（核燃料循环与材料专业论文）电化学去污方法和技术研究.pdf

a b s t r a c t f h e e l e c t r o c h e m i c a ld e c o n t a m i n a t i o nm e t h o di ss t u d i e d w h i l e r e m o v i n g p o l l u t i o no ns u r f a c eo fs t a i n l e s ss t e e li sam a i ng o a l i ti sf o u n dd u r i n gr e s e a r c h i n g t h a tt h ec o n d u c t a n c eo fs o l u t i o n ，d i s t a n c eb e t w e e ne l e c t r o d e s ，a n d c o m p o s i t i o n d e t e r m i n et h ee f f i c i e n c yo fd e c o n t a m i n a t i o na n dt h er e s u l to f e l e c t r o l y s i s t h e nan e w m e t h o do fe l e c t r o c h e m i c a ld e c o n t a m i n a t i o nw h i c hu s e sp u l s ep o w e ri s d e v e l o p e d m o r e o v e r , s o m ee l e m e n t so fe q u i p m e n t sw h i c hh a v ec o m m i s s i o n e df o rl o n gt i m ea r e c l e a n e d u pb y s o m em e t h o d so fe l e c t r o c h e m i c a ld e c o n t a m i n a t i o n t h e d e c o n t a m i n a t i o no b t a i n s g o o dr e s u l t b a s i n g o nt h e s e r e s e a r c h i n gr e s u l t s ，t h e e q u i p m e n to fe l e c t r o c h e m i c a ld e c o n t a m i n a t i o nw h i c hi s c o n s i s t e dw i t he l e c t r o b a t h a n d c l e a n i n gt r o u g h t h e m a i nr e s u l t sa r el i s t e da sf o l l o w i n g f i r s t l y , t h e r ei sb e t t e re f f i c i e n c yf o rt h ee l e c t r o c h e m i c a ld e c o n t a m i n a t i o nt h a n f o r t h eo r d i n a r yc h e m i c a ld e c o n t a m i n a t i o n t h eg o a lo fd e c o n t a m i n a t i o nc a n _ b ea r r i v e da t i ns h o r tt i m e i na d d i t i o n ，e l e c t r o l y t eh a sl a r g ed e c o n t a m i n a t i o nc a p a c i t y t h e r e f o r ei t c a nb eu s e di nl o n gt i m es ot h a te l e c t r o l y t ew a s t a g e ，d e c o n t a m i n a t i o nc o s ta n dw a s t e a r er e d u c e d m o r e o v e r , e l e c t r o c h e m i c a ld e c o n t a m i n a t i o nc a r lb eu s e dt oc l e a nu pt h e i n t e m a la n de x t e r n a ls u r f a c eo fe l e m e n t sw h i c ht h e r ea r eak i n do f s p e c i a ls h a p e s e c o n d l y ，i ti sf o u n dt h a tt h e r ea r eg o o de f f e c t sw h e np u l s e dp o w e r i su s e ds u c h