Способ утилизации металлических отходов из сплавов на основе меди, загрязненных радионуклидами

 

(19) ЩУ (11) (51) 5 С22В7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5046626/02 (22) 07.07.92 (46) 15.1293 Бюл. Йв 45-46

{75) Нестер А.Т„Паранин АА (73) Нестер Алексей Тадеушевич (54) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ОТХОДОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ (57) Использование: при переработке металлических отходов, загрязненных радионуклидами. Сущность: металлические отходы иэ сплавов на основе меди, загрязненных радионуклидами, подвергают разделке, контролируют радиоактивную загрязненность методом сравнения активности металла с активностью протяженного источника радия-226 s равновесии с дочерними продуктами путем измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, плавят в индукционной печи в контролируемой зоне на воздухе с добавлением рафинирующих флюсов, имеющих температуру пиквидуса ниже точки плавления металлических отходов, наводят и удаляют шлак и разливают металл в изложницы с получением слитков. 4 табл, 1 ил.

2004608

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способам переработки металлических отходов, загрязненных радионуклидами, путем их переплавки в плавильных агрегатах, например в индукционных печах, Технический результат изобретения закл|очается B повьлшен11И стсг}ени Очистки

f:.oTBnna oT радионуклидов, в увеличении выхода годного для повторно — î использования металла, обеспечении гарантированной экологической безопасности при дальнейшем обрашении с ним, упрощении стадии контроля радиоактивной загрязненности при сохранении высокой надежности.

Способ утилизации отходов из сплавов на ocf f080 меди, загрязненных радионуклида.1я, вкл}очает разделку отходов, контроль радиоактивной загрязненности, ппавление в индукционной печи с наведением и удалением шлака и разливку металла в изложницы. Контроль радиоактивной эагряэненнОсги проводят методом сравне}нля активности hfoTaëna с активностью f1 ротяженного источника радия-226 в равновесии с дочерними продуктами путем измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, а переплавку отходов ведут на воздухе с добавле,èåì рафиниру}оьцих флюсов, имеющих температуру пиквидуса ни>ке точки плавления металла отходов, Контроль радиоактивной загрязненности отходов перед плавкой проводят путем измеоения мощности дозы P вплотную к поверхности контейнера размерами не менее 0,6 х 0,6 х 0,6 м и плотностью загрузки металла ие менее 1,0 т/м, которая не должна превышать значения, рассчитанного по формуле, мР/ч:

002

Ррасч. =— (;, к, }

I =1 где! =1 — и, n - количество радионуклидов, присутствующих и составе загрязнения;

11 — доля i-го радионуклида в общей активности:

К>, — коэффициент очистки металла от

3-го радионуклида в процессе плавки.

Кроме того, контроль радиоактивной загрязненности слитков проводят путем измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения на поверхности каждого слитка и для слитка, минимальный линейный размер которого больше 0,5 м, эта величина не,должна превышать 0,02 мР/ч.

8 качестве рафинирующих флюсов в процассе плавки используют полиметофосфаты щелочных металлов и смеси иэ поВ предлагаемом способе не требуется проводить контроль содержания отдельных радионуклидов, таких как строцний-90 (бета-излучатели), плутоний-240 (альфа-излучатели), которые при переплавке практически переходят в шлак и, следовательно, металл для неограниченного использования не буЗ0 дет содержать данные радиоактивные вещества.

Иэ общей схемы утилизации металлических отходов следует, что сущность способа заключается в разделке отходов на необхо35

55 лиметофосфатов щелочных металлов и оксидов меди, В предлагаемом способе контроль загрязненности отходов основывается на контроле удельного гамма-эквивалента отходов от партии отходов по мощности дозы гаммаизлучения, Для достаточно протяженного источника удельный гамма-эквивалент однозначно связан с мощностью дозы гаммаизлучения и не зависит от радионуклидного состава загрязнения отходов (для гамма-излучающих нуклидов). Удельный гаммаэквивалент отходов при известном радионуклидном составе отходов позволяет легко перейти к удельной загрязненности отходов в единицах Бк/г. Контроль загрязненности отходов осуществляется путем контроля мощности экспозиционной дозы гамма-излучения на поверхности партии отходов, что значительно упрощает контроль и снижает затраты на него. димые фрагменты, которые могут загружаться в контейнеры размерами не менее

600 х 600 х 600 мм или могут быть использованы в виде слитков размерами 800 х 250 х х280, затем проводится контроль радиоактивной загрязненности контейнеров или слитков путем измерения мощности дозы (определяемой из приведенной формулы), и если мощность дозы не превышает

200 мР/ч, то отходы направляют на плавку в индукционную печь, Плавку отходов меди и медно-никелевого сплава МНЖМц-5-1 — 1, осуществляли в корундовых и магнезитовых тиглях с rfo мощью индукционной печи ИСТ-0,06. Масса загрузки металла составляла 18 — 22 Кс. В качестве полиметафосфатов использовали гексаметафосфат натрия, пирофосфат натрия и калия, метафосфат натрия и калия. В качестве оксидов меди использовали медную окалину, образующуюся при прокаливании электротехнической меди, Флюс добавляли равномерно в течение всего процесса плавления. По мере оплавления и оседания образцов в тигле печи дозагружали новые; После полного расплавления обраэ2004608 равномерно небольшими порциями в течение всего процесса плавления металла, Опытно-промышленные испытания показали, что одним из условий получения высоких значений Кд при переплавке в большегрузных печах с проведением многоцикловой обработки расплава флюсом необходимо первую порцию флюса добавлять

Таблица 1

Коэффициенты дезактивации Кд от кобальта-60 при переплавке отходов из МНЖМц-5- 1 с добавлением в качестве флюса смеси из полиметафосфатов щелочных металлов и оксидов меди в соотношении 1:1 цов и перегрева металла до 1150 †14 С удаляли образовавшийся шлак и металл сливали в изложницы или добавляли новую порцию флюса, выдерживали в течение

20 мин и после удаления шлака также сливали в изложницу, Пробы металла и шлака анализировали с помощью гамма-спектрометра на базе анализатора "Нокия" с блокомдетектирования ДГДК-80Б, Результаты, полученные при проведении экспериментальных плавок приведены в таблицах 1-4.

