不銹鋼表面钚污染的擦拭去污

李 燁,王 萍,孫 宇,譚昭怡,涂 俊,張 東

(中國(guó)工程物理研究院,四川 綿陽(yáng) 621900)

去污是核設(shè)施退役的重要組成部分,也是在役設(shè)備再循環(huán)、再利用和環(huán)境保護(hù)的有效手段之一[1-3]。金屬钚的用途很廣,可用作核燃料,用于核武器制造,但其毒性很大,因此在進(jìn)行大量操作時(shí),一般都在設(shè)計(jì)良好的密閉手套箱中進(jìn)行,以防止工作人員受到放射性傷害。即便如此,也不能避免钚污染事件發(fā)生[4]。為了防止污染范圍擴(kuò)大,減少對(duì)工作人員、公眾和環(huán)境的輻射危害,需對(duì)钚污染的材料或設(shè)備進(jìn)行去污。化學(xué)擦拭方法是一種操作簡(jiǎn)單、對(duì)材料尤其是比較光滑的不銹鋼等金屬表面松散型污染十分有效的去污方法[5]。本工作擬研究化學(xué)擦拭法去除不銹鋼表面污染钚的可行性。

1 主要實(shí)驗(yàn)材料

1.1 主要試劑及儀器

FJ2207型表面α污染測(cè)量?jī)x:北京核儀器廠產(chǎn)品。

鹽酸、硝酸、草酸、氟化鈉、檸檬酸、EDTA:分析純,均為成都化學(xué)試劑廠產(chǎn)品;IMC-3N型去污液:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所產(chǎn)品。

1.2 钚標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

原钚標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為7.992 mBq/L,取原钚標(biāo)準(zhǔn)溶液10 mL稀釋5倍,即50 mL,備用。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品準(zhǔn)備

將尺寸為70 mm×70 mm×2 mm表面光潔不銹鋼片經(jīng)稀鹽酸浸泡、水沖洗,晾干待用。分別在以下3種條件下制備钚污染模擬樣品。

1)在處理過的不銹鋼片表面滴加定量的钚標(biāo)準(zhǔn)溶液,钚的污染水平約為20 Bq/cm2,自然風(fēng)干。此為樣品A。

2)在處理過的不銹鋼片表面滴加定量的钚標(biāo)準(zhǔn)溶液,使钚的污染水平約為20 Bq/cm2,密封污染钚片,并將其置于馬弗爐中,300℃恒溫3 h。此為樣品B。

3)在處理過的不銹鋼片表面滴加定量濃鹽酸的同時(shí)滴加定量钚標(biāo)準(zhǔn)溶液,使钚的污染水平約為20 Bq/cm2,自然風(fēng)干。此為樣品C。

以上操作均在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。

2.2 去污方法

采用無機(jī)酸如鹽酸和硝酸,有機(jī)酸如檸檬酸+EDTA及 IMC-3N型去污液等去污試劑對(duì)所制得的钚污染部件進(jìn)行擦拭法去污。去污試劑及配方列于表1。

具體實(shí)驗(yàn)過程為:①采用FJ2207表面污染儀對(duì)2.1中所制得的樣品進(jìn)行钚污染水平測(cè)量;②用紗布分別蘸取表1中的去污試劑分別對(duì)钚污染樣品進(jìn)行擦拭去污;③對(duì)去污后樣品進(jìn)行測(cè)量。

表1 不銹鋼钚表面污染去污試劑

2.3 擦拭去污效果評(píng)價(jià)方法

用去污效率評(píng)價(jià)擦拭法去污的效果。計(jì)算去污效率DF公式為:

(1)式中,M b為去污前放射性測(cè)量值;M a為去污后放射性測(cè)量值。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品A擦拭去污效果

