放射性去污

去污方法很多，包括機(jī)械-物理法（圖1、圖2）、化學(xué)法（圖3）、電化學(xué)法（圖4）、熔融法（圖5）、生物法等等。

選擇去污技術(shù)時(shí)需綜合考慮其適用的介質(zhì)和特征、去污中產(chǎn)生的廢物量和廢物的管理問(wèn)題、去污性能、費(fèi)用、操作安全性等 。

圖3 （a、b）日本核電公司的化學(xué)去污和電解去污裝置

核設(shè)施退役的各個(gè)階段都需要去污。

1）前期準(zhǔn)備階段

進(jìn)行源項(xiàng)調(diào)查和場(chǎng)址特征調(diào)查時(shí)，為方便進(jìn)入退役現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)或取樣分析，需要對(duì)污染熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行去污。

2）實(shí)施階段

在對(duì)物項(xiàng)進(jìn)行拆除、切割解體前，需要進(jìn)行去污；廢物管理階段也需要進(jìn)行去污。

3）退役后期

為實(shí)現(xiàn)物料的再循環(huán)/再利用，需要對(duì)物件進(jìn)行去污；為實(shí)現(xiàn)場(chǎng)址的開(kāi)放，需要對(duì)道路、土壤、地下水等進(jìn)行清污，以達(dá)到開(kāi)放使用的目標(biāo) 。

非固定性污染：污染核素與物體表面之間以分子間作用力結(jié)合，二者結(jié)合疏松，易于去污 。

弱固定性污染：污染核素與物體表面之間以化學(xué)吸附或離子交換形式結(jié)合，二者結(jié)合緊密，較難去污。

強(qiáng)固定性污染：污染核素?cái)U(kuò)散滲入基體材料內(nèi)或基體材料內(nèi)微量元素受放射性輻射產(chǎn)生放射性核素，這種污染很難去除 。

放射性污染去污效果評(píng)價(jià)通常從去污效果、去污對(duì)設(shè)備的損傷程度、廢物量三方面考慮 。

1） 去污效果

通常用去污因子(又稱稱去污系數(shù)，DF)或去污效率（DE）表示 。

式中：DF-去污因子；DE－去污率；I₀-去污前放射性強(qiáng)度；I－去污后放射性強(qiáng)度。

去污因子或去污系數(shù)越高，說(shuō)明去污效果越好。

2） 設(shè)備損傷程度

用金屬損傷量（A）或損失厚度（U）衡量。

式中：A-金屬損失量；W-金屬損失質(zhì)量；S-去污表面積；U-損失厚度；P－金屬密度。

3) 廢物量

去污過(guò)程化中應(yīng)盡量減少產(chǎn)生的廢物量。

當(dāng)前放射性污染廢舊金屬物品的去污方法主要有:金屬物件表面化學(xué)去污和金屬熔煉去（污法

（1）化學(xué)表面去污法

化學(xué)表面去污是通過(guò)化學(xué)試劑對(duì)金屬表面的污染物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使之達(dá)到清除污染物的方法?；瘜W(xué)去污法對(duì)幾何形狀簡(jiǎn)單的部件面的污染較為有效，且一般只適用于處理小的物件

H對(duì)于浸取塔中的管道及閥門(mén)而言，在長(zhǎng)期的運(yùn)過(guò)程中金屬內(nèi)表面會(huì)受到工藝介質(zhì)不同程度的腐蝕作用，且有相當(dāng)數(shù)量的鈾污染物滯留在的微孔中，化學(xué)去污很難達(dá)到在一般條件下再利用的水平。并且化學(xué)去污會(huì)產(chǎn)生大量放射性廢液和污渣，對(duì)環(huán)境造成污染，所以化學(xué)去污法受到較大的限制

（2）金屬熔煉去污法

金屬熔煉去污是通過(guò)將放射性污染的金屬（如:碳鋼、不銹鋼、銅、鋁、鎳等）經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的去污預(yù)處理，再將其放入電弧爐或感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，通過(guò)加入造渣劑和氧化劑使其與金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，把存在于金屬中的放射性核素絡(luò)合到渣中，達(dá)到降低金屬材料中鈾殘留量的方法。該去污法具有較大的減容系數(shù)，并且可大大降低金屬材料中的鈾殘留量。該方法適用于大宗廢舊金屬的去污處理

