing sometimes leads to “driving” radioactive contaminants by powder particles into the treated surface, which leads to a decrease in the efficiency of the process.
Известны также способы переработки металлических радиоактивных отходов переплавкой (например, [2]). Они позволяют максимально уменьшить объем металлических радиоактивных отходов, направляемых на окончательную изоляцию. Однако к недостаткам этих способов относится высокое энергопотребление, а также низкая эффективность дезактивации в процессе переплава, требующая предварительного удаления большей части радиоактивных загрязнений другим методом.There are also known methods of processing metal radioactive waste by remelting (for example, [2]). They allow to minimize the amount of metal radioactive waste sent to the final isolation. However, the disadvantages of these methods include high energy consumption, as well as low decontamination efficiency during the remelting process, which requires the preliminary removal of most of the radioactive contaminants by another method.
Известны способы дезактивации радиоактивно загрязненных металлов путем воздействия на них растворами химических реагентов [3]. С их помощью возможна обработка изделий со сложной геометрией. Среди недостатков этих способов следует выделить низкую эффективность по отношению к прочнофиксированным загрязнениям, низкую скорость дезактивации, большие объемы вторичных жидких радиоактивных отходов.Known methods for the decontamination of radioactively contaminated metals by exposure to them with solutions of chemical reagents [3]. With their help, processing of products with complex geometry is possible. Among the disadvantages of these methods, it is worth highlighting low efficiency in relation to firmly fixed contaminants, low decontamination rate, and large volumes of secondary liquid radioactive waste.
Эти недостатки могут быть частично или полностью устранены путем применения интенсифицирующих воздействий на раствор или дезактивируемый металл.These disadvantages can be partially or completely eliminated by applying intensifying effects on the solution or decontaminated metal.
Например, известен способ [4], в котором дезактивацию оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений осуществляют путем воздействия ультразвука на дезактивируемую поверхность через дезактивирующий раствор, содержащий глину, абразивный компонент и фосфорную кислоту. Ультразвук ускоряет процесс дезактивации, но одним из главных недостатков такого подхода все же остается низкая эффективность удаления прочнофиксированных загрязнений.For example, a method is known [4], in which the decontamination of equipment from surface radioactive contamination is carried out by applying ultrasound to the surface to be decontaminated through a decontamination solution containing clay, an abrasive component and phosphoric acid. Ultrasound accelerates the decontamination process, but one of the main drawbacks of this approach is still the low efficiency of the removal of fixed contaminants.
При наложении электрического поля процесс дезактивации металла растворами также происходит в несколько раз интенсивнее, при этом могут быть удалены и прочнофиксированные загрязнения. В известном способе [5] предлагается осуществлять дезактивацию металлических отходов после выдержки сначала в растворах хлорида натрия (50-100 часов), а затем в кислых растворах (50-100 часов) с последующей электрохимической дезактивацией в анодном режиме в этих же растворах. Очевидным недостатком такого метода является высокая длительность операции.When an electric field is applied, the process of metal decontamination with solutions also occurs several times more intensively, and firmly fixed contaminants can be removed. In the known method [5] it is proposed to carry out the decontamination of metal waste after soaking first in sodium chloride solutions (50-100 hours), and then in acidic solutions (50-100 hours), followed by electrochemical decontamination in the anode mode in the same solutions. The obvious disadvantage of this method is the high duration of the operation.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является способ переработки радиоактивно загрязненных металлов [6] путем электрохимической дезактивации в водном растворе серной кислоты (15-20 г/л) с последующей очисткой отработавшего раствора путем осаждения сульфата кальция и гидроксидов металлов при внесении оксида кальция, доукрепления осветленного раствора кислотой и его повторного использования для дезактивации металла. К недостаткам прототипа относятся: невысокая скорость и эффективность дезактивации, в особенности при удалении прочнофиксированных загрязнений; ограниченность набора дезактивирующих агентов (серная кислота); образование сравнительно большого количества вторичных жидких радиоактивных отходов из-за невысокой скорости дезактивации; снижение прочности цементного компаунда из-за избыточного содержания непрореагировавшего оксида кальция в направляемой на цементирование суспензии.The closest analogue (prototype) of the claimed invention is a method for processing radioactively contaminated metals [6] by electrochemical deactivation in an aqueous solution of sulfuric acid (15-20 g / l), followed by purification of the spent solution by precipitation of calcium sulfate and metal hydroxides when calcium oxide is introduced, the strengthening of the clarified solution with acid and its reuse for metal deactivation. The disadvantages of the prototype include: the low speed and effectiveness of decontamination, especially when removing firmly fixed contaminants; limited set of deactivating agents (sulfuric acid); the formation of a relatively large amount of secondary liquid radioactive waste due to the low rate of decontamination; a decrease in the strength of the cement compound due to the excess content of unreacted calcium oxide in the suspension directed to cementing.
Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в повышении эффективности дезактивации при реализации одностадийного процесса, ускорении процесса дезактивации, расширении числа применяемых дезактивирующих агентов, а также снижении объема отходов, направляемых на окончательную изоляцию.The problem solved by the claimed invention is to increase the effectiveness of decontamination during the implementation of a one-step process, accelerate the decontamination process, expand the number of decontamination agents used, as well as reduce the amount of waste sent to the final isolation.
Сущность изобретения состоит в том, что в способе переработки радиоактивно загрязненных металлов путем электрохимической дезактивации в водном растворе серной кислоты (15-20 г/л) с последующей очисткой отработавшего раствора путем осаждения сульфата кальция и гидроксидов металлов при внесении оксида кальция, доукрепления осветленного раствора кислотой и его повторного использования для дезактивации металла предложено электрохимическую дезактивацию проводить при одновременном воздействии на раствор и металл ультразвуковых колебаний. Кроме того, предложено в качестве дезактивирующего агента использовать не только серную кислоту, но и любые кислоты, содержащие анион, образующий труднорастворимые соединения с кальцием, а именно: щавелевую, лимонную, фосфорную, плавиковую и др., при концентрации кислоты в начале процесса 10-50 г/л и доведении ее до 5-10 г/л в конце процесса. Кроме того, предложено для нейтрализации и подщелачивания отработавшего раствора использовать не только мелкодисперсный оксид кальция, но и известняк (карбонат кальция) с размером частиц 0,05-0,5 мм, известковое молоко, а также щелочи (гидроксид натрия или гидроксид калия). Кроме того, предложено цементировать жидкие радиоактивные отходы, представляющие собой суспензию гидроксидов металлов и труднорастворимых соединений, образуемых кальцием и анионом соответствующей кислоты.The essence of the invention lies in the fact that in the method of processing radioactively contaminated metals by electrochemical decontamination in an aqueous solution of sulfuric acid (15-20 g / l), followed by purification of the spent solution by precipitation of calcium sulfate and metal hydroxides when calcium oxide is added, the clarified solution is supplemented with acid and its repeated use for metal decontamination, it is proposed that electrochemical deactivation be carried out while ultrasonic vibrations are applied to the solution and metal . In addition, it was proposed to use not only sulfuric acid as a deactivating agent, but also any acids containing an anion that forms sparingly soluble compounds with calcium, namely oxalic, citric, phosphoric, hydrofluoric, etc., at an acid concentration of 10- 50 g / l and bringing it to 5-10 g / l at the end of the process. In addition, it was proposed to neutralize and alkalize the spent solution using not only finely divided calcium oxide, but also limestone (calcium carbonate) with a particle size of 0.05-0.5 mm, lime milk, as well as alkali (sodium hydroxide or potassium hydroxide). In addition, it was proposed to cement liquid radioactive waste, which is a suspension of metal hydroxides and sparingly soluble compounds formed by calcium and the corresponding acid anion.
Как следует из сущности изобретения, поставленная задача решается тем, что в способе переработки металлов, содержащих прочнофиксированные поверхностные радиоактивные загрязнения, процесс электрохимической дезактивации интенсифицируют с помощью одновременного воздействия на раствор и очищаемый металл ультразвуковых колебаний. Под действием ультразвука возникает кавитация с образованием местных ударных волн и локальным повышением температуры и давления, происходит интенсивное перемешивание жидкости не только в объеме раствора, но и в ламинарном слое у поверхности металла. Все это, по-видимому, оказывает значительное влияние на кинетику электрохимических процессов: ускоряется анодное растворение металла, увеличивается выход по току при высоких плотностях тока, поверхность металла очищается от посторонних примесей и пленок (в том числе, и образующихся в ходе электрохимической обработки), снижается потенциал выделения водорода на катоде. Все перечисленные факторы в совокупности ускоряют процесс дезактивации, напрямую связанный со скоростью анодного растворения радиоактивно загрязненного металла. При этом электрохимическая дезактивация металла с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний позволяет с высокой эффективностью удалять даже прочнофиксированные загрязнения (например, непористые, полиоксидные и глубинные). Таким образом, заявляемый способ позволяет достичь более высоких коэффициентов дезактивации в одностадийном процессе по сравнению с прототипом (см. пример 1 и 2). При этом скорость дезактивации при одной и той же плотности тока значительно увеличивается (см. пример 1 и 2), что приводит к образованию меньших объемов вторичных жидких радиоактивных отходов за счет снижения времени обработки (см. пример 4).As follows from the essence of the invention, the problem is solved by the fact that in the method of processing metals containing firmly fixed surface radioactive contaminants, the process of electrochemical decontamination is intensified by the simultaneous action of ultrasonic vibrations on the solution and the metal being cleaned. Under the action of ultrasound, cavitation occurs with the formation of local shock waves and a local increase in temperature and pressure, intensive mixing of the liquid occurs not only in the volume of the solution, but also in the laminar layer at the metal surface. All this, apparently, has a significant effect on the kinetics of electrochemical processes: the anodic dissolution of the metal accelerates, the current efficiency increases at high current densities, the metal surface is cleaned of impurities and films (including those formed during electrochemical processing), the potential for hydrogen evolution at the cathode decreases. All of these factors together accelerate the decontamination process, which is directly related to the rate of anodic dissolution of the contaminated metal. At the same time, the electrochemical decontamination of the metal with the simultaneous action of ultrasonic vibrations makes it possible to remove even highly fixed impurities (for example, nonporous, polyoxide and deep ones) with high efficiency. Thus, the inventive method allows to achieve higher rates of decontamination in a single-stage process compared to the prototype (see example 1 and 2). Moreover, the decontamination rate at the same current density increases significantly (see example 1 and 2), which leads to the formation of smaller volumes of secondary liquid radioactive waste by reducing the processing time (see example 4).