a ss h o r t e rw o r k t i m e ，h i g h e rc u r r e n te f f i c i e n c y , l o w e rp o w e rc o n s u m p t i o n , a n d s oo n t h em a i nm e c h a n i s mb a s e so nt h ec h a r a c t e r i s t i co f p u l s ep o w e r o fw h i c he l e c t r o d e s a r ea c t i v a t e da n dd i f f e r e n c ei sr e d u c e di nc o n c e n t r a t i o nb e c a u s eo fr e l a x a t i o no f c u r r e n t s h u t o f ft i m en o to n l yh e l pt or e c o v e rc o n c e n t r a t i o ni na n o d ez o n eb u ta l s o b r i n gs o m ea d v a n t a g e ss u c ha sm o l e c u l a rd e s o r p t i o n i nt h i se l e c t r o c h e m i s t r ys y s t e m ， m u c ho fe l e c t r i cw o r ki su s e dt oo v e r c o m er e s i s t a n c eo fe l e c t r o l y t ea n dd e c o m p o s e w a t e rt h e r e f o r e ，t h e r ei sb e t t e rd e c o n t a m i n a t i o ne f f e c tw h e np u l s ep o w e ri su s e d c h a n g i n gp r o p o r t i o nb e t w e e np o s i t i v ea n dn e g a t i v ep u l s ei nap r o p e rr a n g ec a n r a i s e d e c o n t a m i n a t i o ne f f e c t i ti st h ec h i e fr e a s o nt h a tt h er e v e r s ep u l s ec a nr e m o v e h y d r o g e na n do x y g e n t or e d u c ep a s s i v a t i o nt oe l e c t r o d e s ，w h i c ha b s o r bo ns u r f a c eo f e l e c t r o d e s o fc o u r s e ，p r o b l e m si np u l s i n ge l e c t r o l y s i s k i n e t i c sn e e db er e s e a r c h e d t l c o n t i n u a l l y f i n a l l y , t h ee l e c t r o c h e m i c a le q u i p m e n tf o rd e c o n t a m i n a t i o ni sd e v e l o p e d ，w h i c h c a nr e m o v e p o l l u t i o no ns u r f a c eo fm e t a l t h e r ei sa na u t o m a t i cc o n t r o l l i n gs y s t e mt o a 锄u s te l e c t r o l y t e t h e r ea r es o m em a i nf i m c t i o n si nt h i ss y s t e ms u c ha sc o n t r o l l i n g s y s t e mp o w e lc o n t r o l l i n gp h v a l u eo f e l e c t r o l y t e ，c o n t r o l l i n gc o n d u c t a n c e o f s o l u t i o n ， c o n t r o l l i n ga i rp u m p ，c o n t r o l l i n gf i l t e rf o rr e c y c l i n ge l e c t r o l y t e ，a n ds oo n i ti sp r o v e t h a tt h ee l e c t r o c h e m i c a le q u i p m e n ta r r i v ea tt h