КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ Российский патент 2003 года по МПК G21F9/28 C23G1/02 

Изобретение относится к ядерным технологиям, а именно к дезактивации радиоактивно загрязненного металла. Изобретение может быть использовано для очистки поверхности нержавеющей стали.

Наибольшие затруднения возникают при дезактивации нержавеющей стали, когда радионуклиды проникли в ее структуру на глубину в десятки микрон. Для удаления радиоактивного загрязнения с таких поверхностей чаще всего применяют травильно-десорбционные растворы, способные частично растворять нержавеющую сталь.

Общим недостатком таких методов является необходимость ведения процесса при нагреве растворов до 70-80^oС, что вызывает сильное парение и газовыделение. При этом, как правило, травильно-десорбирующие методы дезактивации состоят из двух или даже трех, последовательно применяемых растворов, что ведет к образованию больших объемов жидких радиоактивных отходов (ЖРО).

Известна композиция для однованной дезактивации, состоящая из водного раствора сульфаминовой кислоты с добавками фторида натрия (см. Ампелогова Н. И. , Симановский Ю.М., Трапезников А.А. "Дезактивация в ядерной энергетике", Москва, Энергоиздат, 1972, стр. 124). Однако процесс дезактивации осуществляют при повышенной температуре (~95^oС): Кроме того, известная композиция предназначена для удаления продуктов коррозии с поверхности дезактивируемого оборудования и слабофиксированных радионуклидов. Эффективность дезактивации с помощью композиции недостаточна для удаления радионуклидов, проникших в структуру нержавеющей стали на глубину, превышающую 3-10 мкм.

Композиция, в состав которой входит сульфаминовая кислота, фтористое соединение и, дополнительно, азотная кислота, описана в патенте Российской Федерации 2137232 С1, 31.07.97, G 21 F 9/28. Согласно указанному патенту (взятому за прототип), поверхность нержавеющей стали обрабатывают раствором, содержащим сульфаминовую кислоту, фтористый натрий и азотную кислоту. Обработку осуществляют при 90-95^oС. Применение указанной композиции позволяет значительно повысить эффективность дезактивации, однако температура процесса остается достаточно высокой, а на поверхности, которая подвергается очистке, образуется поверхностный слой, состоящий из оксидов легирующих элементов, для удаления которого возникает необходимость введения дополнительной технологической операции - осветления поверхности путем обработки ее кислым или щелочным раствором перекиси водорода при 90-95^oС, что ведет к увеличению объема жидких радиоактивных отходов.

Технической задачей изобретения является создание композиции для осуществления однованного способа химической дезактивации нержавеющей стали, композиции, эффективно удаляющей радиоактивные загрязнения при невысоких температурах и минимальном количестве жидких радиоактивных отходов.

Поставленная задача решается за счет того, что в известной композиции для химической дезактивации поверхности нержавеющей стали, в состав которой входят сульфаминовая и азотная кислоты, в качестве фтористого соединения используют плавиковую кислоту, при этом указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Азотная кислота - 15,0-25,0
Сульфаминовая кислота - 0,1-4,0
Плавиковая кислота - 0,5-2,0
Вода - Остальное
Исследования показали, что эффективность дезактивации нержавеющей стали в зависимости от природы фтористых соединений практически не изменяются (см. таблицу 1), однако использование плавиковой кислоты (HF) вместо фтористых соединений натрия (NaF) или калия (KF) значительно снижают нежелательное солесодержание в жидких радиоактивных отходах процесса, кроме того, HF вдвое дешевле NaF, что снижает экономические затраты на осуществление процесса.

Экспериментально установлено, что соотношение компонентов предложенной композиции позволяет эффективно удалять радиоактивные загрязнения при низкой температуре (20^oС-40^oС) за счет реакции растворения металла на всех стадиях процесса, от начала до практически полной выработки раствора по кислоте.

В результате решения данной задачи достигается технический результат, заключающийся в том, что предложенная композиция обеспечивает дезактивацию поверхности нержавеющей стали, загрязненной прочнофиксированными радионуклидами до фоновых значений радиометрических приборов, с помощью однованного, низкотемпературного процесса, что значительно повышает его технологичность. Исключение необходимости использования второй ванны снижает объемы жидких отходов, требующих дополнительных затрат на их переработку. Экономичность процесса повышается за счет замены NaF на более дешевую HF, что, кроме того, снижает солесодержание в жидких отходах.

Уменьшение содержания компонентов ограничено необходимостью эффективной дезактивации при однованном процессе и низких температурах. Увеличение содержания компонентов выше указанных величин нецелесообразно экономически из-за повышенного расхода реактивов (верхние граничные величины позволяют достичь фоновых значений остаточного радиоактивного загрязнения даже на образцах с прочнофиксированными радионуклидами.

