DE3045878C2 - Process for solidifying liquid waste containing boric acid from the primary cooling circuit of nuclear power plants - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen von flüssigen, Borsäure enthaltenden Abfällen aus dem Primärkühlkreislauf von Kernkraftwerken in Glas, wobei die Abfälle getrocknet, danach mit borarmen Glaszuschlägen vermischt und anschließend durch Erhitzen zu Borsilikatglas aufgeschmolzen werden.The invention relates to a method for solidifying liquid, boric acid-containing wastes from the Primary cooling circuit of nuclear power plants in glass, whereby the waste is dried, then with low-boron glass aggregates mixed and then melted to borosilicate glass by heating.

Der Primärkreislauf von Kernkraftwerken, die auf der Basis der Kernspaltung arbeiten, enthält langlebige β und γ Strahler. Diese sind im wesentlichen ⁶⁰Co, ⁵⁸Co, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, «Mn und ¹²⁴Sb. Zur Reaktivitätssteuerung wird beim Primärkühlmittelkreislauf Borsäure zugesetzt Abwasser aus diesem Kreislauf enthält die oben genannten langlebigen Strahler und die Borsäure. Um diesen Abfall endlagerfähig zu machen, wurde bisher die verunreinigte Borsäure aufkonzentriert und zu Betonklfttzen verarbeitet oder mit Bitumen vermischt Im ersteren Fall entsteht eine erhebliche Volumenvergrößerung, gleichzeitig stelit der Borsäuregehalt in der flüssigen Phase einen Grenzwert für die Form, Beständigkeit und Auslaugbarkeit des Beton dar. In der Praxis wird dabei folgendermaßen vorgegangen. 1 m³ borsäurehaltiger Abfall mit einem Gehalt von 1701 Borsäure (=■ 240 kg, A < 0,1 Ci/m³) werden mit Zement und Zuschlägen zur Bindung der Borsäure vermischt und zu Beton oder Zementstein verarbeitet Das dabei entstehende Volumen beträgt 2 m³. Bezogen auf den flüssigen Abfall bedeutet dies eine Volumenvergrößerung um den Faktor 2. Bezogen auf die Borsäure selbst (1701) liegt jedoch ein Faktor von nahe 12 vor. Mit der Verwendung von Beton als Matrix sind daher durch erhebliche Volumenvergrößerung hervorgerufene Nachteile verbunden. Bitumen als Matrix hat den entscheidenden Nachteil der BrennbarkeitThe primary circuit of nuclear power plants that work on the basis of nuclear fission contains long-life β and γ emitters. These are essentially ⁶⁰ Co, ⁵⁸ Co, ¹³⁴ Cs, ¹³⁷ Cs, «Mn and ¹²⁴ Sb. Boric acid is added to the primary coolant circuit to control reactivity. Wastewater from this circuit contains the long-lived emitters mentioned above and boric acid. In order to make this waste suitable for final storage, the contaminated boric acid was previously concentrated and processed into concrete blocks or mixed with bitumen. In practice, the procedure is as follows. 1 m ³ of boric acid-containing waste with a content of 1701 boric acid (= ■ 240 kg, A <0.1 Ci / m ³ ) is mixed with cement and additives to bind the boric acid and processed into concrete or cement stone. The resulting volume is 2 m ³ . In relation to the liquid waste, this means an increase in volume by a factor of 2. In relation to the boric acid itself (1701), however, there is a factor of close to 12. The use of concrete as a matrix is therefore associated with disadvantages caused by a considerable increase in volume. Bitumen as a matrix has the decisive disadvantage of being flammable

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (DE-OS 30 23 183) werden als borarme Glaszusch'räge Silikate in Form von »grünem Ton« aus Neuwied eingesetzt Dieser Einsatz von Glaszuschlägen bestimmter Provenienz ist aufwendig.In a known method of the type mentioned at the beginning (DE-OS 30 23 183), low-boron glass allowances are used Silicates in the form of »green clay« from Neuwied are used. This use of glass aggregates is more specific Provenance is complex.

