殳佳龍

摘要：核反應堆退役總是涉及到產(chǎn)生大量放射性金屬廢物。該文闡述了XXX反應堆退役過程中，產(chǎn)生的大量金屬廢物的材質(zhì)主要為碳鋼和不銹鋼。這些金屬廢物大部分為放射性較低，但基本上高于國家清潔解控水平。根據(jù)安全考慮，可采用高壓水去污、化學去污、金屬去污等恰當?shù)娜ノ奂夹g，使得反應堆退役中所產(chǎn)生的金屬廢物滿足“產(chǎn)生的放射性廢物必須保持在可行的最低量”。

關鍵詞：退役高壓水去污清潔解控化學去污

中圖分類號：TL944文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2022）06（a）-0000-00

1金屬廢物去污技術

金屬去污工藝包括高壓水去污、化學去污兩部分，去污對象為低放金屬廢物。高壓水去污技術即：利用流體沖擊作用去除污染物，如噴射蒸汽還可以提高去污效果。水壓范圍2～60MPa，噴水量0.5～4L/s，噴射距離一般為1～5m，噴射水與去污物面的交角為30°～45°時去污效果較好。提高水壓或添加化學劑，去污效果更好。超高壓噴射去污技術對大表面物件的去污效果很好，但二次廢物量大。

1.1高壓水去污原理流程

高壓水去污是利用高壓水產(chǎn)生的物理沖擊力去除廢物表面附著物，以達到去除部分放射性污染的目的。

金屬廢物經(jīng)過高壓水去污后，可以去除表面附著污染物;降低廢物的表面放射性水平，去污后的金屬可以送化學去污車間、切割車間、熔煉車間進一步處理，也可能達到循環(huán)使用或解控水平[1]。

1.2高壓水去污工藝過程描述

首先從反應堆拆除下來的或來自于廠內(nèi)各廢物堆放點的金屬廢物簡單切割后，由物料進出口進入車間。接受金屬廢物的尺寸最大不超過2000mm×2000mm×2000mm，質(zhì)量不超過5t，管道尺寸在DN150mm以上的。經(jīng)廢物分類之后，低放金屬廢物由平板車送至開放式?jīng)_洗臺封閉式操作間，再由操作間內(nèi)的單軌50kN吊超運送至操作臺架上去污或簡單拆卸。放射性水平較高或污染難以清理的大型金屬構(gòu)件由車間內(nèi)的單梁吊車送至封閉式?jīng)_洗臺操作間，封閉式?jīng)_洗臺為密封結(jié)構(gòu)，可進行遠距離操作[2]。兩個臺架上都設有高壓水和壓縮空氣的進口。金屬廢物放置在沖洗臺上進行高壓水去污。沖洗臺設有通風口與排風系統(tǒng)相接，保證在操作中必要的氣流走向。沖洗臺底部都有廢液收集系統(tǒng)，通過管道排放至專門的廢液系統(tǒng)。在金屬廢物去污達到要求后，用壓縮空氣將金屬構(gòu)件吹干，進行劑量檢測。去污完達到指標的金屬廢物通過物料出口運至相鄰的切割車間，進行下一步的處理[3]。

化學去污就是用化學清洗劑溶解帶有放射性核素的污膩物、油漆涂層或氧化膜層，達到去污目的。

1.3化學去污原理流程

化學去污是利用酸洗、堿洗配合超聲波對不銹鋼、碳鋼、鑄鐵等低放廢物進行去污或用鈰（Ⅳ）-硝酸溶液對不銹鋼低放廢物進行去污。

采用三種化學去污工藝對低放金屬廢物進行去污：第一種不銹鋼低放廢物：酸洗、堿洗，配合洗滌液升溫、超聲波強化去污;第二種不銹鋼低放廢物：鈰（Ⅳ）-硝酸去污;第三種碳鋼、鑄鐵低放廢物：堿洗，配合洗滌液升溫、超聲波強化去污。

