DE3827897A1 - Verfahren zum konditionieren von radioaktiven verdampferlaugen aus kerntechnischen anlagen - Google Patents
Verfahren zum konditionieren von radioaktiven verdampferlaugen aus kerntechnischen anlagenInfo
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- G21F9/04—Treating liquids
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- G21F9/08—Processing by evaporation; by distillation
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein
Verfahren zum Konditionieren von radioaktiven
Verdampferlaugen, gegebenenfalls zusammen mit
Kugelharzen, Kieselgur und Filterhilfsmitteln aus
kerntechnischen Anlagen zum Zweck der endlagerfähigen
Einschließung durch Eindampfen in einem beheizbaren
Endlagergebinde.
Radioaktive Verdampferlaugen bzw. Gemische aus
Verdampferlaugen mit Kugelharzen, Kieselgur und
Filterhilfsmitteln werden üblicherweise bereits in den
kerntechnischen Anlagen, z.B. in Kernkraftwerken, auf
einen Trockensubstanzgehalt von ca. 20-25 Gew.%
eingeengt. Sie müssen durch Eindampfen weiter
konzentriert werden, um sie endlagerfähig in
entsprechenden Gebinden aufzubereiten.
Bis auf 10-40 Gew.% Restwasser eingedampfte
Konzentrate weisen bei Raumtemperatur eine
monolithische Struktur auf, bei der das Restwasser im
wesentlichen als Kristallwasser in der Masse gebunden
ist. Bei höheren Temperaturen, z.B. bei einer
Endlagertemperatur bis etwa 70°C (Nachbetriebsphase
in der Endlagerstätte) werden die festen Salzblöcke
jedoch durch das freiwerdende Kristallwasser wieder
zähflüssig. Die Endlagerung solcher flüssigwerdenden
Salzblöcke ist jedoch nicht zulässig.
Zur weiteren Einengung von in Kernkraftwerken aus
Sumpf-, Wasch-, Deko- und Laborabwässern anfallenden
Verdampferkonzentraten sind mehrere einstufige
Verfahren bekannt. So gibt es beispielsweise
Verfahren, bei denen die Konzentrate in einem
geeigneten Verdampfer zur Trockne eingedampft werden.
Verwendet werden dazu beispielsweise
Rührkesselverdampfer, Sprühtrockner, Walzentrockner
und Dünnschichtverdampfer. Das dabei entstehende
Produkt mit minimalen Kristallwasserwerten fällt
weitgehend pulverförmig an. Das hat zum einen den
Nachteil, daß der Umgang mit derartig staubenden
Pulvern besondere Schutzmaßnahmen erforderlich machen,
um Inkorporationen zu vermeiden; zum anderen folgt aus
den niedrigen Schüttdichten von Pulvern, daß das
Endlagergebindevolumen nur schlecht ausgenutzt wird.
Das Vermischen dieser Pulver mit Zuschlagstoffen (z.B.
Bitumen), um sie zu verfestigen, bedeutet ebenso eine
schlechte Gebindeausnutzung.
In der DE-PS 32 00 331 wird ein Verfahren beschrieben,
nach dem in einem beheizten Endlagergefäß
Verdampferkonzentrate getrocknet werden. Nachteilig
bei diesem Verfahren sind jedoch die relativ niedrige
Ausdampfleistung sowie die Bildung von Lunkern zum
Teil erheblicher Größe, die in dem verfestigten
Produkt zudem unregelmäßig verteilt sind. Daraus
resultieren eine schlechte Ausnutzung des
Gebindevolumens und eine ungünstige
Wirtschaftlichkeit.
