DE3039170A1 - Verfahren und einrichtung zur endlagerung von ionenaustauscherharzen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Endlagerung von
• Ionenaustauscherharzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Endlagerung von Ionenaustauscherharzen unter Verwendung eines Bindemittels sowie eine für die Ausübung des Verfahrens geeignete Einrichtung. Als Bindemittel waren bisher vor allein Bitumen, Zement oder Polystyrol in Gebrauch, in die die Abfallharze gegebenenfalls nach einer Trocknung so eingebettet wurden, das sie ohne pyhsikalische oder chemische Veränderung eine Mischung ergaben, die auf Grund ihrer Strahlungswerte zur Endlagerung durch Abfüllung in genormte Behalter zum Beispiel 200 Liter-Fässer, geeignet waren. Die bekannten Bindemittel sollten dabei ein Auslaugen von Radioaktivität verhindern, wenn Grundwasser, etwa bei einem Durchrosten der Fässer, Zutritt zu dem Harz-Bindemittel-Gemisch haben sollte.
• Man hat schon versucht, radioaktive Abfälle in ihrem Volumen dadurch zu verringern, daß die Abfälle verbrannt werden. Hierbei entstehen Jedoch in -relativ großen Mengen Rauchgase, die ihrerseits radioaktiv sein können und deshalb besondere Maßnahmen zur Beseitigung erfordern. Au-Berdem kann diese Art der Beseitigun& zu so hohen Aktivitäten der verbleibenden Asche führen, daß die Weiterbehandlung große Schwierigkeiten macht.
• Die Erfindung geht demgegenüber von der Aufgabe aus, die radioaktiven Ionenaustauscherharze, die aus der organischen Harzmatrix mit daran fixierten anorgannschen Ionen (Lithium und Borat) und Radionukliden zu beseitigen, ohne daß die vorgenannten Schwierigkeitenauftreten.
• Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Harze im Volumenverhältnis 1:1 mit einem feuerfesten anorganischen Bindemittel gemischt werden, daß aus der Mischung Formkörper mit einem Volumen von 3 bis'lO cm3 hergestellt werden, daß die Formkörper während einer Zeit von mindestens 5 Stunden an der Luft getrocknet werden, daß die Formkörper nach der Trocknung in einem Ofen auf Temperaturen von mindestens 500°C verbrannt werden und daß die gebrannten Formkörper zur Endlagerung dienen0 Durch die Mischung der Harze mit einem feuerfesten anorganischen Bindemittel, vorzugsweise mit Ton, wird die Freisetzung des. Aktivitätsinventars bei der Verbrennung gegenüber der bekannten freien Verbrennung wesentlich, d.h. um Größenordnungen, verringert. Nach der Trocknungsphase, die zu einer gewissen Porosität des anorganischen Bindemittels führt, können die anorganischen Anteile und damit das Aktivitätsinventar der Abfallharze an das Bindemittel fixisrt werden, während die organischen Bestandteile, die Ja nicht radioaktiv sind, verbrennen, so daß ihre Rauchgase aktivitätsfrei sind und in die Atmosphäre entlassen werden können. Als Ergebnis entstehen poröse keramische Körper, die zum Beispiel für eine Zwischenlagerung gut geeignet sind.
• Zur Sicherheit gegenüber Verschleppungen von Radioaktivität kann auch bei dem Verfahren nach der Erfindung so vorgegangen werden, daß bei der Erhitzung im Ofen entstehende Verbrennungsgase in einem Rauchgaswäscher von radioaktiven Bestandteilen befreit werden0 Dies ist aber nur dann notwendig, wenn besonders geringe Werte der AktivitStsSreisetzung vorgeschrieben sind oder besonders große Harzmengen in kurzer Zeit beseitigt werden müssen, zum Beispiel dann, wenn die Erhitzung als kontinuierlicher Prozeß, insbesondere in einem Bandofen, durchgeführt wird.
• Die Erfindung kann noch dadur.ch weitergebildet werden, daß die gebrannten Formkörper mit Glasbildnern versetzt und in einer beheizten Wanne zu einem für die Endlagerung geeigneten Glas verschmolzen werden. Als Glasbildner können verschiedene aus der Glasherstellung bekannte Stoffe eingesetzt werden. Besonders günstig sind jedoch Borate in der Form, daß die Ionenaustauscherharze mit borathaltigen Verdampferkonzentraten verarbeitet werden, die zum Anmachen des feuerfesten anorganischen Bindemitziels dienen. Die borathaltigen Verdampferkonzentrate können durch andere Borate ergänzt werden, sofern die Verdampferkonzentrate nicht als Glasbildnerzusatz ausreichen.
