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至德鋼業(yè)不銹鋼管的電解去污實(shí)驗(yàn)分析

來源:至德鋼業(yè) 日期:2020-08-23 00:13:16 人氣:1583

 浙江至德鋼業(yè)有限公司采用金屬球?qū)щ姺▽?duì)不銹鋼管進(jìn)行電解去污,考察了電流密度、電解液濃度和溫度以及電極間距等對(duì)電解去污效率的影響,并與常規(guī)槽式電解法進(jìn)行了比較。钚污染模擬樣的電解去污試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)電流密度大于0.2A/cm2時(shí),對(duì)電解敞,電解5分鐘可實(shí)現(xiàn)對(duì)污染表面的去污。該方法對(duì)不同形狀的金屬部件均可實(shí)現(xiàn)有效去污,也可用于退役核設(shè)施的去污。


 在放射性污染的去污研究中,電化學(xué)法去污備受人們關(guān)注。電化學(xué)法去污可用于被放射性核素污染的土壤和水體(通常稱作電滲析),但主要的應(yīng)用方向是被放射性污染的設(shè)備、管道等金屬部件的去污,還可用于退役核設(shè)施的去污和在役核設(shè)施的放射性去污。對(duì)電化學(xué)去污的研究主要借助于金屬材料的去污,如板狀金屬和不銹鋼管的去污,研究?jī)?nèi)容除了探討最佳的電解條件外,更多的是研究電極形式,如設(shè)計(jì)移動(dòng)式陰極。改變陽(yáng)極型式的電解去污技術(shù)鮮見報(bào)道,本工作對(duì)這種新型電解去污技術(shù)在不銹鋼管去污方面的應(yīng)用進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn),旨在為退役核設(shè)施提供新的去污技術(shù)。


一、實(shí)驗(yàn)


 1. 實(shí)驗(yàn)裝置


    實(shí)驗(yàn)裝置示意圖示于圖,直流電源的陽(yáng)極通過金屬小球給待去污金屬管(不銹鋼管)供電。金屬球放置在填充器中,給電陽(yáng)極埋設(shè)在金屬球中,而陰極則為穿過金屬管中心的不銹鋼絲。電解槽內(nèi)設(shè)有攪拌器。電解槽和小球填充器采用有機(jī)玻璃自制。


 2. 主要設(shè)備及儀器


    主要設(shè)備:直流穩(wěn)壓電源,型號(hào)為HY1791-20S,電流范圍0~20 A,電壓范圍0~30 V;電動(dòng)攪拌器和自制紅外線烘干箱。


    主要測(cè)量?jī)x器:電光分析天平,最大量程為200克,測(cè)量精度為0. 0001克,;(,表面沾污儀,型號(hào)為FJ-2207,本底值為3min-l)。


 3. 實(shí)驗(yàn)試劑及樣品   


   實(shí)驗(yàn)樣品:待電解的樣品由不銹鋼管加工制樣。


 4. 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容


    通過測(cè)量不銹鋼管電解前后的失重來考察特定條件下的電解去污效果。樣品(不銹鋼管)電解后用紅外線烘干,然后稱重。去污前后的污染水平采用α、β表面沾污儀測(cè)量。


    首先確定不銹鋼管電解去污的最佳條件,包括陽(yáng)極材料、電解液的組成、濃度及溫度、電極間距、電流密度等;然后對(duì)比普通槽式電解法與本電解法的差異;最后對(duì)钚污染模擬樣品進(jìn)行電解去污。


二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論


  1. 條件實(shí)驗(yàn)


    條件實(shí)驗(yàn)主要是選擇陽(yáng)極和電解液,考察影響電解去污效率的因素,諸如電流密度、電解液濃度及溫度、電極間距等。


  a. 電極材料及電解液的選擇


    實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于陽(yáng)極型式。采用導(dǎo)電性好、抑制電壓低、在電解液中難溶的球狀金屬材料與待去污金屬管接觸,由于接觸點(diǎn)均勻分布,使得金屬管的電流密度分布均勻,提高電解去污效率。通過對(duì)幾種常用金屬材料(如銅、鈦、鉛等)在不同電解液中的篩選實(shí)驗(yàn),最終確定給電陽(yáng)極為鈦棒(5mm)、金屬小球?yàn)殂U粒(粒徑1mm左右),陰極為不銹鋼絲(尺寸1mm×100mm);電解液為稀溶液。


  b. 電流密度對(duì)去污效率的影響


    電流密度、電解液性質(zhì)和電極間距等因素影響電解去污效率。


    由圖可看出:電流密度越大,電解去污效率越高,這與電量衡算結(jié)果相符。實(shí)際應(yīng)用時(shí),需綜合考慮電流效率,因?yàn)殡娏髅芏却螅娏骱土髅芏却?,電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物增加,從而降低了電流效率。此外,還需考慮電源的電流輸出能力。