В качестве дезактивирующего раствора предложено использовать монораствор одной из перечисленных кислот: серной, щавелевой, лимонной, фосфорной, плавиковой и других, содержащих анион, образующий труднорастворимые соединения с кальцием. Эти реагенты отличаются сравнительно невысокой стоимостью, химической активностью, легкостью нейтрализации и последующего кондиционирования, что также позволяет снизить эксплуатационные расходы. Следует отметить, что анионы щавелевой, фосфорной и плавиковой кислот образуют с ионами железа труднорастворимые соединения, способные оседать на поверхности обрабатываемого металла и снижать эффективность дезактивации. Однако ультразвуковая обработка снимает это ограничение, не давая малорастворимым соединениям осаждаться на дезактивируемую поверхность. Таким образом, подход, используемый в заявляемом способе, - электрохимическая дезактивация с одновременным ультразвуковым воздействием - позволяет расширить перечень используемых дезактивирующих агентов (см. пример 2, 3 и 5).As a deactivating solution, it is proposed to use a mono-solution of one of the listed acids: sulfuric, oxalic, citric, phosphoric, hydrofluoric and others containing anion, which forms sparingly soluble compounds with calcium. These reagents are characterized by a relatively low cost, chemical activity, ease of neutralization and subsequent conditioning, which also reduces operating costs. It should be noted that anions of oxalic, phosphoric, and hydrofluoric acids form hardly soluble compounds with iron ions that can settle on the surface of the metal being treated and reduce the deactivation efficiency. However, ultrasonic treatment removes this limitation by preventing poorly soluble compounds from precipitating onto a decontaminated surface. Thus, the approach used in the present method, electrochemical decontamination with simultaneous ultrasonic exposure, allows you to expand the list of used deactivating agents (see example 2, 3 and 5).
Во избежание зарастания электродов (катода и очищаемого металла) и протекания паразитных электрохимических процессов начальную концентрацию кислоты в отличие от прототипа предложено установить на уровне 10-50 г/л с доведением в конце процесса до значений 5-10 г/л.In order to avoid overgrowth of the electrodes (cathode and metal being cleaned) and the occurrence of parasitic electrochemical processes, it was proposed to set the initial acid concentration, in contrast to the prototype, at a level of 10-50 g / l with a value of 5-10 g / l at the end of the process.
Отработавший раствор выводится на очистку и корректировку состава. В отработавший дезактивирующий раствор добавляют при интенсивном перемешивании известковое молоко (гидроксид кальция), мелкодисперсный (порошкообразный) оксид кальция и (или) известняк (карбонат кальция). При этом осаждаются малорастворимые соединения, содержащие кальций и анион соответствующей кислоты. Количество добавляемого реагента определяют исходя из полуторного избытка по сравнению с количеством, требующимся для осаждения всех малорастворимых соединений (кальция с анионом кислоты, а также гидроксидов металлов). Затем для полной нейтрализации остаточной кислоты и дальнейшего подъема величины pH раствора до значения 10-11 добавляют щелочь (гидроксид натрия или калия). При указанных значениях pH происходит осаждение имеющихся в растворе ионов железа, хрома, никеля и др. с образованием практически нерастворимых в воде гидроксидов металлов. Полученную щелочную суспензию разделяют (путем отстаивания, фильтрования или центрифугирования), осветленный раствор отделяют от осадка и после доукрепления кислотой до концентрации 10-50 г/л направляют на повторное использование для дезактивации новой порции металла. Образующиеся при отстаивании раствора осадки направляют на цементирование с использованием портландцемента или других вяжущих. Таким образом, для нейтрализации и подщелачивания раствора может быть использован не только мелкодисперсный оксид кальция, как предложено в прототипе, но и известняк (карбонат кальция) с размером части 0,05-0,5 мм, известковое молоко, а также щелочи (гидроксид натрия или гидроксид калия).The spent solution is removed for cleaning and adjusting the composition. With intensive stirring, lime milk (calcium hydroxide), finely divided (powdered) calcium oxide and (or) limestone (calcium carbonate) are added to the spent decontamination solution. In this case, sparingly soluble compounds containing calcium and the anion of the corresponding acid are precipitated. The amount of added reagent is determined on the basis of one and a half excess compared with the amount required for the precipitation of all sparingly soluble compounds (calcium with the anion of the acid, as well as metal hydroxides). Then, to completely neutralize the residual acid and further increase the pH of the solution to a value of 10-11, an alkali (sodium or potassium hydroxide) is added. At the indicated pH values, the ions of iron, chromium, nickel, etc. present in the solution precipitate, with the formation of metal hydroxides practically insoluble in water. The resulting alkaline suspension is separated (by sedimentation, filtration or centrifugation), the clarified solution is separated from the precipitate and after acidification to a concentration of 10-50 g / l is sent to reuse for deactivation of a new portion of the metal. Precipitates formed during sedimentation of the solution are sent for cementing using Portland cement or other binders. Thus, to neutralize and alkalize the solution can be used not only finely dispersed calcium oxide, as proposed in the prototype, but also limestone (calcium carbonate) with a particle size of 0.05-0.5 mm, lime milk, as well as alkali (sodium hydroxide or potassium hydroxide).