金屬熔煉去污法與化學(xué)去污法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):

①污染金屬?gòu)U物的減容效果非常顯著

②金屬基材可以有效清除放射性核素，達(dá)到較徹底去污的目的；

③殘留在熔煉金屬中的污染物較均勻分布在金屬基材（錠）中

④易于用譜儀測(cè)量技術(shù)對(duì)金屬熔煉的中間產(chǎn)物進(jìn)行精確的測(cè)量，分析其放射性和組分有益于日后合理地利用這些金屬材料

⑤經(jīng)處理的金屬可進(jìn)行再循環(huán)，用作制造企業(yè)內(nèi)部的設(shè)備和配件，以及制造放射性廢物容器、屏蔽設(shè)備等。

因此，金屬熔煉去污法得到各方面認(rèn)可，在世界上得到廣泛應(yīng)用。

我國(guó)在核工業(yè)系統(tǒng)建立了中核鈾礦冶放射污染金屬熔煉處理中心，該中心是我國(guó)目前唯一從事鈾污染金屬熔煉去污處理及再循環(huán)利用的企業(yè)，在技術(shù)熔煉方面取得了一定進(jìn)展。

（1）熔煉去污簡(jiǎn)要工藝流程

污染金屬熔煉工藝過(guò)程分為:熔化、氧化、還原、出鋼四個(gè)階段。具體為:首先對(duì)廢金屬（碳鋼或不銹鋼）進(jìn)行分檢、分解切割后投入電弧爐或感應(yīng)爐，同時(shí)添加助熔劑進(jìn)行熔煉，中間進(jìn)行取樣檢測(cè)，根據(jù)分析結(jié)果及用戶的需求，采取不同的熔煉步驟。

第一步:熔化期形成熔渣（Ca-Mn-Si系，通過(guò)對(duì)熔煉金屬（鋼材）成分和核素含量化學(xué)分析，未達(dá)到解控標(biāo)準(zhǔn)的金屬（鋼材），可以根據(jù)核系統(tǒng)內(nèi)部的需求，直接鑄造成顎式破碎機(jī)的齒板、斗式挖掘機(jī)的挖斗斗齒、礦車輪、球磨機(jī)鋼球、機(jī)械設(shè)備的襯板等備品、備件，供鈾礦山和水冶加工廠使用

第二步:再熔煉，在鋼中鈾核素含量未達(dá)到解標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，先澆注成鋼錠（每錠重500kg）再與非含鈾廢舊金屬（鋼材）一起配爐熔煉，使其鋼中鈾核素含量滿足控制要求，按照產(chǎn)品的材質(zhì)要求澆注加工成產(chǎn)品。如:整體型放射性廢物桶、200L水泥固化桶的桶蓋，屏蔽容器，手套箱的防護(hù)門(mén)等供核放射性廢物儲(chǔ)存和相關(guān)放射性工作單位使用。

（2）金屬熔煉去污效果及熔煉廢物

①金屬熔煉去污效果

熔煉過(guò)程中熔劑起到了極為重要的作用，可濃集與清除鋼水中的雜質(zhì)。放射性核素和其他非金屬夾雜物一樣，當(dāng)它們化合成為熔渣時(shí)，在鋼水的溫度下成為液體狀態(tài)，很容易聚集在一起與鋼水分離。為了使熔劑起到熔融去污的作用，就必須使熔劑具有一定的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，熔劑的化學(xué)性質(zhì)中主要看氧化性（或還原性）和堿度，物理性質(zhì)中主要看黏度。一般熔劑成分的組成是CaO:55%～65%、MnO:5%～10%、CaF2:8%～12%、SiO₂:10%～15%、Al₂O₃:2%～4%，粉狀顆粒比塊狀的效果要好。由于熔劑的化學(xué)作用和機(jī)械的包裹作用，大部分的a放射性核素被固定在熔渣中被清除到爐外。

