Способ дезактивации

Изобретение относится к области дезактивации твердых радиоактивных отходов, переработки жидких радиоактивных отходов и фиксации радиоактивных элементов в устойчивой твердой среде. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности дезактивации. Согласно изобретению способ дезактивации оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений путем воздействия ультразвука на дезактивируемую поверхность через дезактивирующий раствор, представляющий собой суспензию глины в воде с добавлением абразивного компонента и фосфорной кислоты, которая, реагируя с оксидами алюминия, содержащимися в глине, а также и с оксидами других металлов, в том числе и с оксидами металлов, удаляемых с дезактивируемой поверхности, переводит суспензию в твердое состояние фосфатной керамики, фиксируя в себе загрязнения. 1 ил.

 

Изобретение относится к охране окружающей среды, а точнее к удалению радиоактивных загрязнений с поверхностей оборудования, находившегося в контакте с радиоактивными средами.

Известны способы дезактивации конструкционных материалов путем воздействия на них растворами химических реагентов и промывкой [1]. К недостаткам подобных способов относится то, что дезактивирующие растворы после дезактивации становятся радиоактивными и должны в последующем подвергаться многостадийной переработке как радиоактивные отходы (РАО), чтобы в конечном итоге перевести их в твердое и стойкое к внешним воздействиям состояние - упаковка отходов в матрицу, обеспечивающую их длительное безопасное хранение.

Известен способ дезактивации [2], при котором дезактивация оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений производится путем воздействия ультразвука на дезактивируемую поверхность через водную глинистую суспензию. Возникающие в суспензии под действием ультразвука кавитапионные явления вырывают частицы дезактивируемой поверхности, перенося их в раствор; отработанный раствор, вобравший в себя удаленные с поверхности оборудования радиоактивные загрязнения, подсушивают, формуют, термообрабатывают, переводя в керамическую матрицу.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что для перевода глинистой суспензии в состояние твердой керамики требуется специальное и сложное оборудование, так как дело приходится иметь с высокоактивным дезактивирующим раствором, а высокая температура термообработки (более 1000°С) требует больших затрат энергии.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение эффективности дезактивации и создание более прочной матрицы для радиоактивных элементов, отправляемых на длительное хранение.

Эта цель достигается тем, что в глинистую суспензию, содержащую и абразивный компонент, непосредственно перед дезактивацией добавляют фосфорную кислоту, полученную смесь используют как дезактивирующий раствор при ультразвуковой дезактивации, после дезактивации отработанный раствор сливают в емкость для хранения, где он отверждается, при этом количество вводимой фосфорной кислоты берут с учетом как количества оксидов алюминия, содержащихся в суспензии, так и оксидов, которые переходят в раствор с дезактивируемой поверхности.

Фосфорная кислота, добавляемая в суспензию непосредственно перед дезактивацией, выполняет две основные функции. Во-первых, она вступает в реакцию с оксидом алюминия, образуя алюминиево-фосфатную керамику, например, по уравнению

Аl₂O₃+2Н₃РO₄→2АlРO₄+3H₂O.

При температурах ниже 100°С эта реакция течет очень медленно, поэтому находящаяся в суспензии в свободном состоянии фосфорная кислота в процессе дезактивации выполняет вторую функцию - растворяет оксидные отложения на дезактивируемой поверхности, что повышает эффективность и скорость дезактивации особенно под воздействием ультразвука, т.к. ультразвук является сильным катализатором. Кроме того, выделяющаяся в процессе реакции вода компенсирует ее испарение из суспензии во время дезактивации, т.е. предохраняет суспензию от преждевременного загустевания.

При облучении суспензии ультразвуком в процессе дезактивации получаемая из нее в последующем керамическая матрица становится значительно прочнее, чем фосфатная керамика, полученная из той же суспензии, но не подвергавшейся облучению. Проведенные исследования показали, что если предел прочности на сжатие у фосфатной керамики из необлученной суспензии составлял 20-25 мПа, то из облученной - 75-80 мПа.

На чертеже представлена одна из возможных схем устройства для реализации предложенного способа дезактивации.

Устройство содержит емкость-сборник дезактивирующей жидкости 1, насос для подачи дезактивирующей жидкости 2, подвижную локальную ванну дезактивации 3 с ультразвуковым излучателем 4, генератор электрических колебаний 5, емкость для отверждения и хранения РАО 6.

Дезактивация производится следующим образом. В емкость 1 заливается водная глинистая суспензия, одним из компонентов которой является фосфорная кислота. При помощи насоса 2 суспензия подается во внутреннюю полость локальной ванны 3, в которой расположена излучающая поверхность ультразвукового излучателя 4. Локальная ванна прижата к дезактивируемой поверхности 7 и может перемещаться по ней при помощи специального механизма (не показан). При включении в работу ультразвукового генератора 5 излучатель 4 начинает излучать ультразвуковые колебания в глинистую суспензию, заполняющую пространство между излучающей поверхностью излучателя и дезактивируемой поверхностью. Под воздействием кавитации, а также акустических течений, возникающих в суспензии, благодаря абразивному воздействию, а также химическому воздействию, вследствие наличия в суспензии фосфорной кислоты, радиоактивные отложения удаляются с поверхности 7 и переходят в суспензию. Механизм перемещения постепенно перемещает локальную ванну по поверхности 7, производя ее дезактивацию. Излишки суспензии из локальной ванны сливаются в емкость 1. Суспензия может использоваться многократно. Отработанный дезактивирующий раствор сливается в емкость 6, где отверждается, например, путем перемешивания при температуре 140-200° [3], а затем отправляется на длительное хранение.

При поиске аналогов и прототипа не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками заявляемого способа, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволил выявить отличительные признаки, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "новизна".

Возможность использования заявляемого изобретения в отечественной промышленности позволяет сделать вывод о его соответствию критерию «промышленная применимость».

По предлагаемому способу путем воздействия ультразвука на дезактивируемую поверхность через дезактивирующий раствор, представляющий собой суспензию глины в воде с добавлением фосфорной кислоты, достигается повышение эффективности дезактивации и возможность перевода дезактивирующего раствора в алюминиево-фосфатаую керамику, а количество вводимой в суспензию фосфорной кислоты берется с учетом как количества оксидов алюминия, содержащихся в суспензии, так и оксидов, которые переходят в раствор с дезактивируемой поверхности.

Источники информации

1. Патент № 2245587 RU.

2. Патент № 2328785 RU.

3. Патент № 2318260 RU.

Способ дезактивации оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений путем воздействия ультразвука на поверхность через водную глинистую суспензию, отличающийся тем, что в глинистую суспензию до дезактивации вводят абразивный компонент и фосфорную кислоту, количество вводимой в суспензию фосфорной кислоты берется с учетом как количества оксидов алюминия, содержащихся в суспензии, так и оксидов, которые переходят в раствор с дезактивируемой поверхности, выполняют дезактивацию, после использования раствор сливают в емкость, в которой производится его отверждение в фосфатную керамику.