DE2717389A1

DE2717389A1 - Verfahren und vorrichtung zum einschliessen von koernigem oder stueckigem, kontaminiertem material in metall

Info

Publication number: DE2717389A1
Application number: DE19772717389
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Chem Dr Thiele
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-04-20
Filing date: 1977-04-20
Publication date: 1978-11-09
Also published as: FR2388378B1; GB1596489A; DE2717389B2; US4204975A; FR2388378A1; DE2717389C3

Description

Kernforschungsanlage Julien Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Verfahren und Vorrichtung zum Einschließen von körnigem oder stückigem, kontaminiertem Material in Metall

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einschließen von körnigem oder stückigem, kontaminiertem Material in Metall, bei dem das einzuschließende Material von der flüssigen Metallphase so umhüllt wird, daß die Metallphase nach der Erstarrung eine Matrix für das einzuschließende Material bildet sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einer Reihe von technischen Verfahren, insbesondere beim Betrieb von Kernreaktoren, fällt kontaminiertes, im weiteren Prozeß nicht mehr verwendbares Material an, das so gelagert werden muß, daß die Umwelt nicht gefährdet wird.

809845/0018

- Jt -

^s sind zwar bereits Verfahren bekannt geworden, die dies ermöglichen, wobei insbesondere das kontaminierte Material einer solchen Behandlung unterworfen werden soll, daß es an besonderen, dazu vorgesehenen Orten über lange Zeiträume hi'nwep gelagert werden kann.

So besteht ein zum bekannten Stande der Technik gehörendes Verfahren darin, radioaktives I'aterial in Glas einzuschließen. Dabei werden die radioaktiven Substanzen in die Auspanpsmaterialien zur Herstellung von Glaskörpern so eingegeben, daß die radioaktiven Kubstanzen in dem Glas eine feste Lösung: bilden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht in allen Fällen anwendbar, insbesondere dann nicht, wenn das radioaktive Material in karbidischer Form anfällt (vergleiche Atomwirtschaft Juli/Aueust 1975 "IiAV'-Glaspartikel in Metallmatrix", Seiten 3^7 bis 3^9 von Dr. W. Heimerl).

Man hat zwar auch schon versucht, radioaktive Stoffe in eine Metallschmelze einzugeben, der Nachteil der bisher zur Durchführung dieses Verfahrens angewandten Haßnahmen besteht jedoch darin, daß dies wegen der großen Grenzflächenkrafte insbesondere dann nur sehr unvollkommen gelang, wenn es sich darum handelte, auch feinkörniges Material in das Metallbad einzubringen (vergleiche Transaction of the American Nuclear Society, April 1975, Seiten 671 bis 68o).

Aufgabe der Erfindung ist es, mit Sicherheit, auch wenn feinkörniges karbidisches radioaktives oder anders kontaminiertes Material einzuschließen ist, dessen

809845/0016

vollständige Kinbettunr innerhalb dos zum Einschließen verwendeten Metalls zu erreichen. Außerdem soll das Verfahren auf wirtschaftliche V/eise und mittels einer einfachen Vorrichtung durchführbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einen; Verfahren
der eingangs bezeichneten Art das Metall im flüssigen Zustand in eine lose Schüttur.g des einzuschließenden Materials hineirnresaugt und sodann durch Abkühlen
zum Erstarren gebracht. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Verfahren gemäß der (Erfindung in der Weise durchzuführen, daß die Schüttung des
einzuschließenden !Materials innerhalb eines beiderseits offenen Rohres so gelagert wird, daß eine der beiden freien Flächen der Schüttung durcn einen für das flüssige Metall durchlässigen Abschluß begrenzt wird und die andere freie Fläche mit den Metall in
Berührung steht oder mit geringem Abstand zu dieser Fläche angeordnet ist, worauf das Metall bis oberhalb seines Schmelzpunktes aufgeheizt und im Anschluß
daran in die Schüttung hineingesaugt wird. Zweckmäßig ist es, zur Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung Aluminium zu verwenden. In diesem Falle ist es notwendig, das Verfahren unter einem Inertgas
durchzuführen. Statt Aluminium zu verwenden, ist es auch möglich, andere Metalle, und zwar vorzugsweise Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt, wie Blei, Zinn, Zink, Kupfer oder in Sonderfällen auch Silber oder
Gold, zu verwenden. Eine Vorrichtung, die einen sehr einfachen Aufbau aufweist und in besonders vorteil-

