Способ дезактивации твердых негорючих поверхностей

 

Изобретение относится к области обработки материалов с радиоактивным заражением и предназначено для дезактивации твердых негорючих поверхностей. Технический результат заключается в повышении безопасности реализации способа и повышении качества образующегося твердого конечного продукта дезактивации. Способ включает нанесение на дезактивируемую поверхность слоя порошкообразной экзотермической смеси, поджиг порошкообразной экзотермической смеси и удаление твердого радиоактивного продукта дезактивации. Порошкообразная экзотермическая смесь состоит из восстановителя, окислителя и минерализатора, в качестве которого используют стекло или перлит. В качестве окислителя используют окись ванадия, или окись железа, или перманганат калия. Восстановитель содержит алюминий и силикокальций, а также дополнительно может содержать бор или титан.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области дезактивации радиоактивно загрязненных материалов. Наиболее эффективно заявляемый способ может быть реализован при дезактивации твердых негорючих поверхностей материалов из металла, бетона, асбеста, кирпича и т.п.

Известен способ дезактивации пылеотсасыванием (1). Сущность способа состоит в механической обработке дезактивируемой поверхности щеткой с одновременным отсасыванием радиоактивных загрязнений, после чего воздушный поток с радиоактивными загрязнениями подвергают фильтрации.

Недостатками известного способа являются: - возможность удаления только адгезионных загрязнений (адсорбционно-связанные и глубинные загрязнения удалению не поддаются); - трудоемкость; - ненадежность реализации из-за вероятности забивки пылеотсасывающих устройств; - опасность реализации из-за повышенной величины коэффициента проскока радионуклидов (5-20%).

Известен способ дезактивации загрязненных радионуклидами бетонных или иных неметаллических поверхностей путем воздействия на них лазерным лучом с последующим, механически или путем испарения, удалением приповерхностного слоя (2).

Недостатками известного способа являются: - ограниченная применимость из-за его пригодности только для дезактивации неметаллических поверхностей; - потенциальная опасность для окружающей среды, связанная с возможным уносом в газовую фазу летучих форм радионуклидов вместе с газообразными продуктами дезактивации; - неэкономичность, связанная с повышенными энергозатратами, обусловленными использованием лазерной обработки дезактивируемой поверхности; - пониженная производительность из-за невозможности одновременной дезактивации больших участков загрязненных поверхностей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ дезактивации твердых негорючих поверхностей (3), включающий нанесение на загрязненную радионуклидами твердую поверхность слоя порошкообразной экзотермической смеси толщиной 0,5-1,5 см, размер которого превышает размеры дезактивируемой поверхности и содержащей восстановитель, состоящий из силикокальция, алюминия и магния (присутствующих в форме алюминиево-магниевого сплава), окислитель, представляющий собой азотнокислую соль щелочного металла, а также масло индустриальное, тепловую обработку дезактивируемой поверхности путем поджига порошкообразной экзотермической смеси и удаление после остывания образовавшегося твердого радиоактивного конечного продукта дезактивации с дезактивируемой поверхности.

Недостатками известного способа являются: - повышенная опасность реализации, обусловленная возможностью попадания в окружающую среду радиоактивных аэрозольных продуктов горения порошкообразной экзотермической смеси, а также летучих форм радионуклидов с дезактивируемой поверхности;
- пониженное качество образующегося после остывания твердого радиоактивного конечного продукта дезактивации, обусловленное его повышенной пористостью и газопроницаемостью (ухудшающей как его прочностные свойства, так и надежность фиксации в нем радионуклидов).