  c. 電解液濃度對(duì)去污效率的影響


    在電解去污中,電解液濃度對(duì)去污效率有很大影響。選用溶液作電解液,電解去污效率隨電解液濃度的變化示于圖。


    從圖可看出:在電解液(硫酸溶液)濃度低于5%時(shí),電解去污效率隨著電解液濃度的增加明顯增大;高于5%后,去污效率增加較為緩慢。這是因?yàn)?,在稀溶液中,離子濃度隨溶液濃度的增加較為顯著,離子濃度高,電流效率高;在高于5%的電解液中,自由離子彼此碰撞結(jié)合的幾率大,降低了自由離子的實(shí)際濃度。


 e. 溫度對(duì)去污效率的影響


    電解液的溫度對(duì)電解去污效率的影響主要體現(xiàn)在影響離子活度上。


    由圖可看出:電解液溫度在40~60℃范圍內(nèi)對(duì)去污效率有明顯影響,溫度高于一定值(對(duì)5%硫酸電解液為60℃)時(shí),去污效率幾乎不再增加。這是因?yàn)?,溫度升高,離子遷移性好,離子活度大,去污效率高;溫度達(dá)到一定值時(shí),溶液中離子的活度已趨于最大值,繼續(xù)升高溫度對(duì)離子活度的影響已不明顯。


  g. 電極間距的影響


    在實(shí)際應(yīng)用中,電解去污往往針對(duì)不同直徑的金屬管。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),不銹鋼管的半徑相當(dāng)于陰、陽(yáng)兩電極的間距。對(duì)不同直徑的不銹鋼管進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn),考察電極間距對(duì)電解去污效率的影響。


    實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出:除樣品2(直徑為30 mm)的電解去污效率稍高外,其它直徑的不銹鋼管的電解速率相當(dāng)。這說明,在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)條件下(間距變化不大、恒電流電解)進(jìn)行電解去污,不銹鋼管直徑,即電極間距對(duì)去污效率的影響不明顯。


   2. 對(duì)比實(shí)驗(yàn)


    實(shí)驗(yàn)比較了本電解法(金屬球?qū)щ姡┡c常規(guī)電解法(不用金屬球?qū)щ姡┑碾娊馑俾剩Y(jié)果示于圖。


    在相同的電解條件(電解液濃度和電流密當(dāng)。實(shí)驗(yàn)中可觀測(cè)到,采用金屬球?qū)щ娺M(jìn)行電解時(shí)的電壓比常規(guī)電解時(shí)的電壓低得多(實(shí)驗(yàn)測(cè)得電壓分別為7和IIV)。從能耗的角度考慮,本實(shí)驗(yàn)采用的電解法在單位時(shí)間內(nèi)的能耗比常規(guī)電解法的低得多。


    另外,由于采用金屬球?qū)щ姡饘偾蚨逊e間有空隙,電解產(chǎn)生的氣體(包括電解產(chǎn)生的氣體和由于加熱溢出的溶解空氣)可順利釋放,不會(huì)聚集成大氣泡,利于提高電解液的電導(dǎo)率,從而提高了電解去污效率。


  3.钚污染不銹鋼管電解去污試驗(yàn)


    制備钚污染的不銹鋼管樣品,采取側(cè)面和端面多處取點(diǎn)測(cè)量a計(jì)數(shù)的方法,測(cè)量污染樣品電解去污前后的污染水平,計(jì)算不銹鋼管的電解去污效率。


   a. 污染樣品制備


    將不銹鋼管浸入活度約103的钚標(biāo)準(zhǔn)液(酸度約為4 mol/L)中,分別浸泡24、48和72小時(shí),取出后,常溫下分別老化7和30天后用稀酸洗滌;酸洗前后測(cè)量平均a計(jì)數(shù)率。酸洗滌前后的平均儀計(jì)數(shù)率變化不大,表明樣品表面已基本形成固定污染。不同的不銹鋼管的表面形態(tài)各異,但浸泡時(shí)間和老化時(shí)間對(duì)金屬的污染程度無明顯影響。


   b. 電解去污試驗(yàn)


    將制得的不銹鋼管污染樣品置于5%電解液中,在電流密度為0.2 A.cm-2條件下電解5分鐘,測(cè)量不銹鋼管表面的及計(jì)數(shù)。根據(jù)電解前后的平均污染水平計(jì)算不銹鋼管表面的钚污染去污率(去除的核素量/電解前表面污染量)。


    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,電解去污5分鐘后,不同程度钚污染的不銹鋼管表面污染水平均接近于儀器本底值(3min-1)。本電解法對(duì)钚污染的不銹鋼管能有效去污。


三、結(jié)論


    對(duì)陽(yáng)極采用金屬球?qū)щ姷男滦碗娊馊ノ鄯ㄔ诓讳P鋼管道去污中的應(yīng)用進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在選定了電極材料和電解液后,影響電解效率的因素主要是電流密度、電解液濃度和電極間距。電解去污效率隨著電流密度和電解液濃度的增大而增加,電極間距對(duì)電解效率影響不明顯。


    在相同的電解條件下,導(dǎo)電小球電解法和常規(guī)槽式電解法的電解速率相當(dāng),但前者的能耗比后者的低,且適用范圍更廣。


    在已優(yōu)化的電解條件下,對(duì)制備的钚污染不銹鋼管試樣進(jìn)行電解,電解后的表面污染水平均接近測(cè)量?jī)x器的本底值(3 min-l),去污效果良好。


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本文標(biāo)簽:不銹鋼管 

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