Способ дезактивации металлов и сплавов

 

Изобретение относится к технике дезактивации, более конкретно - к способам дезактивации металлов. Целью изобретения является повышение эффективности дезактивации за счет ускорения процесса окисления и снижение энергетических затрат. Цель достигается тем, что способ включает обработку поверхности металлов или изделий потоком окисляющей среды в присутствии в нем триоксида молибдена с концентрацией 0,06 - 0,09 г/л при температуре 973 - 1073 К, но не выше температуры плавления металла. При такой обработке поверхностный слой металла с радиоактивными загрязнениями легко отделяется механическим способом, а изделие повторно используется по своему прямому назначению. При этом обеспечивается исключение из схемы дезактивации образования жидких радиоактивных веществ. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к технологии удаления радиоактивных загрязнений с поверхности изделий из металлов с целью их повторного использования. Целью способа является повышение эффективности дезактивации металлов и сплавов за счет ускорения процесса окисления, а также снижение энергетических затрат. На чертеже приведена лабораторная установка. Для осуществления данной цели дезактивацию поверхности металлов или изделий из металлов ведут горячей окислительной средой при концентрации паров МоО₃ в потоке окислительной среды 0,06-0,09 г/л, при температуре 973-1073 К, близкой к точке росы, но не выше температуры плавления металла. Источником паров МоО₃ является металлический молибден или его оксиды, помещенные в реакционный объем. Особенностью изобретения является присутствие в окислительной среде паров МоО₃, который ускоряет процесс окисления поверхностного слоя металла, вероятно за счет того, что МоО₃, внедряясь в окисной слой металла, разрушает его целостность и тем самым позволяет окислительной среде проникать к границе раздела металл окисел. При экспериментальной проверке предлагаемого способа в качестве окислительной среды используют газообразный тетраоксид диазота (N₂O₄) и кислород воздуха. А в качестве своеобразного ускорителя процесса окисления в среду вводят газообразный МоО₃. Для получения газообразного МоО₃ используют пластинки молибдена или порошок. Образцами материалов для испытаний были пластинки размером 20х10 мм² из стали, применяемой в реакторостроении марок ЭИ 847, ЭИ 844БШ, Х18Н10Т, ЭИ 878, ЭП 126. Для сравнения результатов экспериментов с известным способом провели дополнительные эксперименты по обработке образцов кислородом воздуха, содержащим водяной пар. Результаты экспериментов приведены в табл.1. Анализ экспериментальных данных показывает, что наибольшее разрушение поверхности металла достигается с увеличением температуры обработки образцов от 673 до 1073 К. Результаты варьируют в зависимости от вида обрабатываемой среды. При этом наиболее эффективным по сравнению с кислородом воздуха является окислитель N₂O₄. Когда к воздуху или газообразному N₂O₄ добавляют пары МоО₃, то эффективность процесса увеличивается приблизительно на два порядка. Кроме того, приведенные результаты показывают, что разрушение поверхности образцов в кислороде воздуха в присутствии паров воды идет на один, два порядка медленнее, чем при использовании паров МоО₃. В качестве реальных радиоактивных образцов используют куски трубы из стали Х18Н10Т, находившиеся в зоне облучения ядерной энергетической установки и загрязненные преимущественно ¹³⁷Cs, а также шарик из стали ШХ-15, находившийся в зоне повышенного загрязнения радиоактивными веществами. Измерение активности до и после обработки проводят на многоканальном гамма-спектрометре. Данные по дезактивации радиоактивных образцов приведены в табл. 2. Они иллюстрируют высокую эффективность дезактивации образцов (до фона) при указанных в таблице условиях. Следует отметить, что окисный слой, образующийся при обработке сталей ЭИ 844 и ЭИ 847, является рыхлым и слабо связан с основным металлом, а с увеличением толщины рыхлость его увеличивается. Слой окислов, образованный на стали Х18Н10Т, более плотный и с увеличением толщины легко отслаивается. Окислы сплавов ЭИ 878 и ЭП 126 при остывании образцов отшелушиваются. Установлено, что для ускорения процесса разрушения поверхностного слоя металла достаточно присутствие паров