Способ регенерации металлов и сплавов, отработавших в контакте с радиоактивными материалами

Изобретение относится к способу дезактивации и переработки лома металлов и сплавов, постоянно накапливающегося в ядерной энергетике и промышленности. Сущность изобретения: лом сталей либо цветных металлов (сплавов) выдерживают при температуре 700°С под шлаком - расплавленной смесью хлоридов (мол.%) натрия (35), магния (31-33), калия (35) и рафинируемого металла (2-4) в течение 30-40 минут; шлак с окисленными в хлориды загрязнениями сливают. Затем лом переплавляют при температуре 1600-1700°С под шлаком - расплавленной смесью фторидов (мол.%) кальция (50) и магния (50) в течение 20-30 минут. Техническим результатом изобретения является получение из загрязненного лома конструкционных металлов (сплавов) более чистых металлов и сплавов.

 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Дезактивация и переплавка лома металлов и сплавов, постоянно накапливающегося в ядерной энергетике и промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для переработки «зараженных» металлов и сплавов (например, нержавеющих сталей, сплавов на основе никеля и других конструкционных металлических изделий) запатентованы способы их переплава под синтетическими шлаками.

Известен Патент РФ «Способ переработки металлических отходов, содержащих радионуклиды» RU 2159473 C1, 28.10.1999. Патентообладатель - ООО «Экологически чистые технологии в промышленность плюс». Изобретатели: А.Ф.Лосицкий, Н.А.Ганза, В.В.Рождественский, Р.Н.Касимов, А.Р.Бекетов, Ю.П.Зайков, А.И.Гончаров, К.А.Плеханов, И.С.Солобоев.

Переплав «зараженных» отходов стали (например, Х18Н10Т) под шлаком - смеси оксида с фторидом кальция позволяет снизить исходную активность со 180-200 Бк/г до 5-12 Бк/г, т.е. примерно в 40-20 раз.

Привлекает простота и доступность этих способов переработки при относительно невысоких требованиях удаления загрязнений из вторичных металлов и сплавов. Однако не всегда достигаемые коэффициенты очистки оказываются достаточными для безопасного использования регенерированных материалов в существующих технологических процессах и конструкциях.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Получение из загрязненного лома металлов(сплавов) более чистых металлов и сплавов, которые можно беспрепятственно использовать, за счет реализации предлагаемого способа очистки и переплавки.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изучение распределения радиоактивных загрязнений в даже очень долго служивших конструкционных материалах (и не только металлических) показало, что за редкими исключениями, они оказываются в поверхностных слоях, контактировавших с агрессивными средами. Из этого нами сделан вывод, что для более эффективной очистки необходимо предварительно, не доводя до плавления, выдерживать лом под шлаком - расплавленной смесью хлоридов (мол.%) натрия (35), магния (31-33), калия (35) с добавкой 2-4% хлорида рафинируемого металла 20-30 мин при температуре 700°С. Предлагаемый шлак обладает очень сильными окислительными свойствами, хорошо смачивает поверхность рафинируемого металла, проникает в микротрещины, переводит первичные и вторичные радионуклиды деления: изотопы стронция, иттрия, цезия, бария, лантаноидов, в шлаковую фазу - в расплав хлоридов. Для того чтобы не снижалась окислительная активность шлака в него вводится небольшое количество хлорида рафинируемого металла. Встречное восстановление ионов Meⁿ⁺ позволяет сохранять постоянство процесса окисления. В шлак переходят почти все изотопы загрязняющих элементов в виде суспензии оксидов, оксифторидов и других соединений. Шлак сливают. Он пригоден для повторного использования.

Затем лом переплавляют под синтетическим шлаком - расплавленной смесью фторидов (мол.%) кальция (50) и магния (50) 20-30 мин при температуре 1700°С. Сливают регенерированный металл (сплав) в изложницы, придающие нужные форму и размеры слитков. Фторидный шлак также пригоден для повторного использования.

Технология двухступенчатого проведения процесса исключает риск попадания радиоактивных загрязнений в объем переплавляемого металла за счет обменных реакций и захвата шлака конвективными потоками расплавленного металла (сплава).

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РЕШЕНИЯ

1. Исходный материал: лом никеля и его сплавов, загрязненный фторидами, оксифторидами, оксидами урана и радионуклидов деления. Его выдерживали в графитовом тигле индукционной печи донного разлива под слоем расплавленного шлака хлоридов (мол.%) натрия (35), магния (31-33), калия (35) и никеля (2-4) при температуре 700°С 40 мин. Шлак сливали. Для переплава наводили шлак второй ступени: фторидов (мол.%) кальция (50) и магния (50). При температуре 1700°С выдерживали 20 мин. Рафинированный никель(сплав) разливали в изложницы. Очистка металла от загрязнений достигается по измеряемой радиоактивности в 200-300 раз. Фторидный шлак пригоден для повторных переплавов.

2. Исходный материал: лом стали Х18Н10Т. На первой стадии его выдерживали под хлоридным шлаком при температуре 700°С 20 мин. Затем переплавляли под фторидным шлаком при температуре 1600°С. Достигается очистка металла по измеряемой радиоактивности в 160-220 раз.

Следует отметить, что основными компонентами рафинировочных шлаков служат чистые хлориды и фториды - отходы магние- и кальциетермических производств титана (TiCl₄+2Mg=Ti+2MgCl₂), урана (UF₄+2Ca=U+2CaF₂) и т.п. Это существенно снизит затраты при реализации предлагаемого способа в промышленном масштабе.

Способ регенерации металлов и сплавов, отработавших в контакте с радиоактивными материалами, заключающийся в том, что для очистки от загрязнений лом конструкционных металлов (сплавов) переплавляют под синтетическими галогенидными шлаками, отличающийся тем, что предварительно рафинируемый металл выдерживают при температуре 700°С под шлаком - расплавленной смесью хлоридов (мол.%): натрия (35), магния (31-33), калия (35) и рафинируемого металла (2-4) 30-40 мин, затем переплавляют под шлаком - расплавленной смесью фторидов (мол.%): кальция (50) и магния (50) 20-30 мин при температуре на 1600-1700°С.