刘宇;王清良;王红强;胡鄂明;苟浩然
【摘 要】为了掌握铀矿冶生产实践中常用设备材质经放射性污染后表面活度的变化规律,研究了不锈钢、有机玻璃、橡胶3种材质经不同浓度的硝酸铀酰溶液连续浸泡26 d后,样品表面活度、表面形貌及铀的存在形式等变化特征.结果表明:在26 d内,当铀溶液质量浓度为10.22 mg/L时,3种材质表面活度随浸泡时间增加变化不显著,当溶液铀质量浓度分别为563.58 mg/L、25.54 g/L时,各材质表面活度值均随浸泡时间增加逐渐增大.此外,3种材质表面活度从大到小依次是橡胶>不锈钢>有机玻璃.样品表面活度的增加主要是由于样品被腐蚀,导致铀在样品表面的附着沉积引起,并且表面的铀主要以UO2(NO3)2·6H2O及少量UO3的形式存在. 【期刊名称】《核化学与放射化学》
【年(卷),期】2019(041)003
【总页数】8页(P304-310,前插4)
【关键词】铀;表面活度;污染规律
【作 者】刘宇;王清良;王红强;胡鄂明;苟浩然
【作者单位】南华大学 资源环境与安全工程学院,湖南 衡阳 421001;南华大学 资源环境与安全工程学院,湖南 衡阳 421001;南华大学 资源环境与安全工程学院,湖南 衡阳 421001;南华大学 资源环境与安全工程学院,湖南 衡阳 421001;南华大学 资源环境与安全工程学院,湖南 衡阳 421001
【正文语种】中 文
【中图分类】R145
铀矿的开采提取是一个多流程、高能耗、重实践的综合工艺，生产过程中设备不可避免地受到放射性污染。铀矿冶发展七十余年，设备放射性污染的去除问题日渐突出。其中不锈钢、有机玻璃及橡胶材料在铀水冶生产中应用广泛，铀浸出液的吸附、淋洗过程中的吸附塔及淋洗塔多为不锈钢材质，各输送管道也多为不锈钢、有机玻璃材质，管道之间的连接封口常会用到橡胶。目前，关于材质放射性变化的研究中，刘刈等[1]以中国原子能科学研究院重水研究堆(101堆)乏燃料保存水池中的放射性水样为污染介质，将不锈钢样片悬挂浸
泡于污染水样中进行沾污处理，浸泡时间为120 d，取出样片后称重并记录，随后将其放入管式炉中，在 600 ℃下煅烧4 h，制备出的绝大部分样片增重均为0.003～0.004 g，而表面活度值均为1.5～2.5 Bq/cm2。此外，还有文献[2-3]报道了低酸度硝酸铀酰溶液对321不锈钢和碳钢的腐蚀与沉积膜的特性，经X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)分析证实, 沉积膜主要为铀酰离子的氧化物沉淀。由此可见，设备与放射性介质的接触会产生放射性污染。目前，国内外关于材质放射性污染的研究主要集中在放射性的去除方面[4-5]，例如，Eng等[6]研究了柠檬酸-草酸-柠檬酸法去除放射性的机理，发现除去固定在样品腐蚀层的铀，可以有效地去除放射性污染。关于不同材质放射性污染的变化规律研究尚未见文献报道，但其对铀矿冶现场材料的选取及退役设备的处理均具有重要的实用价值，因此本工作拟研究铀矿冶中几种常用材质经硝酸铀酰浸泡处理后质量、表面活度值及表面形貌的变化情况，并比较分析不同材质经放射性污染后其放射性变化规律。
未载入sso登录模块1 实验部分
1.1 仪器及试剂
RM2050型γ、β、α射线检测仪，上海超奇电子有限公司；FAI003型电子天平，精度为0.00
1 mg，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；PHBJ-260型pH测量仪, 精度±0.02，上海仪电科学仪器股份有限公司；FEI Quanta 250型扫描电子显微镜，美国FEI有限公司；Zeiss Merlin型场发射扫描电子显微镜(SEM)，德国卡尔蔡司公司；Thermo ESCALAB 250XI 型X射线光电子能谱仪，美国赛默飞世尔科技有限公司；202-2A型电热恒温干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司。
硝酸及氢氧化钠，分析纯，北京化学试剂有限公司；重铀酸钠(Na2U2O7·6H2O)，质量分数为55%，中国核工业集团有限公司二七二铀业有限责任公司提供。304不锈钢片、有机玻璃及橡胶均为市售。
1.2 样品的加工艾灸净化器
以2 mm厚的304不锈钢片、有机玻璃及橡胶为原料。分别加工成6 mm×6 mm×2 mm的薄片，用无水乙醇冲洗1次，再用蒸馏水冲洗3次，室温晾干待用。
1.3 硝酸铀酰溶液的配制
彩灯控制电路分别称取质量分数为55%的Na2U2O7·6H2O 0.028、1.417、70.856 g，用100 g/L硝酸溶
解，用20 g/L的氢氧化钠调节pH至2.00，定容至1 L，实测铀质量浓度分别为10.22 mg/L、563.58 mg/L和25.54 g/L，pH分别为2.01、2.03和2.01。