對(duì)樣品A進(jìn)行擦拭去污,按照公式(1)計(jì)算去污效率,結(jié)果列于表2。

表2數(shù)據(jù)表明,鹽酸及 NaF+H2C2O4+HNO3兩種去污試劑對(duì)涂抹后自然風(fēng)干的樣品進(jìn)行去污,去污效率均＞95%,硝酸溶液、NaF+HNO3對(duì)樣品的去污效率＞90%,而IMC-3N型去污劑及檸檬酸+EDTA去污試劑的去污效率僅為約50%。IMC-3N型去污劑的主要成分為表面活性劑,對(duì)于表面的油污具有較好的去污效果,而對(duì)光潔的不銹鋼表面的污染去污效果有限。檸檬酸+EDTA去污試劑須在pH為8～9時(shí)才能溶解,大幅降低了試劑的腐蝕性,達(dá)不到較好的去污效率。不銹鋼在高濃度HNO3溶液中存在鈍化現(xiàn)象,影響了溶液對(duì)不銹鋼表面的腐蝕效率,因此其去污效率也不及HCl和NaF+H2C2O4+HNO3體系。

3.2 樣品B擦拭去污效果

對(duì)樣品B進(jìn)行擦拭去污,按照公式(1)計(jì)算去污效率,結(jié)果列于表3。

表2 樣品A去污結(jié)果

表3 樣品B去污結(jié)果

表3數(shù)據(jù)表明,對(duì)于樣品B,除鹽酸溶液的去污效率＞90%外,其他去污試劑的去污效率幾乎都在約60%,IMC-3N型去污劑的去污效果最差,低于60%。

3.3 樣品C擦拭去污效果

對(duì)樣品C進(jìn)行擦拭去污,按照公式(1)計(jì)算去污效率,結(jié)果列于表4。

表4 樣品C去污結(jié)果

樣品風(fēng)干后,其表面會(huì)出現(xiàn)較多腐蝕產(chǎn)物,使得表面污染測(cè)量的效率降低。表4數(shù)據(jù)表明,8%～10%的鹽酸溶液、5%的硝酸溶液以及NaF+H2C2O4+HNO3對(duì)濃鹽酸腐蝕的樣品去污效率均＞95%。其他去污試劑的去污效率也＞70%。分析其原因可能是由于钚大部分進(jìn)入了鹽酸腐蝕的不銹鋼腐蝕產(chǎn)物中,而腐蝕產(chǎn)物很容易被擦拭掉,因此大部分的钚污染也隨之去除。

4 結(jié) 論

(1)對(duì)于不銹鋼表面較為松散的钚污染,鹽酸及NaF+H2C2O4+HNO3兩種去污試劑是較好的去污試劑,去污效率均＞95%。

(2)對(duì)于不銹鋼表面較為固定的钚污染,鹽酸的去污效果較為理想,5%的鹽酸溶液對(duì)其去污效率約為95%。

(3)對(duì)于表面腐蝕產(chǎn)物較多的钚污染樣品,可有效去除腐蝕產(chǎn)物的去污試劑具有較好的去污效果,如5%～8%的鹽酸溶液、5%的硝酸溶液以及NaF+H 2C2O4+HNO3等,其去污效率均＞95%。

(4)IMC-3N型去污劑的主要成分為表面活性劑,對(duì)于表面的油污具有較好的去污效果,而對(duì)光潔的不銹鋼表面的污染,尤其是結(jié)合較為緊密的固定性污染去污效果有限。

(5)檸檬酸+EDTA去污試劑必須在p H為8～9時(shí)才能溶解,大大降低了試劑的腐蝕性,達(dá)不到較好的去污效率。

(6)不銹鋼在HNO3溶液中存在鈍化現(xiàn)象,硝酸的濃度越高其鈍化現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此硝酸溶液對(duì)不銹鋼表面的擦拭去污效率不及HCl和NaF+H 2C2O4+HNO3體系。

[1] 譚昭怡,李燁,陳大華,等.NaF+HNO3浸泡法去除金屬部件表面241Am污染[J].化學(xué)研究與應(yīng)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] 羅文宗,張文青.钚的分析化學(xué)[M].北京:原子能出版社,1991:291.

[5] 譚昭怡,田軍華,張子騫,等.可剝離膜的研制和去污實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J].原子能科學(xué)技術(shù),2004,38(4):379-381.