Zwar ist es auch noch bekannt (DE-OS 28 14 204), borsäurehaltige radioaktive Abfall-Lösungen — durch Aufnahme in die Poren einer porösen Glasstruktur und Sintern derselben — in Glas zu verfestigen. Außerdem ist es bekannt (DE-OS 26 57 265), radioaktiven Abfall-Lösungen fein gemahlene Borsilikatglasfritte als Glasbildnersubstanz zuzusetzen und diese Suspension dann unter Verdampfung des Wassers zu Glas aufzuschmelzen. Diese bekannten Maßnahmen haben die Probleme um das Verfahren der eingangs genannten Art einer Lösung bisher nicht zugeführt.Although it is also still known (DE-OS 28 14 204), boric acid-containing radioactive waste solutions - by Absorption into the pores of a porous glass structure and sintering of the same - to solidify in glass. aside from that it is known (DE-OS 26 57 265), radioactive waste solutions finely ground borosilicate glass frit as a glass-forming substance add and then melt this suspension to glass with evaporation of the water. These known measures have the problems of the method of the type mentioned above Solution not yet supplied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art unter Einsatz praktisch überall und in beliebiger Menge zur Verfügung stehender Rohstoffe zu führen.The invention is based on the object of practicing the method of the type mentioned at the beginning to carry raw materials that are available everywhere and in any quantity.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Borsäure durch das Trocknen der Abfälle in Bortrioxid überführt wird und daß als Glaszuschläge vermahlene Glasabfälle eingesetzt werden.The solution according to the invention is that the boric acid by drying the waste in boron trioxide is transferred and that ground glass waste is used as glass aggregate.

Die borsäurehaltigen Abfälle werden in bekannter Weise aus dem Primärkreislauf ausgeschleust Dieser Abfall wird dann entwässert Dabei wird Wasser bis zurThe boric acid-containing wastes are discharged from the primary circuit in a known manner Waste is then dehydrated doing water up to

ίο Trockne verdampft, wobei B2O3 entsteht, und das Konzentrat mit borarmen Glaszuschlägen vermischt Diese Mischung wird da; in durch Aufschmelzen in ein Borsilikatglas umgewandelt Daraus ergeben sich ganz entscheidende Vorteile. Einmal sind derartige Borsilikatglaser sehr widerstandsfähig gegen aggressive Medien und Temperatureinflüsse, weswegen sie im Chemielabor z. B. als Reaktionsgefäße verwendet v^den. Zum anderen ergibt sich gegenüber der Verwendung von Beton als Matrix für die zu verarbeitenden Abfälle eine ganz erhebliche Volumenverringerung.ίο Dry evaporates, producing B2O3, and the concentrate mixed with low-boron glass aggregates This mixture is there; in by melting in a borosilicate glass converted This results in very decisive advantages. There is one such borosilicate glass very resistant to aggressive media and temperature influences, which is why they are used in the chemistry laboratory z. B. used as reaction vessels v ^ the. To the for others there is one thing compared to the use of concrete as a matrix for the waste to be processed very significant volume reduction.

Nach dem eingangs erwähnten Rechenbeispiel bei einem Verhältnis von 135 kg B₂O₃ + 15 kg Verunreinigung (hergestellt ebenfalls aus 1 m³ .Flüssigkeit) werden daraus 300-500 kg Borsilikatglas bzw. 120-2101, was einer Volumenverkleinerung des flüssigen Abfalls auf das 0,1 -0^fache entspricht Berechnet auf feste Borsäure ergibt sich ein Faktor von 0,7 —IA also ca. 1/12 des für Beton notwendigen Volumens bei Verwendung von Glas als Matrix. Neben der Borsäure sind noch hauptsächlich folgende Bestandteile anwesend, die mit dem B2O3 in das Glas eingearbeitet werden: Korrosions-, Aktivierungs- und Filterhilfsmittel sowie Spaltprodukte des Kernumwandlungsprozesses.
Vorteilhafterweise werden Glasabfälle verwendet, die dem normalen Haushaltsglasabfall entsprechen (Getränkefiaschen etc). Diese Giasabfäiie werden vermählen, mit den aufkonzentrierten Abfällen vermischt und durch Aufschmelzen bei 1000-1500° C in Borsilikatglas umgewandeltAccording to the calculation example mentioned at the beginning with a ratio of 135 kg B ₂ O ₃ + 15 kg impurity (also made from 1 m ³ .liquid) 300-500 kg borosilicate glass or 120-2101, which is a volume reduction of the liquid waste to the 0.1-0 ^ times corresponds. Calculated on solid boric acid, this results in a factor of 0.7 -IA, ie approx. 1/12 of the volume required for concrete when using glass as a matrix. In addition to boric acid, the following components are mainly present, which are incorporated into the glass with the B2O3: Corrosion, activation and filter aids as well as decomposition products from the core conversion process.
Glass waste that corresponds to normal household glass waste (beverage bottles, etc.) is advantageously used. This glass waste is ground, mixed with the concentrated waste and converted into borosilicate glass by melting at 1000-1500 ° C

