放射性去污放射性污染机理

非固定性污染：污染核素与物体表面之间以分子间作用力结合，二者结合疏松，易于去污 。

弱固定性污染：污染核素与物体表面之间以化学吸附或离子交换形式结合，二者结合紧密，较难去污。

强固定性污染：污染核素扩散渗入基体材料内或基体材料内微量元素受放射性辐射产生放射性核素，这种污染很难去除 。

去污方法很多，包括机械-物理法（图1、图2）、化学法（图3）、电化学法（图4）、熔融法（图5）、生物法等等。

选择去污技术时需综合考虑其适用的介质和特征、去污中产生的废物量和废物的管理问题、去污性能、费用、操作安全性等 。

图3 （a、b）日本核电公司的化学去污和电解去污装置

放射性污染去污效果评价通常从去污效果、去污对设备的损伤程度、废物量三方面考虑 。

1） 去污效果

通常用去污因子(又称称去污系数，DF)或去污效率（DE）表示 。

式中：DF-去污因子；DE－去污率；I₀-去污前放射性强度；I－去污后放射性强度。

去污因子或去污系数越高，说明去污效果越好。

2） 设备损伤程度

用金属损伤量（A）或损失厚度（U）衡量。

式中：A-金属损失量；W-金属损失质量；S-去污表面积；U-损失厚度；P－金属密度。

3) 废物量

去污过程化中应尽量减少产生的废物量。

核设施退役的各个阶段都需要去污。

1）前期准备阶段

进行源项调查和场址特征调查时，为方便进入退役现场进行检测或取样分析，需要对污染热点区域进行去污。

2）实施阶段

在对物项进行拆除、切割解体前，需要进行去污；废物管理阶段也需要进行去污。

3）退役后期

为实现物料的再循环/再利用，需要对物件进行去污；为实现场址的开放，需要对道路、土壤、地下水等进行清污，以达到开放使用的目标 。

当前放射性污染废旧金属物品的去污方法主要有:金属物件表面化学去污和金属熔炼去（污法

（1）化学表面去污法

化学表面去污是通过化学试剂对金属表面的污染物进行化学反应，使之达到清除污染物的方法。化学去污法对几何形状简单的部件面的污染较为有效，且一般只适用于处理小的物件

H对于浸取塔中的管道及阀门而言，在长期的运过程中金属内表面会受到工艺介质不同程度的腐蚀作用，且有相当数量的铀污染物滞留在的微孔中，化学去污很难达到在一般条件下再利用的水平。并且化学去污会产生大量放射性废液和污渣，对环境造成污染，所以化学去污法受到较大的限制

（2）金属熔炼去污法

金属熔炼去污是通过将放射性污染的金属（如:碳钢、不锈钢、铜、铝、镍等）经过简单的去污预处理，再将其放入电弧炉或感应炉中进行熔炼，通过加入造渣剂和氧化剂使其与金属材料发生化学反应，把存在于金属中的放射性核素络合到渣中，达到降低金属材料中铀残留量的方法。该去污法具有较大的减容系数，并且可大大降低金属材料中的铀残留量。该方法适用于大宗废旧金属的去污处理

金属熔炼去污法与化学去污法相比，具有如下优点:

①污染金属废物的减容效果非常显著

②金属基材可以有效清除放射性核素，达到较彻底去污的目的；

③残留在熔炼金属中的污染物较均匀分布在金属基材（锭）中

④易于用谱仪测量技术对金属熔炼的中间产物进行精确的测量，分析其放射性和组分有益于日后合理地利用这些金属材料

⑤经处理的金属可进行再循环，用作制造企业内部的设备和配件，以及制造放射性废物容器、屏蔽设备等。

因此，金属熔炼去污法得到各方面认可，在世界上得到广泛应用。

我国在核工业系统建立了中核铀矿冶放射污染金属熔炼处理中心，该中心是我国目前唯一从事铀污染金属熔炼去污处理及再循环利用的企业，在技术熔炼方面取得了一定进展。

（1）熔炼去污简要工艺流程

污染金属熔炼工艺过程分为:熔化、氧化、还原、出钢四个阶段。具体为:首先对废金属（碳钢或不锈钢）进行分检、分解切割后投入电弧炉或感应炉，同时添加助熔剂进行熔炼，中间进行取样检测，根据分析结果及用户的需求，采取不同的熔炼步骤。

