DE2228938A1

DE2228938A1 - Verfahren und einrichtung zur verfestigung von festen und fluessigen radioaktiven abfallstoffen, insbesondere von nasschlaemmen

Info

Publication number: DE2228938A1
Application number: DE19722228938
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Ing Dr Krauth; Hartmut Dipl Ing Dr Witte
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1972-06-14
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1974-01-03

Description

Verfahren und Einrichtung zur Verfestigung von festen und flüssigen radioaktiven Abfallstoffen, insbesondere von Naßschlämmen Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von zu beseitigenden radioaktiven Abfallstoffen in Form von Verdampferkonzentraten, Fällschlämmen, Abschlämmungen aus Anschwemmfiltern, verbrauchten Ionentauschermassen und anderen Naßschlämmen, wie sie aus dem Betrieb von Kernreaktoren, Kernbrennstoff-Wiederaufarbeitungsanlagen und arderen kerntechnischen Anlagen anfallen.
Es besteht bei diesel Abfall stoffen die Aufgabe., sie entweder, bei sehr niedriger spezifischer Aktivität, in feste, trockene Form zu überfüiren oder, bei Überschreiten einer gewissen spezifischen Aktivität, an in Wasser oder Salzlauge schwer- oder unlösliche Materialien zu fixieren. Diese Forderung ergibt sich aus den sicherheitstechnischen Bedingungen für eine lange Lagerung dieser Abfallstoffe.
Zur Fixierung der. Abfallstoffe werden heute Zementierungs-oder Bituminierungsprozesse angewandt.
Bei der Fixierung von Abfallschlämmen an Zerrent wird das Volumen des cinzulagernden Äbfalls in unwirtschaftlicher Weise vergrößert. Auch unter dem Gesichtspunkt einer möglichst rationellen Nutzung der vorhandenen Einlagerungsmöglichkeiten bedeutet di mit der einfachen Zementi-erung verbundene Volumenvergrößerung einen Nachteil.
Bei Verwendung von Bitumen wird die flüssige Asphaltmasse mit den Naßschlämmen vermischt. Aus dem Gemisch wird dann das Wasser abgedampft. Von Nachteil ist dabei, daß dieses Verfahren relativ -aufwendige maschinentechnische Einrichtungen crfordert, daß das abgedampfte Wasser radioaktiv kontaminiert ist und erneut einer Aufbereitungsanlage zugeführt werden muß, und daß schließlich die Anwendbarkeit des Bituminierverfahrens nicht ohne weiteres auf alle der oben angeführten Arten von Abfallstoffen gegeben ist.
Diese Nachteile der beiden Prozesse werden durch die vorliegende Erfindung vermieden.
Gegenstand der Erfinctungr ist ein Verfahren mit dazugehöriger Einrichtung zur Überführung radioaktiver Abfallstoffe, insbesondere pumpfähiger Art, in einen festen Zustand bei gleichzeitiger Fixierung der in den Abfallstoffen enthaltenen radioaktiven Bestandteile.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Abfallstoff zunächst homogenisiert und in pumpfähigen Zustand gebracht wird.
Anschließend werden gegebenenfalls spezifische Kationen, vorzugsweise Alkaliionen und Erdalkaliionen wie zum Beispiel Cäsium, durch Zusatz geeigneter Chemikalien gefällt und ausgeflockt. Der derart vorbehandelte Abfallstoff wird in die Fixierungsanlage eingepumpt, die entweder fahrbar ist und jeweils bei Bedarf zum Abfallerzeuger gebracht wird oder, bei Erzeugung ausreichend großer Abfallmengen, ortsfest beim Abfallerzeuger aufgestellt wird. Der Abfallstoff wird in der Fixierungsanlage mit vorzugsweise Zwei Zusätzen, zum Beispiel Wasserglas und einem hydraulischen Bindemittel, gegebenenfalls auch unter weiterem Zusatz von Silikaten, wie zum Beispiel Bentonit, anderen Absorptionsmitteln oder von organischen Bindemitteln, zur Reaktion gebracht und dann in noch flüssigen Zustand in die vorgeschriebenen Endlagerfässer gepumpt. Dort geliert das Material und erstarrt wenig später.
Die Fixierung von im Abfallstoff vorhandenen suspendierten Feststoffen oder auch emulgierten Flüssigkeiten beruht auf dem Einschluß in und der Adsorption an der sich im Verlauf der Ersterrung aus Wasserglas und dem hydraulischen Bindemittel bild enden zeolithischen Matrix. Hydrolysierbare Kationen, insbesondere Schwermetallionen, werden während der Fixierungsreaktion in unlösliche Oxide bzw. Hydroxide überführt und ebenfalls an das Zoelithgitter angelagert.
Abbildung 1 zeigt das Schema des Prozesses.
Dic Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem Behälter für flüssige Zusätze (1) und einem Behalter für feste Zusätze (2), einer Dosierpumpe für den flüssigen Zusatz (3), einer Dosiervorrichtung für den festen Zusatz (4), der Zuleitung und Dosierpumpe für die homogenisierten Abfallstoffe (5), einem Mischer (6), einer Faßhaube mit dem Produktauslauf und einer Abluftabsaugung (7), einer Faßtransporteinrichtung (8), Faßanpreßvorrichtung (10) und einer Vorrichtung zun dichten Verschließen der gefüllten Fässer (9) Der Mischer und aile Vorrichtungen zum Befüllen und Verschließen der Fässer sind hinter einer Abschirmung (11) unt-ergebracht.
