Спосіб дезактивації металевих деталей

Спосіб дезактивації металевих деталей, котрий полягає в тому, що деталі поміщають в обертовий контейнер, в якому забруднені деталі контактують з очищувальним середовищем, який відрізняється тим, що очищувальне середовище вміщує набір гранул твердого абразиву розміром 330 мм, в якому виконують механічну очистку поверхонь, і водний розчин органічних і неорганічних речовин з показником рН не менше 3, в якому виконують одночасно хімічну очистку забруднених деталей, при цьому співвідношення гранульованого абразиву, водного розчину і деталей 1:1:1, мас.%. (19) (21) 97052177 (22) 12.05.1997 (24) 16.10.2000 (33) UA (46) 16.10.2000, Бюл. № 5, 2000 р. (72) Богомол Іван Васильович, Джемелінський Віталій Васильович, Селіверстов Анатолій Євгенович, Коровкін Володимир Олександрович, Євтєєв Юрій Львович, Деміда Петро Павлович (73) HАЦІОН АЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" 28495 продуктивної дезактивації насипкою, що потребує для використання спеціальних підвісок та пристроїв, які потребують монтажу та демонтажу, складність конструкції вібраторів. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу дезактивації металевих деталей, в якому за рахунок очищувального середовища, яке містить набір гранул твердого абразива розміром 3-30 мм багаторазового використання, та водного розчину органічних і неорганічних речовин інтенсифікують процес дезактивації, підвищують продуктивність процесу, знижують витрати на матеріали за рахунок багаторазового використання твердого гранульованого абразиву. Вирішення поставленої задачі здійснюють об'ємною махано-хімічною обробкою деталей в обертовому контейнері в очищувальному середовищі, яке містить набір гранул твердого абразива розміром 3-30 мм, який здійснює механічну очистку деталей від забруднень і водний розчин органічних і неорганічних речовин з показником рН не менше 3, який здійснює хімічну очистку забруднених деталей при цьому співвідношення абразива, водного розчина і деталей становить (мас.%): 1:1:1. На фігурі зображена схема для дезактивації. Резервуар 1, який містить водний розчин 2, в який помішують перфорований контейнер 3, який містить забруднені деталі 4, гранульований абразив 5 і водний розчин 2. Процес дезактивації виконують так: забруднені деталі і гранули твердого абразива розміром 330 мм в масовому співвідношенні 1:1 завантажують насипкою в перфорований контейнер на 80% по об'єму. Завантажений контейнер занурюють в водний розчин з показником рН не менше 3 таким чином, щоб деталі і абразивні гранули були повністю покриті водним розчином, що відповідає співвідношенню деталей, абразиву і розчину 1:1:1. Контейнеру надають оберти. Співвідношення деталей абразива і розчина 1:1:1 при оптимальному завантаженні контейнера на 80% по об'єму забезпечує найбільш інтенсивне знімання усіх видів забруднень і їх повне видалення з поверхні деталей, при цьому 100% очистку досягають за 10-15 хв. обробки складовими робочого середовища із набору гранул 3-10, 10-20, 2030 мм (табл. 1) і водних розчинів № 1 або № 2 (табл. 2). При меншому співвідношенні гранул абразива до деталей та розчину, наприклад 0,9:1:1 деталі співударяються між собою і на їх поверхні з'являються дефекти у вигляді вм'ятин. При більшому співвідношенні абразиву до деталей та розчину, наприклад 1,1:1:1, знижується продуктивність одноразового завантаження, відповідно на 10%. Зменшення кількості розчину в співвідношенні абразива, деталей та розчину, наприклад 1:1:0,9 приводить до збільшення тривалості обробки для досягнення 100% очистки, при цьому має місце недостатня промивка деталей в процесі обробки. Збільшення кількості розчину в співвідношенні абразив, деталі, розчин, наприклад 1:1:1,1 є економічно недоцільним, оскільки не досягається скорочення часу на обробку (табл. 1). Використання гранул твердого абразиву розміром менше 3 мм із-за їх частого руйнування під механічною взаємодією в робочому середовищі не забезпечує підвищення продуктивності обробки. Використання твердого абразиву розміром гранул більше 30 мм спричиняє появі подряпин на окремих ділянках оброблюваних поверхонь. Використання водного розчину органічних і неорганічних речовин з показником рН менше 3 спричиняє появі мікропористості на поверхні оброблюваних металевих деталей, що не допускається при