去污后達到可熔煉或回用、解控。當清洗液的去污效果明顯下降（由試車確定具體數(shù)據(jù)）或其放射性水平≥3×104Bq/L時，進行中和排放。

1.4氧化層的溶解機制與去污劑的選擇

要除去氧化層中的放射性核素，就必須除去包容它們的氧化層。溶解氧化層的機制主要有以下3種：酸溶解與絡合溶解、還原溶解、氧化溶解;前兩種方式對含鉻高的氧化層效果都很差，對這種氧化層最有效的方法是氧化溶解，就是使難溶的Cr3+氧化成可溶解的Cr2O42-，最常用的氧化劑量高錳酸鉀，該反應既可在酸性也可在堿性環(huán)境中進行，氧化過程只能溶解氧化層的鉻，溶解鉻以后留下的氧化物由于晶格受到破壞，就可以用絡合或還原的方式來溶解。

1.5工藝過程描述

需要進行化學去污的金屬，由物料出入口運入化學去污車間。首先將廢物放入清洗槽，用加熱到一定溫度的堿液進行浸泡和沖洗。堿洗完畢，排空清洗槽中的堿液，用清水沖洗掉廢物表面殘余的堿液后，將配合好的酸液導入清洗槽中進行酸洗。酸洗完畢排空酸液，再用清水沖掉殘余酸液。然后將導入清水將廢物漂洗干凈，根據(jù)廢物的性質(zhì)考慮是否進行超聲波震蕩去污，最后經(jīng)干燥并對其進行表面放射性污染水平檢測，符合回用和清潔解控標準的，進行回用和清潔解控處理。符合熔煉車間接受要求，即可送往熔煉車間進行熔煉。

清洗槽內(nèi)設有蒸汽加熱盤管，用來對污液進行加熱，因而在清洗槽上設有蒸汽接口，與蒸汽管道相接。去污液經(jīng)循環(huán)使用后，當其放射性水平達到一定數(shù)值時，將其排放到中和箱進行相應處理。去污液經(jīng)放射性水平和pH值測量，當循環(huán)清洗液放射性濃度大于4× Bq/L、pH值在6～8之間時，就需排放到水處理系統(tǒng)進行處理[4]。為了保證操作環(huán)境的清潔，防止放射性氣體對廠房的污染，保護操作人員的安全，清洗槽和各箱都應該有排氣口，與排氣系統(tǒng)相接，去污過程中產(chǎn)生的氣體要進行監(jiān)測排放。

為了防止去污過程的二次污染，對金屬廢物的化學去污應按其放射性從低到高進行。對于不同材質(zhì)及污染水平的金屬廢物，所選用的去污劑也有所不同。

2金屬熔煉去污技術

2.1金屬熔煉工藝原理流程

金屬熔煉的任務是將經(jīng)高壓水去污和化學去污后的低放金屬廢物（主要是碳鋼和不銹鋼）進行熔煉，達到對廢物的進一步去污和金屬回收利用的目的。通過熔煉，加入特定組分的助熔劑，使廢物中大部分核素（65Zn、90Sr、106Ru、137Cs、152Eu 等）富集到爐渣和尾氣煙塵中，進一步對爐渣和尾氣煙塵進行處理，將大大減少廢物量。尾氣經(jīng)旋風分離、布袋除塵、高效過濾等處理后達標排放。鋼水在去除大部分放射性核素后鑄造成鋼錠達到循環(huán)使用或清潔解控水平。2994A8A0-274C-4F35-8122-1AAFC7342395

2.2金屬熔煉工藝過程簡述

（1）熔煉車間接受的廢物必須滿足熔煉爐坩堝的尺寸要求。要求廢物尺寸為：長度不大于400mm，斷面最大尺寸不大于200mm。（2）將接收的廢物從物料入口用運輸小車運進熔煉車間，裝入料斗內(nèi)，再利用熔煉車間的5t/1t鑄造起重機，將廢物裝入爐內(nèi)。在廢物體積大小相差較大時，可考慮先將體積小的廢物裝入爐內(nèi)，加蓋，待溶化后，再加入體積較大的廢物，以加大爐體的充滿度，待爐內(nèi)金屬溶化后，如液面高度距要求的數(shù)值（約為900mm）差距較大時，可再繼續(xù)加料。（3）熔煉過程中，根據(jù)工程驗證的成果加入相應的助溶劑及其他添加劑，使放射性核素盡量多地富集到爐渣中去。（4）熔煉過程中，對鋼水取樣。待冷卻后，檢測分析放射性核素種類及其比活度。（5）鋼水的各項檢測指標達到要求后，開蓋并傾爐，將鋼水倒入鋼水包內(nèi)，用5t/1t鑄造起重機將鋼水包運至鑄造區(qū)，澆入鋼錠模，鑄成鋼錠，待鋼錠冷卻后，脫模并用吊車移至暫存區(qū)暫存，從物料出口運出送往指定地點暫存。（6）熔煉過程中產(chǎn)生的爐渣用專用工具打撈出后，粉碎并放入渣灌，待其冷卻后，取樣送往劑量實驗室，對其進行核素種類及其比活度等的檢測。爐渣裝入200L桶后，從物料出口送往壓縮與廢物暫存場地進行暫存。