В заявляемом способе важными являются следующие технологические аспекты:In the inventive method, the following technological aspects are important:
- дезактивируемые изделия (фрагменты) следует располагать так, чтобы вся их поверхность находилась под воздействием ультразвукового поля. Если это требование не выполняется, то необходимо устанавливать дополнительные источники колебаний или перемещать и поворачивать изделия (фрагменты) так, чтобы все участки поверхности подвергались воздействию ультразвука. В качестве варианта можно рассмотреть передачу ультразвуковых колебаний через жесткий контакт между излучателем и изделием (фрагментом);- decontaminated products (fragments) should be located so that their entire surface is under the influence of an ultrasonic field. If this requirement is not met, then it is necessary to install additional sources of vibrations or move and rotate products (fragments) so that all parts of the surface are exposed to ultrasound. Alternatively, consider transmitting ultrasonic vibrations through hard contact between the emitter and the product (fragment);
- скорость реакции между кальцийсодержащим реагентом и анионом кислоты может снижаться практически до нуля при зарастании поверхности частицы кальцийсодержащего реагента малорастворимым продуктом реакции. Во избежание этого рекомендуется проводить процесс осаждения малорастворимых соединений при интенсивном перемешивании раствора, например, с помощью ультразвукового воздействия;- the reaction rate between the calcium-containing reagent and the acid anion can decrease to almost zero when the surface of the particle of the calcium-containing reagent is overgrown with a poorly soluble reaction product. To avoid this, it is recommended to carry out the process of precipitation of sparingly soluble compounds with vigorous stirring of the solution, for example, using ultrasonic treatment;
- для более полного осаждения ионов железа в форме гидроксида рекомендуется перед осаждением перевести их в степень окисления (III), например путем барботажа воздуха через раствор;- for a more complete precipitation of iron ions in the form of hydroxide, it is recommended that before precipitation they are converted to the oxidation state (III), for example by sparging air through a solution;
- для дополнительного удаления из раствора ионов кальция и радионуклидов стронция в отработавший раствор после нейтрализации и подщелачивания может быть добавлено небольшое количество фторида натрия;- to further remove calcium ions and strontium radionuclides from the solution, a small amount of sodium fluoride can be added to the spent solution after neutralization and alkalization;
- радионуклиды цезия, в отличие от большинства других радиоактивных загрязнителей, не будут заметно соосаждаться с образующимися осадками и могут накапливаться в растворе, поэтому следует предусмотреть доочистку раствора с применением цезий-селективного (например, ферроцианидного) сорбента.- Cesium radionuclides, unlike most other radioactive contaminants, will not noticeably co-precipitate with the resulting precipitates and may accumulate in the solution, therefore, it is necessary to provide additional purification of the solution using a cesium-selective (for example, ferrocyanide) sorbent.
Технический результат заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами.The technical result of the claimed invention is confirmed by the following examples.
Пример 1Example 1
Натурные образцы, представляющие собой отрезки стальных труб с наружным диаметром 60 мм, толщиной стенки 6,0 мм и длиной 100 мм, внутренняя поверхность которых содержала прочнофиксированное в оксидном слое радиоактивное загрязнение, представленное, в основном, Cs-137, Со-60 и Sb-125, дезактивировали в 500 мл раствора серной кислоты (30 г/л) при комнатной температуре. План эксперимента включал четыре варианта дезактивации: 1) химическая с одновременным механическим перемешиванием раствора (Х+М); 2) электрохимическая с одновременным механическим перемешиванием раствора (ЭХ+М) (прототип); 3) химическая с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний (Х+УЗ); 4) электрохимическая с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний (ЭХ+УЗ) (заявляемый способ). Продолжительность обработки при каждом варианте составляла 40 минут, но образец извлекали из раствора каждые 5 минут для измерения мощности экспозиционной дозы.Full-scale samples, which are pieces of steel pipes with an outer diameter of 60 mm, a wall thickness of 6.0 mm and a length of 100 mm, the inner surface of which contained radioactive contamination firmly fixed in the oxide layer, mainly represented by Cs-137, Co-60 and Sb -125, deactivated in 500 ml of a solution of sulfuric acid (30 g / l) at room temperature. The experimental design included four options for decontamination: 1) chemical with simultaneous mechanical stirring of the solution (X + M); 2) electrochemical with simultaneous mechanical stirring of the solution (EC + M) (prototype); 3) chemical with simultaneous exposure to ultrasonic vibrations (X + ultrasound); 4) electrochemical with simultaneous exposure to ultrasonic vibrations (EC + ultrasound) (the claimed method). The processing time for each option was 40 minutes, but the sample was removed from the solution every 5 minutes to measure the exposure dose rate.
