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Verfahren zum Einbetonieren von radioaktiven Abfällen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbetonieren von radioaktiven
Abfällen in Abfallfässern, wobei das zur Betonbildung notwendige Wasser gemeinsam
mit den einzubetonierenden Abfällen als Einspül- bzw. Transportmittel für dieselben
in das Abfallfaß zu dem Zement eingespült wird.
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Zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen ist es notwendig, flüssige
radioaktive Abfälle sowie radioaktive Ionenaustauscherharze, die staubförmiAktivität
enthalten können, zu fixieren. Die Fixierung dieser Abfälle kann auf verschiedenen
Wegen erfolgen. Neben der Einbettung der Abfälle in Bitumen und in Kunststoffen
wird das Einbetten in Beton im große Maße betrieben.
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Bei der Fixierung der Abfälle kommt es darauf an, den Abfall möglichst
dicht mit Zement bzw. Beton zu umgeben, um eine geringstmögliche Auslaugrate gegenüber
H20 oder Salzlaugen zu erreichen. Gleichzeitig sollte ein möglichst fester Beton
entstehen. Diese Forderungen lassen sich wegen der Herkunft der Schlämme bzw. Konzentrate
und Harze mit der herkömmlichen Betonierung nur bedingt erfüllen.
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Seit längerem wird bereits Konzentrat und Schlamm betoniert. Dabei
wurde so vorgegangen, daß der Zement mit dem Konzentrat in ein Faß gefüllt und dieses
Faß auf einer Art Rhönradmischer gemischt wurde. In einem weiteren Fall wurden Schlämme
in einem Intensivmischer zusammen mit Zement gemischt. Diese bisher durchgeführten
Betonierarbeiten wurden jedoch überwiegend mit schwachaktivem Material vorgenommen.
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Aus der DT-OS 2421142 ist ein Verfahren zur Beseitigung radioaktiver
Abfälle bekannt, bei welchem die Abfälle in Form einer wässrigen Aufschwemmung gleichzeitig
mit dem Zement von oben aus Rohren in das Faß geschüttet werden. Ein in das Faß
abgesenktes Rührwerk dient dabei zur Durchmischung. Die Fässer befinden sich offen
in einer Betonierzelle und werden mittels eines Förderbandes unter die Füllrohre
der Einfüllvorrichtung gebracht.
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Ein erheblicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der
Zement von oben in das Faß geschüttet wird, welches eine erhebliche Staubaufwirbelung
in der Betonierzelle bewirkt. Dies führt einerseits zu einer Innenkontamination,
sowie zu einer frühzeitigen Verstopfung der Abluftfilter.
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Zusammenfassend haben die bisher bekannten Betonierverfahren den Nachteil,
daß die Wartung der Anlagen sowie die Reparatur der selben unter Umständen zu erheblichen
Dosisbelastungen führen kann. Die Reinigung und die Versorgung der zur Mischung
des radioaktiven Materials mit dem Zement benutzten Apparate stellt ein erhebliches
Problem das. Da die Geräte naturgemäß einem
hohen Verschleiß ausgesetzt
sind, sind Reparaturen relativ häufig. Die Mischung der-Abfälle im sogenannten Rhönradmischer
hat den Nachteil, daß eine Kontrolle der Abfälle durch Beobachtung nicht möglich
ist. Nach den allgemein vorliegenden Erfahrungen ist dies jedoch wegen der Inhomogenität
des Ausgangsmaterials unbedingt notwendig. Ausgehend von diesem Stand der Technik
hat nun die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Betonierverfahren für mittelaktive
radioaktive Ab fälle zu schaffen, bei welchem keine Staubentwicklung in der Betonierzelle
auftreten kann. Dabei soll ein möglichst fester Beton mit hoher Abschirmwirkung
entstehen und das Faß optimal gefüllt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung bei einem
Verfahren der eingangs beschriebenen Art vor, daß der zum Abbinden notwendige Zement
trocken in das Abfallfaß vordosiert und das Abfallfaß anschließend zur eigentlichen
Betonierung an die Betonierzelle angeschlossen wird. Die Erfindung schlägt weiter
vor, daß die einzubetonierenden Abfälle mit dem Spülmedium anschließend auf den
trockenen Zement aufgebracht werden und daß danach der Mischer in das Faß eingefahren
und somit im Faß gemischt wird. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß das Aufbringen
der Abfälle mit dem Spülmedium in das Faß in mindestens zwei Schritten erfolgt und
daß die einzubetonierenden Abfälle mit dem Spülmittel vor dem Betoniervorgang mittels
Pumpen laufend umgewälzt werden. Für die Bildung eines besonders festen und homogenen
Betons schlägt die Erfindung weiterhin vor, daß die Mischbewegung im Faß auf exzentrischen
Kreisen, sowie auf Bahnen am Faßrand erzeugt wird und daß während des exzentrischen
Mischens im Faß gleichzeitig einzubetonierende Abfälle zugegeben werden. Letztlich
schlägt die Erfindung vor, daß für die Erzeugung einer besonders homogenen Verpackung
nach dem Abbinden der Mischungsbestandteile im Faß die Abfälle mit einer weiteren
Umhüllung aus Reinbeton versehen werden.