експлуатації деталей в обладнанні, наприклад АЕС. Роль ріжучого інструмента в пропонованому способі виконує твердий наповнювач із абразива з розміром гранул 3-30 мм і розміром абразивних зерен в гранулах М20-М50. В якості твердого гранульованого абразивного наповнювача використовується тверда природна та синтетична мінералокераміка, яка має твердість в 1,3-2,0 рази більшу чим твердість оброблюваного матеріала. Так, наприклад, для деталей із чорних металів і їх сплавів, які мають більшу твердість ніж кольорові сплави, рекомендується співвідношення твердості Н А/НМ=1,5¸1,8, а для кольорових з метою запобігання дряпання їх поверхонь при обробці відповідно НА/НМ=1,3¸1,5. Для обробки сталевих деталей в пропонованому технічному рішенні використовується наприклад матеріал на основі плавленого оксиду алюмінію (99¸99,2% a-Al2O3) у вигляді щільних гранул (g=3,95 г/см 3) любої геометричної форми (частіше циліндра, трикутника, піраміди, конуса, шара, еліпса та інш.). Ма теріал на основі a-Al2O3 являється добрим абразивним середовищем, внаслідок високої твердості (HV 18¸22 ГПа) і підвищеними міцністними властивостями (міцність на стиснення - sст=300 кг/мм 2, міцність при згинанні -sзг.= =30 кг/мм 2), яке забезпечує гранулі високу зносостійкість і абразивну спроможність. По механічним властивостям матеріал гранули на основі a - Al2O3 в 2-3 рази перевищує власти вості гранул виготовлених із фарфору і стеатиту. На користь застосування абразивних гранул із a - Al2O 3 вказують і економічні фактори: дешевизна, доступність в отриманні та екологічна чистота цього матеріалу. Завантаження абразивного матеріалу та забруднених деталей в контейнер (фиг.) здійснюється насипанням, а тому не потребує спеціальних підвісок монтування та демонтування на них деталей, як це здійснюється в приведеному прототипі. Гранульований наповнювач, на відміну від прототипу, в пропонованому способі використовується багаторазово, що зменшує вартість процесу. При обертанні контейнера в результаті складного руху та перемішування деталей, наповнювача у вигляді гранул і розчину здійснюється одночасно комплексна механо-хімічна дія на очищувальні поверхні деталей. Механічна дія здійснюється шляхом тертя, сковзання, перекатування та співударів, результатом яких являються процеси мікрорізання, сколювання та зняття забрудненого корозійно-радіоактивного шару та одночасного в результаті дії рідинного складу розчинення і видалення забруднення з поочищених поверхонь, включаючи і важкодоступні для абразивного наповнювача. Крім того, під дією розчинів № 1 і № 2 2 28495 Cs 2O×SiO2+2H2O2®CsOH+H2SiO3 2СSOH+H2C2O4®CS2C2 O4+2H2O 6CSOH+6NaHPO4®6NaCSHPO4. Послідовний цикл реакцій дозволяє розчиняти частки складних з'єднань: 2CSO×RuO2×SO2+2H2O 2+4H2C2O4+6NaPO3® ®2Ru(C2O4)+2H2SiO3+2Na3PO4+4CSH2PO4. В лужних розчинах (розчин № 2) перекис водню утворює пероксиди, добре розчиняє оксиди трансуранових елементів, наприклад UO2, U3O8, PuO2, AmO2 та інші: UO2+4NH4HCO3+H2O2®(NH4)4[UO 2(CO3) 3]+ +3H2O+CO2. Розчинність утвореної амонійної солі трикарбонатуранілата амонію у воді досить висока 25 г/л. Водний розчин № 2 десорбує з поверхні важкодоступних місць деталей складної форми забруднення у вигляді добре розчинених з'єднань урана, плутонія, амеріція та інших. В цьому розчині на три і більше порядків збільшується розчинність з'єднань стронція, цезія, рутенія, ніобія, цирконія, кобальта, цинка за рахунок утворення комплексних з'єднань, які добре розчиняються у воді. У амонійно-карбонатному середовищі розчинність багатьох з'єднань вища ніж у содовому розчині. При зміні концентрації бікарбонатних амонійних з'єднань величина рН залишається практично незмінною (рН 8-9). Трилон Б зв'язує в міцні водорозчинні комплекси практично всі радіонуклідні речовини. Результати експериментальної перевірки запропонованого технічного рішення шляхом комплексної механо-хімічної дезактивації забруднених корозійними щільними відкладами на деталях із сталі 45, твердістю HRC 50, складної конфігурації з внутрішніми фасонними поверхнями та отворами малого діаметра (Æ 2-3 мм) приведені на табл. 1. Як видно із табл. 1 розчини № 7-14, які складаються із набору гранул 3-10, 10-20, 20-30 мм, найбільш інтенсивно очищають забруднені поверхні при частоті обертання контейнера 30 об/хв. Час очистки в 5-10 разів менше в порівнянні з