Der Vorteil der genannten Erfindung liegt in der Umwandlung der Abfallstoffe in festes, ausreichend auslaugbeständiges Material, welches z.B. in Salzbergwerken unbedenklich eingelagert werden kann.
Dies wird durch folgendes Beispiel erläutert: Ausgangsmaterial: Abschlämmung eines Anschwemmfilters. 20 Gew.% Trockensubstanz, davon >90 % Kieselgur.
Radionuklidgehalt: Cs 134 2,4 µ Ci/g T.S.
Cs 137 4,3 µ Ci/g T.S.
Co 58 + Mn 54 0,8 µ Ci/g T.S.
Co 60 1,3 µ Ci/g T.S.
insgesamt: 8,8 µ Ci/g T.S.
Behandlung: Homogenisiert mit Zusatz von 5 Gew.% Bentonit.
Anschließend gemischt unter Zusatz von 15 Gew.% Zement und 3 Gew.% Wasserglas.
Erstarrungszeit: 2 min.
Produkt: Volumenzunahme, bezogen auf das Volumen des Ausgangsmaterials 5 %.
Auslaugrate: Cs: < 10-6 g/cm2 d Mn: < 10-8 g/cm2 d Co: < 10-8 g/cm2 d Weiterhin ist von Vorteil, daß die einrichtung im Gegensatz zu heute bekannten Fixierungseinrichtungen fahrbar gestaltot werden kann Dadurch kann die Fixierung in erheblich wirtschaftlicherer Weise als bei heute bekannten Verfahren durchgeführt werden. Andernfalls müßte entweder jeder Abfallerzeuger eine eigene, ortsfeste Fixierungsanlage errichten oder es müßte ein sicherheitstechnisch aufwendiger Transport radioaktiver Naßschlämme zu einer zentralen Fixicrungsanlage durchgeführt werden.
Die Gestaltung der Einrichtung zu einer fahrbaren Einheit wird dadurch nöglich, daß das Verfahren mit geringem maschinentechnischem Aufwand durchgeführt werden kann und die Teile der Einrichtung, die abgeschirmt sind, nur kleine Abmessungen aufweisen.
Schließlich ist es ein Vorteil des Verfahrens, daß die Zugabe der beschriebenen chemischen Zusätze nur zu einer sehr geringen Erhöhung des Ausgangsvolumens der Abfallstoffe führt.
Die Erfindung kann u.a. auf folgende radioaktive Abfallstoffe angewandt werden: - Fällschlämme - Ionenaustauschermassen - Ab schlämmungen aus Anschwemmfiltern - Verdampferkonzentrate - Rückstande aus der Verbrennung radioaktiver Abfallstoffe - Konzentrate aus Regenerierungsprozessen - Abfallöle, z. B. aus Vakuumpumpen - organische Lösungs- und Extraktionsmittel - Rückstände aus der Abgasreinigung - Beiæereiabfalle - Stäube und flüssige Rückstände aus Dekontaminationsanl agen.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Verfestigung von festen und flüssigen radioaktiven Abfallstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen bzw. in pumpfähigen Zustand versetzten Abfallstoffe mit vorzugsweise zwei Chemikalien, insbesondere zu dere Wasserglas und einen hydraulischen Bindemittel, gegebenenfalls unter Zufügung von Bentonit oder organischen Bindemltteln, zur Reaktion gebracht werden und in noch flüssigem Zustand in zur endgültigen Einlagerung geeignete Fässer gefördert werden, dort gelieren und dann erstarren und nach der Erstarrung eine für die sicherheitstechnischen Anforderungen für cine langzeitige Lagerung radioaktiver Abfallstoffe ausreichend niedrige Auslaugbarkeit in Wasser oder Salzlauge aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß feste, insbesondere pulver- oder staubförmige radioaktive Abfallstoffe vor der Behandlung in einen pumpfähigen Zustand versetzt und dann nach Anspruch 1 behandelt werden,
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht hydrolysierbare Kationen vor der Fixierung durch ein Fällungs-Flockungsverfahren in einen fixierbaren Zustand versetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem nach Anspruch 1 behandelten Abfallstoff die Beweglicfflreit von Ionen durch Einlagerung in eine zeolithische Matrix, bzw. zusätzlich durch Anlagerung an silikatische Schichtmineralien, gegenüber dem Ausgangsmaterial sckr stark herabgesetzt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangsmaterial enthal-tene Feststoffe fest in die Matrix des nach Anspruch 1 behandelten Materials eingebunden und damit fixiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekerlnzeichnet-, daß im ausgangsmaterial vorhandene feste und flüssige organische Bestandteile fest in die ze@lithische Matrix des nach Anspruch 1 behandelten materials eingebunden und damit fixiert werden.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ans,zruch 1, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitstank (1) mit Dosierpumpe (3), einen Behalter für feste Chemikalien (2) mit Förder- und Dosiereinrichtung (4), einen abgeschirmten Mischer (6) mit Pumpaggregaten (5), abgeschirmte tibfüllt (7) (9) (10) und Transporteinrichtung (8) für Endlagerfässer, ein elektronisches Mischpult und eine Abluftreinigungsanlage.
8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Einrichtung fahrbar auf einem oder mehreren Schwerlastanhänger montiert list.

L e e r s e i t e