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DE2628144A1 - Verfahren zum einbetten von radioaktiven und/oder toxischen abfaellen - Google Patents

Verfahren zum einbetten von radioaktiven und/oder toxischen abfaellen

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DE2628144A1
DE2628144A1 DE19762628144 DE2628144A DE2628144A1 DE 2628144 A1 DE2628144 A1 DE 2628144A1 DE 19762628144 DE19762628144 DE 19762628144 DE 2628144 A DE2628144 A DE 2628144A DE 2628144 A1 DE2628144 A1 DE 2628144A1
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DE
Germany
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container
waste
binder
embedding
brought
Prior art date
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Withdrawn
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DE19762628144
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English (en)
Inventor
Heinz Dipl Ing Jakusch
Karl Dr Knotik
Peter Leichter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vereinigte Edelstahlwerke AG
Oesterreichische Studiengesellschaft fuer Atomenergie GmbH
Original Assignee
Vereinigte Edelstahlwerke AG
Oesterreichische Studiengesellschaft fuer Atomenergie GmbH
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Publication date
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    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
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    • G—PHYSICS
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Description

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DIPL-ING. SCHWABE CR. C?.. SANPMAIR 2 O Z O Ί 4 4
P AT EN TAN \v;.'.TU β MÖNCHEN 80 · M AU EFiKi RC HBRBTfl, 46
Anwaltsakte 27 135 O ?, JlJNl 1376
ÖSTERREICHISCHE STUDTENGESELLSCHAFT FÜR ATOMENERGTS G os mbH VJi en
VERETNTGTE EDELSTAHLWERKE Aktiengesellschaft W.i en
Verfahren zum Einbetten von radioaktiven und/oder toxischen Abfällen
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-2- 2628H4
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbetten von radioaktiven und/oder toxischen Abfällen zur Langzeitlagerung in ein fließfähiges, verfestigbares.:· Bindemittel.
Die Aufarbeitung von radioaktiven und auch von toxischen Abfällen und Überführung derselben in eine die Umwelt möglichst nicht gefährdende Form gewinnt insbesondere mit erhöhtem Einsatz der Kernenergie zur Deckung des steigenden Energiebedarfes immer mehr an Interesse, da beim Betrieb der Kernkraftwerke wie auch bei der Wiederaufbereitung des Kernbrennstoffes größere Mengen an radioaktivem Abfall anfallen. Dieser Abfall muß in eine Form übergeführt werden, in welcher der Abfall ohne Belastung der Umwelt und mit möglichst geringen Kosten gelagert werden kann. Eine sichere Lagerung von radioaktiven und auch toxischen Abfällen ist nur dann gewährleistet, wenn auch bei. unvorhergesehenen Zwischenfällen, wie z.B. Wassereinbrüchen nach Katastrophen ein Austreten der Schadstoffe in die Umwelt verhindert wird. Zu diesem Zwecke werden die Abfälle in ein Bindemittel eingelagert. Bekannte Bindemittel sind z.B. Zement-Sand-Gemische oder.Bitumen für geringe bis mittlere Aktivität und für hohe Aktivität Glas und Metall.
Zur Einbettung der Abfälle werden diese, bei den bekannten Verfahren in einem Behälter bei Normaldruck mit einem Bindemittel vermengt. Bei dieser Vorgangsweise ist es besonders nachteilig, daß eine poröse Struktur entstehen kann, wobei durch nachfolgende Manipulationen, z.B. bei Einwirkung von Wasser, Aktivität freigesetzt werden kann. Weiters besteht die Gefahr, daß bei der Einbettung die Abfälle teilweise außerhalb des Behälters, z.B. durch Stauben während der Bindemittelzugabe, gelangen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Einbettung von radioaktiven und/oder toxischen Abfällen zu schaffen, wobei eine minimale Belastung der Umwelt erreicht werden kann und die angeführten Nachteile vermieden werden. '
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß das Bindemittel bei im Behälter herrschenden Unterdruck mit dem Abfall in Kontakt gebracht wird. Damit wird erreicht, daß eine Schädigung der Umwelt verhindert wird, wobei gleichzeitig ein überraschend homogenes Gemisch aus Abfall'-.undv-Bindemittel erhalten werden kann, wodurch eine sichere Lagerung des Abfalls gewährleistet ist.
V,rird nach Zugabe des Bindemittels und vor Verfestigung desselben der Unterdruck aufgehoben und ein Überdruck aufgebaut, so kann eine besonders schnelle und gleichmäßige Imprägnierung' des Abfalls mit Bindemitteln erreicht werden.
