低放金属废物熔炼去污研究.doc

低放金属废物熔炼去污研究 周小玲 贺长安 张鸿 中核 摘要：介绍了某厂用熔炼法对某大型军用d退役产生的放射性污染金属进行去污的试验结果，表明熔炼法是放射性污染金属去污的较好方法之一。在方法、途径和激励上对我国核设施退役产生的放射性污染金属的去污作了探讨。 关键词：放射性污染；金属熔炼；去污 1 引言 我国有许多的核设施正在或即将退役，这些核设施退役以及在运行期间的维修和设备更换会产生大量的金属废物。而目前对受放射性污染的金属废物进行处置的主要方法有直接填埋、去污后填埋、去污后回收再用、直接熔炼和去污后熔炼等许多方式。熔炼法是一种冶金法，依靠熔融放射性金属进行去污。采用金属熔炼法去污工艺，选用适宜的造渣剂和熔炼条件，使附着在污染的金属废物表面的放射性核素进入炉渣中。 通过熔炼处理轻污染的金属废物，能够回收许多宝贵金属，同时节省最终处置的容量和空间。本人通过对某大型军用d退役产生的放射性污染金属进行熔炼试验，探讨适合不同污染程度、不同结构了性的金属废物的去污方法和途径，减少放射性金属废物的质量和体积，降低废物贮存、运输、处置的费用和场地负担，同时使污染金属废物再循环再利用。 2 放射性金属废物熔炼设备 2.1 熔炼工艺选择 金属熔炼所选取的工艺多种多样，但像炼钢厂所用的熔炼炉因会产生很大的粉尘而不适合放射性金属废物的熔炼去污。本文采用中频无芯感应炉作为放射性金属废物熔炼炉，用于对退役产生的低放碳钢和不锈钢废物进行熔炼去污，并将废物中的污染核素富集于炉渣和滤尘中，以降低废物等级。 2.2中频感应炉熔炼装置结构 中频感应炉的设备可分为：机械设备部分和电气设备部分。机械设备包括炉体、倾炉装置及水冷系统；电气设备包括中频电源、补偿电容器组及电气控制保护系统。炉体主要组成部分是感应器、坩埚和炉架（见图1）。 2.3 浇注系统 放射性金属废物的整备过程主要是在浇注系统中完成。将不规则的金属废物切割成外形尺寸为200×400mm的小件，送入熔炼炉然后进入浇注系统整备。其主要设备有：钢包、钢锭模、渣罐以及造渣剂等。 2 熔炼去污流程 2.1 熔炼材料 某军用反应d退役时拆除的金属废物（不锈钢和碳钢），经高压水清洗以后，通过剂量检测，确保放射性金属废物为低放废物。再经切割解体，切割后金属废物的长度≤400mm，断面尺寸≤200mm；切割后将金属废物装入加料料斗内。同时要确保废物内部没有密封小室，防止高温爆炸。金属废物局部放射性表面污染水平为： 在试验中所用造渣剂的主要化学成分如表1所示，其物理特性为：粒状（0.8-2.5mm）。 表1 造渣剂的主要化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 H2O:MAX 造渣剂 73 15 1 1 0.3 3.5 4.5 0.1 0.1 2.2 金属废物熔炼 2.2.1装料 装料前检查熔炼炉炉况，应在炉况良好的状态下冶炼。装料时在炉底先垫入一定量的生石灰，以便造渣，随后装熔炼材料，装料应紧密导电。熔炼送电前开启除尘设备，除尘设备上采用碱水喷淋。熔炼过程分为熔化、氧化、还原、出钢四个阶段。 2.2.2 熔化期 按照操作规程给炉子送电，熔化炉料。熔化后期加入造渣剂造渣。熔化末期可适当调低供电功率。炉料全部溶化后，由于炉渣密度比钢水小，故浮在上部，充分搅拌钢水，扒除熔炼炉上部的全部或大部分炉渣。取检测渣样作放射性含量分析。结果如表1所示。 2.2.3 氧化期 钢液温度超过一定值时，炉渣流动性良好，即可吹氧脱碳。如炉渣流动性不好可加入CaF2来调整炉渣粘度。同时取炉渣样作放射性含量分析，然后扒除氧化渣。 2.2.4 还原期 扒除全部氧化渣后，加入造渣剂造稀薄渣。搅拌钢水，测量钢水温度，要求出钢温度控制在1500℃左右，并浇圆杯试样检查脱氧状况。 2.2.5 出钢 钢液温度符合要求，圆杯样收缩良好，化学成分合格即可停电出钢。钢包中加入碳化硅作最终脱氧。控制好浇注温度和浇注速度，取成品样和钢渣样。除尘设备应在熔炼作业全部完成后才能关闭。 2.2.6 尾气处理 在熔炼过程中，放射性金属材料中的60CO、63Ni因其与Fe性质相近的核素而很难去除，部分放射性核素的沸点和熔点相对较低而进入尾气和炉衬中（见表2），如137Cs、14C、3H等基本全部进入尾气中。尾气处理一般为：除尘、冷却、过滤、吸附等几个环节（见图2），将各环节产生的二次废物进行水泥固定处理，经过处理后的尾气经检测合格后放于大气。 表2 部分放射性核素的熔点和沸点 核素 90Sr 137Cs Pu U Am Cm 熔点/℃ 769 28.5 639.5 1132 1176 1340 沸点/℃ 1384 705 3235 381