Виносний електролізер для електрохімічної дезактивації металевих поверхонь від радіонуклідів

Технічне рішення відноситься до галузі електрохімічної розмірної обробки поверхонь металевих виробів, зокрема до пристроїв для обробки металевих поверхонь електрохімічним методом з метою вилучення забрудненого металу. Відомі наступні способи дезактивації поверхонь металів: - фізичний, що включає ультразвукову обробку в розчинах хлористого метилену [1]; - хімічний, в якому радіонукліди вилучають розчином КМnO4 з уксусною чи щавлевою кислотами [2]. Недоліками цих способів є те, що вони обумовлюють при дезактивації поверхонь утворення великого об'єму рідких радіоактивних відходів які необхідно утилізувати за допомогою додаткових методів, або захоронювати в спеціальних могильниках, забруднюючи довкілля. Міцність зв'язку пиловидних частинок з поверхнею твердих тіл визначається силами адгезійної взаємодії. Труднощі дезактивації фізичної та хімічної дії обумовлені, головним чином, необхідністю розчинення і усунення з поверхні, яку дезактивують радіоактивних осадів корозійного чи технічного походження. Внаслідок обробки поверхні хімічними реагентами, її дезактивація до потрібної чистоти без пошарового знімання поверхні не дає позитивного результату, тому що радіонукліди знаходяться здебільшого у глибині металу чи металічних сплавів. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, є пристрій для електрохімічної дезактивації металолому, забрудненого радіоактивними сполуками [3]. У відомій конструкції, забруднений метал розміщують між анодом і катодом і виконує роль біполярного електроду. Стадія хімічного розчинення в присутності кислоти завершує процес вилучення радіонуклідів з поверхні металу. Відомий електрохімічний спосіб має ряд недоліків, що обумовлюють низку технологічних трудно щів при обробці поверхонь великої площі та деталей складного профілю. Для обробки таких поверхонь корпус електролізеру повинен мати великі габарити та електроди, розраховані на навантаження понад тисячу амперів. Потрібен великий об’єм електроліту. Зняті з поверхні радіонукліди переходять в нього і його необхідно додатково переробляти переробляти існуючими способами з метою концентрування та захоронення. В основу даного винаходу поставлена задача розробити такий електролізер, який би виключав зазначені вище недоліки та забезпечував зменшення витрат електроліту на дезактивацію, скорочення об'єму утворених радіоактивних відходів, поліпшення якості обробленої поверхні, вилучення усяких типів забруднення одним лише розчином, включаючи міцнофіксоване забруднення і окисний шар. В технічному рішенні, що пропонується, корпус електролізеру складається з двох концентричних циліндрів, які напівовальними основами герметично з’єднані між собою у верхній частині, і утворюють відділення зниженого тиску та відділення для електроліту з патрубками для його циркуляції та відкачування повітря, при цьому основу відділення для електроліту виконано із пористої діафрагми. Відділення зниженого тиску, за допомогою якого електролізер присмоктується до поверхні металу, що дезактивують, утворюється між зовнішнім та внутрішнім циліндрами. Електроліт міститься у відділенні, утвореному внутрішнім циліндром та пористою діафрагмою. Поставлена задача досягається за рахунок того, що конструкція корпусу електролізера дозволяє працювати з невеликою кількістю дезактивую чого електроліту, який знаходиться в замкненому об'ємі. За рахунок цього усувається забруднення довкілля вилученими радіонуклідами. Відділення зниженого тиску, за допомогою якого електролізер присмоктується до поверхні металу, що дезактивують, також запобігає викиду забруднень у довкілля. Крім того, це конструктивний вузол дозволяє виконувати дезактивацію малодоступних або незручно розташованих ділянок поверхні. Особливості електролізу через пористі мембрани та циркуляція електроліту забезпечують високу якість очищення металічної поверхні від радіонуклідів різного типу в тому числі міцно зв'язаних з нею, а також від поверхневих оксидних шарів. При роботі електролізеру, поверхня металу, яку необхідно очистити, змочується електролітом і під дією постійного струму при анодній поляризації з неї шар за шаром вилучається радіоактивне забруднення. Відміною пристрою, що заявляється від відомого є те, корпус електролізеру складається з двох концентричних циліндрів, які півовальними основами