Um eine besonders gute Durchdringung der Abfälle mit Bindemittel zu erreichen, wird der Behälter mit den Abfällen während der Zugabe des Bindemittels zumindest auf einer Temparatur gehalten, die dem Erweichungspunkt oder Schmelzbereich des Bindemittels entspricht.
Ist eine Trocknung der Abfälle erforderlich, so können diese vor Zugabe des Bindemittels im Behälter bei Unterdruck und unter Erwärmung getrocknet werden. Auch hier ist es wieder von besonderem Vorteil, daß die Abfälle im Behälter verbleiben können.
Eine geringere Belastung der Umwelt ergibt sich auch, wenn die Abfälle vor Zugabe des Bindemittels im Behälter thermisch vorzugsweise im einem eine Verbrennung nichtunterhaltenden Kedium zersetzt werden. Diese -Vorgangsweise kann beispielsweise dann erwünscht sein, wenn die Abfälle z.Be durch Radio-
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lyse zersetzt werden oder nur schwer von einem Bindemittel "benetzt werden, sodaß eine gleichmäßige Umhüllung ohne vorgeschalteter Behandlung nicht möglich ist.
Als' "besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Behälter mit den eingebetteten Abfällen in einen weiteren Behälter verbracht wird und der Raum zwischen den beiden Behältern ebenfalls mit einem Bindemittel ausgefüllt wird, da dadurch eine besonders sichere Lagerungseinheit"erhalten wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen und der Zeichnung erläutert.
Die in der Zeichnung teilweise im Schnitt schematisch dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Ofen A und einem Kondensator B. Der Ofen weist eine zylindrische Wandung 1 auf, welche mit einer Heizung 2 versehen ist. Die zylindrische Wandung ist nach oben mit dem Kondensator B verbunden und unten mit einem Deckel 3 verschlossen. Dieser Deckel weist eine Gewichtskontrolle 4 auf, auf welcher ein Behälter 5 angeordnet ist. Mt dem Behälter in Kontakt sind Temperaturfühler β,
Durch den Glockenboden 7 sind Ofen und Kondensator voneinander getrennt. Der Glockenboden weist eine eigene Heiz- bzw. Kühlvorrichtung in Form von aufgeschweißten Rohren ·8. auf. Durch den Glockenboden sind Stutzen der Schaugläser 9 hindurchgeführt. Unmittelbar über dem Glockenboden ist ein Auslaß mit einem Ventil für das Kondensat angeordnet: Im Kondensator "ist weiters ein Wärmeaustauscher 11 angeordnet, welcher mit leitblechen 12 versehen ist. Der Kondensator weist ebenfalls einen Deckel 13 auf, welcher ein Manometer 14 trägt, das zur Kessung des Druckes im Kondensator und im Ofenteil dient. •Der -Anschluß 15 erlaubt eine Zu- und Abfuhr von Gasen. Durch das thermisch isolierte Rohr 1β kann durch den Glockenboden hindurch Bindemittel in den Behälter 5 eingebracht werden. Das Rohr 16 weist ein Ventil 17 auf.
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Beispiel 1: Einbettung von Asche und festen Verbrennungsrück-* ständen.
In die Vorrichtung wird der oben offene Behälter 5 eingebracht und mit dem Deckel 3 gasdicht verschlossen. Der Behälter diente als Sammelbehälter für die Asche und Verbrennungsrückstände. Über den Anschluß 15 wird die Vorrichtung auf geringen Unterdruck evakuiert. Danach wird der' Behälter im Ofen durch die Heizung 2 auf ungefähr 200 ° C erwärmt. Die Temperaturkontrolle erfolgt über Temperaturfühler 6. Das für den Betrieb der Vorrichtung erforderliche Vakuum wird vorteilhaft durch einen Vakuumstrahlsauger (nicht dargestellt) erzeugt, der mit einem im Kreislauf geführten Wasserstrom betrieben wird. Ein zum Wasserkreislauf gehöriger Vorratsbehälter dient gleichzeitig als Gaswäscher. Das Wasser wird laufend auf eventuell gelöste radioaktive Stoffe kontrolliert.