eg o a lo fd e s i g na f t e rr u n n i n g t h e d e c o n t a m i n a t i o ne f f e c ti sc l o s e dt oe f f e c ti nl a b o r a t o r y i tc a r lb eu s e dt or e m o v e p o l l u t i o no ns u r f a c eo fp a r t sa n dm a t e r i a lo f m e t a l i tp r o v i d e sab a s i st od e v e l o pn e w e l e c t r o c h e m i c a ls y s t e mf o rd e c o n t a m i n a t i o n k e yw o r d s ：e l e c t r o c h e m i s t r y , d e c o n t a m i n a t i o n ，d i r e c tc u r r e n t ，p u l s e m 独创性声明 y6 6 2 9 7 2 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他 教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 删年f 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使 用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授 权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 学位论文作者签名： 协 导师签名 铋铂 签字日期：枷b 4 _ 年f 月c 1 日 签字日期： d f 年r 月功日 电化学去污方法及技术研究 第一章绪言 在工业生产工程中排放的三废和日常生活中产生的垃圾现在已经引起了严 重的环境污染问题。如6 0 年代英国威尔士北部的康卫盆地，某铅锌矿尾矿由于 雨水冲刷，流失的铅严重污染了植被和动物，甚至造成了草原被迫废弃【l 】。1 9 9 9 年l o 月韩、同两国相继发生了核泄漏，1 1 月又爆发了“二。恶英”事件，弄得世界 各国人民人心慌慌。据报道，我国受工业废物污染的农田己超过2 5 万亩，损失 巨大。这就使得人们越来越多地注重环境保护和修复工作。而一旦这些问题出在 核设施上，则不仅仅是环境污染而是环境灾难了。目前美国能源部就有占地超过 l 万英亩的4 0 0 0 多个放射性废物污染点【2 】。中国核工业发展已4 0 多年了，已形 成了一定规模的核设施，为了保证核试验的安全运行和操作人员的安全，也为了 保证核设施退役工作的顺利均有必要开展核设施的去污研究。 目前，世界上清除表面污染的方法主要有t 2 , 3 _ ，5 】：化学去污和非化学物理去污。 常见的非化学去污方法有擦拭、表层剥离等【2 ，5 】：化学去污为用化学溶剂( 有机 溶剂、酸液、络合物溶液、盐溶液等) 清洗污染区域、设施等【2 】。中物院曾用酸 洗、表面活性剂溶液清洗、高分子成膜剥离等手段对一些设施进行了去污工作， 取得了一定的效果解决了一些实际问题；但存在去污效果不理想或产生很多新的 废物、废液等问题。目前，核设施去污己应用了多种现代的物理和化学手段，如 超声、等离子体、激光、超临界技术等口，6 ，7 ，8 ，电化学技术也不例外。美国圣地 亚和洛斯- 阿拉莫斯实验室报道了将电化学去污应用于钚污染的去除【2 l “，该成 果被列为美国5 0 年来取得的1 0 0 项最重要成果之一，时至今日一些文献 1 l ，1 2 ，1 3 】 美国政府尚不允许对海外公开，这也显示了电化学去污技术的优势。去污的目的 是为了降低设施和环境的放射性活度，以实现设施继续安全使用或进行场地开 放。目前，在军用核设施中主要的放射性污染核素有：2 4 1 p u 、2 3 9 p u 、2 4 1 a m 、2 3 1 n p 、 t 、3 h e 、2 3 8 u 、2 ”u 等。在通排风设施中主要是：氚、钚气溶胶和钚衰变产物污 染、含铀尘埃污染。其吸附于设施表面于混合与材料表层的氧化层中。受放射性 污染的主要有风机、管道、换热器、排气高塔等。在手套箱、仪器设备中的污染 物与其涉及到的核素和放射性衰变产物有关，这些污染物存在于手套箱内外表 面、仪器设备及其部件的内外表面，主要是吸附和混合于腐蚀产物中。 第一章绪言 1 1 去污目的 去污的目的是为了达到：减少职业性照射量、减少潜在的放射性物质释放量、 回收利用旧设备以简化废物管理等。其定义是用清洗、加热、化学或电化学作用、 机械清洗或其他方法去除核设施或设备表面上的污染物。在核设施中去污目的 是：降低放射性照射量、回收利用旧设备和材料、减少需要送往拥有许可证的埋 藏设施内处置的设备和材料的体积、使场地和设施或其局部恢复到不受限制使用 的状态、去除松散的放射性污染物和将残留的污染物固定在原处，以便为监护封 存或永久处置活动做好准备、为了公众的健康和安全或缩短监护封存期而降低监 护封存中的残余放射源数量。