第一步:熔化期形成熔渣（Ca-Mn-Si系，通过对熔炼金属（钢材）成分和核素含量化学分析，未达到解控标准的金属（钢材），可以根据核系统内部的需求，直接铸造成颚式破碎机的齿板、斗式挖掘机的挖斗斗齿、矿车轮、球磨机钢球、机械设备的衬板等备品、备件，供铀矿山和水冶加工厂使用

第二步:再熔炼，在钢中铀核素含量未达到解标准时，先浇注成钢锭（每锭重500kg）再与非含铀废旧金属（钢材）一起配炉熔炼，使其钢中铀核素含量满足控制要求，按照产品的材质要求浇注加工成产品。如:整体型放射性废物桶、200L水泥固化桶的桶盖，屏蔽容器，手套箱的防护门等供核放射性废物储存和相关放射性工作单位使用。

（2）金属熔炼去污效果及熔炼废物

①金属熔炼去污效果

熔炼过程中熔剂起到了极为重要的作用，可浓集与清除钢水中的杂质。放射性核素和其他非金属夹杂物一样，当它们化合成为熔渣时，在钢水的温度下成为液体状态，很容易聚集在一起与钢水分离。为了使熔剂起到熔融去污的作用，就必须使熔剂具有一定的化学性质和物理性质，熔剂的化学性质中主要看氧化性（或还原性）和碱度，物理性质中主要看黏度。一般熔剂成分的组成是CaO:55%～65%、MnO:5%～10%、CaF2:8%～12%、SiO₂:10%～15%、Al₂O₃:2%～4%，粉状颗粒比块状的效果要好。由于熔剂的化学作用和机械的包裹作用，大部分的a放射性核素被固定在熔渣中被清除到炉外。

金属熔炼去污处理效果十分明显。接收时污染碳钢的表面污染水平为4～25Bq/cm²，经熔炼去污后，其表面污染水平降至6×10-4和1.6×10-2Bq/cm2，碳钢中铀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应用》提出的解控水平以下，完全可供铀矿山和水冶厂内部循环使用。

②金属熔炼废物

废旧金属熔炼过程产生的废物主要有:熔渣，吨钢水的熔渣平均产生率在4%～5%，最高可到8%，熔渣外观呈玻璃状，较脆，具有放射性，熔渣须装入钢桶送到专门的处置场；烟尘，熔炼烟尘通过旋风除尘器、布袋除尘器及其他高效粒子过滤器进行收尘，过滤收集的尘埃定期清理装桶，同样需要送到专用的废物处置场

假设年处理放射性污染废金属规模为2500t，则熔渣产生量为100～125ta，烟尘产生量约为25t/a。

（3）金属熔炼去污技术发展前景

中核铀矿冶放射性污染金属熔炼处理中心通过几年的金属熔炼去污实践，到目前为止，已在国内的铀矿冶、铀浓缩、元件制造、核电海军等20多个单位和部门，总共回收熔炼处理了数万吨的放射性污染废旧钢铁，以及相当数量的不锈钢材等，这些去污后的金属材料成功应用到核相关企业，既解决了废旧金属的放射性污染问题，又解决了企业需求，同时也消除了环境隐患，取得较好的社会效益和一定的经济效益

今后随着我国大量核设施的退役，将会有更大数量的放射性污染废旧金属设备器材产生，届时将需要更大规模的放射性污染废旧金属熔炼去污产业予以适应。如能进一步降低熔炼后金属中放射性核素含量和辐射水平，则可以进一步扩大应用范围，使有限的金属资源回归社会，更好地服务于社会。

铀矿勘探开采过程产生的废旧设备（如钻塔钻机、凿岩机、罐笼、钢轨等），铀矿选冶过程产生的废旧设备（如选矿机、破磨机，浸出塔，浓密机，离子交换、萃取设施，煅烧干燥设备等），核燃料循环系统的铀转化、浓缩、元件制造、后处理过程产生的一系列废旧设备还有相关科研院所产生的废旧实验设备、装等，都受到了不同程度的放射性污染。造成它们污染的主要是铀矿物、铀化学浓缩物、铀氟化物、铀氧化物等的溶液、物料及形成的各种络合体，以及含钚化合物和大量人工放射性核素等。

铀矿勘探开采和核燃料循环各个环节所致放射性污染的性质和程度虽然各有不同，但都必须进行严格的去污处理和严加控制。防止污染废旧金属流入社会污染环境、危害公众安全 。