Hat die Asche im Behälter die erwünschte Temperatur von ungefähr 200. 0 erreicht, wird die Anlage weiter evakuiert und nach Öffnen des Ventils 16 geschmolzenes Bitumen (Erweichungspunkt 100 ° C) aus einem Vorratsbehälter (nicht dargestellt) über ein wärmeisoliertes Rohr 16 durch Einsaugen in den Behälter gefüllt. Der Beladungsvorgang kann über Schaugläser 9 bzw. über eine Gewichtskontrolle verfolgt werden. Wenn von der Asche kein Bitumen msftr aufgesaugt wird und das weiter zugeführte Bitumen eine über die Asche stehende geschlossene Schicht bildet, wird die Vorrichtung mit Luft "bzw. Inertgas geflutet, und das Bitumen-Abfallgemisch bei Normaldruck durch Erkalten verfestigt. Will man nach dem Verschließen des Behälters eine Dekontamination nicht durchführen, ist es zweckmäßig den Behälter in einen sauberen Überbehälter einzubringen und den Zwischenraum mit Bitumen oder Beton auszufüllen. Ein derart behandelter Abfallbehälter ist gegen Auslaugung bei Wassereinbrüchen während der Lagerung zusätzlich gesichert.
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Boispiel 2; Einbettung Geladener Ionenaustauscherharze bzw. getrockneter Salze im lagerbehälter mit Bitumen.
Die. Einbettung von "beladenen, getrockneten und in Behälter abgefüllten lonenaustauscherharzen oder von in Behälter abgefüllten getrockneten Salzen bzw. Ionenaustauscherharz/Salzgemischen wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt, lediglich die Vorbehandlung ist unterschiedlich.
Die während der thermischen Behandlung und Zersetzung gegebenenfalls in einem eine Verbrennung nichtunterhaltenden Medium freigesetzten Dämpfe werden in dem Kondensator B niedergeschlagen. Das Kondensat kann dem Kondensator fallweise über einen Auslaß 10 entnommen und durch konventionelle Methoden wie Verbrennen oder Eindampfen aufgearbeitet werden. Der auf den Ofen aufgesetzte Kondensator ist für den Durchtritt der Dämpfe mit einem Glockenboden 7 versehen. Der Glockenboden ist an seiner Unterseite mit einer Heiz- und Kühlvorrichtung 8 versehen. Über dem Glockenboden ist ein Wärmeaustauscher 11 angeordnet, der aus vertikalen Rohren und horizontalen leitblechen 12 besteht. Dieser Wärmeaustauscher kann gleichfalls beheizt oder gekühlt werden. Durch das Zentrum des Glockenbodens führt das Rohr 16 für das Bindemittel, das nach Beendigung der thermischen Behandlung in den Behälter eingebracht wird.
Während des Betriebes ist der Glockenboden beheizt und der Wärmeaustauscher gekühlt, so daß sich die entstehenden Dämpfe im Kondensator niederschlagen. Zur Entnahme des Kondensats wird der Wärmeaustauscher beheizt und der Boden gekühlt, so daß die Kondensate zur tiefsten Stelle des Bodens geleitet werden. Sie können dort über den Auslaß 10 · entnommen werden. Zur Reinigung der Anlage werden im Ofengeeignete lösungsmittel, wie chlorierte Kohlenwasserstoffe, oder Wasser verdampft, auf dem gekühlten Wärmeaustauscher niedergeschlagen und zusammen mit den so gelösten Rückständen abgeleitet.
• 609 88 3/0 84 1 . . ■
Beis-QJel 3: Einbettung von grobkörnigen und stückigen Abfällen in ein hydraulisches Zementbindemittel
Die Verfestigung von stückigem oder körnigem Abfall in Beton kann auch mit der dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. Pur diese Vorgangsweise sind die Heiz- und Kühleinrichtungen überflüssig, die Vorrichtung wird als Vakuumkessel nit einer Einbringung für hydraulisches Bindemittel und zwar Zeinent-Sanä-Wassergemisch verwendet. Pur diese Variante der Einbettung genügt eine vereinfacht ausgeführte Vorrichtung, wobei die Beladungsmöglichkeit von unten, der Vakuumbetrieb und die Füllstandskontrolle jedenfalls erforderlich sind.
Der Abfall wird mit dem Behälter in' die Vorrichtung eingebracht, diese sodann mit dem Deckel verschlossen und evakuiert. Ein geeignetes Zement-Sand-Wassergemisch, wird aus einem Vorrats- · behälter in die Anlage eingesaugt und in den Behälter gefüllt bis der Abfall vollständig bedeckt ist. Der Püllvorgang wird über die Schaugläser und die Gewichtskontrolle kontrolliert. Ist der Püllvorgang beendet, wird die Anlage mit luft geflutet und der Behälter zur Verfestigung des Bindemittels abgestellt.