一旦达到一定的标准( 见表1 1 ) ，则其又可以继续 开放了。 表1 1 为开放供无限使用和退役建立的管理限值 2 , 1 4 , 1 5 】 污染物基质美国无限开放准则 r 八一二厂。中物院二所。 地袭土壤 5 p c i g卯8 b q g1 1 0 b q g；1 0 b q ，g 丝6 r a 较深土壤1 5p c i g 表面，平均值” 1 0 0 0 0 却m l o o c m 21 1 0 b q g 9 0 s t * 表面可擦拭的2 0 0d p m l o o c m 2 表血，平均值”5 0 0 0d p m l o o c m 2 6 0 c o * 表面，可擦拭的1 0 0 0d p m l o o c m 。 表面，平均值+ + 1 0 0d 口t r d l o o e m 2 0 0 8 1 3 q g 2 3 9 p u 表面，可擦拭的2 0d p m l o o c m 2 表面，平均值” 5 0 0 0 d p m l o o c m 2如s b q ，g9 8 b q g1 1 o b q g 2 3 5 2 3 8 u 表面，可擦拭的1 0 0 0d p n d l o o c m 2 9 0 s r饮用水 8 p c i l t 饮用水2 0 0 0 0 p c i f l h g 饮用水 00 0 2 m g l 注：这些值也能用于其他放射性棱素；- 表面的总残留污染物不超过l m 的平均值；。这些值由内部蛊料获取 1 2 非化学去污方法 针对不同的对象，目前国际上已发展了许多方法 2 , 3 , 1 6 , 1 7 , 1 8 】。其中非化学去 污与化学去污一起得到了很大的发展。非化学法去污方法主要可分为三大类：机 械去污、物理表面去污、热物理表面去污。 1 2 1 机械去污方法 机械去污方法根据对于表面的剥蚀程度可分为表面净化( 清扫、擦洗、洗涤、 2 第一章绪言 1 1 去污目的 去污的目的是为了达到：减少职业性照射量、减少潜在的放射性物质释放量、 回收利用旧设备以简化废物管理等。其定义是用清洗、加热、化学或电化学作用、 机械清洗或其他方法去除核设施或设备表面上的污染物。在核设施中去污目的 是：降低放射性照射量、回收利用旧设备和材料、减少需要送往拥有许可证的埋 藏设施内处置的设备和材料的体积、使场地和设施或其局部恢复到不受限制使用 的状态、去除松散的放射性污染物和将残留的污染物固定在原处，以便为监护封 存或永久处置活动做好准备、为了公众的健康和安全或缩短监护封存期而降低监 护封存中的残余放射源数量。一旦达到一定的标准( 见表1 1 ) ，则其又可以继续 开放了。 表1 1 为开放供无限使用和退役建立的管理限值 2 , 1 4 , 1 5 】 污染物 基质美国无限开放准则 r 八一二厂。 中物院二所。 地袭土壤 5 p c i g 卯8 b q g 1 1 0 b q g；1 0 b q ，g 丝6 r a 较深土壤 1 5p c i g 表面，平均值” 1 0 0 0 0 却m l o o c m 21 1 0 b q g 9 0 s t * 表面可擦拭的 2 0 0d p m l o o c m 2 表血，平均值” 5 0 0 0d p m l o o c m 2 6 0 c o * 表面，可擦拭的1 0 0 0d p m l o o c m 。 表面，平均值+ + 1 0 0d 口t r d l o o e m 2 0 0 8 1 3 q g 2 3 9 p u 表面，可擦拭的2 0d p m l o o c m 2 表面，平均值”5 0 0 0d p m l o o c m 2 如s b q ，g9 8 b q g1 1 o b q g 2 3 5 2 3 8 u 表面，可擦拭的1 0 0 0d p n d l o o c m 2 9 0 s r饮用水 8 p c i l t 饮用水2 0 0 0 0 p c i f l h g 饮用水00 0 2 m g l 注：这些值也能用于其他放射性棱素；- 表面的总残留污染物不超过l m 的平均值；。这些值由内部蛊料获取 1 2 非化学去污方法 针对不同的对象，目前国际上已发展了许多方法 2 , 3 , 1 6 , 1 7 , 1 8 】。其中非化学去 污与化学去污一起得到了很大的发展。非化学法去污方法主要可分为三大类：机 械去污、物理表面去污、热物理表面去污。 1 2 1 机械去污方法 机械去污方法根据对于表面的剥蚀程度可分为表面净化( 清扫、擦洗、洗涤、 2 电化学去污方法及技术研究 离心深冷二氧化碳喷洗等) 或表面去除( 高压水冲磨、射流、粗琢器松动器、粗沙 喷洗、喷冰、超临乔二氧化碳喷洗、塑丸喷洗、手工磨削刮、自动磨、金属研磨、 混凝土研磨、爆破等) 。一般她讲，机械方法可用于任何表面且能达到较好的去污 效果。与化学去污一起使用，其效果更佳。其最有效的方法的选择取决于许多可 变因素，诸如污染物的性质、表面材料和费用。 表面净化方法仅当污染物距材料表面很近的情况下使用，其仅从表面去除污 染物，而不是去除表面本身，这与表面去除大不一样。