1.4 放射性污染实验
莲子脱皮机
样品悬挂，完全浸没在溶液中。每个铀浓度同一材质样品各做2个平行实验。每隔24 h，取出样品，用蒸馏水冲洗3次，室温晾干。用γ、β、α射线检测仪测量各样品表面活度。测量后样品放回原溶液中，继续浸泡。
1.5 放射性活度及样品质量的测量
放射性活度测量时，先固定仪器探头，探头与样品之间的距离为10 mm，仪器每秒读取一次表面活度值，十秒后自动计算前十次的平均值，记录连续四次的表面活度平均值。称量污染前后样品的质量，样品均在50 ℃烘干24 h。申智惠
1.6 扫描电镜、XPS及EDS分析
选取未经污染及在高浓度铀溶液中浸泡过的样品，于50 ℃烘干24 h。用扫描电子显微镜观
察样品表面及断面的形貌特征，采用其自带的能谱仪(EDS)分析样品表面主要元素。采用XPS测试样品中所含U的价态，分析铀的存在形式，XPS采用能量为1 486.6 eV的单Al射线获取电子，发射电压是150 kW，功率150 W。
2 结果与讨论
2.1 表面放射性活度随污染液浓度的变化
切削液废水3种材质在不同浓度铀溶液中表面活度的变化情况示于图1。由图1(a)可以看出，在铀初始质量浓度(ρ0)为10.22 mg/L时，不锈钢表面活度(As)不随浸泡时间(t)的增加而增加，基本稳定在1.00 Bq/cm2；当铀初始质量浓度为563.58 mg/L时，表面活度起始值(样品浸泡晾干后第一天所测的表面活度值)为3.42 Bq/cm2，随着浸泡时间增大，表面活度呈现逐渐增大的趋势；当铀初始质量浓度为25.54 g/L时，表面活度起始值为4.78 Bq/cm2，后随浸泡时间增加逐渐增大。有机玻璃和橡胶在不同浓度铀溶液中表面活度的变化情况与不锈钢相似，在10.22 mg/L的铀溶液中表面活度均基本稳定不变，而在铀初始质量浓度为563.58 mg/L、25.54 g/L时，表面活度起始值均更大，且随浸泡时间的增加逐渐增大。因此可以得出，3种材质在低浓度铀溶液中，样品表面活度不随浸泡时间增大而增加，在起始值左右小幅波
动。只有铀溶液浓度较大时，表面活度才会随浸泡时间的增加而变大。
不同材质在同一浓度铀溶液中表面活度的变化情况示于图2。从图2(a)、(b)可以看出：3种材质经10.22 mg/L铀溶液连续浸泡后，各材质的表面呈现出一定的差异性，3种材质表面活度大小依次为橡胶>不锈钢>有机玻璃；3种材质经563.58 mg/L铀溶液连续浸泡后，表面活度均呈上升趋势，表面活度的起始值大小依次为橡胶>不锈钢>有机玻璃。关于三种材质表面活度的增长速率，对图2(b)进行直线拟合，得出橡胶、不锈钢和有机玻璃的拟合曲线斜率依次为0.84、0.22和0.21。也就是说三者的增长速率依次为橡胶>不锈钢>有机玻璃。
ρ0：1——10.22 mg/L，2——563.58 mg/L，3——25.54 g/L(a)——不锈钢，(b)——有机玻璃，(c)——橡胶图1 3种材质在不同浓度铀溶液中表面活度的变化Fig.1 Surface activities on three kinds of materials in different concentrations uranium solution vs.time
1——不锈钢，2——有机玻璃，3——橡胶ρ0：(a)——10.22 mg/L，(b)——563.58 mg/L，(c)——25.54 g/L图2 不同材质在同一浓度铀溶液中表面活度的变化情况Fig.2 Surface activities on different materials in same concentration of uranium solution vs. time
从图2(c)可以看出，3种材质经25.54 g/L铀溶液连续浸泡后，表面活度逐渐升高，表面活度的起始值大小依次为橡胶>不锈钢>有机玻璃。且3种材质橡胶、不锈钢和有机玻璃拟合曲线的斜率依次为1.24、0.31和0.30，即橡胶的表面活度增长速率最快。
各材质经相同条件的放射性污染，污染情况存在差异。其中橡胶表面活度起始值最大，增长速率也最快，不锈钢表面活度起始值均次之，有机玻璃表面活度起始值最小，增长速率也最慢。可推测各材质表面活度的起始值及样品表面活度的变化情况的差异，可能是由于各材质被溶液腐蚀的程度不同造成的。
2.2 样品污染前后质量变化
样品污染前后的质量变化列入表1。由表1可知：3种样品污染后的质量均有一定变化，其中不锈钢及有机玻璃样品污染后质量均增加，橡胶样品质量减少。这也同样说明了不锈钢及有机玻璃未发生显著腐蚀，橡胶发生了明显的溶解腐蚀。至于不锈钢及有机玻璃质量的增加，可能是样品表面发生轻微氧化、样品与溶质发生反应、溶质简单地附着沉积在其表面其中的至少一种情况。
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