Durch Einbringen des Behälters in einen größeren Üherbehälter · und Pullen des Zwischenraumes mit Beton oder Bitumen erübrigt sich ein Reinigen des Behälters und- die lagersicherheit des so versorgten Abfalls wird erhöht.
Beispiel 4: Einbettung von körnigen, kalzinierten, verglasten oder keramischen Abfällen in Metallen oder Metallegierungen.
Zum Einbetten von hochaktiven Abfällen, wie sie aus Wiederaufbereitungsanlagen anfallen, werden im allgemeinen niedrigschmelzende Metalle wie Zinn, Blei, Antimon oder deren Legierungen, aber auch Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet. Plüssige Abfälle müssen eingedampft und kalziniert bzw.
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verglast d.h.. in feste Produkte überführt werden. Abge-"brannte Kernbrennstoff-, Brutstoff- oder Absorberteilchen von gäsgelcöhlten Hochtemperaturreaktoren, die mit einer Pyrokohlenstoffbeschichtung versehen sind, können direkt in einer Ketallmatrix verfestigt werden.
Die Partikel werden für den Transport bzw. Zwischenlagerung in geeignete Behälter abgefüllt. Es empfiehlt sich nicht zu große Sammelbehälter aus rostfreiem Stahlblech, oder anderen korrosions- und hitzebeständigen Legierungen zu verwenden, die zu 2/3 bis 3/4 mit dem Abfall gefüllt sind. Über dein Abfall wird ein geeignetes Metallnetz aufgesetzt und an der Behälterwand z.B. durch Klemmung - fixiert. Der verbleibende freie Raum des Behälters wird dann mit zerkleinertem oder granuliertem Metall oder mit einem entsprechenden Metallblack aufgefüllt. So vorbereitet werden ein oder mehrere· Behälter in einen druck- und vakuumdichten Ofen eingesetzt. Der Ofen wird evakuiert, und der Behälter unter Yakuum über den Schmelzpunkt des Metalls erhitzt. Das im Behälter montierte Metallnetz verhindert das Aufschwimmen des Abfalls. Danach wird mit luft oder Inertgas geflutet, wobei auch ein Überdruck aufgebracht werden kann um die Durchtränkung des Abfalls zu verbessern. Das so hergestellte Abfall-Metall-Gemisch läßt ■ man zur Verfestigung erkalten.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung muß für diese Zwecke lediglich modifiziert werden, wobei statt dem großen Behälter ein passender zylindrischer Aufnehmer aus Stahl oder Graphit eingebracht wird der mit Bohrungen versehen ist, in welche die kleineren Behälter für hochaktiven Abfall eingesetzt werden können. Eine derart adaptierte Vorrichtung ermöglicht die gleichzeitige Einbettung von Abfällen in einer größeren Anzahl kleiner Behälter in 'einem Arbeitsgang.
- Patentansprüche -
609883/08 41 'OR1Q1Nal inspected

Claims (6)

  1. 2628HA
    Patentansprüche
    (Λ .^Verfahren zum Einbetten von radioaktiven und/oder toxischen Abfällen zur Langzeitlagerung in ein verfestigbares Bindemittel, wobei fester, in einem Behälter verbleibender Abfall in loser Form mit einem fließfähigen Bindemittel in Kontakt gebracht wird und das Bindemittel verfestigt wird^- dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel bei im Behälter herrschenden Unterdruck mit dem Abfall in" Kontakt gebracht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Zugabe des Bindemittels und vor Verfestigung desselben der Unterdruck aufgehoben und überdruck aufgebaut wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruck 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit; den Abfällen während der Zugabe des Bindemittels zumindest auf einer Temperatur gehaltan wird, die dem Erweichungspunkt bzw, Schmelzpunkt des Bindsitteis .entspricht.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch.gekennzeichnet, daß die Abfälle vor Zugabe des Bindemittels im Behälter bei Unterdruck und unter Erwärmung getrocknet werden.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die- Abfälle vor Zugabe des Bindemittels im Behälter thermisch, vorzugsweise in einem eine Verbrennung nichtunterhaltenden Medium zersetzt werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5».dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit den eingebetteten Abfällen in einen weiteren Behälter verbracht wird, und daß der Raum zwischen den beiden Behältern ebenfalls mit einem Bindemittel ausgefüllt wird.
    Der Bevollmächtigte: 609883/0841
    4ο
    Leerseite
DE19762628144 1975-06-26 1976-06-23 Verfahren zum einbetten von radioaktiven und/oder toxischen abfaellen Withdrawn DE2628144A1 (de)

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