Из результатов представленных в табл.2; видно, что Кд по кобальту — 60 возрастают от 2 при количестве флюса 1% до 44 при количестве флюса 19%. У>ке небольшие количества оксидов меди (10%), добавленные к полиметафосфатам, приводит к заметному увеличению эффективности дезактивации. Установлено, что максимальный эффект наблюдается при следующих соотношениях компонентов флюса, мас,%:

Пол иметафосфаты щелочных металлов 30-70

Оксиды меди 30-70

При необходимости получения Кд по

Со выше величин, указанных в табл.2, необходимо удалить образовавшийся шлак и добавить новую порцию флюса, Кд по кобальту-60 при этом существенно увеличиваются (см.табл.3).

Результаты, приведенные в табл,2, показывают, что при двукратном добавлении флюса суммарный расход реагентов снижается, а эффект многократно возрастает.

Данные табл.3 показывают, что эффек5 тивность дезактивации при добавлении флюса в начале плавки и повторном его добавлении после удаления образовавшегося шлака эквивалента добавлению удвоенного количества в начале плавления. При равно10 мерном добавлении флюса небольшими частями в течение всего процесса плавления и повторном его добавлении после удаления образовавшегося шлака был получен ожидаемый эффект, 15 Одним иэ условий получения высоких

Кд является отсутствие операции раскисления металла в тигле печи, так как при этом будет происходить восстановление части радионуклидов из остатков залипшего на

20 стенках печи шлака.

Из результатов плавок, представленных в табл.4, видно, что переплавка отходов из меди и медноникелевых сплавов с флюсом, известным в металлургии, не позволяет до25 стичь Кд по Со-60 более 5,4, в то время как переплавка их по предлагаемому способу позволяет получить Кд по Со-60 100 и более вплоть до 1000. При нормируемом значении остаточной радиоактивной загрязненности

30 слитка 1 10 r-экв,радия/кг (20 мкР/ч) исходная удельная радиоактивность металла может составляет 1 10 — 1.10 г-экв.радия/кг (мощность дозы 2 — 20 мР/ч), что не превышает величин реальной загрязненно35 сти натурного образца металла. При этом практически полностью из металла удаляются Се-144, Со-90, Y-90, Сз-137, Fe-59, Zn65, все редкоземельные и трансурановые элементы. Содержание фосфора в получае40 -мом слитке не превышает 0,007 Я„что значительно ниже допустимых величин.

2004608

Таблица 2

Таблица 3

Результаты переплавки отходов из медно-никелевого сплава.МНЖМц-5-1-1 при добавлении в качестве флюса смеси из полиметафосфатов щелочных металлов и оксида меди в соотношении 1;1

Количество флюса, мас. %

Условия добавления флюса

Коэффициент очистки по Со-60

4,0

Однократное добавление флюса в начале плавки

Добавление порции флюса в начале плавки (2%) и повторное добавление после полного расплавления металла и удаления шлака, Равномерное добавление порции флюса в течение всей плавки {2%) и повторное добавление после полного расплавления металла и аления шлака.

2.9 — 3,2

2,0-2,0

3,6

2,0-2,0

109

Таблица 4

Коэффициенты дезактивации по кобальту-60 отходов из меди и медно-никелевых сплавов при переплавке с использованием в качестве флюсов различных полиметафосфатов щелочных металлов или сплавов с оксидами меди взятых в соотношении 1;", * Используемый в металлургии флюс.

Коэффициенты дезактивации по Со-60, полученные при переплавке радиоактивных отходов из МНЖМц-5-1-1 с двойным добавлением флюса из смеси 50% полиметафосфатов щелочных металлов и 50% оксидов меди.

2004608

Формула изобретения

Составитель Е.Колкунов

Редактор А.Купрякова Техред М.Моргентал Корректор H.Êîðoëü

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3380

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1. СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ

РАДИОНУКЛИДАМИ, заключающийся в разделке, контроле радиоактивной загрязненности методом сравнения активности металла с активностью протяженного источника радия-226 в равновесии с дочерними продуктами путем измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, плавлении в индукционной печи в контролируемой зоне на воздухе с добавлением рафинирующих флюсов, имеющих температуру ликвидуса ниже точки плавления металлических отходов. наведении и удалении шлака и разливке металла в изложницы с получением слитков.

2, Способ по п,1, отличающийся тем, что контроль радиоактивной загрязненности отходов перед плавкой проводят путем измерения мощности дозы P вплотную к поверхности контейнера размерами не менее 0,6 ° 0,6 ° 0,6 м и плотностью загрузки металла не менее 1,0 т/м, которая не долз жна превышать значения, определяемого из формулы, мР/ч:

0,02

pace (/Ко )

l =1 где! =1- и; и - количество радионуклидов, присутствующих в.составе загрязнения;

f - доля 1-го радионуклида в общей активности;

К,, - коэффициент очистки металла от Iго радионуклида в процессе плавки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль радиоактивной загрязненности слитков проводят путем измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения на поверхности каждого слитка и для слитка, минимальный линейный размер которого больше 0,3 м, эта величина не должна превышать 0,02 мР/ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рафинирующих флюсов в

25 процессе плавки используют полиметафосфаты щелочных металлов и смеси из пол-. иметафосфатов щелочных металлов и оксидов меди.