熔煉過程中的開蓋和傾爐均采用遠距離的液壓驅(qū)動裝置進行操作控制。加料桶的開閉和吊車的移動均采用地面控制。

2.3總結(jié)與展望

高壓水去污是通過超高壓力的高壓水沖刷金屬廢物表面，去除其表面松散污染或結(jié)垢物，露出金屬母材，從而達到去污的效果，其去污的優(yōu)點是二次廢物（廢水）便于處理，缺點是無法去除金屬表面固定污染和活化污染物，產(chǎn)生的二次廢水量較大。

化學去污是通過化學去污試劑腐蝕金屬表層，放射性污染物通過化學反應進入去污廢液中，從而達到金屬表面污染去污效果?；瘜W去污的優(yōu)點是可去污進入金屬表層晶格的固定污染，其缺點是無法對活化物進行去污，且去污的二次廢液較難處理，而且去污試劑通常較為昂貴（如硝酸鈰）。

金屬熔煉采用礦冶煉鋼技術，將放射性水平較低的金屬通過熔煉，放射性進入熔渣和尾氣中，從而達到去污效果。其優(yōu)點是經(jīng)過熔煉，大部分金屬可實現(xiàn)回用，包括部分活化金屬，其缺點是接收水平較低，熔煉過程較為復雜[5]。

要實現(xiàn)金屬廢物最大程度清潔解控，應當將以上3種去污技術結(jié)合起來，利用其各自優(yōu)點對堆退役產(chǎn)生的金屬廢物進行去污處理。首先對退役拆除的金屬廢物通過高壓水去污，未達到解控水平的再送化學去污車間進一步去污，仍未達到要求再送熔煉車間進行熔煉，通過以上3種方法進行處理，所有金屬廢物達到清潔解控水平的將超過90%（見圖1）。

水池表面垢物剝除干凈，露出金屬基體，除垢效果見圖2。

以某堆為例，該堆熱工回路系統(tǒng)在堆退役過程中產(chǎn)生的金屬廢物，總量約2000T，經(jīng)過高壓水去污車間檢測有186T可直接解控，經(jīng)過高壓水去污后有370T可直接解控，經(jīng)過化學去污后約有500T可解控，經(jīng)過金屬熔煉車間熔煉后，有870T可回用，剩余74T達不到解控水平送整備中心整備。以此看來，經(jīng)過以上3種去污技術，熱工回路拆除的廢物96%可實現(xiàn)解控。

由此可見，放射性金屬廢物清潔解控技術應用對于廢物管理來說具有重大意義，能夠?qū)崿F(xiàn)廢物最小化原則，減輕廢物處置對環(huán)境的壓力[6]。

但是，從目前國內(nèi)現(xiàn)有的退役去污技術運用上，高壓水和化學去污相對較為成熟，而金屬熔煉去污技術在國內(nèi)剛剛起步，去污技術尚不成熟，需要進一步研究。

在化學去污中，應當對化學去污配方進行進一步研究，配合超聲波減少輔助試劑（特別是難以處理的添加劑）的投入。而在金屬熔煉去污中，應當開展對熔煉添加劑的研究，讓放射性核素盡量進入熔渣和尾氣中，提高去污系數(shù)。

參考文獻

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[3] 景源.核設施退役過程研究[J].電工技術，2019（7）：59-61，64.

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