СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ТВЕРДЫХ НЕГОРЮЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК G21F9/28 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области дезактивации поверхностей, загрязненных радионуклидами. Наиболее эффективно предлагаемый способ может быть реализован при дезактивации твердых негорючих поверхностей из металла, бетона, асбеста, кирпича и т. п.

Известен способ дезактивации твердых поверхностей обрабатываемых объектов путем абразивного обдува [1]. Суть способа основана на использовании воздушной струи после введения в нее порошка, обладающего абразивным действием и способным снять верхний загрязненный слой, причем коэффициент дезактивации (КД) может достигать 200 - 300.

Недостатками известного способа являются его малая производительность по очищаемым площадям (5 м²/ч по легированным стальным конструкциям и 11 м²/ч по бетонным поверхностям), образование вторичных отходов, опасность для окружающей среды, связанная с сильнейшим пылением, а также эрозионное повреждение обрабатываемых поверхностей.

Известен способ дезактивации пылеотсасыванием [2]. Сущность способа состоит в механической обработке дезактивируемой поверхности щеткой с одновременным отсасыванием радиоактивных загрязнений. Этот способ более безопасен, чем предыдущий, а его производительность составляет 60 - 300 м²/ч.

Недостатками известного способа являются возможность удаления только адгезионных загрязнений (адсорбционно-связанные и глубинные загрязнения удалению не поддаются), трудоемкость и опасность реализации способа из-за постоянной забивки отсасывающих устройств и довольно значительной величины коэффициента проскока (5 - 20%), а КД даже при самых благоприятных условиях не превышает 20.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ дезактивации негорючих поверхностей строительных конструкций, зданий, оборудования и других объектов, основанный на газопламенной обработке загрязненной поверхности с последующим механическим удалением радиоактивных продуктов обжига [3].

Недостатками известного способа являются
потенциальная опасность способа для окружающей среды, связанная с возможным уносом в газовую фазу летучих форм радионуклидов вместе с газообразными продуктами горения, а также за счет образования пылящего сыпучего радиоактивного материала, образующегося в результате механического удаления продуктов обжига;
опасность нарушения внутренней структуры бетонных блоков в случаях присутствия в ней металлической арматуры, т. е. ограниченность применимости способа, в особенности когда необходима повышенная температура для более полной степени дезактивации;
повышенная трудоемкость способа, связанная с необходимостью применения в качестве механической обработки операций шлифовки, скребкования, щеточной очистки с использованием отбойных и бурильных молотков;
невозможность одновременной пламенной обработки больших участков загрязненных поверхностей, т. е. пониженная производительность способа.

Преимуществами заявляемого способа являются
повышение безопасности реализации способа за счет предотвращения образования пылящих продуктов дезактивации и попадания в окружающую среду радиоактивных летучих форм радионуклидов;
расширение области применения способа за счет возможности его реализации при обработке поверхностей железобетонных конструкций;
снижение трудоемкости способа за счет применения более простых механических операций по удалению продуктов дезактивации с обработанных поверхностей (скалывание и т.п.);
повышение производительности способа за счет возможности обработки больших участков поверхностей за один цикл.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что на загрязненную радионуклидами поверхность наносят обеспечивающую процесс беспламенного горения порошкообразную экзотермическую смесь следующего состава, мас.%:
Порошок силикокальция - 40 - 80
Азотнокислая соль щелочного металла - 2 - 5
Масло индустриальное - 1 - 2
Порошок алюминий-магниевого сплава - Остальное
после чего смесь поджигают, а образовавшийся на дезактивируемой поверхности радиоактивный шлак после остывания удаляют, причем толщина слоя порошкообразной экзотермической смеси составляет 0,5 - 1,5 см.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в процессе горения порошкообразной экзотермической смеси происходят термическая десорбция радионуклидов с загрязненной поверхности, переход их в газовую фазу и последующая фиксация в объеме образующегося шлака, который легко удаляется с металлических и асбестовых поверхностей обычным скалыванием. В случае дезактивации бетонных, железобетонных или кирпичных поверхностей происходит спекание шлака с их поверхностным слоем, который после остывания отслаивается вместе со шлаком в виде монолитных непылящих кусков без нарушения внутренней структуры дезактивируемого материала.

Выбор в качестве основного компонента экзотермической смеси силикокальция, который обеспечивает процесс горения экзотермической смеси с температурой 1200 - 1500^oC, объясняется тем, что, как было установлено, максимальная степень дезактивации поверхностей (97 - 99%), как металлов, так и бетона, железобетона, асбеста и кирпича достигается в области температур свыше 1000^oC.

