不锈钢表面钚污染的擦拭去污

李 烨,王 萍,孙 宇,谭昭怡,涂 俊,张 东

(中国工程物理研究院,四川 绵阳 621900)

去污是核设施退役的重要组成部分,也是在役设备再循环、再利用和环境保护的有效手段之一[1-3]。金属钚的用途很广,可用作核燃料,用于核武器制造,但其毒性很大,因此在进行大量操作时,一般都在设计良好的密闭手套箱中进行,以防止工作人员受到放射性伤害。即便如此,也不能避免钚污染事件发生[4]。为了防止污染范围扩大,减少对工作人员、公众和环境的辐射危害,需对钚污染的材料或设备进行去污。化学擦拭方法是一种操作简单、对材料尤其是比较光滑的不锈钢等金属表面松散型污染十分有效的去污方法[5]。本工作拟研究化学擦拭法去除不锈钢表面污染钚的可行性。

1 主要实验材料

1.1 主要试剂及仪器

FJ2207型表面α污染测量仪:北京核仪器厂产品。

盐酸、硝酸、草酸、氟化钠、柠檬酸、EDTA:分析纯,均为成都化学试剂厂产品;IMC-3N型去污液:中国科学院金属研究所产品。

1.2 钚标准溶液配制

原钚标准溶液浓度为7.992 mBq/L,取原钚标准溶液10 mL稀释5倍,即50 mL,备用。

2 实验方法

2.1 样品准备

将尺寸为70 mm×70 mm×2 mm表面光洁不锈钢片经稀盐酸浸泡、水冲洗,晾干待用。分别在以下3种条件下制备钚污染模拟样品。

1)在处理过的不锈钢片表面滴加定量的钚标准溶液,钚的污染水平约为20 Bq/cm2,自然风干。此为样品A。

2)在处理过的不锈钢片表面滴加定量的钚标准溶液,使钚的污染水平约为20 Bq/cm2,密封污染钚片,并将其置于马弗炉中,300℃恒温3 h。此为样品B。

3)在处理过的不锈钢片表面滴加定量浓盐酸的同时滴加定量钚标准溶液,使钚的污染水平约为20 Bq/cm2,自然风干。此为样品C。

以上操作均在通风橱中进行。

2.2 去污方法

采用无机酸如盐酸和硝酸,有机酸如柠檬酸+EDTA及 IMC-3N型去污液等去污试剂对所制得的钚污染部件进行擦拭法去污。去污试剂及配方列于表1。

具体实验过程为:①采用FJ2207表面污染仪对2.1中所制得的样品进行钚污染水平测量;②用纱布分别蘸取表1中的去污试剂分别对钚污染样品进行擦拭去污;③对去污后样品进行测量。

表1 不锈钢钚表面污染去污试剂

2.3 擦拭去污效果评价方法

用去污效率评价擦拭法去污的效果。计算去污效率DF公式为:

(1)式中,M b为去污前放射性测量值;M a为去污后放射性测量值。

3 结果与讨论

3.1 样品A擦拭去污效果

对样品A进行擦拭去污,按照公式(1)计算去污效率,结果列于表2。

表2数据表明,盐酸及 NaF+H2C2O4+HNO3两种去污试剂对涂抹后自然风干的样品进行去污,去污效率均＞95%,硝酸溶液、NaF+HNO3对样品的去污效率＞90%,而IMC-3N型去污剂及柠檬酸+EDTA去污试剂的去污效率仅为约50%。IMC-3N型去污剂的主要成分为表面活性剂,对于表面的油污具有较好的去污效果,而对光洁的不锈钢表面的污染去污效果有限。柠檬酸+EDTA去污试剂须在pH为8～9时才能溶解,大幅降低了试剂的腐蚀性,达不到较好的去污效率。不锈钢在高浓度HNO3溶液中存在钝化现象,影响了溶液对不锈钢表面的腐蚀效率,因此其去污效率也不及HCl和NaF+H2C2O4+HNO3体系。

3.2 样品B擦拭去污效果

对样品B进行擦拭去污,按照公式(1)计算去污效率,结果列于表3。

表2 样品A去污结果

表3 样品B去污结果

表3数据表明,对于样品B,除盐酸溶液的去污效率＞90%外,其他去污试剂的去污效率几乎都在约60%,IMC-3N型去污剂的去污效果最差,低于60%。

3.3 样品C擦拭去污效果

对样品C进行擦拭去污,按照公式(1)计算去污效率,结果列于表4。

表4 样品C去污结果

样品风干后,其表面会出现较多腐蚀产物,使得表面污染测量的效率降低。表4数据表明,8%～10%的盐酸溶液、5%的硝酸溶液以及NaF+H2C2O4+HNO3对浓盐酸腐蚀的样品去污效率均＞95%。其他去污试剂的去污效率也＞70%。分析其原因可能是由于钚大部分进入了盐酸腐蚀的不锈钢腐蚀产物中,而腐蚀产物很容易被擦拭掉,因此大部分的钚污染也随之去除。

4 结 论

(1)对于不锈钢表面较为松散的钚污染,盐酸及NaF+H2C2O4+HNO3两种去污试剂是较好的去污试剂,去污效率均＞95%。

(2)对于不锈钢表面较为固定的钚污染,盐酸的去污效果较为理想,5%的盐酸溶液对其去污效率约为95%。

(3)对于表面腐蚀产物较多的钚污染样品,可有效去除腐蚀产物的去污试剂具有较好的去污效果,如5%～8%的盐酸溶液、5%的硝酸溶液以及NaF+H 2C2O4+HNO3等,其去污效率均＞95%。

(4)IMC-3N型去污剂的主要成分为表面活性剂,对于表面的油污具有较好的去污效果,而对光洁的不锈钢表面的污染,尤其是结合较为紧密的固定性污染去污效果有限。

(5)柠檬酸+EDTA去污试剂必须在p H为8～9时才能溶解,大大降低了试剂的腐蚀性,达不到较好的去污效率。

(6)不锈钢在HNO3溶液中存在钝化现象,硝酸的浓度越高其钝化现象越严重。因此硝酸溶液对不锈钢表面的擦拭去污效率不及HCl和NaF+H 2C2O4+HNO3体系。

[1] 谭昭怡,李烨,陈大华,等.NaF+HNO3浸泡法去除金属部件表面241Am污染[J].化学研究与应用,2007,19(3):289-292.

[2] International Atomic Energy Agency.Decontamination of Nuclear Facilities to Permit operation,inspection,maintenance,modification or plant deconmmissioning[R]//IAEA Technical Reports Series No.249.Vienna:IAEA,1985.

[3] Enserch Inc.Department of engergy officeof environment restoration[R]//Decommissioning Handbool.DOE/EM-0142P,1994.

[4] 罗文宗,张文青.钚的分析化学[M].北京:原子能出版社,1991:291.

[5] 谭昭怡,田军华,张子骞,等.可剥离膜的研制和去污实验验证[J].原子能科学技术,2004,38(4):379-381.