В первом варианте образец устанавливали в стакан на торец и опускали внутрь трубы спиральную насадку верхнеприводной мешалки (Heidolph RZR 1), обеспечивавшей механическое перемешивание со скоростью 300 об/мин.In the first embodiment, the sample was mounted in a glass on the end and a spiral nozzle of the overhead mixer (Heidolph RZR 1) was lowered into the pipe, which ensured mechanical stirring at a speed of 300 rpm.
Второй вариант отличался от первого тем, что образец подключали по анодной схеме, а по его оси размещали титановый катод. На электроды подавали разность потенциалов 10 В от источника постоянного тока ИПТ-10, ток в цепи контролировали амперметром типа М-201. Плотность тока при проведении экспериментов составляла 0,6-0,7 А/дм2.The second option differed from the first in that the sample was connected by the anode circuit, and a titanium cathode was placed along its axis. A potential difference of 10 V from the IPT-10 direct current source was applied to the electrodes; the current in the circuit was controlled by an M-201 type ammeter. The current density during the experiments was 0.6-0.7 A / dm 2 .
При дезактивации по третьему варианту образец устанавливали в стакан на торец, а сам стакан помещали в ультразвуковую ванну МО-283 (ООО «Александра-Плюс», г. Вологда) над излучателем УЗ-колебаний (22 кГц, 0,1 кВт).During decontamination according to the third variant, the sample was placed in a glass on the end, and the glass was placed in an MO-283 ultrasonic bath (Alexandra-Plus LLC, Vologda) above an ultrasonic vibrating emitter (22 kHz, 0.1 kW).
Четвертый вариант (заявляемый способ) отличался от третьего тем, что образец подключали по анодной схеме, а по его оси размещали титановый катод. На электроды подавали разность потенциалов 10 В от источника постоянного тока ИПТ-10, ток в цепи контролировали амперметром типа М-201. Плотность тока при проведении экспериментов составляла 0,6-0,7 А/дм2.The fourth option (the claimed method) differed from the third in that the sample was connected by the anode circuit, and a titanium cathode was placed along its axis. A potential difference of 10 V from the IPT-10 direct current source was applied to the electrodes; the current in the circuit was controlled by an M-201 type ammeter. The current density during the experiments was 0.6-0.7 A / dm 2 .
Коэффициент дезактивации КД определяли как отношение мощностей экспозиционной дозы (за вычетом фона) в определенной точке образца до обработки и после обработки.The deactivation coefficient K D was determined as the ratio of the exposure dose rate (minus the background) at a certain point in the sample before and after treatment.
Обобщенные результаты экспериментов приведены в таблице 1.The generalized experimental results are shown in table 1.
Очевидно, что заявляемый одностадийный способ (электрохимическая дезактивация с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний) отличается значительно более высокой скоростью и эффективностью не только по сравнению с прототипом (электрохимической дезактивацией), но и по сравнению с ультразвуковой очисткой.It is obvious that the claimed one-stage method (electrochemical decontamination with simultaneous exposure to ultrasonic vibrations) is characterized by a significantly higher speed and efficiency not only in comparison with the prototype (electrochemical decontamination), but also in comparison with ultrasonic cleaning.
Пример 2Example 2
Образцы нержавеющей стали 12Х18Н10Т в форме пластин 40×15×1 мм с прочнофиксированным загрязнением (137Cs, 241Am, 152Eu, 134Cs, 95Zr), полученным путем термического закрепления при 400°C в течение 24 часов, подвергали обработке по вариантам, приведенным в примере 1 со следующими отличиями: использовались растворы серной и щавелевой кислот (10 г/л), плотность тока составляла 3 А/дм2, время обработки - 5 минут.Samples of stainless steel 12X18H10T in the form of plates 40 × 15 × 1 mm with firmly fixed contamination ( 137 Cs, 241 Am, 152 Eu, 134 Cs, 95 Zr) obtained by heat curing at 400 ° C for 24 hours were subjected to processing according to the options shown in example 1 with the following differences: solutions of sulfuric and oxalic acids (10 g / l) were used, the current density was 3 A / dm 2 , the processing time was 5 minutes.
Коэффициент дезактивации КД определяли как отношение скоростей счета альфа- или бета-частиц (за вычетом фона) от образца до и после обработки.The deactivation coefficient K D was determined as the ratio of the count rates of alpha or beta particles (minus the background) from the sample before and after processing.