МоО₃, являющихся как бы катализатором при разрушении непрерывно образующихся слоев окислов на поверхности металла, содержащего радиоактивные загрязнения. На поверхности металла постоянно создается окисный слой, имеющий повышенную концентрацию молибдена. Опытами установлено, что минимально необходимое количество МоО₃ должно быть такое, которое обеспечивает в поверхностном слое окисла металла (но не в объеме) концентрацию молибдена более 10% что соответствует концентрации паров МоО₃, близкой к точке росы. Загрузку в реакционную зону молибдена или МоО₃ в необходимом количестве достаточно произвести один раз. В зоне реакции при температуре более 973 К МоО₃ присутствует в газообразном состоянии. МоО₃ осаждается на участках технологической установки, находящейся при температуре ниже 873 К. При превышении концентрации МоО₃ в зоне реакции (при передозировке во время заправки установки) излишнее его количество осаждается на участках технологической установки, имеющих температуру ниже 873 К, что при соответствующем устройстве реакционной зоны исключает его вынос с потоком окисляющего газа и не вредит ходу процесса. Опыты проводили на лабораторной установке, схематично показанной на фиг. 1, выполненной из молибденового стекла и состоящей из источника газообразного N₂O₄, служащего одновременно испарителем 1, и обогреваемой реакционной камеры 2, заполненной кварцевым стеклом 3, обеспечивающим обогрев реакционной среды, выполненной из кварцевого стекла. Образцы металлических пластинок устанавливают в ячейку 4, закрепленную в держателе 5. Измерение температуры проводили на приборе КСП-4 термопарой ХА 6. Охлаждение газообразного N₂O₄ осуществляют проточной водой, подаваемой через конденсатор 7. Сбор жидкого N₂O₄ осуществляют в аккумулирующей емкости 8, охлаждаемой проточной водой. В случае использования кислорода воздуха установку отсекают по линии 9. Время обработки поверхности металла, загрязненного радиоактивными веществами, зависит от глубины проникновения радиоактивности, а не от величины активности. Процесс дезактивации с применением МоО₃ в качестве ускорителя процесса окисления или разрушения окисного слоя металла, загрязненного радиоактивными веществами, обеспечивает необходимую степень очистки от радиоактивности. С целью получения эффекта влияния концентрации триоксида молибдена в реакционном объеме на скорость процесса и определения граничных значений концентрации МоО₃ для ускорения процесса обработки металла были проведены эксперименты с образцами сталей и сплавов при отсутствии в реакционном объеме паров МоО₃ и при различном содержании МоО₃ в реакционном объеме. Анализ полученных результатов показал, что скорость окисления поверхностного слоя металла зависит от концентрации МоО₃ в потоке окислительной среды. Поддержание концентрации паров МоО₃ в пределах 0,06-0,09 г/л необходимо для исключения уменьшения концентрации МоО₃ в поверхностном слое окисляемого металла за счет выноса потоком газа из реакционной зоны. Количество же МоО₃ в реакционной зоне должно быть таким, чтобы обеспечить в поверхностном слое обрабатываемого металла концентрацию МоО₃ более 10% Концентрация паров МоО₃ в реакционной зоне зависит, строго говоря, от температуры процесса и точки росы (т. е. концентрация МоО₃ с повышением температуры увеличивается). Таким образом, использование предлагаемого технического решения по сравнению с известным позволяет проводить дезактивацию металлических изделий в более короткое время за счет повышения эффективности процесса при добавлении к окисляющей среде паров МоО₃, ускорить процесс, улучшить энергетические затраты на процессе за счет ускорения процесса окисления и исключения плавки металла, повторное использовать дезактивированные изделия, исключить из схемы дезактивации образование жидких радиоактивных веществ.

Формула изобретения

СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, включающий обработку изделий из металлов горячей окислительной средой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет сокращения времени процесса, обработку проводят в потоке окислительной среды с добавлением в нее паров триоксида молибдена с концентрацией 0,06 0,09 г/л при температуре 973 1073 К, но не выше температуры плавления металла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---