СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1997 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к технологии обработки материалов с радиоактивным загрязнением.

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.).

Однако известный способ не позволяет добиться получения компактных отходов без дополнительных операций, например выпаривания.

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.).

Однако в случае высокой степени радиоактивного загрязнения известный способ недостаточно эффективен и требует значительных затрат времени.

Целью изобретения является создание максимально эффективного экологически безопасного способа дезактивации железоуглеродистых сплавов, конечным итогом которого является получение легкозахораниваемых отходов.

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.

В случае недостаточной дезактивации после очистки поверхности повторно проводят обработку сплавов.

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.

Результаты экспериментов по дезактивации металлических радиоактивных отходов приведены в таблице1.

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.

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.

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.

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.

Использование: обработка материалов с радиоактивным загрязнением, а именно дезактивация поверхностей, выполненных из железоуглеродистых сплавов. Сущность: для дезактивации поверхностей, выполненных из железоуглеродистых сплавов, на загрязненную поверхность наносят смесь, содержащую пентоксид ванадия и соли, в состав которых входят натрий, калий и сера. Поверхность нагревают и очищают от окалины. При необходимости обработку проводят дважды. Способ характеризуется высокой эффективностью очистки загрязненных поверхностей. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. 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, отличающийся тем, что в смесь солей дополнительно вводят пентоксид ванадия. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку сплавов проводят дважды.