герметично з'єднані між собою у верхній частині, і утворюють відділення зниженого тиску та відділення для електроліту з патрубками для його циркуляції та відкачування повітря, при цьому основу відділення для електроліту виконано із пористої діафрагмою. Наявність робочого відділення зниженого тиску дозволяє вести дозволяє проводити дезактивацію металічного виробу безпосередньо по місцю його використання без демонтажу, не тільки на горизонтальних, але й на вертикальних поверхнях, наприклад, на стелі. Наявність робочого відділення для електроліту забезпечує концентрування радіонуклідів у невеликому об'ємі. Запропонований електролізер і його елементи в розрізі, приведені на рисунку. Корпус електролізер складається із зовнішнього 1 та внутрішнього 2 циліндрів з півовальними основами, що герметично з'єднані між собою. Зовнішній циліндр 1 може бути виготовлений із гуми, фторопласту чи іншого матеріалу. Внутрішній циліндр 2 виготовляють із неелектропровідного матеріалу, наприклад, пластикату. Електролізер має патрубок 3 для подачі електроліту в відділення 4, протиелектрод-катод 5 та вихідний патрубок 6 для циркуляції електроліту. Для здійснення розрідження у відділенні 8 електролізер має патрубок 7. Для проведення ефективного вилучення радіонуклідів з поверхні металу основа відділення для електроліту 4 оснащена пористою діафрагмою 9, яку виконано із суміші тканин вовни та синтетичного волокна. Електролізер працює таким чином. Пристрій ставлять на поверхню, що підлягає очищенню від наведених радіонуклідів, створюють розрідження у відділенні 8 за допомогою патрубку 7 та вакуумного насосу з метою присмоктування до поверхні. Потім через патрубок 3 нагнітають електроліт, який циркулює у відділенні 4 між протиелектродом і поверхнею, що обробляють, та ви ходить через патрубок 6 в ємність по замкнутому циклу. Після заповнення електролізеру електролітом підводять постійний струм. До поверхні, яку очищають із знаком "плюс", а до протиелектроду - із знаком "мінус". Подача електроліту в зону обробки, відбувається за допомогою відцентрового насосу. Високу ефективність процесу очистки поверхні від радіонуклідів обумовлено тим, що з поверхні забрудненого метала під дією постійного струму розчиняються в першу чергу всі метали які мають електронегативний потенціал. Це відноситься до таких елементів, які мають наступні значення потенціалу: Sr/Sr2+=-2,89, La/La3+= 2,52, Ce/Ce3+=-2,48, Nd/Nd3+=-2,44, Sm/Sm 3+=-1,41, Gd/Gd 3+=-2,40, Am/Am 3+=-2,32, Lu/Lu3+=-2,25, Sc/Sc3+=-2,10, Th/Th4+=-1,90, Np/Np 3+=-1,86 та інші. Лабораторні і стендові випробування пристрою показали високу ефективність очистки від радіонуклідів металевих поверхонь. При дезактивації з високим рівнем радіаційного забруднення циркуляція електроліту недоцільна, так як концентрація радіоактивних сполук у електроліті після одного циклу обробки досягає 10-2-103 Ки/л. Для дезактивації нержавіючої сталі оптимальним є електроліт складу мас.%; 70Н3РО4+12Н2SО4+9СrО3. Оптимальна щільність струму у всіх випадках 50-70мА/см 2 при напрузі на електролізері 8-12В. Витрата електроліту залежить від типу електроду, що використовують рівня радіаційного забруднення та профілю поверхні, яку дезактивують, але не перевищує 0,03-0,5л/м. При електрохімічній обробці забрудненої поверхні з циркуляцією електроліту його працездатність визначається накопиченням іонів Fe, Cr, Ni і радіоактивних сполук. Спосіб електрохімічної дезактивації усуває прижоги, ручну працю в умовах підвищеної радіаційної безпеки. Усунення цієї операції, а також скорочення витрат електроліту, зменшення об'єму радіоактивних відходів, повищення продуктивності обробки забезпечує суттєвий економічний ефект при використанні виносного електролізера для електрохімічної дезактивації металевих поверхонь від радіонуклідів. Джерела інформації, прийняті до уваги при написані заявки: 1. Способ дезактивации и очистки металлических изделей. Кобаяси Тосио, Кадзута Коити, Сасаки Такэси, Хирао Сюндзаку. Заявка 60-208500 Япония опубликовано 21.10.1985. МКИ С25F3/16. 2. Дезактивация металлических конструкций атомных реакторов Bertholdt Horst-Otto, Himing Hans, Papesch Rudolf Заявка №3413868 ФРГ опуб.17.10.1985г. МКИ G21F9/28. 3. Устройство для электрохимического обеззараживания загрязненными радиоктивными веществами металлолома. Enda М., Sakural J., Sakoi H., Sasaki Os. Патент №2865965 США МПК С25В9/00 Опуб.2.02.1999г.