Wünschenswert ist natürlich ein hoher Boranteil im Endprodukt Um jedoch eine gegen Schlageinwirkung widerstandsfähige amorphe Phase zu erhalten, hat sich eine obere Grenze von etwa 50% ergeben. Der endlagerfähige Abfall kann, wie herkömmlich, in Rollreifenfässer gem. DIN 6643 eingebunden werden.Of course, a high boron content in the end product is desirable, but one against impact To obtain resistant amorphous phase, an upper limit of about 50% has been found. The final storable one Waste can, as usual, be tied into rolling hoop drums in accordance with DIN 6643.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die vorliegende Erfindung näher erläutert:The present invention is explained in more detail using an exemplary embodiment:

1 m³ flüssiges borsäurehaltiges Abwasserkonzentrat des Primärkreislaufes eines Kernkraftwerkes (Biblis) mit einer Aktivität von A < 0,1 Ci/m³ werden zur Trockne eingedampft Man erhält 150 kg Trockensubstanz, bestehend aus 135 kg B₂O₃ und 15 kg Verunreinigungen (Korrosions-, Aktivierungs- und Filterhilfsmittel sowie Spaltprodukte aus dem Kernumwandlungsprozeß). Dieser Trockensubstanz werden 150 kg borfreies Glasgranulat zugegeben. Man vermischt und erhitzt auf 1300⁰C. Nach Vergießen in Formen und Abkühlen erhält man 1201 Borsilikatglas einer Dichte von ρ - 24 g cm-³. Der B₂O₃-AnIeU beträgt 30%.1 m ^{3 of} liquid boric acid-containing waste water concentrate from the primary circuit of a nuclear power plant (Biblis) with an activity of A <0.1 Ci / m ³ is evaporated to dryness. 150 kg of dry substance are obtained, consisting of 135 kg of B ₂ O ₃ and 15 kg of impurities (corrosion -, activation and filter aids as well as cleavage products from the core conversion process). 150 kg of boron-free glass granulate are added to this dry substance. It is mixed and heated to 1300 ^° C. After casting in molds and cooling, 1201 borosilicate glass with a density of ρ - 24 g cm ^{-3 is obtained} . The B ₂ O ₃ -AnIeU is 30%.

Man wiederholt den Versuch und fügt 150 kg Trok> kensubstanz 300 kg Glasgries zu. Die bei 1000⁰C erweichende Mischung wird auf 1300⁰C erhitzt und anschließend vergossen. Aus den ursprünglich in 1 m³ Konzentrat enthaltenden 1701 H3BO3 wurden wie im vorigenThe experiment is repeated and 150 kg of dry substance are added to 300 kg of glass grit. The softening at 1000 ⁰ C mixture is heated at 1300 ⁰ C and then cast. The 1701 H3BO3 originally contained in 1 m ^{3 of} concentrate became as in the previous one

Versuch durch Eindampfen 54 I B2O3 a 135 kg.Attempt by evaporation 54 I B2O3 a 135 kg.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zum Verfestigen von flüssigen, Borsäure enthaltenden Abfällen aus dem Primärkühlkreislauf von Kernkraftwerken in Glas, wobei die Abfälle getrocknet, danach mit borarmen Glaszuschlägen vermischt und anschließend durch Erhitzen zu Borsilikatglas aufgeschmolzen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsäure durch das Trocknen der Abfälle in Bortrioxid überführt wird und daß als Glaszuschläge vermahlene Glasabfälle eingesetzt werden.Process for solidifying liquid waste containing boric acid from the primary cooling circuit of nuclear power plants in glass, the waste being dried, then with low-boron glass aggregates mixed and then melted to borosilicate glass by heating, characterized in that that the boric acid is converted into boron trioxide by drying the waste and that ground glass waste is used as glass aggregate.