如水冲洗是将表面污染物 溶解后变为废水集中收集处置，其对去除疏松沉淀微粒和易溶物很有效。而擦洗 和真空除尘主要是除去表面尘埃，主要是为其他机械去污手段服务的1 1 9 1 。 值得一提的是可剥离膜方法，中物院已经对其进行了改进和优化，并揉进了 化学去污方法，使得去污系数有所提高，不再是原来的最大为2 3 ，达到了类 似于喷砂( 丸) 的去污效果。但是一般其溶剂具有毒性而且可燃，因此对防护要 求较高。其不能进入到表面的小孔，因而不能接触到全部污染物而且其产生的二 次污染废物量较大。 当污染物进入材料表面深层，则需要进行表面去除来去污，如高压水水冲磨 是使用几十兆帕的高压喷射来去除物体表面的污染碎屑，然后收集碎屑和废水。 超高压水去污技术是在高压水去污技术的基础上发展起来的，使用高压增压泵将 水增压到3 7 9 m p a ，然后强制水通过小口径喷嘴，并初试1 4 m s 的高速水流，用 于清除表面污染物；若其中加入磨料，可清除掉更深的污染层。其去污效果与水 压、水流速度、喷嘴结构、净化头与表面距离和移动速度有关【2 , 1 9 1 。其可应用于 难以接近去擦洗的或太大的表面。其可用于各种表面，但是需要设置集水坑和室 外废水槽。其缺点是产生大量的放射性废水。 喷丸、喷磨料和喷砂则常用于混凝土等表面的去污，而研磨可以去掉混凝土 表面的薄层污染物；磨划和粗琢可以磨掉有覆盖层和无覆盖层的混凝土及铜结构 表面的污染物 2 0 l 。这些方法的缺点是粉尘污染又产生大量的废物，废物减容是一 个工作量巨大的活。 喷二氧化碳丸其实是一种喷丸去污方法，只是它以压缩空气加速二氧化碳丸 通过喷嘴，当干冰丸破裂时，所产生的动能渗入基体材料，并使它散开。侧向喷 出的碎片，去掉了基体表面上污染物，污染物落到地面。由于干冰碎片立即升华 第一章绪言 产生上升力，从而加速污染物的去除。挥发的二氧化碳可以直排大气，产生的废 物少，这是其与喷沙、喷冰去污相比有明显的优势。它对清洗塑料、陶瓷、复合 材料和不锈钢均有效 1 9 , 2 1 , 2 2 】。从图i 1 1 - 3 可以看出，干冰丸去污的装备比较庞 大复杂。因而目前制备适用的干冰丸这个问题是影响该技术推广和应用的原因。 图1 1 庞大的干冰去污设备图1 2 千冰喷射器的内部结构 图1 3 制成的干冰丸 湍流器是是一种新近开发的机械去污手段。实际就是一个内装螺旋桨的液 槽，螺旋桨使净化清洗液定向流经去污部件，在液槽两侧，四侧各装一个螺旋桨。 在任一时间内，每个螺旋桨均在旋转，仅流向在改变。本法最适合于松散沉积或 粘附的污染物，对于多孔材料去污效果不及超声波去污1 2 3 1 。 1 2 2 物理表面去污方法 当前已经被广泛应用或正在深入研究的物理表面清洗技术有：压缩空气深冷 二氧化碳喷沈、超热水、蒸汽清洗、用多孔材料喷洗、高温空气洗提、溶剂洗去 放射性污染物、溶剂洗去有机物、超声波清洗。 喷射二氧化碳、蒸汽、氟里昂、有机溶液，其去污效率取具有去污对象的复 杂度，而且需要有集液坑，以收集废液或作循环使用。而且有机溶剂的使用往往 由于环保问题而受到使用限制。超声去污是将污染物件置于盛有水或化学溶液的 超声槽中，利用空化现象进行擦洗去污。往往希望溶剂的温度低于其沸点十五度 4 第一章绪言 产生上升力，从而加速污染物的去除。挥发的二氧化碳可以直排大气，产生的废 物少，这是其与喷沙、喷冰去污相比有明显的优势。它对清洗塑料、陶瓷、复合 材料和不锈钢均有效 1 9 , 2 1 , 2 2 】。从图i 1 1 - 3 可以看出，干冰丸去污的装备比较庞 大复杂。因而目前制备适用的干冰丸这个问题是影响该技术推广和应用的原因。 图1 1 庞大的干冰去污设备图1 2 千冰喷射器的内部结构 图1 3 制成的干冰丸 湍流器是是一种新近开发的机械去污手段。实际就是一个内装螺旋桨的液 槽，螺旋桨使净化清洗液定向流经去污部件，在液槽两侧，四侧各装一个螺旋桨。 在任一时间内，每个螺旋桨均在旋转，仅流向在改变。本法最适合于松散沉积或 粘附的污染物，对于多孔材料去污效果不及超声波去污1 2 3 1 。 1 2 2 物理表面去污方法 当前已经被广泛应用或正在深入研究的物理表面清洗技术有：压缩空气深冷 二氧化碳喷沈、超热水、蒸汽清洗、用多孔材料喷洗、高温空气洗提、溶剂洗去 放射性污染物、溶剂洗去有机物、超声波清洗。 喷射二氧化碳、蒸汽、氟里昂、有机溶液，其去污效率取具有去污对象的复 杂度，而且需要有集液坑，以收集废液或作循环使用。而且有机溶剂的使用往往 由于环保问题而受到使用限制。超声去污是将污染物件置于盛有水或化学溶液的 超声槽中，利用空化现象进行擦洗去污。往往希望溶剂的温度低于其沸点十五度 4 电化学去污方法及技术研究 左右+ 以保持最大空化效应。为了增大去污效果，一般选择合适的化学去污剂配 合使用。其去污往往需要较长的工作时间。 二氧化碳超临界萃取( s c d e ) 是用流动、非燃、无毒、环保、安全的流体作 为载体的工艺。该工艺的优点是被加热到3 2 3 以上并且压力超过8 m p a 的二氧 化碳一次性地溶解有机污染物。它己被用于溶解有毒组分或从材料中提取有机 物。降低温度和压力就可将有机物与溶剂分离。而且二氧化碳可循环使用【2 。 