放射性污染廢舊金屬去污方法

對鈾礦勘探開採過程產生的廢舊設備進行放射性污染祛除。

基本介紹

• 中文名：放射性污染廢舊金屬去污方法
• 目的：清除金屬放射性污染
• 類型：化學去污和熔煉去污
• 意義：輻射防護

鈾礦勘探開採過程產生的廢舊設備（如鑽塔鑽機、鑿岩機、罐籠、鋼軌等），鈾礦選冶過程產生的廢舊設備（如選礦機、破磨機，浸出塔，濃密機，離子交換、萃取設施，煅燒乾燥設備等），核燃料循環系統的鈾轉化、濃縮、元件製造、後處理過程產生的一系列廢舊設備還有相關科研院所產生的廢舊實驗設備、裝等，都受到了不同程度的放射性污染。造成它們污染的主要是鈾礦物、鈾化學濃縮物、鈾氟化物、鈾氧化物等的溶液、物料及形成的各種絡合體，以及含鈽化合物和大量人工放射性核素等。

鈾礦勘探開採和核燃料循環各個環節所致放射性污染的性質和程度雖然各有不同，但都必須進行嚴格的去污處理和嚴加控制。防止污染廢舊金屬流入社會污染環境、危害公眾安全。

1.放射性污染廢舊金屬去污方法

當前放射性污染廢舊金屬物品的去污方法主要有:金屬物件表面化學去污和金屬熔煉去（污法

（1）化學表面去污法

化學表面去污是通過化學試劑對金屬表面的污染物進行化學反應，使之達到清除污染物的方法。化學去污法對幾何形狀簡單的部件面的污染較為有效，且一般只適用於處理小的物件

H對於浸取塔中的管道及閥門而言，在長期的運過程中金屬內表面會受到工藝介質不同程度的腐蝕作用，且有相當數量的鈾污染物滯留在的微孔中，化學去污很難達到在一般條件下再利用的水平。並且化學去污會產生大量放射性廢液和污渣，對環境造成污染，所以化學去污法受到較大的限制

（2）金屬熔煉去污法

金屬熔煉去污是通過將放射性污染的金屬（如:碳鋼、不鏽鋼、銅、鋁、鎳等）經過簡單的去污預處理，再將其放入電弧爐或感應爐中進行熔煉，通過加入造渣劑和氧化劑使其與金屬材料發生化學反應，把存在於金屬中的放射性核素絡合到渣中，達到降低金屬材料中鈾殘留量的方法。該去污法具有較大的減容係數，並且可大大降低金屬材料中的鈾殘留量。該方法適用於大宗廢舊金屬的去污處理

金屬熔煉去污法與化學去污法相比，具有如下優點:

①污染金屬廢物的減容效果非常顯著

②金屬基材可以有效清除放射性核素，達到較徹底去污的目的；

③殘留在熔鍊金屬中的污染物較均勻分布在金屬基材（錠）中

④易於用譜儀測量技術對金屬熔煉的中間產物進行精確的測量，分析其放射性和組分有益於日後合理地利用這些金屬材料

⑤經處理的金屬可進行再循環，用作製造企業內部的設備和配件，以及製造放射性廢物容器、禁止設備等。

因此，金屬熔煉去污法得到各方面認可，在世界上得到廣泛套用。

2.金屬熔煉去污法簡介

我國在核工業系統建立了中核鈾礦冶放射污染金屬熔煉處理中心，該中心是我國目前唯一從事鈾污染金屬熔煉去污處理及再循環利用的企業，在技術熔煉方面取得了一定進展。

（1）熔煉去污簡要工藝流程

污染金屬熔煉工藝過程分為:熔化、氧化、還原、出鋼四個階段。具體為:首先對廢金屬（碳鋼或不鏽鋼）進行分檢、分解切割後投入電弧爐或感應爐，同時添加助熔劑進行熔煉，中間進行取樣檢測，根據分析結果及用戶的需求，採取不同的熔煉步驟。