809845/0018

(ο

- X-

ha ft er Weise zur durchführung des Verfahrens ge näß der .!irfinaum- n:e eignet ist, besteht in der Änordnunr eines an einem Ende mittels Deckels mit "^ntlüftunrsrohr abscnließbareri Hohrstücks aus korrosionsfestere Material zur Aufnahme aer ochüttung sowie eines aus den Metall gebildeten festen Blocks., wobei in das untere linde des Hohrstücks unterhalb eines in dem Hohrstück angeordneten, als Auflage für die Schüttung des einzuschließenden Materials dienenden Rostes ein mit einer Vakuumpumpe verbundenes Rohr einmündet, wobei auf dem rtost eine aus körnigem oder stückigem, mit dem 'letall und dem einzuschließenden Material keine Verbindung eingehenden, für das flüssige Metall durchlässigen, für das einzuschließende -',aterial jedoch undurchlässigen Material bestehende Schicht vorgesehen ist. Dabei ist es fü¹* den Kali, daß als iietall Aluminium verwendet viird,

. daß
zweckmäßig, aas unternalb des Hostes einmündende Rohr mit einer ein inertgas liefernden Einrichtung verbunden ist.

In den Prallen, in denen mit einem Aufschwimmen von Granulat bei der Durchfünrung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu rechnen ist, ist es zweckmäßig, daß innerhalb des Hohrstücks ein die üchüttung des einzuschließenden ilaterials gegen den i-etallblock abdeckendes, für das flüssige netall durchlässiges Hieb vorgesehen ist.

809845/0016

- sr -

Bei der Durchführung des Verfahrens renäß der iirfindum.: unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungwurde in allen Fällen erreicht, daß Partikeln des einzuschließenden Materials selbst dann, wenn sie nur gerinne Abmessungen hatten.., vollständig von ■•letall umschlossen und porenfrei in eiern metall eingebettet vorlagen.

Ln der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens "emäß der Erfindung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die Schüttung 1 der einzuschließenden kontaminierten Partikeln ist oberhalb eines Rostes 2 in dem nach oben und unten offenen Rohrstück 3 angeordnet. Oberhalb des Rostes 2 ist eine Schicht ^ vorgesehen, die aus körnigem oder stückigem Material besteht, das mit dem einzuschließenden Material und mit dem für den Einschluß vorgesehenen Material keine Verbindung eingeht und für das flüssige Metall durchlässig, für das einzuschließende Material jedoch undurchlässig ist. Die Schicht H kann aus Edelstahlschrot bestehen, sie kann aber auch aus Eisenspänen oder beispielsweise aus Oxidmaterial bestehen. Dabei hat sich bei einem Durchmesser des Rohrstückes 3 von etwa 18 mm und einer Partikelschüttung 1 von etwa 6o mm Höhe eine Schichtdicke von 5 mm als hinreichend erwiesen. Die Partikelschüttung 1 wird nach oben durch ein Sieb 5 abgedeckt, auf dem das

809845/0018

einzusaugende Metall als Metallblock ö angeordnet ist. Am oberen Ende ist das Hohrstück 3 durch einen Deckel 7 mit Entlüftungsrohr ö verschließbar. Unterhalb des rtostes 2 mündet in das Hohrstück 3 ein mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Vakuumpumpe und mit einer ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellten j ein Inertgas liefernden Einrichtung verbundenes steigrohr 9 ein.

