不锈钢电化学去污配方及其工艺参数研究

曾祥宝

不锈钢电化学去污配方及其工艺参数研究

曾祥宝

（中核四川环保工程有限责任公司，四川 广元 628000）

针对核设施运行及退役产生的放射性不锈钢，应用电化学方法开展了去污研究，重点研究了电解配方以及电流密度、电极间距、电解时间等影响因素，并推荐出了适应于放射性不锈钢去污的电解配方及其工艺参数，为后续实际热验证以及工程应用奠定了基础。

不锈钢；电化学；配方；工艺参数

在核技术发展过程中，建设了大量的核设施，当这些设施不被继续使用时便会转入退役阶段。在退役过程中会产生大量的放射性金属废物，其中大部分为不锈钢和碳钢。由于这些金属废物表面存在α/β污染沾污，污染深度通常在十几到几十微米，部分还可能存在γ辐照，因此必须采用去污效率高的去污技术处理，达到国家规定的清洁解控要求才能循环再利用。本文主要研究了电化学去污的电解配方，并通过研究电流密度、电极间距、电解时间等因素的影响，得出了电解不锈钢的电解配方及工艺参数。

1 电化学去污原理

将待去污的金属部件浸泡在酸性电解配方溶液中，在电流的作用下发生电解反应，阳极金属表面溶解，随着金属离子析出，将其表面的污染核素去除，以达到去污的目的。反应过程中，阳极释放氧气，阴极释放氢气。电化学去污原理如图1所示。

图1 电化学去污原理示意图

2 实验条件准备

仪器设备：电导率测试仪（带测温功能）、磁力搅拌器、电化学去污装置（非标）、直流电源（24 V）、超声波清洗机、电吹风机、电子天平等。化学试剂：65%硝酸AR、硝酸钠AR、生活水、化学添加剂等。材料：医用橡胶手套、口罩、镊子、棉纱、量筒、烧杯、玻璃棒、塑料桶等。样片：不锈钢样片（50 mm×50 mm×5 mm）。

3 研究过程

3.1 电解配方研究

经过大量调研，初步确定了3种配方，分别为：①配方a。HNO3（50 g/L）+NaNO3（100 g/L）+某添加剂（2 g/L）。②配方b。HNO3（50 g/L ）+ NaNO3（150 g/L）+某添加剂（2 g/L）。③配方c。HNO3（50 g/L）+NaNO3（200 g/L）+某添加剂（2 g/L）。在电流密度为0.2 A/cm2，电极间距为50 mm，搅拌速度为100 r/min，室温，电解30 min的实验条件下，研究3种配方的电解去污效果，并选出最优的电解配方。

3.2 工艺参数研究

采用选出的最优电解配方进行电解去污研究，以确定适合的电流密度、电极间距、电解时间及工作温度等工艺参数。

4 结果与分析

4.1 电解配方

不同配方的电解效果如图2所示。

图2 不同配方的电解效果图

由图2可以看出，在相同条件下电解30 min，腐蚀深度c组＞b组＞a组，所以选择c组配方为不锈钢电化学去污的电解配方，即HNO3（50 g/L）+NaNO3（200 g/L）+某添加剂（2 g/L）。

4.2 电流密度

不同电流密度的电解效果如图3所示。

由图3可以看出，电流密度与电解效果呈线性关系，电流密度越大，电解效果越好。但由于当电流密度大于0.5时，反应剧烈，电解去污过程中发热量增大导致电解液温度升高很快，会使电解液蒸发，损耗过快，同时产生大量的气体，在实际工程应用中会使污染扩散。根据30 min的腐蚀深度大于50 μm来考虑，电流密度推荐0.2～0.4 A·cm-2为宜。

图3 不同电流密度的电解效果图

4.3 电极间距

不同电极间距的电解效果如图4所示。

图4 不同电极间距的电解效果图

由图4可以看出，电极间距在10～50 mm时，相同条件下相同时间内金属的电解效果相差不大，在实际工程应用中可根据实际情况进行调节。

4.4 电解时间

不同电解时间的电解效果如图5所示。

图5 不同电解时间的电解效果图

由图5可以看出，电解时间与电解效果呈线性关系，随着电解时间的增加，阳极金属不断溶解，腐蚀深度越大，电解效果越好。但随着时间的推移，电解液中的金属离子浓度也越来越大，电解液逐渐被损耗，电解效果会逐渐降低，需补充新的电解液才能继续维持反应。根据30 min的腐蚀深度大于50 μm来考虑，去污单个样片电解时间推荐15～ 30 min为宜。

4.5 电解温度

电解时间与电解温度关系如图6所示。

图6 电解时间与电解温度关系图

由图6可以看出，电解液的温度会随着反应逐渐升高，电解液的温度一直处于变化中，因此无法使电解液处于恒温状态，进而无法研究不同电解液温度下的电解效果。同时，在实验过程中当电解液温度升至50 ℃以上时，会产生明显的雾气，会加速溶液中的酸及电解质蒸发，加速电解液损耗。因此，推荐电化学反应30 min内电解液温度控制在50 ℃以下为宜。

5 结论

通过实验研究，优选出了不锈钢材质金属电化学去污的电解配方，即HNO3（50 g/L）+NaNO3（200 g/L）+某添加剂（2 g/L）；推荐的工艺参数为电流密度0.2～0.4 A/cm2，电极间距40 mm左右, 电解时间15～30 min，电解液温度控制在50 ℃以下，即可满足在30 min内阳极金属腐蚀深度大于50 μm，可保证电解去污效果。

［1］张国林.金属表面电化学去污技术的研究及应用［C］//“创新——核科学技术发展的不竭源泉”——中国核学会2009年学术年会，2009.

［2］陆春海.电化学去污方法和技术研究［D］.绵阳：中国工程物理研究院，2004.

2095－6835（2021）06－0065－02

TG174

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.022

曾祥宝（1984—），男，本科，高级工程师，研究方向为核设施退役与放射性废物处理。

〔编辑：严丽琴〕