含鈰去污廢液對廢液儲存罐腐蝕性研究

李陳 許明遠

南華大學 湖南衡陽 421000

核設施系統與設備經過長期運行，其表面污染一般比較嚴重，部分設備表面出現深度污染現象。為降低退役過程中，工作人員的受照劑量，減少放射性廢物的劑量水平，對污染嚴重的系統和設備拆除前需要進行去污處理[1]。然而，一般情況下，常規的酸堿去污技術對污染嚴重的化工工藝系統設備難以奏效，只有強腐蝕性的去污試劑才可以有效的降低其表面的放射性污染水平，其中Ce（Ⅳ）/HNO3去污工藝是一種有效的去污技術。

去污劑當中的Ce（Ⅳ）具有強氧化性，可以腐蝕金屬表面，少量未反應的Ce（Ⅳ）會殘留在去污廢液當中，腐蝕儲存罐及廢液處理系統影響廢液的安全性，因此，需要對廢液進行預處理，本處理方法，對處理后的上清液、貯存及處理系統設備腐蝕性問題進行了探討。

1 實驗與方法

1.1 上清液對廢水處理系統的腐蝕的檢驗

根據某公司廢液處理設施的設備結構及材質，需要檢驗經過預處理后的含鈰廢水上清液是否會腐蝕蒸發系統的設備，以確保廢水處理系統的安全。蒸發系統及廢液貯存系統中會與上清液接觸的設備主要有廢液貯槽、預熱器、蒸發器、殘液槽及其附屬管道、閥門等，其主要材質為不銹鋼、A3鋼、黃銅等。因此，為上清液對蒸發系統的腐蝕作用選用黃銅、A3鋼、不銹鋼等材料的標準掛片進行30天的常溫浸泡腐蝕試驗。考慮到放射性廢水處理設施的預熱器、蒸發器為不銹鋼材質，特選用不銹鋼掛片進行72小時的90℃高溫浸泡腐蝕試驗。

1.2 高溫下不銹鋼腐蝕情況研究

將三塊不銹鋼標準掛片，編號、稱重后，放入含鈰廢水上清液中浸泡，升溫至90℃。持續觀察，記錄掛片的變化情況，72小時后將掛片取出，稱重。將數據統計、分析，計算20年后的腐蝕深度、腐蝕質量。

1.3 常溫下黃銅，不銹鋼，A3鋼腐蝕情況研究

取三塊黃銅，三塊不銹鋼，三塊A3鋼標準掛片，編號、稱重后，放入含鈰（Ce3+）廢水上清液中浸泡。持續觀察，并記錄掛片的變化情況。13天后觀察金屬以及上清液的變化，30天后再做進一步的觀察，最后將掛片取出進行稱重、數據統計、分析，計算20年后的腐蝕深度、腐蝕質量。

2 實驗結果與討論

2.1 不銹鋼高溫腐蝕結果

由表1可見，20年后每1m2最大腐蝕預計2107g,腐蝕深度最深約為0.28mm。初步判斷在可接受的范圍內。

表1 不銹鋼高溫腐蝕結果

2.2 黃銅常溫腐蝕結果

13天后，浸泡黃銅的上清液由無色變為淺藍色，最終變為深藍色，30天后將掛片取出，黃銅掛片表面金屬光澤消失，并出現綠色銅綠，由表2可見，20年后每1m2最大腐蝕預計19000g,腐蝕深度最深2.25mm。因此，含鈰廢水上清液對黃銅腐蝕性很強。

表2 黃銅腐蝕結果

2.3 不銹鋼常溫腐蝕結果

13天后，不銹鋼掛片沒有明顯腐蝕痕跡，掛片表面有金屬光澤，30天后取出掛片被浸泡的不銹鋼掛片沒有出現腐蝕痕跡，溶液沒有變化，表3可見，上清液對不銹鋼腐蝕較弱，20年預計每1m2最多腐蝕136g，最深腐蝕0.018mm，在可接受的范圍內。

表3 不銹鋼常溫腐蝕結果

2.4 A3常溫腐蝕結果

13天后，A3鋼掛片出現腐蝕痕跡，溶液沒有變化。30天后取出掛片，A3鋼掛片腐蝕明顯增加，掛片表面有金屬光澤，由表4可見，20年后每1m2最大腐蝕預計9200g,腐蝕深度最深1.14mm。初步判定溶液對A3鋼的腐蝕較強，但值得說明的是，1號掛片在溶液中的腐蝕在懸掛細繩的小孔與邊緣處表現的非常強，銹跡沿掛片下流，沿途腐蝕強烈，而周圍光滑表面未見明顯腐蝕現象，其余兩個掛片無此現象。1號掛片的這種現象，主要是腐蝕電位造成的。在掛片小孔處，形成一個陽極和陰極區隔離的腐蝕電位電池，金屬在溶液中失去電子，變成帶正電的陽離子，這是一個氧化過程即陽極過程。因此，1號掛片的腐蝕屬于個例，溶液對A3鋼腐蝕性在可接受的范圍。

表4 A3腐蝕結果

3 結語

根據某低廢水處理系統設計資料，蒸發器、預熱器等設備為不銹鋼材質，其設備及管道的腐蝕裕量為2mm，經過高溫腐蝕試驗，20年后，腐蝕深度為0.28mm，小于設計值。廢液貯槽材質均為不銹鋼，其設計腐蝕裕量為1mm，經常溫腐蝕試驗，20年后，腐蝕深度為0.018mm，小于設計值。由于系統內部分閥門閥芯為黃銅，20年后，腐蝕深度最大預計為2.25mm，不難發現，含鈰廢水對銅的腐蝕較強。若長期運行，可能會加大閥門內漏的風險，影響廢液處理系統的安全。根據不銹鋼的腐蝕結果，可考慮將閥芯材質改為不銹鋼。對于可能與含鈰廢水長期接觸的A3鋼材質設備，應在設備制造過程中對設備進行無損探傷，檢查其是否存在孔隙和微裂紋，從而避免設備在運行過程中出現大量腐蝕的現象，減少設備隱患[2]。