Zur Durchführung ctes Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Teil des Kohrstücks 3, in dem der Metallblock angeordnet ist, mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Heizvorrichtung bis oberhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Metalls aufgeheizt. Sobald der Metallblock t> aufgeschmolzen ist, wird das Hohrstück 3 unter Vakuum gesetzt. Zur Anzeige, daß das Metall aufgeschmolzen ist. dient der Druckanstieg eines in der Zeichnung nicht dargestellten, mit dem Steigrohr 9 verbundenen Manometers, infolge des durch die Evakuierung entstehenden Druckgefälles wird das verflüssigte Metall in die Schüttung 1 hineingesaugt. Die Menge des zur Einbettung der kontaminierten Partikeln der Schüttung 1 vorgesehenen Metalls wird dabei so bemessen, daß das flüssige Metall bei vollständiger Durchdringung der Schüttung 1 im Steigrohr 9 bis oberhalb der durch das Sieb 5 abgedeckten Fläche der Schüttung 1 ansteigen kann.

8 0 98 4 5/0016

Die Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens gemäß der Erfindung·;, konnte nut Vorteil /um Kins chiu/?> von abgebrannten Brennstoffpartikeln benutzt v/erden, wie sie im Hochtemperaturreaktor verwendet v/erden. Diese Partikeln bestanden aus eine.™ Kern aus Urankarbid, der mit einer dreifachen, aus pyroIytischen Kohlenstoff j Siliciumkarbid und pyrolytischem Kohlenstoff bestehenden Beschichtung umhüllt war. Der Durchmesser der beschichteten Urankarbidkerne lap; etwa zwischen 4oo und 5oo ,ur. Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung mit Aluminium als Ketal! umhüllten abgebrannten Brennstoffteilchen waren., nachdem das Steigrohr 9 und das Entlüftungsrohr abgequetscht worden waren, endla^erun^sfähir. Statt die Rohrenden abzuquetschen, ist es selbstverständlich auch möglich, sie auf andere Weise, beispielsweise durch Verschweißen, zu verschließen.

809845/0016

Leerseite

Claims

f1.^Verfahren zum einschließen von kürniyem oder stückigem, kontaminiertem Material in Metall, bei dem das einzuschließende Material von der flussigen ?4etallphase so umhüllt wird, daß die Metallphase nach der Erstarrung eine Matrix für das einzuschließende Material bildet.. dadurch gekennzeichnet, daß das Metall im flüssigen Zustand in eine lose Schüttung; des einzuschließenden Materials hineingesaugt und sodann durch Abkühlen zum Erstarren gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schüttung des einzuschließenden Materials innerhalb eines beiderseits offenen Rohres so gelagert wird, daß eine der beiden freien Flächen der Schüttung durch einen für das flüssige Metall durchlässigen Abschluß begrenzt wird und die andere freie Fläche mit dem Metall in Berührung steht oder mit geringem Abstand zu dieser Fläche angeordnet ist, worauf das Metall bis oberhalb seines Schmelzpunktes aufgeheizt und im Anschluß daran in die Schüttung hineingesaugt wird.

3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekenn-

809845/001B

BAD ORIGINAL

2717383

zeichnet durch die Anordnung eines an einem Ende mittels Deckels ir.it Kntl'iftungsrohr abschließbaren Rohrstücks aus korrosionsfestem Material zur Aufnahme der Schfittunr, sowie eine« aus dem Metall gebildeten festen Blocks, wobei in das untere bnde des Rohrstücks unterhalb eines in dem Rohrstücks angeordneten, als Auflage für die Schüttunr des einzuschließenden Materials dienenden Rostes ein mit einer Vakuumpumpe verbundenes Rohr einmündet, wobei auf den Rost eine aus körnigem oder stückigem, mit dem Metall und dem einzuschließenden Material keine Verbindung eingehenden, für das flüssige Metall durchlässigen, für das einzuschließende Material jedoch undurchlässigen Material bestehende Schicht vorgesehen ist.

h, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das unterhalb des Rostes einmündende Rohr mit einer ein Inertgas liefernden Einrichtung verbunden ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rohrstücks ein die Schüttung des einzuschließenden Materials gegen den Metallblock abdeckendes, für das flüssige Metall durchlässiges Sieb vorgesehen ist.

809845/0016

BAD ORIGINAL