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Die Erfindung wird im folgenden und anhand der Figuren 1 und 2 näher
erläutert: Es zeigen Figur 1 die schematische Draufsicht auf eine Anlage für das
Betonierverfahren, Figur 2 einen Schnitt etwa entlang der Linie AB in der Figur
1 mit in die Beladeposition geschwenkten Dosiergefäßen.
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Radioaktive Stoffe, z. B. Ionenaustauscherharze werden in nicht dargestellten
Harztransportbehältern angeliefert. Diese Behälter werden über schlauchleitung 14
an den Behälter 1, den sogenannten Harzsammelbehälter angeschlossen. Nun wird das
Harz mit Hilfe eines speziellen Vakuumumspülverfahrens in den Harz behälter 1 eingespült.
Auf dieselbe Weise wird nun das Harz aus dem Behälter 1 in eines der beiden Dosiergefäße
8 und 15 mittels nicht dagestellter Leitungen umgespült. Auf dieselbe Weise werden
die radioaktiven Schlämme und Konzentrate aus Tankwagenbehältern über Vakuum in
den Harzsammeltank 4 mittels der Leitung 16 eingespült.
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Da diese Medien Substanzen enthalten, die sich sehr schnell als Feststoff
niederschlagen, ist es notwendig, den Inhalt des Schlammbehälters 4 dauernd mit
Hilfe der Umwälzpumpen 5 umzuwälzen. Durch eine geeignete Schaltung wird sichergestellt,
daß immer eine der beiden Umwälzpumpen in Betrieb ist. Als Absperrorgane werden
ausschließlich in die Leitung eingesetzte Kugelhähne 17 verwendet, in denen sich
keine Feststoffe festsetzen können und die immer einen freien Durchfluß garantieren.
Aus der Umwälzleitung 45 des Schlammlagertanks 4 kann nun ebenfalls wieder mittels
Vakuum Schlamm in eines der beiden Dosiergefäße 8 und 15 gezogen werden. Es ist
auch möglich, aus dem Harztransportbehälter direkt in ein Dosiergefäß 8, 15 zu fahren,
oder als Vorlage für die Dosiergefäße 8, 15 vor Ort vorhandene Tanks zu benützen.
Ein Teil der vorstehend beschriebenen Einrichtungen ist zum Betrieb der eigentlichen
Betonieranlage nicht unbedingt notwendig, jedoch der Vollständigkeit wegen beschrieben.
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Die eigentliche Betonieranlage besteht aus einer abgeschirmten Zelle
7, unter der ein Transfersystem in Form von zwei auf Schienen laufenden Hubwagen
11 und 18 angeordnet ist.
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Wie die Figur 2 zeigt, sind die Hubwagen 11 und 18 jeweils mit einer
Hubvorrichtung 19 und 20 ausgerüstet, mittels welcher die Fässer 21 und 22 von unten
an die Öffnungen 23 und 24 im Zellenboden 25 angepreßt werden können. Die Hubwagen
11 und 18 mit den Fässern 21 und 22 in abgesenkter Position bewegen sich in dem
Kanal 26 der unter der Zelle 7 angeordnet ist. Die Fässer sind an der Einfüllposition
bereits mit der zur Betonbildung notwendigen Zementmenge 27 gefüllt und werden mit
dieser nach Hochziehen der Abschirmplatte 28 in den Kanal. 26 eingebracht. Nach
dem Einfüllen und Mischen werden die Fässer 21 und 22 durch die Öffnung 29 in den
Abbinderaum 12 zum Abbinden gefahren.