Оценка дезактивирующей способности композиции проводилась в лабораторных условиях на трех партиях образцов хромоникелевых сталей, имеющих на своей поверхности радиоактивные загрязнения, которые отличаются между собой как по природе, так и по условиям образования.

Образцы первой партии вырезались из парогенераторных трубок первого контура судовой ЯЭУ. Радиоактивное загрязнение на поверхности этих образцов образовалось в процессе эксплуатации ЯЭУ при 300^oС и давлении ~200 ат в течение нескольких лет. Загрязнение характеризуется в основном наличием радионуклидов Со-60, Eu-154, Pu-239, Sb-125, Cs-137;
Образцы второй партии вырезались из колец Рашига, находившихся длительное время в экстракционном оборудовании радиохимических производств. Эти образцы характеризуются другим радионуклидным составом: Sr-90, Cs-137, Sb-125, Pu-239.

Третья партия представляла собой искусственно загрязненные образцы размером 1•20•20 мм из нержавеющей стали марки 1Х18Н10Т, которые погружались в азотнокислый раствор, содержащий нуклиды Pu-239, Cs-137, Co-60, U-233, Ce-144, Ru-106 с концентрацией каждого изотопа ~10^-5 Ки/л. Образцы выдерживали в этом растворе в течение 240 часов, затем извлекали и ополаскивали под струей воды для удаления слабофиксированных загрязнений.

Все исследования по дезактивации проводили в статических условиях (без перемешивания), а необходимую температуру раствора поддерживали с помощью термостата. Образцы помещали в емкость с соответствующим раствором и выдерживали там необходимое время. Затем их извлекали из раствора, ополаскивали дистиллированной водой, высушивали на воздухе и замеряли остаточный уровень загрязнения.

Исходный и остаточный уровень загрязнения образцов измеряли с помощью прибора ДРГЗ-01 с собственным фоном 0,01-0,03 Бк. Коэффициент дезактивации (Кд) рассчитывали как отношение величины исходного радиоактивного загрязнения к остаточному (после проведения процесса дезактивации).

Зависимость дезактивирующей способности предлагаемой композиции от времени обработки представлена в таблице 2. Из таблицы видно, что за 16-24 часа обработки без механического промешивания в нормальных условиях удается очистить образцы из колец Рашига от радиоактивных загрязнений.

В таблице 3 представлены результаты исследования зависимости дезактивирующей способности композиции от температуры раствора. Очевидно, что при температуре раствора до 40^oС удается достичь фоновых значений остаточной активности за 4 часа обработки даже на образцах с прочнофиксированным загрязнением.

Как видно из таблицы 4, в которой представлены результаты дезактивации образцов с различным характером радионуклидных загрязнений при 40^oС, предложенная композиция дает возможность дезактивировать до фоновых значений даже образцы из трубопроводов первого контура ЯЭУ, на поверхности которых имеются отложения, образовавшиеся за несколько лет эксплуатации при высоких температурах и давлениях.

Таким образом, применение предлагаемой композиции, по сравнению с прототипом, позволяет осуществлять экономичную и эффективную дезактивацию поверхности нержавеющей стали, загрязненной прочнофиксированными радионуклидами, при низких температурах в однованном процессе, что сокращает время обработки и объемы жидких радиоактивных отходов.

Предложенная композиция предназначена для использования в радиохимической промышленности как для дезактивации оборудования ЯЭУ и оборудования радиохимической промышленности, так и для дезактивации металлических отходов, в частности нержавеющей стали, подлежащих возвращению в производство или требующих захоронения. Возможность осуществления данного изобретения подтверждена результатами, представленными в таблицах 2, 3 и 4.

Композиция для химической дезактивации поверхности нержавеющей стали состоит из следующих компонентов, мас.%: азотная кислота 15,0-25,0, сульфаминовая кислота 0,1-4,0, плавиковая кислота 0,5-2,0, вода стальное. Использование композиции позволяет осуществлять однованный способ дезактивации при низких температурах, что существенно упрощает технологический процесс, снижает количество жидких отходов при эффективной дезактивации нержавеющей стали. 4 табл.

Композиция для химической дезактивации поверхности нержавеющей стали, в состав которой входят азотная и сульфаминовая кислоты, а также фтористое соединение, отличающаяся тем, что в качестве фтористого соединения используют плавиковую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Азотная кислота - 15,0-25,0
Сульфаминовая кислота - 0,1-4,0
Плавиковая кислота - 0,5-2,0
Вода - Остальное