Преимуществами заявляемого способа являются повышение безопасности его реализации и повышение качества образующегося после остывания твердого конечного продукта дезактивации.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемый способ включает нанесение на загрязненную радионуклидами твердую поверхность слоя порошкообразной экзотермической смеси, состоящей из восстановителя, окислителя и минерализатора, толщиной 0,5-1,5 см, размер которого превышает размеры дезактивируемой поверхности, тепловую обработку дезактивируемой поверхности путем поджига порошкообразной экзотермической смеси и удаление образовавшегося после остывания твердого радиоактивного конечного продукта дезактивации с дезактивируемой поверхности, причем порошкообразная экзотермическая смесь содержит минерализатор, в качестве которого используют стекло или перлит, в качестве восстановителя используют алюминий и силикокальций в массовом соотношении 1: 10, а в качестве окислителя - окись ванадия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-50
Окислитель - 20-30
Минерализатор - Остальное
или в качестве восстановителя используют бор, алюминий и силикокальций в массовом соотношении 1: 1: 10, а в качестве окислителя - окись железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-60
Окислитель - 20-30
Минерализатор - Остальное
или в качестве восстановителя используют бор, алюминий и силикокальций в массовом соотношении 1:1:10, а в качестве окислителя - окись ванадия и перманганат калия в массовом соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-60
Окислитель - 30-40
Минерализатор - Остальное
или в качестве восстановителя используют титан, алюминий и силикокальций в массовом соотношении 1:1:10, а в качестве окислителя - перманганат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 40-80
Окислитель - 2-5
Минерализатор - Остальное
Отличительными признаками заявляемого способа являются то, что порошкообразная экзотермическая смесь содержит минерализатор, в качестве которого используют стекло или перлит, массовое соотношение между алюминием и силикокальцием в восстановителе составляет 1:10, а в качестве окислителя используют окись ванадия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-50
Окислитель - 20-30
Минерализатор - Остальное
или восстановитель дополнительно содержит бор, массовое соотношение между бором, алюминием и силикокальцием составляет 1:1:10, а в качестве окислителя используют окись железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-60
Окислитель - 20-30
Минерализатор - Остальное
или восстановитель дополнительно содержит бор, массовое соотношение между бором, алюминием и силикокальцием составляет 1:1:10, а в качестве окислителя используют окись ванадия и перманганат калия в массовом соотношении 1:1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-60
Окислитель - 30-40
Минерализатор - Остальное
или восстановитель дополнительно содержит титан, массовое соотношение между титаном, алюминием и силикокальцием составляет 1:1:10, а в качестве окислителя используют перманганат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 40-80
Окислитель - 2-5
Минерализатор - Остальное.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что в процессе горения порошкообразной экзотермической смеси происходит термическая десорбция радионуклидов с загрязненной поверхности, переход их в газовую фазу и последующая фиксация на алюмосиликатных соединениях образующегося стеклообразного расплава радиоактивного конечного продукта дезактивации, который после остывания легко отслаивается в виде твердого монолитного слоя с металлических и асбестовых поверхностей. В случае дезактивации бетонных, железобетонных или кирпичных поверхностей происходит спекание твердого радиоактивного конечного продукта дезактивации с их приповерхностным слоем, который после остывания также легко отслаивается вместе с ним в виде монолитных непылящих кусков без нарушения внутренней структуры дезактивируемого материала.

Использование любого из приведенных составов порошкообразных экзотермических смесей обеспечивает как повышение безопасности реализации способа, так и повышение качества образующегося после остывания твердого радиоактивного конечного продукта дезактивации, т.к.:
- в процессе горения порошкообразной экзотермической смеси практически не происходит попадания радиоактивных аэрозолей и возгоняемых с дезактивируемой поверхности летучих форм радионуклидов в окружающую среду вследствие их перехода в радиоактивный стеклообразный расплав конечного продукта дезактивации;
- образующийся после остывания твердый радиоактивный конечный продукт дезактивации представляет собой стеклообразный монолитный, практически беспористый газонепроницаемый материал, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к радиоактивным материалам, подлежащим захоронению, без какой-либо дополнительной переработки.

В том случае если в порошкообразной экзотермической смеси будет отсутствовать минерализатор, а качественный и количественный состав восстановителя и окислителя будет отличен от вышеприведенных, обеспечить достижение вышеуказанных преимуществ будет невозможно.

Способ реализуют следующим образом.

