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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung radioaktiver
oder giftiger Rückstände, die in Form wäßriger, salzhaltiger Lösungen oder Schlämme
vorliegen, bei dem die Rückstände durch Verdampfen ihres Wassergehaltes eingedickt
bzw. getrocknet und anschließend die eingedickten bzw. getrockneten Rückstände bei
erhöhter Temperatur in einem Bindemittel fixiert werden.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der Zeitschrift »Kerntechnik«, B.
Jg., 1966, Nr. 3, S. 105 bis 110, bekannt.
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Aus dieser Literaturstelle ist es über den Gattungsbegriff des Anspruchs
1 hinaus bekannt, daß das Bindemittel Bitumen ist.
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Radioaktive Rückstände entstehen z. B. bei der Wiederaufarbeitung
bestrahlter Kernbrennstoffe öder bei der Dekontamination radioaktiver Abwässer.
Für ihre Beseitigung sind bereits mehrere Vorschläge veröffentlicht und zum Teil
auch schon verwirklicht worden (vgl. zum Beispiel deutsche Auslegeschrift
1236 944). Für die Sicherheit beim Transport und bei der Lagerune, die meist
in Fässern erfolgen, ist es normalerweise erforderlich, die Rückstände zunächst
in einen festen, möglichst unlöslichen Zustand zu bringen. Um die Transport- und
Lagerkosten so gering wie möglich zu halten, ist ferner anzustreben, die Volumina
der Rückstände auf ein Mindestmaß zu reduzieren.
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Für die Verfestigung der Rückstände - im folgenden Fixierung genannt
- werden seit längerer Zeit im wesentlichen zwei Verfahren angewendet: Die Betonierung
und die Bituminierung.
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Bei der Betonierung. werden die wäßrigen Rückstände mit Zement gemischt,
so daß nach dem Abbinden in den Abfallfässern feste Betonblöcke entstehen.
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Bei der Bituminierung werden die Rückstände in heißes Bitumen eingebracht,
wobei das Wasser ausdampft. Die verbleibende Trockensubstanz vermischt sich mit
dem flüssigen Bitumen, das nach dem Erkalten in den Abfallfässern ebenfalls zu festen
Blöcken erstarrt.
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Die Bitumenblöcke bieten gegenüber den Betonblöcken einige Vorteile;
vor allem sind die erreichbaren Endvolumina - bezogen auf gleiche zu fixierende
Trockensubstanz der Abfallmengen - kleiner.
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Wie aus der Druckschrift »Kerntechnik«, B. Jg., 1966, Nr. 3, S. 105
bis 110, insbesondere S. 110, linke Spalte, 1. Absatz, hervorgeht, wurden bei der
Fixieruno, der bis zum Veröffentlichungszeitpunkt zur Aufbereitung gelangten wäßriaen
Rückstände keine heftigen Reaktionen beim Eintropfen der wäßrigen Lösung in das
heiße Bitumen beobachtet. Das anfangs nach jeweils kurzer Betriebsdauer aufgetretene
Zusetzen der Tropfenabscheider, der die feinen Bitumentröpfchen aus dem Wasserdampfstrom
entfernen sollte, konnte durch Beheizung des Abscheiders zwar vermindert, jedoch
nicht vollstiindi;,1 vermieden werden. Ebenfalls konnte eine rasche Verschmutzung
des Absolutfilters, über das die nicht kondensierbaren Gase ins Freie geleitet werden,
trotz weitgehender Kondensation der aus dem Bitumen abdestillierenden, kleinen Mengen
öliger Produkte im Kühler nicht unterbunden werden.
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Für die Reinigung dieser Abgase ist somit ein verhältnismäßig hoher
Aufwand an Vorrichtungen und Kosten erforderlich.
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Der Durchsatz der zu fixierenden, insbesondere wäßrigen Rückstände
ist begrenzt durch die Eintropfgeschwindigkeit, da bei deren Erhöhung insofern technische
Schwierigkeiten auftreten, als es im heißen Bitumen zur Bildung von Dampfblasen
kommen kann, die heftige und unerwünschte Reaktionen auslösen können.
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Bei der Aufbereitung durch Eindicken bzw. Trocknen der Rückstände
vor ihrer Fixierung besteht ganz allgemein die Schwierigkeit darin, daß sich während
des Eindampfens in den Aufbereitungsapparaturen sogenannte Schmierzonen bilden,
welche die Weiterförderung des Gutes behindern; ferner treten am Ende der Trocknung
häufig starke Verkrustungen an Gefäßen und Rührern bzw. Transportschnecken auf,
so daß auch der Austrag des Gutes erschwert wird.
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Die vorliegende Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Verfahren zur
Aufbereitung radioaktiver oder giftiger Rückstände zu schaffen, bei welchem das
Eindicken bzw. Trocknen gefahrlos und ohne die erwähnten technischen Schwierigkeiten
durchgeführt wird und das direkt darauffolgende Fixieren der eingedickten bzw. getrockneten
Rückstände in einem Bindemittel in einer einfachen, verhältnismäßig kleinen Apparatur
großer Durchsätze ohne Abgasprobleme mit großer Sicherheit gewährleistet ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß den Rückständen
während des Verdampfens des Wassergehaltes Körner aus porösem Material großer spezifischer
Oberfläche zugefügt und zusammen mit den eingedickten bzw. getrockneten Rückständen
fixiert werden.
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Als vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens hat sich das Fixieren der
Körner zusammen mit den eingedickten bzw. getrockneten Rückständen in dem bekannten
Bindemittel Bitumen erwiesen.