Обобщенные результаты экспериментов приведены в таблице 2.Summarized experimental results are shown in table 2.
Приведенные в таблице 2 данные подтверждают выводы о значительном ускорении процесса электрохимической дезактивации при одновременном воздействии ультразвуковых колебаний (заявляемый способ) по сравнению с электрохимической обработкой (прототип). Кроме того, более высокая эффективность раствора серной кислоты при обычной химической, электрохимической и ультразвуковой дезактивации, связанная, по-видимому, с ее значительным травящим действием, при электрохимической дезактивации с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний не выявляется, что подтверждает возможность использования раствора щавелевой кислоты в заявляемом способе.The data presented in table 2 confirm the conclusions about a significant acceleration of the process of electrochemical decontamination with simultaneous exposure to ultrasonic vibrations (the inventive method) compared with electrochemical processing (prototype). In addition, the higher efficiency of the sulfuric acid solution during ordinary chemical, electrochemical and ultrasonic deactivation, apparently associated with its significant etching effect, during electrochemical decontamination with simultaneous exposure to ultrasonic vibrations is not detected, which confirms the possibility of using a solution of oxalic acid in the claimed way.
Пример 3Example 3
Образцы из примера 2 подвергали электрохимической дезактивации при одновременном воздействии ультразвуковых колебаний в монорастворах серной, щавелевой, лимонной, фосфорной и плавиковой кислот. Концентрация каждой из кислот составляла 10 г/л. Условия опыта см. в примере 2.The samples from example 2 were subjected to electrochemical deactivation under the influence of ultrasonic vibrations in mono-solutions of sulfuric, oxalic, citric, phosphoric and hydrofluoric acids. The concentration of each acid was 10 g / L. The experimental conditions, see example 2.
Коэффициент дезактивации КД определяли как отношение скоростей счета альфа- или бета-частиц (за вычетом фона) от образца до и после обработки.The deactivation coefficient K D was determined as the ratio of the count rates of alpha or beta particles (minus the background) from the sample before and after processing.
Обобщенные результаты экспериментов приведены в таблице 3.The generalized experimental results are shown in table 3.
Приведенные в таблице 3 данные демонстрируют возможность расширения перечня используемых дезактивирующих агентов по сравнению с прототипом. Этот результат достигается путем предотвращения осаждения малорастворимых соединений железа и анионов некоторых из вышеперечисленных кислот на поверхности металла, подвергаемого электрохимической дезактивации, за счет одновременного воздействия ультразвуковых колебаний на раствор и металл.The data shown in table 3 data demonstrate the possibility of expanding the list of used deactivating agents in comparison with the prototype. This result is achieved by preventing the deposition of sparingly soluble iron compounds and anions of some of the above acids on the surface of the metal subjected to electrochemical deactivation, due to the simultaneous action of ultrasonic vibrations on the solution and the metal.
Пример 4Example 4
Образцы углеродистой стали Ст20 в виде пластин суммарной площадью 25 см2 (каждая), загрязненные 60Со, последовательно обрабатывали в растворе 30 г/л серной кислоты объемом 500 мл. В первой серии опытов выполняли электрохимическую дезактивацию при одновременном воздействии ультразвуковых колебаний (заявляемый способ), а во второй - простую электрохимическую дезактивацию (прототип). Образцы обрабатывали в анодном режиме, плотность тока составляла 5 А/дм2; частота ультразвуковых колебаний - 22 кГц. Каждый из образцов очищали до достижения Кд около 100. Серию опытов продолжали до достижения остаточной концентрации кислоты 10 г/л. В первой серии удалось отдезактивировать восемь образцов, тогда как во второй серии - только три при одинаковых объемах и составе отработавшего дезактивирующего раствора. В результате дезактивация по заявляемому способу позволяет снизить объем отходов, направляемых на окончательную изоляцию, по сравнению с прототипом.Samples of carbon steel St20 in the form of plates with a total area of 25 cm 2 (each), contaminated with 60 Co, were successively treated in a solution of 30 g / l sulfuric acid with a volume of 500 ml. In the first series of experiments, electrochemical decontamination was performed with simultaneous exposure to ultrasonic vibrations (the claimed method), and in the second, a simple electrochemical decontamination was performed (prototype). The samples were processed in the anode mode, the current density was 5 A / DM 2 ; the frequency of ultrasonic vibrations is 22 kHz. Each of the samples was purified until K d reached about 100. A series of experiments was continued until a residual acid concentration of 10 g / L was reached. In the first series, it was possible to deactivate eight samples, while in the second series - only three with the same volumes and composition of the spent decontamination solution. As a result, decontamination by the present method allows to reduce the amount of waste sent to the final isolation, compared with the prototype.