• Das Verfahren nach der Erfindung ist.auch geeignet, die borathaltigen Konzentrate zu beseitigen, die in flüssiger Form vorliegen. In diesem Fall wird das für die Mischung mit. dem Bindemittel, insbesondere mit Ton, benötigte Anmachwasser zum größten Teil, vorzugsweise zu 77%, von diesen flüssigen borathaltigen Konzentraten gebildet. Daraus ergeben sich folgende Vorteile: Reduzierung von Abfallvolumens da die Konzentrate nicht separat verfestigt werden.
• Die im Konzentrat enthaltenen organischen Bestandteile können mit Harzen zusammen verbrannt werden (Trocknungsphase, t>6000C).
• In weiteren Verfahrenschritt kann man auf Zusatz von Glasbildnern (zum Beispiel Borate) verzichten-, da die Konzentrate aus Druckwasserreaktor-Äniagen genügend Borate enthalten.
• Der Verglasungsprozeß wird einfacher, da die Wasserverdampfung und Verbrennung in einer besonderen elektredenbeheizten keramischen Schmelzanlage entfallen.
• Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein' vereinfacht dargestelltes Ausführungsbeispiel beschriebene Die Behälter 1, 2 und 3 sind Sammelbehälter zur'.Beschikkung der für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehenen Anlage. Dabei enthält der Behälter 1 die zu beseitigenden Ionenaustauscherharze, die zuvor in bekannter Weise bis auf eine möglichst geringe Restfeuchte, jedenfalls aber rieselfähig, getrocknet sind. Im Behälter 2 ist Tonmehl enthalten, das ebenfalls rieselfähig ist. Im Behälter 3 ist Wasser enthalten. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Konzentrat, das ohnehin gesichert beseitigt werden muß, dh. um das aus Verdampfern stammende aufkonzentrierte Wasser mit zeigen Prozent Feststoffgehalt und schwacher Radioaktivität.
• Die Behälter 1, 2, 3 sind mit Ventilen 4, 5 und 6 absperrbar, die in bekannter Weise ferngesteuert werden können. Von den Ventilen 4 und 5 führen zur Dosierung, d.h. zur Mengenmessung, vorgesehene Zellradschleusen 7 und 8 in eine Mischvorrichtung 10, die in Form eines Extruders ausgebildet sein kann. Dem Ventil 6 ist eine Dosiereinrichtung 9 für Flüssigkeiten nachgeschaltet.
• Dabei ist £r die Behälter 1, 2, 3, die Ventile 7, 8 und die Dosiereinrichtung 9 eine solche räumliche Anordnung vorgesehen, daß die Stoffe durch die Schwerkraft in die Mischvorrichtung 10 gelangen, damit keine Pumpen benötigt werden.
• Die getrockneten Harze und das Tonmehl werden zu gleichen Volumina in der Mischvorrichtung 10 trocken vermischt.
• Dies geschieht in einer Vormischstrecke 11. Danach wird das Anmachwasser von der Dosiereinrichtung 9 zugespeist, so daß sich die Gewichte von Harz : Ton : Anmachwasser wie 1 : 4 : 1,4 verhalten. Aus dieser Mischung-wird eine pastöse Masse geknetet, die mit Hilfe einer Spindel 12 der Mischvorrichtung durch eine Düse 13 gepreßt wird.
• Die Masse 14 verläßt die Mischvorrichtung 10 als kontinuierlicher Strang. Hinter der DUse 13 wird sie durch eine in der Figur als Messer 15 dargestellte Vorrichtung in Formkörper 17 geteilt, die von einem endlosen Band 18, das auf Rollen 19 und 20 geführt wird, durch einen elektrisch beheizten Ofen 22 bewegt werden.