В смесителе готовят порошкообразные экзотермические смеси следующих составов, мас.%:
состав 1:
Алюминий и силикокальций (1:10) - 40
Окись ванадия - 25
Стекло или перлит - 35
состав 2:
Бор, алюминий и силикокальций (1:1:10) - 45
Окись железа - 25
Стекло или перлит - 30
состав 3:
Бор, алюминий и силикокальций (1:1:10) - 45
Перманганат калия и окись ванадия (1:1) - 35
Стекло или перлит - 20
состав 4:
Титан, алюминий и силикокальций (1:1:10) - 60
Перманганат калия - 3,5
Стекло или перлит - 36,5
Каждый из составов наносят на загрязненные радионуклидами цезия и стронция участки поверхностей углеродистой стали, бетона, железобетона, асбеста и кирпича слоем толщиной 1 см, размер которого превышает размеры загрязненных участков дезактивируемых поверхностей, после чего порошкообразные экзотермические смеси поджигают термоспичкой или огнепроводным шнуром. После окончания горения, протекающего со средней скоростью 1 см/сек, и остывания твердые радиоактивные стеклообразные конечные продукты дезактивации удаляют с поверхностей обрабатываемых материалов.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что:
- для всех вышеперечисленных составов в процессе их горения радиоактивные аэрозоли, а также возгоняемые с дезактивируемых поверхностей летучие формы радионуклидов практически нацело фиксируются в образующихся алюмосиликатных соединениях стеклорасплава конечного продукта дезактивации, т.к. их попадание в окружающую среду наблюдалось только в момент поджига порошкообразной экзотермической смеси, причем доля активности, попавшей в окружающую среду, составляла менее 0,5% от обшей активности дезактивируемой поверхности;
- образующийся после остывания на дезактивируемой поверхности твердый радиоактивный конечный продукт дезактивации представляет собой пригодный для долгосрочного хранения монолитный, практически беспористый газонепроницаемый стеклоподобный материал, в котором доля объема, приходящегося на поры, составляет менее 3% от его общего объема;
- заявляемый способ может использоваться в промышленных условиях, из чего следует, что он обладает промышленной применимостью.

ЛИТЕРАТУРА
1 А. Д. Зимон, В.К.Пикалов, "Дезактивация", "ИЗДАТ", Москва, 1994, стр. 114 - 115.

2. EP N 653762 A1, МПК⁷: G 21 F 9/00, on. 17.05.95.

3. Патент РФ N 2114470 C1, МКИ⁶: G 21 F 9/28, оп. 27.06.98, Бюл. 18.

Формула изобретения

Способ дезактивации твердых негорючих поверхностей, включающий нанесение на загрязненную радионуклидами твердую негорючую поверхность слоя порошкообразной экзотермической смеси толщиной 0,5 - 1,5 см, размер которого превышает размеры дезактивируемой поверхности и состоящей из восстановителя, содержащего алюминий и силикокальций, и окислителя, тепловую обработку дезактивируемой поверхности путем поджига порошкообразной экзотермической смеси и удаление образовавшегося после остывания твердого радиоактивного конечного продукта дезактивации с дезактивируемой поверхности, отличающийся тем, что порошкообразная экзотермическая смесь содержит минерализатор, в качестве которого используют стекло или перлит, массовое соотношение между алюминием и силикокальцием в восстановителе составляет 1 : 10, а в качестве окислителя используют окись ванадия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-50
Окислитель - 20-30
Минерализатор - Остальное
или восстановитель дополнительно содержит бор, массовое соотношение между бором, алюминием и силикокальцием в восстановителе составляет 1:1:10, а в качестве окислителя используют окись железа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-60
Окислитель - 20-30
Минерализатор - Остальное
или восстановитель дополнительно содержит бор, массовое соотношение между бором, алюминием и силикокальцием в восстановителе составляет 1:1:10, а в качестве окислителя используют окись ванадия и перманганат калия в массовом соотношении 1 : 1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 30-60
Окислитель - 30-40
Минерализатор - Остальное
или восстановитель дополнительно содержит титан, массовое соотношение между титаном, алюминием и силикокальцием в восстановителе составляет 1 : 1 : 10, а в качестве окислителя используют перманганат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Восстановитель - 40-80
Окислитель - 2-5
Минерализатор - Остальное