Пример 5Example 5
В 5000 мл 50 г/л раствора фосфорной кислоты электрохимически растворяли 112 г углеродистой стали (при этом образовывался осадок фосфата железа (II)). Затем в течение 2 часов через раствор барботировали воздух с расходом 3 л/ч с использованием мелкопористого стеклянного фильтра Шотта; по завершении процесса проверяли отсутствие ионов железа (II) в растворе перманганатным методом. После этого постепенно при интенсивном перемешивании добавляли 65 г порошкообразного (размер частиц около (0,05 мм) оксида кальция. Затем, добавляя при интенсивном перемешивании по каплям концентрированный раствор гидроксида натрия, доводили рН до 11. Перемешивали раствор еще в течение часа, затем центрифугировали, сливая 4500 мл осветленного раствора и оставляя 500 мл пульпы.112 g of carbon steel were electrochemically dissolved in 5000 ml of a 50 g / l solution of phosphoric acid (an iron (II) phosphate precipitate formed). Then, air was bubbled through the solution for 2 hours at a flow rate of 3 l / h using a fine-porous Schott glass filter; upon completion of the process, the absence of iron (II) ions in the solution was checked by the permanganate method. After that, 65 g of powdered (particle size about (0.05 mm) calcium oxide was gradually added with vigorous stirring. Then, adding vigorously stirred concentrated sodium hydroxide solution, dropwise, the pH was adjusted to 11. The solution was stirred for another hour, then centrifuged by draining 4500 ml of clarified solution and leaving 500 ml of pulp.
Полученную пульпу, содержащую фосфат железа (II), фосфат кальция и гидроксид железа (III), смешивали в различных соотношениях с портландцементом марки М-400. Максимальная степень включения составляла 25%. По истечении 28 суток определяли механическую прочность полученных образцов цементных компаундов и выщелачиваемость кальция из компаундов. Результаты представлены в таблице 4.The resulting pulp containing iron (II) phosphate, calcium phosphate and iron (III) hydroxide was mixed in various proportions with Portland cement grade M-400. The maximum degree of inclusion was 25%. After 28 days, the mechanical strength of the obtained samples of cement compounds and the leachability of calcium from the compounds were determined. The results are presented in table 4.
Из приведенных в таблице данных следует, что при степени наполнения до 25% величина предела прочности при сжатии превышает 50 кгс/см2 (5,0 МПа), а скорость выщелачивания кальция из цементного блока составляет не более 1⋅10-3 г/(см2⋅сут). Таким образом, подтверждена возможность использования фосфорной кислоты в заявляемом способе.From the data given in the table it follows that with a degree of filling of up to 25%, the value of the compressive strength exceeds 50 kgf / cm 2 (5.0 MPa), and the rate of leaching of calcium from the cement block is no more than 1⋅10 -3 g / ( cm 2 days). Thus, the possibility of using phosphoric acid in the inventive method is confirmed.
Следовательно, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение эффективности дезактивации при реализации одностадийного процесса, ускорение процесса дезактивации, расширение числа применяемых дезактивирующих агентов, а также снижение объема отходов, направляемых на окончательную изоляцию, по сравнению с прототипом.Therefore, the technical result achieved by using the claimed invention is to increase the effectiveness of decontamination when implementing a one-step process, accelerate the decontamination process, expand the number of decontamination agents used, and also reduce the amount of waste sent to the final isolation, in comparison with the prototype.
ЛитератураLiterature
1. Новый справочник химика и технолога. Радиоактивные вещества. Вредные вещества. Гигиенические нормативы. - СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2004. - с. 192.1. New reference chemist and technologist. Radioactive substances. Harmful substances. Hygienic standards. - SPb .: ANO NPO Professional, 2004. - p. 192.
2. Патент РФ №2249056. «Способ переработки радиоактивно загрязненного оборудования и способ производства сталей и сплавов с использованием лома металлических радиоактивных отходов».2. RF patent №2249056. "A method for processing radioactive contaminated equipment and a method for the production of steels and alloys using scrap metal radioactive waste."
3. Ампелогова, Н.И. Дезактивация в ядерной энергетике / Н.И. Ампелогова, Ю.М. Симановский, А.А. Трапезников; Под ред. В.М. Седова. - М.: Энергоиздат, 1982. - с. 123.3. Ampelogova, N.I. Decontamination in nuclear energy / N.I. Ampelogova, Yu.M. Simanovsky, A.A. Trapeznikov; Ed. V.M. Sedova. - M.: Energoizdat, 1982. - p. 123.
4. Патент РФ №2416833. «Способ дезактивации».4. RF patent No. 2416833. "Method of decontamination."
5. Патент РФ №2417467. «Способ дезактивации радиоактивных металлических отходов».5. RF patent No. 2417467. "Method for the decontamination of radioactive metal waste."
6. Патент РФ №2560083. «Способ переработки радиоактивно загрязненных металлов».6. RF patent No. 2560083. "A method of processing radioactive contaminated metals."