1 2 3 热物理去污方法 利用各种热效应来清洗表面方法主要有：微波，等离子炬粗琢、激光闪光灯 激光蚀刻和烧蚀、等离子表面清洗、等离子蚀n 氟化1 2 1 。 微波或等离子体粗琢主要是混凝土热胀冷缩引起其表层污染物脱落来实现 去污目的。美国橡树岭国家实验室将微波能轰击混凝土表面，使混凝土内部产生 机械应力和热应力，从而造成表面污染的混凝土破碎成碎屑；同时用真空系统收 集碎屑；但该技术不适于金属表面去污。该技术可调节微波工作频率和功率来控 制混凝土的去除。集中更多的高频可用于去除混凝土表层的薄层材料：而较厚的 混凝土可用低频能来除去，因为它更容易被较深层的混凝土吸收。微波粗琢产生 的粉尘少，表面不需要潮湿，从而降低了处理费用【2 3 , 1 6 , 2 4 1 。 光和火焰烧蚀法是利用等离体炬、闪光灯、激光作为热源利用光化学原理， 来实现表层污染物的气化和降解来实现去污目的。其实光烧蚀法 2 , 3 9 , 2 5 1 是利用一 定频率的光被吸收后转变为热能，瞬时使污染层产生1 0 0 0 - 2 0 0 0 c 的高温而对基 体无明显影响，即光致热解作用从而有选择性地去除基体表面的涂层或污染物。 随着每次脉冲，污染物转入等离子体从基体表面喷发出来，可产生9 0 分贝以上 的响声。基体表面发生了复杂的光化学和热化学反应，但看不见火焰。由于去污 过程不使用化学去污剂和磨料，故产生的废物少。而且可遥控操作，人身安全系 数大为提高。目前的光源有：激光、氙闪光灯、箍缩等离子体光源等。另外等离 体还可以用不同气体产生的不同的等离体来实现化学反应，如氧化和氟化从而实 现去污目的。它们可以实现较深层表面污染物的去除。 火焰烧蚀剥落法是用高温火焰热裂解表面有机污染物，由于有机物分解产物 可能会产生气态污染物，因此需要进行洗涤。火焰停留的时间应尽可能短，防止 电化学去污方法及技术研究 左右+ 以保持最大空化效应。为了增大去污效果，一般选择合适的化学去污剂配 合使用。其去污往往需要较长的工作时间。 二氧化碳超临界萃取( s c d e ) 是用流动、非燃、无毒、环保、安全的流体作 为载体的工艺。该工艺的优点是被加热到3 2 3 以上并且压力超过8 m p a 的二氧 化碳一次性地溶解有机污染物。它己被用于溶解有毒组分或从材料中提取有机 物。降低温度和压力就可将有机物与溶剂分离。而且二氧化碳可循环使用【2 。 1 2 3 热物理去污方法 利用各种热效应来清洗表面方法主要有：微波，等离子炬粗琢、激光闪光灯 激光蚀刻和烧蚀、等离子表面清洗、等离子蚀n 氟化1 2 1 。 微波或等离子体粗琢主要是混凝土热胀冷缩引起其表层污染物脱落来实现 去污目的。美国橡树岭国家实验室将微波能轰击混凝土表面，使混凝土内部产生 机械应力和热应力，从而造成表面污染的混凝土破碎成碎屑；同时用真空系统收 集碎屑；但该技术不适于金属表面去污。该技术可调节微波工作频率和功率来控 制混凝土的去除。集中更多的高频可用于去除混凝土表层的薄层材料：而较厚的 混凝土可用低频能来除去，因为它更容易被较深层的混凝土吸收。微波粗琢产生 的粉尘少，表面不需要潮湿，从而降低了处理费用【2 3 , 1 6 , 2 4 1 。 光和火焰烧蚀法是利用等离体炬、闪光灯、激光作为热源利用光化学原理， 来实现表层污染物的气化和降解来实现去污目的。其实光烧蚀法 2 , 3 9 , 2 5 1 是利用一 定频率的光被吸收后转变为热能，瞬时使污染层产生1 0 0 0 - 2 0 0 0 c 的高温而对基 体无明显影响，即光致热解作用从而有选择性地去除基体表面的涂层或污染物。 随着每次脉冲，污染物转入等离子体从基体表面喷发出来，可产生9 0 分贝以上 的响声。基体表面发生了复杂的光化学和热化学反应，但看不见火焰。由于去污 过程不使用化学去污剂和磨料，故产生的废物少。而且可遥控操作，人身安全系 数大为提高。目前的光源有：激光、氙闪光灯、箍缩等离子体光源等。另外等离 体还可以用不同气体产生的不同的等离体来实现化学反应，如氧化和氟化从而实 现去污目的。它们可以实现较深层表面污染物的去除。 火焰烧蚀剥落法是用高温火焰热裂解表面有机污染物，由于有机物分解产物 可能会产生气态污染物，因此需要进行洗涤。火焰停留的时间应尽可能短，防止 第一章绪言 破坏基体材料。火焰可用火焰喷射器或等离子体焰炬。 另外，还有低温热脱附法已经被成功地应用于清除泥浆中的有机污染物。它 对于可燃性废物的适用性已被研究。在该工艺中废物被加热到不高于3 1 5 。加 热器是转窑、煅烧炉或流化床。被加热的氮气或其它载气通过加热器带走挥发性 有机物到洗刷系统。将粒子和气体分离后，有机物被处理、回收或进行更深的处 理。由于被低温加热，最终废物变成了干燥的固体 2 】。 1 3 化学去污 化学去污被广泛应用于去除管道、部件、设备和设施表面上的固定放射性污 染物。