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Die Zelle 7 weist an der Stirnseite ein Sichtfenster 30 aus Bleiglas
auf, so daß alle Arbeitsvorgänge in der Zelle 7 beobachtet und eventuell gestoppt
werden können. Im Boden 25 der Zelle 7 sind in den Öffnungen 23 und 24 zwei Doppeldeckelsysteme
33 und 36 eingesetzt. Jedes Doppeldeckelsystem 33 und 36 besteht aus je einem gasdicht
aneinander preßbaren unteren Deckel 31 und 35 und oberen Deckel 32 und 34. Die Deckel
31 und 32 sowie 34 und 35 können mit Hilfe nicht näher dargestellter Mechanismen
verklammert werden und werden mit Hilfe der Schwenkvorrichtungen 9 und 37 nach oben
aus den Öffnungen 23 und 24 herausgehoben und zum Einfüllen seitlich weggeschwenkt.
Für den Wegtransport der Fässer werden die Doppeldeckelhälften 31 und 32 bzw. 34
und 35 wieder voneinander gelöst, die unteren Hälften 31 bzw. 35 verbleiben bis
nach dem vollständigen Abbinden auf den Fässern 21 und 22, so wie sie bereits mit
den Fässern in den Kanal 26 eingebracht wurden.
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Durch die Hebevorrichtungen 9 und 37 werden die Öffnungen 23 und 24
für das Faß voll frei und das mechanisch komplizierte Deckelsystem aus dem Verschmutzungsbereich
des Rührvorganges herausgefahren. Beide Doppeldeckel 33 und 36 können in eine Mittelposition
vor
das Fenster 30 geschwenkt werden, so daß eine Wartung und Reparatur der Deckel 33
und 34 vor diesem Fenster 30 mit Hilfe eingebauter Manipulatoren möglich ist.
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Wie bereits erwähnt befinden sich in der Zelle 7 zwei Dosiergefäße
8 und 15, die auf der Rückseite der Zelle in den hinteren Ecken angeordnet sind.
Diese Dosiergefäße 8 und 15 sind auf Schlitten 38 und 39 montiert, die mit Hilfe
von Preßluftzylindern 40 und 41 über die Faßöffnungen 23 und 24 gefahren werden
können.
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Durch Verriegelungen ist sichergestellt, daß die Dosiergefäße 8 und
15 nur dann in ihre Entleerposition über den Öffnungen 23 und 24 gefahren werden
können, wenn einer oder beide Doppeldekkel 33 und 36 geöffnet sind. Mit den beiden
Dosiergefäßen 8 und 15 kann sowohl Harz als auch Schlamm dosiert werden.
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In der Mitte der Zelle 7 ist ein schwenkbarerc FaRmischer 10 angeordnet.
Bei dem Mischer 10 handelt es sich um einengegenläufigen Mischer, so daß keine Drehkräfte
auf das Faß übertragen werden. Dieser Faßmischer 10 wird mit dçm Schlitten 42 mit
Hilfe eines Preßluttzylinders, der unterhalb der Zelle 7 angeordnet ist, auf und
ab gefahren. über einen weiteren PreRluftschwenkantrieb 43 kann der Faßmischer 10
in insgesamt 5 Positionen gebracht werden. In der Mittelposition kann der Faßmischer
10 gewartet und können die Mischwerkzeuge ausgewechselt werden. Die Mittelposition
befindet sich direkt vor dem Sichtfenster 30 der Betonierzelle 7. Nach dem Schwenken
des Mischers 10 in eine der beiden Mischpositionen Uber den Öffnungen 23 und 24
wird das Mischwerkzeug in das Faß 21, 22 hineingefahren. Darüber hinaus kann der
Mischer 10 sowohl in einerechte als auch in eine linke Abstellposition gefahren
werden, so daß er z. B. bei Wartungs-und Reinigungsarbeiten nicht im Wege ist. über
den beschriebenen Einrichtungen ist ein Flächenkran 44 angeordnet. Dieser Flächenkran
44 gestattet es, z. B. die Dosiergefäße 8, 15 auszutauschen sowie bei Defekten den
Mischer 10 aus dem Faß 21, 22 herauszuziehen.