金屬熔煉去污處理效果十分明顯。接收時(shí)污染碳鋼的表面污染水平為4～25Bq/cm²，經(jīng)熔煉去污后，其表面污染水平降至6×10-4和1.6×10-2Bq/cm2，碳鋼中鈾放射性比活度也降至<1Bqg，符合IAEA中RS-G-1.7《排除豁免和解控概念的應(yīng)用》提出的解控水平以下，完全可供鈾礦山和水冶廠內(nèi)部循環(huán)使用。

②金屬熔煉廢物

廢舊金屬熔煉過(guò)程產(chǎn)生的廢物主要有:熔渣，噸鋼水的熔渣平均產(chǎn)生率在4%～5%，最高可到8%，熔渣外觀呈玻璃狀，較脆，具有放射性，熔渣須裝入鋼桶送到專門(mén)的處置場(chǎng)；煙塵，熔煉煙塵通過(guò)旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器及其他高效粒子過(guò)濾器進(jìn)行收塵，過(guò)濾收集的塵埃定期清理裝桶，同樣需要送到專用的廢物處置場(chǎng)

假設(shè)年處理放射性污染廢金屬規(guī)模為2500t，則熔渣產(chǎn)生量為100～125ta，煙塵產(chǎn)生量約為25t/a。

（3）金屬熔煉去污技術(shù)發(fā)展前景

中核鈾礦冶放射性污染金屬熔煉處理中心通過(guò)幾年的金屬熔煉去污實(shí)踐，到目前為止，已在國(guó)內(nèi)的鈾礦冶、鈾濃縮、元件制造、核電海軍等20多個(gè)單位和部門(mén)，總共回收熔煉處理了數(shù)萬(wàn)噸的放射性污染廢舊鋼鐵，以及相當(dāng)數(shù)量的不銹鋼材等，這些去污后的金屬材料成功應(yīng)用到核相關(guān)企業(yè)，既解決了廢舊金屬的放射性污染問(wèn)題，又解決了企業(yè)需求，同時(shí)也消除了環(huán)境隱患，取得較好的社會(huì)效益和一定的經(jīng)濟(jì)效益

今后隨著我國(guó)大量核設(shè)施的退役，將會(huì)有更大數(shù)量的放射性污染廢舊金屬設(shè)備器材產(chǎn)生，屆時(shí)將需要更大規(guī)模的放射性污染廢舊金屬熔煉去污產(chǎn)業(yè)予以適應(yīng)。如能進(jìn)一步降低熔煉后金屬中放射性核素含量和輻射水平，則可以進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，使有限的金屬資源回歸社會(huì)，更好地服務(wù)于社會(huì)。

鈾礦勘探開(kāi)采過(guò)程產(chǎn)生的廢舊設(shè)備（如鉆塔鉆機(jī)、鑿巖機(jī)、罐籠、鋼軌等），鈾礦選冶過(guò)程產(chǎn)生的廢舊設(shè)備（如選礦機(jī)、破磨機(jī)，浸出塔，濃密機(jī)，離子交換、萃取設(shè)施，煅燒干燥設(shè)備等），核燃料循環(huán)系統(tǒng)的鈾轉(zhuǎn)化、濃縮、元件制造、后處理過(guò)程產(chǎn)生的一系列廢舊設(shè)備還有相關(guān)科研院所產(chǎn)生的廢舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備、裝等，都受到了不同程度的放射性污染。造成它們污染的主要是鈾礦物、鈾化學(xué)濃縮物、鈾氟化物、鈾氧化物等的溶液、物料及形成的各種絡(luò)合體，以及含钚化合物和大量人工放射性核素等。

鈾礦勘探開(kāi)采和核燃料循環(huán)各個(gè)環(huán)節(jié)所致放射性污染的性質(zhì)和程度雖然各有不同，但都必須進(jìn)行嚴(yán)格的去污處理和嚴(yán)加控制。防止污染廢舊金屬流入社會(huì)污染環(huán)境、危害公眾安全 。