Алюминиево-магниевый сплав [4] предназначен для предотвращения бурного процесса горения силикокальция и придания его протеканию более спокойного характера, т. к. при бурном горении возможен выброс в окружающую среду продуктов горения вместе с радионуклидами. Кроме того, алюминиево-магниевый сплав обеспечивает повышенную пористость образующегося шлака, что делает возможным более свободный доступ кислорода в объем горящей экзотермической смеси. Нитрат щелочного металла (натрия или калия) играет роль окислителя на первой стадии воспламенения экзотермической смеси, а индустриальное масло представляет собой добавку, ликвидирующую пыление порошкообразных компонентов смеси. Кроме того, индустриальное масло в сочетании с нитратом щелочного металла обеспечивает безотказное воспламенение смеси, рыхлит шлак в процессе горения, обеспечивая требуемую пористость для диффузии кислорода.

При содержании в составе смеси нитрата щелочного металла менее чем 2 мас. % не обеспечивается воспламеняемость смеси без применения термита, использование которого может привести к интенсивному улетучиванию в окружающую среду летучих форм радионуклидов, увеличение его содержания сверх 5 мас.% может привести к образованию пламенного факела, что также приведет к выбросу радионуклидов в окружающую среду.

При содержании индустриального масла менее 1 мас.% не обеспечивается предотвращение пыления смеси, а увеличение содержания масла свыше 2 мас.% может привести к образованию пламенного факела.

При содержании в составе смеси силикокальция менее 40 мас.% не обеспечивается поддержание стабильной температуры горения, а его увеличение сверх 80 мас.% может привести к объемному пламенному горению.

Снижение содержания алюминиево-магниевого сплава менее нижних пределов приведет к снижению температуры беспламенного горения, что отрицательно скажется на степени дезактивации. При увеличении его содержания свыше верхних пределов может уменьшиться пористость образующегося шлака, следствием чего может быть самопроизвольное прекращение горения из-за недостатка кислорода.

Использование слоя порошкообразной экзотермической смеси толщиной менее 0,5 см недостаточно для развития волны горения в нем, в то время как при толщине слоя свыше 1,5 см становится затруднительной диффузия кислорода, что может быть причиной затухания горения смеси.

Способ реализуется следующим образом.

Порошкообразную экзотермическую смесь состава, мас.%: порошок силикокальция - 60, калий азотнокислый - 3,5, масло индустриальное - 1,5, порошок алюминий-магниевого сплава - 35 - наносят на загрязненные радионуклидами цезия и стронция участки поверхностей углеродистой стали, бетона, железобетона, асбеста и кирпича слоем толщиной 1 см, размер которого превышает размеры загрязненных участков поверхностей (глубина перекрытия границ загрязненных радионуклидами участков составляет 1 см), после чего порошкообразную экзотермическую смесь поджигают термоспичкой или огнепроводным шнуром. После окончания горения, протекающего со средней скоростью 1 см/с, продукты дезактивации механически удаляют с поверхности.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что коэффициент дезактивации для всех типов обработанных материалов составляет 97 - 99%, загрязняющие поверхность радионуклиды практически полностью концентрируются в шлаке. В отходящих газах, прошедших слой шлака, отсутствуют летучие формы радионуклидов, радиоактивные аэрозоли, а процесс механического удаления продуктов дезактивации не сопровождается пылеобразованием. Было также установлено отсутствие внутренних разрушений у железобетонных образцов. Кроме того, предлагаемым способом можно обрабатывать практически любые площади загрязненных радионуклидами поверхностей в течение одного цикла за счет самораспространяющегося процесса горения порошкообразной экзотермической смеси.

Источники информации.

1. Зимон А.Д., Пикалов В.К. Дезактивация. -М.: Издат, 1994, с. 111 -114.

2. Там же, с. 114 - 115.

3. Там же, с. 116.

4. ГОСТ 5593, Порошок алюминиево-магниевый.

Изобретение относится к области обработки материалов с радиоактивным заражением и предназначено для дезактивации твердых негорючих поверхностей. Способ дезактивации включает нанесение на поверхность слоя порошкообразной экзотермической смеси, поджог ее и удаление радиоактивных продуктов горения. Экзотермическая смесь имеет следующий состав, мас.%: порошок силикокальция - 40-60, нитрат щелочного металла - 2-5, масло индустриальное - 1-2, порошок алюминий-магниевого сплава - остальное. Технический результат: повышение безопасности способа, снижение трудоемкости, повышение производительности труда. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ дезактивации твердых негорючих поверхностей, включающий тепловую обработку дезактивируемой поверхности и последующее механическое удаление продуктов дезактивации, отличающийся тем, что сначала на дезактивируемую поверхность наносят слой порошкообразной экзотермической смеси состава, мас.%:
Порошок силикокальция - 40 - 80
Азотнокислая соль щелочного металла - 2 - 5
Индустриальное масло - 1 - 2
Порошок алюминий-магниевого сплава - Остальное
толщиной 0,5 - 1,5 см и размером, превышающим размеры дезактивируемой поверхности, а последующую за этим тепловую обработку осуществляют путем поджога порошкообразной экзотермической смеси. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве азотнокислой соли щелочного металла используют нитрат калия или натрия.