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Das Verfahren der Einbetonierung erfolgt nun auf die folgende Weise:
Mit Hilfe eines Gabelhubwagens wird ein mit einer bestimmten Menge Zement vorgefülltes
Faß auf einen der Hubwagen 11 oder 18 gestellt. Dann wird der Strahlenschieber 28
vor dem Kanal 26 unter der Zelle 7 geöffnet und der Hubwagen 11, 18 wird in eine
der beiden Betonierpositionen unter den Öffnungen 23, 24 gefahren. Nachdem das Faß
21, 22 mit seinem Flansch gegen die obere Hälfte 32 und 34 der Doppeldeckel 36,
33 gedrückt worden ist und dieser aus der Öffnung 23, 24 herausgehoben ist, wird
jeweils eines der beiden Dosiergefäße 8, 15 über das Faß 21, 22 gefahren. Das Dosiergefäß
8, 15 wurde zuvor über Vakuum mit Schlamm oder Harz gefüllt.
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Da dieser Vorgang sich dauernd wiederholt, ist er in Form eines Programmes
automatisch geschaltet. Nachdem das Dosiergefäß 8, 15 über das Faß 21, 22 gefahren
wurde, wird der Ablaßhahn des Dosiergefäßes 8, 15 geöffnet und das Medium wird auf
den trockenen Zement 27 aufgebracht. Das Füllen des Fasses 21, 22 mit Harzen bder
Schlämmen erfolgt in zwei oder drei Abschnitten. Nachdem das Dosiergefäß 8, 15 in
seine Endposition zurückgefahren wurde, wird der Mischer 10 aus der Mittelposition
über das Faß 21, 22 geschwenkt. Darauf wird der Mischer 10 in das Faß 21, 22 abgesenkt.
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Die Mischwerkzeuge 10 fördern den trockenen Zement 27 in das flüssige
Medium und mischen die beiden Stoffe sehr intensiv. Mit Hilfe eines Planetengetriebes
werden die Rührwerkzeuge 10 im gesamten Faß verfahren. Dabei werden auch die Randzonen
auf der Außenseite des Fasses überstrichen. In einer bestimmten Stellung des Planetengetriebes
ist es möglich, das Dosiergefäß 8, 15 über die Faßöffnung 23, 24 zu fahren und während
des Rührbetriebes weiteres Material zuzugeben. Das fertig betonierte Faß 21, 22
wird anschließend abgelassen und mit Hilfe des Transfersystems 11, 18 in den abgeschirmten
Abbinderaum 12 gefahren. Nach mehreren Stunden werden die fertig betonierten Fäasser
kontrolliert.
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Dies kann entweder in dem Abbinderaum 12 oder aber in einer der Doppeldeckelpositionen
der Betonierzelle 7 erfolgen. Sollte sich auf dem Beton noch ein Rest Wasser befinden,
so kann dieser durch'
Zugabe von etwas trockenem Zement gebunden
werden. Das fertig betonierte Faß wird dann über eine Krananlage in eine verlorene
Betonabschirmung 13 oder in einen beliebigen anderen Abschirmbehälter eingesetzt.
Das Auswechseln der Mischwerkzeuge erfolgt mittels Manipulatoren. Durch das Einschleusen
von trockenem Zement in einem Faß und das sofortige Abdecken dieses Zementes mit
flüssigem Medium wird das'Auftreten von Staub in der Zelle, welches u. a. zum Verstopfen
der Abluftfilter führen kann, verhindert.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß durch das Einbringen des Zementes in trockener Form ein praktisch staubfreies
Arbeiten in der eigentlichen Betonierzelle ermöglicht wird. Durch die Förderung
des radioaktiven Mediums mit Hilfe von Vakuum werden eine hohe Betriebssicherheit
erzielt, sowie Leckagen und Kontaminationen außerhalb der eigentlichen Betonierzelle
verhindert. Durch das mehrmalige Dosieren über die Dosiergefäße können die Fässer
praktisch vollständig gefüllt und somit eine optimale Volumenausnutzung erreicht
werden.
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Letztlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders
kompakte und homogene Mischung im Faß erzielt.
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L e e r s e i t e