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015146215A RU2635202C2 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Method of processing metals containing principlined surface radioactive pollutions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015146215A RU2635202C2 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Method of processing metals containing principlined surface radioactive pollutions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015146215A RU2015146215A (en) | 2017-05-04 |
RU2635202C2 true RU2635202C2 (en) | 2017-11-09 |
Family
ID=58698098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015146215A RU2635202C2 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Method of processing metals containing principlined surface radioactive pollutions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2635202C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020022926A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Public Joint Stock Company "Sibur Holding" | Ultrasonic method of unloading a solid bulk material |
RU2815544C1 (en) * | 2023-04-18 | 2024-03-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии - Атомстрой" (АО "НИКИМТ-Атомстрой") | Integrated solid radioactive waste decontamination unit |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0535837A1 (en) * | 1991-10-02 | 1993-04-07 | Westinghouse Electric Corporation | Decontamination of radioactive metals |
GB2266002A (en) * | 1992-04-10 | 1993-10-13 | Altra Consultants Limited | A method of removing radioactive material from metallic objects |
US5262019A (en) * | 1992-12-16 | 1993-11-16 | Westinghouse Electric Corp. | Decontamination of radioactive metals |
WO2000003398A1 (en) * | 1998-07-09 | 2000-01-20 | British Nuclear Fuels Plc | Method for treating waste containing technetium |
RU2168780C1 (en) * | 1997-05-08 | 2001-06-10 | Закрытое акционерное общество Инновационная компания "Панорама" | Method for processing metal wastes contaminated with radionuclides |
RU2417467C1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-04-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" | Method to decontaminate radioactive metal wastes |
RU2560083C2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") | Method of processing radioactively contaminated metals |
-
2015
- 2015-10-28 RU RU2015146215A patent/RU2635202C2/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0535837A1 (en) * | 1991-10-02 | 1993-04-07 | Westinghouse Electric Corporation | Decontamination of radioactive metals |
GB2266002A (en) * | 1992-04-10 | 1993-10-13 | Altra Consultants Limited | A method of removing radioactive material from metallic objects |
US5262019A (en) * | 1992-12-16 | 1993-11-16 | Westinghouse Electric Corp. | Decontamination of radioactive metals |
RU2168780C1 (en) * | 1997-05-08 | 2001-06-10 | Закрытое акционерное общество Инновационная компания "Панорама" | Method for processing metal wastes contaminated with radionuclides |
WO2000003398A1 (en) * | 1998-07-09 | 2000-01-20 | British Nuclear Fuels Plc | Method for treating waste containing technetium |
RU2417467C1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-04-27 | Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" | Method to decontaminate radioactive metal wastes |
RU2560083C2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") | Method of processing radioactively contaminated metals |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020022926A1 (en) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | Public Joint Stock Company "Sibur Holding" | Ultrasonic method of unloading a solid bulk material |
RU2815544C1 (en) * | 2023-04-18 | 2024-03-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии - Атомстрой" (АО "НИКИМТ-Атомстрой") | Integrated solid radioactive waste decontamination unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015146215A (en) | 2017-05-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20110290732A1 (en) | Method for decontamination of a liquid effluent including one or more radioactive chemical elements by treatment in a fluidized bed | |
JPS5840192A (en) | Treatment of industrial waste water | |
JPS60135799A (en) | Method of decontaminating metallic part for nuclear power facility | |
CN107098518A (en) | The processing method and processing system of chemical nickle-plating wastewater | |
RU2635202C2 (en) | Method of processing metals containing principlined surface radioactive pollutions | |
JP2009136812A (en) | Recovering clarification method of incineration ash, soil or the like containing harmful substance | |
US5326439A (en) | In-situ chromate reduction and heavy metal immobilization | |
RU2467419C1 (en) | Method of cleaning still residues of liquid radioactive wastes from radioactive cobalt and caesium | |
US5386078A (en) | Process for decontaminating radioactive metal surfaces | |
RU2417467C1 (en) | Method to decontaminate radioactive metal wastes | |
US20140197110A1 (en) | Process and plant for decontaminating phosphoric acid solution | |
RU2473145C1 (en) | Method of processing liquid radioactive wastes from use of decontamination solutions | |
JP6381102B2 (en) | Purification method for contaminated soil | |
RU2560083C2 (en) | Method of processing radioactively contaminated metals | |
RU2669013C1 (en) | Method for processing low-mineralized medium- and low-active liquid radioactive wastes | |
RU2815544C1 (en) | Integrated solid radioactive waste decontamination unit | |
WO2018021940A1 (en) | Method for reprocessing liquid radioactive waste | |
JP2011075407A (en) | Method for treating drainage containing radioactive ammonia | |
CN207998515U (en) | A kind of industrial waste water disposal device | |
JPH06186397A (en) | Method for decontaminating radioactive waste resin | |
KR101273168B1 (en) | Treatment process for fluorine compounds containing water | |
JP2004123530A (en) | Treatment of waste pickling liquid containing iron and method of producing iron oxide (iii) | |
KR102452825B1 (en) | Decontamination agent for corrosion oxide layer and decontamination method for corrosion oxide layer using the same | |
RU2553976C1 (en) | Method of removing 60co from process solutions of radiochemical plants relating to medium- and low-activity wastes | |
CA3099352C (en) | Method for decontaminating oxide layer |