其方法主要有：( 1 ) 化学泡沫法( c h e m i c a lf o a m s ) ( 2 ) 化学凝胶法( c h e m i c a l g e l s ) ；( 3 ) 有机酸处理法( o r g a n i ca c i dt r e a t m e n t ) ；( 4 ) 氟硼酸处理法( f l u o b o r i c a c i d t r e a t m e n t ) ：( 5 ) 无机酸处理法( i n o r g a n i ca c i d t r e a t m e n t ) ：( 6 ) 去污剂处理法( d e t e r g e n t t r e a t m e n t ) ；( 7 ) 氧化还原处理法( 褂m o xt r e a t m e n t ) ；( 8 ) 络合处理法( c h e l a t i o n t r e a t m e n t ) ；( 9 ) 气相去污法( g a sp h a s ed e c o n t a m i n a t i o n ) ：n 回紫外，臭氧紫外光活 化( u v o z o n e vl i g h ta c t i v a t i o n ) ；o d 挥发，低温热脱附法( v o l a t i l i z a t i o n l o w t e m p e r a t u r et h e r m a ld e s o r p t i o n ( l 1 _ r d ) ) 。一般而言，化学去污对无孔表面的去污 最为有效。根据污染物的性质、基体情况、预算、材料允许腐蚀程度、安全设计、 费用和后续废物处置手段等情况，合理选择化学去污手段或将几种手段进行合理 组合使用嘶州。 1 3 1 泡沫去污 泡沫去污 2 , 1 6 , 2 8 1 是利用表面活性剂产生的泡沫作为化学去污剂的载体。可用 于各种金属表面和复杂设备的部件的表面清洗、去污，且产生的二次废物较少、 工艺教成熟，但去污系数较低口9 ，3 0 1 。美国萨凡纳河工厂己将其用于阀门等的清洗， 可减少多达7 0 的废物。r e h e r m e t z 等用尿烷泡沫去污也取得良好效果。尤其 适用于不锈钢表面去污。对于废液可采用共沉淀法进行处理以除去放射性核素。 1 3 2 化学凝胶去污 化学凝胶去污 2 , 1 7 , 3 1 1 是将凝胶作为化学去污剂的载体，将凝胶喷洒或涂敷于 第一章绪言 破坏基体材料。火焰可用火焰喷射器或等离子体焰炬。 另外，还有低温热脱附法已经被成功地应用于清除泥浆中的有机污染物。它 对于可燃性废物的适用性已被研究。在该工艺中废物被加热到不高于3 1 5 。加 热器是转窑、煅烧炉或流化床。被加热的氮气或其它载气通过加热器带走挥发性 有机物到洗刷系统。将粒子和气体分离后，有机物被处理、回收或进行更深的处 理。由于被低温加热，最终废物变成了干燥的固体 2 】。 1 3 化学去污 化学去污被广泛应用于去除管道、部件、设备和设施表面上的固定放射性污 染物。其方法主要有：( 1 ) 化学泡沫法( c h e m i c a lf o a m s ) ( 2 ) 化学凝胶法( c h e m i c a l g e l s ) ；( 3 ) 有机酸处理法( o r g a n i ca c i dt r e a t m e n t ) ；( 4 ) 氟硼酸处理法( f l u o b o r i c a c i d t r e a t m e n t ) ：( 5 ) 无机酸处理法( i n o r g a n i ca c i d t r e a t m e n t ) ：( 6 ) 去污剂处理法( d e t e r g e n t t r e a t m e n t ) ；( 7 ) 氧化还原处理法( 褂m o xt r e a t m e n t ) ；( 8 ) 络合处理法( c h e l a t i o n t r e a t m e n t ) ；( 9 ) 气相去污法( g a sp h a s ed e c o n t a m i n a t i o n ) ：n 回紫外，臭氧紫外光活 化( u v o z o n e vl i g h ta c t i v a t i o n ) ；o d 挥发，低温热脱附法( v o l a t i l i z a t i o n l o w t e m p e r a t u r et h e r m a ld e s o r p t i o n ( l 1 _ r d ) ) 。一般而言，化学去污对无孔表面的去污 最为有效。根据污染物的性质、基体情况、预算、材料允许腐蚀程度、安全设计、 费用和后续废物处置手段等情况，合理选择化学去污手段或将几种手段进行合理 组合使用嘶州。 1 3 1 泡沫去污 泡沫去污 2 , 1 6 , 2 8 1 是利用表面活性剂产生的泡沫作为化学去污剂的载体。可用 于各种金属表面和复杂设备的部件的表面清洗、去污，且产生的二次废物较少、 工艺教成熟，但去污系数较低口9 ，3 0 1 。美国萨凡纳河工厂己将其用于阀门等的清洗， 可减少多达7 0 的废物。r e h e r m e t z 等用尿烷泡沫去污也取得良好效果。尤其 适用于不锈钢表面去污。对于废液可采用共沉淀法进行处理以除去放射性核素。 1 3 2 化学凝胶去污 化学凝胶去污 2 , 1 7 , 3 1 1 是将凝胶作为化学去污剂的载体，将凝胶喷洒或涂敷于 第一章绪言 破坏基体材料。火焰可用火焰喷射器或等离子体焰炬。 另外，还有低温热脱附法已经被成功地应用于清除泥浆中的有机污染物。