очисткою в конвективних потоках (прототип). В пропонованому способі використовується просте обладнання для здійснення, не має необхідності у допоміжних пристроях для закріплення деталей у порівнянні з відомим прототипом. Суттєвою перевагою пропонованого способу є багаторазове, на відміну від одноразового у прототипі, використання абразивного наповнювача. Час використання пропонованого в даному те хнічному рішенні наповнювача на основі a - Al2O3 У вигляді гранул розміром 3-30 мм дорівнює близько одного року. Для здійснення способу не потребуються коштовні реактиви, їхня кількість обмежена 2-3 компонентами. Концентрація розчину низька (1-5 г/л). Поверхня сталевих деталей після очистки світла, поліпшується шорсткість поверхонь на відміну від пористих поверхонь при довгому циклі хімічної обробки відомими способами. відбувається адсорбційне знеміцнювання в поверхневих шарах, розклинюючі капілярні та інші ефекти, які інтенсифікують зняття та видалення забруднень. Основне зняття забруднень в пропонованому способі здійснюється механічною дією гранульованного абразивного наповнювача. Допоміжне зняття, в тому числі і в важкодоступних місцях, здійснюється дією очищувального розчину з органічними та неорганічними складовими, які забезпечують хімічне розчинення та видалення забруднень. В якості очищувальних розчинів в пропонованому способі використовуються водні розчини з наступними складовими (мас.%): Склад № 1: кислота лимонна або щавелева 0,3-0,5 триполіфосфат натрію або гексаполіфосфат 0,3-0,5 трилон Б 0,05-0,1 перекис водню (35%) 0,05-0,1 вода решта. Склад № 2: бікарбонат амонію 0,3-0,5 триполіфосфат натрію 0,3-0,5 трилон Б 0,05-0,1 перекис водню (35%) 0,05-0,1 вода решта. Результатами експериментальних перевірок деяких властивостей розчинів № 1 і № 2 (табл. 2) очищувального середовища встановлено, що обидва розчини володіють значною поверхневою активністю, знижуючи поверхневий натяг води з 70,92×103 н/м до 23×103 н/м (розчин № 1) і 17×103 н/м (розчин № 2). Обидва розчини мають слабку піноутворюючу властивість, що є позитивною якістю, поряд з хорошим змочуванням металевих поверхонь. Компоненти розчинів доступні, а їх невелика кількість і концентрація у водному розчині є цілком достатніми для ефективної очистки забруднених поверхонь на відміну від багатокомпонентних розчинів відомих способів дезактивації. У воді розчинність радіоактивних забруднень низька від n×10-7 ки/л до n×10-10 ки/л. Добавка у водний розчин з'єднань типу бікарбоната амонію, поліфосфатів натрію або калія, перекису водню, щавелевої або лимонної кислоти підвищує розчинність радіонуклідних забруднень з n×10-7 ки/л до n×10-3 ки/л. В кислому водному розчині (склад № 1) розчинність оксидних радіоактивних забруднень збільшується на три порядки в порівнянні з водою. Оксиди простого тилу Cs 2O, RuO, Pu 2O 5, PuO3, UO2, UO3, Am 2O 3, Co2O3 , ZrO 2, NbO2, Nb2 O5 і інші з перекисом водню утворюють з'єднання: UO2+H2O2®H2UO 4 PuO2+2H2O2®PuO4+2H2 O RuO+H2O2®H2RuO3. Складні оксидні радіоактивні забруднення типу (Men Mem) Op в розчині № 1 розпушуються і розчиняються ліпше з добавкою перекису водню, ніж без добавки, наприклад: 3 28495 Таблиця 1 № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. № розчину №1 №1 №1 №2 №2 №2 №1 №1 №1 №2 №2 №2 20 25 30 35 30 26 27 24 22 23 15 19 20 14 17 18 27 24 25 25 20 20 13 18 19 12 18 17 22 18 20 23 18 19 10 15 17 8 15 14 24 21 23 26 20 19 10 17 18 10 16 15 Массове співвіднош. А:Д:Р 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 1:1:1 №1 13 12 10 11 1:1:1 №2 15 10 10 13 1:1:1 №1 17 15 14 16 1:1:0,9 №2 15 10 10 13 1:1:1,1 Очищувальне середовище Розмір гранул, мм 3-10 10-20 20-30 3-10 10-20 20-30 75%(10-20)+25%(3-10) 50%(10-20)+50%(3-10) 25%(10-20)+75%(3-10) 75%(10-20)+25%(3-10) 50%(10-20)+50%(3-10) 25%(10-20)+75%(3-10) 33%(10-20)+33%(20-30)+ +34%(3-10) 33%(10-20)+33%(20-30)+ +33%(3-10) 33%(10-20)+33%(20-30)+ +34%(3-10) 33%(10-20)+33%(20-30)+ +34%(3-10) Час повного видалення забруднення, хв. Частота обертання контейнера об/хв. А - абразив, Д - деталі, Р - розчин Таблиця 2 Властивості розчинів складових № 1 і № 2 № складових 1 2 рН 3-3,5 8,2-8,9 Ціноутворення Ао , % 1 2 Сталь 25 20 Фіг. 4 Кут змочування Латунь Алюміній 30 19 26 23 Поверхневий натяг s×103, н/м 24 17 28495 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5