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Durch das Zufügen der Körner wird sowohl die Krustenbildung als auch
das Zusammenbacken der Rückstände wirksam verhindert. Im Falle der Bituminierung
können die Rückstände vollständig getrocknet werden, da durch die von dem Rührwerk
in der Aufbereitungsapparatur bewegten Körner ein pulverförmiges, leicht zu förderndes
Gut entsteht, das sich mindestens teilweise an den Körneroberflächen anlagert.
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Als besonders vorteilhaft haben sich annähernd kugelförmige Körner,
insbesondere ein Treibmittel zu ihrer Aufblähung enthaltende Kugeln aus einem thermoplastischen
Material, beispielsweise aus einem paraffinähnlichen Polymerisationsprodukt von
Stvrol, er@=»psen.
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Diese Kugeln blähen sich bei einer Temperatur von etwa 80 bis 110°
C während des Eindampfens auf ein Vielfaches ihres Ursprungsvolumens, und damit
auch ihrer Ursprungsoberfläche auf, so daß große Verdampf un-soberfjächen entstehen.
nie Kugeln wischen laufend Gefäßwände und Rühret blank. Während der anschließenden
Fixierung bei einer Temperatur von etwa 200° C schmelzen die Kugeln wieder auf ihr
ursprüngliches Volumen zusammen. Ein Überziehen der Körner mit einem Benetzungsmittel
vor ihrer Beimischung zu den einzudampfenden Rückständen wirkt sich auf das Eindampfen
sehr günstig aus.
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Außerdem können diese aus porösem Material bestehenden Körner gleichzeitig
als Bindemittel zur Fixierung der Rückstände verwendet werden.
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Ein bedeutender Vorteil des die Erfindung aufweisenden
Verfahrens
der bekannten Bitumenfixierung gegenüber ist es, daß trotz des Zusatzes aus porösen
Körnern der Gewichtsanteil und die Konzentration der zu fixierenden Stoffe im Fixierungs-Endprodukt
weitaus höher gehalten werden kann. Dies bedeutet aber für die Abfall-Beseitigung
und -Lagerung eine erhebliche Raum- und Kostenersparnis.
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Weitere Einzelheiten des die Erfindung aufweisenden Verfahrens werden
in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Die Figur zeigt schematisch eine Trocknungs- und Fixierungsanlage
für konzentriert wäßrige Rückstände. Das radioaktive Vorkonzentrat 1 wird
aus einem trichterförmigen Behälter 2 in die Trommel des Trockners 3 überführt.
Aus einem zweiten Einfülltrichter 4 werden die das Treibmittel, z. B. Benzol,
enthaltenden Kügelchen 5 aus einem paraffinähnlichen Polymerisationsprodukt von
Styrol in den Trockner 3
eingeleitet. Ein Rührwerk 6 vermischt das Konzentrat
und die Kügelchen innig miteinander. Zum Eindampfen des Konzentrats dient ein das
Innere der Trommel durchziehender Heißluftstrom von etwa 110 bis 120° C und ein
mit Heizdampf von etwa 110 bis 140° C betriebener, die Trommel umschließender Heizmantel
7. Das Dampf-Luft-Gemich wird durch eine Abluftleitune 8 abgezogen. An dem
dem Behälter 2 und dem Einfülltrichter 4 abgewandten Ende des Trockners 3
befindet sich die Austragöffnung 9 mit einem hieran angeschlossenen Zwischengefäß
10 für das Trockensubstanz-Polvmerisationsprodukt-Gemisch. Das Gefäß 10 ist
mit einem Extrudor 11, der von einem Heizmantel 16
umgeben ist, verbunden.
In diesen Extrudor wird auch durch eine Leitung 12 das vorgewärmte flüssige
Bitumen eingespeist und auf etwa 200° C erhitzt. Eine im Extrudor 11 sich
drehende Förderschnecke 13 vermischt die getrockneten Rückstände und Styroporkugeln
mit dem Bitumen und fördert das Gemisch zum Ablaßstutzen 14, von wo es in ein Abfallgefäß
15 abgelassen werden kann, um hier zu erstarren.
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Um sich ein Bild von den etwa erforderlichen Mischungsverhältnissen
zu machen, werden folgende Zahlen genannt: Für 1 m3 Vorkonzentrat mit einer Trockensubstanz
von etwa 400 kg werden etwa 8 kg Polystyrolkugeln für die Trocknung und etwa 300
kg Bitumen für die Fixierung benötigt. Daraus erhält man ein fixiertes Endvolumen
in der Größenordnung von etwa 5001. Die verwendeten Kugeln haben eine Ursprungsgröße
von etwa 0,3 bis 2,5 mm Durchmesser und ein Schüttgewicht von etwa 600 bis 700 g,/1.
Beim Erwärmen auf etwa 100° C blähen sich die Kugeln auf das etwa 35fache ihres
Ursprungsvolumens auf und haben dann nur noch ein Schüttgewicht von etwa 20 g/1.
Bei weiterer Erhöhung der Temperatur auf etwa 150 bis 200° C schmilzt der Schaumstoff
auf sein Ursprungsvolumen zurück. Als Bindemittel können außer Bitumen selbstverständlich
auch noch andere geeignete Stoffe verwendet werden. So ist es z. B. möglich, beliebige
thermoplastische Stoffe, z. B. die Kugeln selbst oder Kunstharze, als Bindemittel
zu verwenden.
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Das die Erfindung aufweisende Verfahren ist in erster Linie für die
Behandlung radioaktiver Rückstände gedacht. Selbstverständlich ist es jedoch auch
möglich, andere giftige Abfälle und Abwässer, wie sie z. B. in der chemischen Industrie
häufig anfallen, auf diese Weise zu behandeln.