• Der Ofen 22 umfaßt eine VorwErmzone 23, eine Verbrennungszone 24 und eine Abkühlzone 25. In der Vorwärmzone werden die Formkörper 17 bei Temperaturen zwischen 100 und 2000C getrocknet. Anschließend erfolgt die Eliminierung der organischen Bestandteile, also des Harzes, in der Verbrennungszone bei Temperaturen von mindestens 500°C, zum Beispiel 650°C. Die Abkühlung"sollte zu kleineren Temperaturen von 1000C führen.
• Die für die Verbrennung erforderliche Luft wird von einer Zuluftleitung 27 im Gegenstrom zu den Formkörpern 17 durch den Ofen 22 geführt und zwar mit einem Sauggebläse 28, dessen Druckleitung in einem Gaswäscher 30 geführt ist. Der Gaswäscher 30 besitzt eine Spruhleitung 31 mit einer Pumpe 32, mit der die Waschflüssigkeit, die sich im Sumpf 33 sammelt, über Böden 34 gefördert wird. flie so gereinigte Verbrennungsluft kann dann über eine. Leitung 36 zu einem Kamin geführt werden; wobei noch eine Überwachung auf Radioaktivität vorgesehen sein'kann.
• Die gebrannten und abgekühlteii Formkörper 17' werden in geeigneten Behältern 38 gesammelt. Sie können dann in dieser Form zwischengelagert und später für eine Endlagerung weiter konditioniert werden, zum Beispiel durch Verglasen. Es ist aber auch möglich, die Formkörper 17' unmittelbar oder nach Vermischung mit einem Bindemittel in ein Endlager zu überführen.
• 11 Patentansprüche 1 Figur

Claims (10)

1. PatentansrUche 1, Verfahren zur Endlagerung von Ionenaustauscherharzen unter Verwendung eines Bindemittels, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Harze im Volumenverhältnis 1:1 mit einem feuerfesten anorganischen Bindemittel gemischt werden, daß aus der Mischung Formkörper mit einem Volumen von 3 bis 10 cm³ hergestellt werden, daß die Formkörper während einer Zeit von mindestens 5 Stunden an der Luft getrocknet werden daß die Formkörper nach der Trocknung in einem Ofen auf Temperaturen von mindestens 5000C gebrannt werden und daß die gebraimten Formkörper zur Endlagerung dienen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß bei der Erhitzung im Ofen entstehende Verbrennungsgase in einem Rauchgaswäscher von radioaktiven Bestandteilen befreit werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Erhitzung als kontinuierlicher Prozeß, zuProzeB, lnsbesondere in einem Bandofen,-durchgeführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die gebrannten Formkörper mit Glasbildnern versetzt und in einer beheizten Wanne zu einem fiir die Endlagerung geeigneten Glas verschmolzen werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis.4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ionenaustauscherharze mit borathaltigen Verdampferkonzentraten verarbeitet werden, die zum Anmachen des feuerfesten anorganischen Bindemittels dienen.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die borathaltigen Verdampferkonzentrate in einer solchen Menge zugesetzt werden, daß die Borate als Glasbildnerzusatz ausreichen.
7. 7. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß die Sammelbebälter (1, 2) für lonenaustauscherharze und Ton über Dosiervorrichtungen (7, 8) mit einer Mischvorrichtung (10) zur Erzeugung einer pastösen Masse verbunden sind, daß die Mischvorrichtung mit einer Strangpresse (12, 13) und einem diesem zugeordneten Messer (15) verbunden ist und daß an die Strangpresse (12, 13) ein Durchlaufofen (22) angeschlossen ist, der eine Trocknungszone (23) und eine Verbrennungszone (24) umfaßt.
8. 8.- Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß ein weiterer Sammelbehälter (3) mit einer Dosiervorrichtung (9) für die Einspeisung von.

   Anmachwasser mit der Mischvorrichtung (10) verbunden ist.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Verbindung hinter einer Vormischstrecke (11) liegt.
10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ofen (22) eine Abkühlzone (25) aufweist, an die eine Zuluftleitung (27) angeschlossen ist, und daß mit der Trockenzone (23) ein Sauggebläse (28) verbunden ist, das die Verbrennungsgase in einem Gaswäscher (30) fördert.

    1 Einrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Gaswäscher (30) eine mit einer Pumpe (32) ausgerüstete Umlaufleitung (31) für die Waschflüssigkeit aufweist, die über mehrere Böden (34) gefördert wird.