第一步:熔化期形成熔渣（Ca-Mn-Si系，通過對熔鍊金屬（鋼材）成分和核素含量化學分析，未達到解控標準的金屬（鋼材），可以根據核系統內部的需求，直接鑄造成顎式破碎機的齒板、斗式挖掘機的挖鬥鬥齒、礦車輪、球磨機鋼球、機械設備的襯板等備品、備件，供鈾礦山和水冶加工廠使用

第二步:再熔煉，在鋼中鈾核素含量未達到解標準時，先澆注成鋼錠（每錠重500kg）再與非含鈾廢舊金屬（鋼材）一起配爐熔煉，使其鋼中鈾核素含量滿足控制要求，按照產品的材質要求澆注加工成產品。如:整體型放射性廢物桶、200L水泥固化桶的桶蓋，禁止容器，手套箱的防護門等供核放射性廢物儲存和相關放射性工作單位使用。

（2）金屬熔煉去污效果及熔煉廢物

①金屬熔煉去污效果

熔煉過程中熔劑起到了極為重要的作用，可濃集與清除鋼水中的雜質。放射性核素和其他非金屬夾雜物一樣，當它們化合成為熔渣時，在鋼水的溫度下成為液體狀態，很容易聚集在一起與鋼水分離。為了使熔劑起到熔融去污的作用，就必須使熔劑具有一定的化學性質和物理性質，熔劑的化學性質中主要看氧化性（或還原性）和鹼度，物理性質中主要看黏度。一般熔劑成分的組成是CaO:55%～65%、MnO:5%～10%、CaF2:8%～12%、SiO₂:10%～15%、Al₂O₃:2%～4%，粉狀顆粒比塊狀的效果要好。由於熔劑的化學作用和機械的包裹作用，大部分的a放射性核素被固定在熔渣中被清除到爐外。

金屬熔煉去污處理效果十分明顯。接收時污染碳鋼的表面污染水平為4～25Bq/cm²，經熔煉去污後，其表面污染水平降至6×10-4和1.6×10-2Bq/cm2，碳鋼中鈾放射性比活度也降至<1Bqg，符合IAEA中RS-G-1.7《排除豁免和解控概念的套用》提出的解控水平以下，完全可供鈾礦山和水冶廠內部循環使用。

②金屬熔煉廢物

廢舊金屬熔煉過程產生的廢物主要有:熔渣，噸鋼水的熔渣平均產生率在4%～5%，最高可到8%，熔渣外觀呈玻璃狀，較脆，具有放射性，熔渣須裝入鋼桶送到專門的處置場；煙塵，熔煉煙塵通過旋風除塵器、布袋除塵器及其他高效粒子過濾器進行收塵，過濾收集的塵埃定期清理裝桶，同樣需要送到專用的廢物處置場

假設年處理放射性污染廢金屬規模為2500t，則熔渣產生量為100～125ta，煙塵產生量約為25t/a。

（3）金屬熔煉去污技術發展前景

中核鈾礦冶放射性污染金屬熔煉處理中心通過幾年的金屬熔煉去污實踐，到目前為止，已在國內的鈾礦冶、鈾濃縮、元件製造、核電海軍等20多個單位和部門，總共回收熔煉處理了數萬噸的放射性污染廢舊鋼鐵，以及相當數量的不鏽鋼材等，這些去污後的金屬材料成功套用到核相關企業，既解決了廢舊金屬的放射性污染問題，又解決了企業需求，同時也消除了環境隱患，取得較好的社會效益和一定的經濟效益

今後隨著我國大量核設施的退役，將會有更大數量的放射性污染廢舊金屬設備器材產生，屆時將需要更大規模的放射性污染廢舊金屬熔煉去污產業予以適應。如能進一步降低熔煉後金屬中放射性核素含量和輻射水平，則可以進一步擴大套用範圍，使有限的金屬資源回歸社會，更好地服務於社會。