它 对于可燃性废物的适用性已被研究。在该工艺中废物被加热到不高于3 1 5 。加 热器是转窑、煅烧炉或流化床。被加热的氮气或其它载气通过加热器带走挥发性 有机物到洗刷系统。将粒子和气体分离后，有机物被处理、回收或进行更深的处 理。由于被低温加热，最终废物变成了干燥的固体 2 】。 1 3 化学去污 化学去污被广泛应用于去除管道、部件、设备和设施表面上的固定放射性污 染物。其方法主要有：( 1 ) 化学泡沫法( c h e m i c a lf o a m s ) ( 2 ) 化学凝胶法( c h e m i c a l g e l s ) ；( 3 ) 有机酸处理法( o r g a n i ca c i dt r e a t m e n t ) ；( 4 ) 氟硼酸处理法( f l u o b o r i c a c i d t r e a t m e n t ) ：( 5 ) 无机酸处理法( i n o r g a n i ca c i d t r e a t m e n t ) ：( 6 ) 去污剂处理法( d e t e r g e n t t r e a t m e n t ) ；( 7 ) 氧化还原处理法( 褂m o xt r e a t m e n t ) ；( 8 ) 络合处理法( c h e l a t i o n t r e a t m e n t ) ；( 9 ) 气相去污法( g a sp h a s ed e c o n t a m i n a t i o n ) ：n 回紫外，臭氧紫外光活 化( u v o z o n e vl i g h ta c t i v a t i o n ) ；o d 挥发，低温热脱附法( v o l a t i l i z a t i o n l o w t e m p e r a t u r et h e r m a ld e s o r p t i o n ( l 1 _ r d ) ) 。一般而言，化学去污对无孔表面的去污 最为有效。根据污染物的性质、基体情况、预算、材料允许腐蚀程度、安全设计、 费用和后续废物处置手段等情况，合理选择化学去污手段或将几种手段进行合理 组合使用嘶州。 1 3 1 泡沫去污 泡沫去污 2 , 1 6 , 2 8 1 是利用表面活性剂产生的泡沫作为化学去污剂的载体。可用 于各种金属表面和复杂设备的部件的表面清洗、去污，且产生的二次废物较少、 工艺教成熟，但去污系数较低口9 ，3 0 1 。美国萨凡纳河工厂己将其用于阀门等的清洗， 可减少多达7 0 的废物。r e h e r m e t z 等用尿烷泡沫去污也取得良好效果。尤其 适用于不锈钢表面去污。对于废液可采用共沉淀法进行处理以除去放射性核素。 1 3 2 化学凝胶去污 化学凝胶去污 2 , 1 7 , 3 1 1 是将凝胶作为化学去污剂的载体，将凝胶喷洒或涂敷于 电化学去污方法及技术研究 部件表面，在其凝固后再进行洗涤、剥离等处理的去污方法。典型的配方有硝酸 一氢氟酸草酸非离子型表面活性剂羧甲基纤维素硝酸铝体系。它可有效去除表 面可擦去的污染物，产生二次废物少，去污系数高，但技术复杂。产生的废物可 集中进行中和与沉淀处理。 1 3 3 有机酸处理方法 由于有机酸为弱酸，故其与材料的相容性好而且安全性较高，在去污时甚至 可以不加缓蚀剂。常用的有机酸为草酸、柠檬酸、氨基磺酸，它们常常相互混合 使用或与其它无机物混合使用。如草酸可有效除铁锈并且可以络合铌和裂变产 物。美国萨儿纳河工厂 3 , 1 7 , 3 2 , 3 3 】在反应堆换热器中用2 6 9 j lf e s 0 4 2 草酸在系统 内循环反应。然后，用浓碱液中和、水洗后，取得了良好的去污效果( 去污系数 为3 - - 2 0 ) 。s c g a u d i e 3 4 】等用草酸一过氧化氢处理二氧化钚污染物，取得良好效果。 美国橡树岭国家实验室研究发现，对于碳钢和不锈钢在加热超过2 0 0 c 后，p h 值为4 的草酸一过氧化氢体系的去污系数为1 0 0 1 0 0 0 以上脚。该体系与硝酸混合 对于去除c s 、z r 的去污系数也可达到1 3 4 5 t 3 5 1 。国外一原子能公司在对硝酸、 碳铵、柠檬酸的去污效果进行考察后，决定永久地用柠檬酸取代碳铵作去污剂p 2 】。 而且o 2 m o l l 柠檬酸0 3 m o l l 草酸缓蚀剂混合液在碱性高锰酸钾( a l k a l i n e p e r m a n g a n a t e ，a p ) 处理后继续去污，也获得很好的效果1 3 , 3 6 。氨基磺酸是碳钢和 铝的有效去污剂，去污系数高、腐蚀速率低并且不产生沉淀或形成表层膜，一般 的工作温度为4 5 8 0 。c ，而且去污所需的时间也较长( 1 4 h ) ，其应用不广口，”，3 8 】。本 单位还经常用石油磺酸进行地面去污，效果良好，但是劳动强度较大且存在安全 风险。 l 3 4 氟硼酸处理法 氟硼酸能有效去除深入混凝土和金属表面数厘米的污染物和氧化物。还能清 除混凝土、砖和类似建筑物表面的污染物，而且还可以电解再生使用。a l a r o n 公司用氟硼酸去除反应堆中的放射性核素，去污系数达到5 0