In der DE-OS 35 44 270 wird ein Trocknungsverfahren
beschrieben, bei dem zur Trocknung Mikrowellenenergie
verwendet wird, wobei Flüssigkeiten und Lösungen in
das Gebinde eingesprüht und in einem Schritt
verfestigt werden. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig
und besitzt dadurch wirtschaftliche Nachteile.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Konditionieren von radioaktiven
Verdampferlaugen, gegebenenfalls zusammen mit
Kugelharzen, Kieselgur und Filterhilfsmitteln aus
kerntechnischen Anlagen zum Zweck der endlagerfähigen
Einschließung durch Eindampfen in beheizbaren
Endlagergebinden zu schaffen, das eine hohe
Raumausnutzung im Endlagergebinde, eine hohe
Ausdampfleistung und damit eine hohe
Wirtschaftlichkeit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
zunächst in einem Verdampfer die Lauge bzw. das
Gemisch bis auf 60 bis etwa 85 Gew.%
Trockensubstanzgehalt aufkonzentriert wird, dann das
noch fließfähige Konzentrat in das beheizbare
Endlagergebinde eingefüllt wird, und abschließend das
Konzentrat im Endlagergebinde auf mindestens die im
Endlager maximal auftretende Temperatur erhitzt und
der dabei entstehende Dampf solange unter Unterdruck
abgesaugt wird, bis sich ein fester Bodenkörper mit
glatter Oberfläche ausgebildet hat.
Vorzugsweise wird das Konzentrat auf die im Endlager
maximal auftretende Temperatur erhitzt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das Konzentrat
portionsweise in das Endlagergebinde einzufüllen und
zu verfestigen. Dabei muß jede Teilportion erst
verfestigt sein, bevor die nächste Teilportion
eingefüllt wird.
Anhand der schematischen Abbildung soll das
erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft näher
erläutert werden: Radioaktive Verdampferlauge (11) ,
Kugelharze (12) und Filterhilfsmittel (13) aus
Kernkraftwerken oder anderen kerntechnischen Anlagen
werden in einen Verdampfer (1) gefördert, der mit
einem Rührer (9), einem Tropfenabscheider (10), einem
Kondensator (7) und einem Destillatsammelbehälter (8)
versehen ist, von dem aus das Destillat kontrolliert
entnommen werden kann. Im Verdampfer (1) wird das
Gemisch (3) unter Rühren erhitzt und aufkonzentriert,
bis das Konzentrat 60 bis etwa 85 Gew.%
Trockensubstanz enthält. Das im bei der
Verdampfertemperatur zähflüssigen und bei
Raumtemperatur festen Konzentrat noch enthaltene
Restwasser besteht im wesentlichen aus Kristallwasser
des Salzanteils.
Anschließend wird das zähflüssige Konzentrat
portionsweise in ein mit Heizung (4) versehenes
Endlagergebinde (2) abgelassen. Die erste Teilportion
(5) wird durch Wärmezufuhr solange und so hoch
erhitzt, daß der Kristallwassergehalt aus dem
Konzentrat soweit ausgetrieben wird, daß sich im
Endlagergebinde (2) ein fester monolithischer
Bodenkörper mit glatter Oberfläche und ohne
pulverförmige Anteile bildet. Dieser Bodenkörper muß
auch bei der maximal im Endlager auftretenden
Temperatur noch fest bleiben, so daß die
Eindampftemperatur im Endlagergebinde (2) mindestens
so hoch sein muß wie die im Endlager maximal zu
erwartende Temperatur. Man verwendet beispielsweise
Eindampftemperaturen von etwa 70°C und saugt den
entstehenden Dampf unter Unterdruck ab, wobei man bei
diesem Eindampfprozeß im Endlagergebinde (2) den
Kondensator (7) und den Destillatsammelbehälter (8)
des Verdampfers (1) mitbenutzen kann. Diese
Mitbenutzung ist vor allem bei mobilen Anlagen von
erheblichem wirtschaftlichem Vorteil. Nach der
Verfestigung der ersten Teilportion (5) können weitere
Teilportionen (6) des Konzentrats aus dem Verdampfer
(1) in das Endlagergebinde (2) abgelassen und
entsprechend verfestigt werden. Man erhält auf diese
Weise ein Verfestigungsprodukt, das eine optimale
Packungsdichte und Homogenität besitzt, ohne das
Zusatzstoffe erforderlich sind, die das Nutzvolumen des
Endlagergebindes verringern würden. Das
Verfestigungsprodukt weist nur noch einen
Kristallwassergehalt von höchstens 10 Gew.% auf. Es
werden hohe Packungsdichten erreicht, die je nach
den zu verfestigenden Stoffen zwischen 1,2 und 1,6
kg/dm3 liegen können.
Es ist auch möglich, die Verfestigung im
Endlagergebinde nicht portionsweise, sondern auf
einmal vorzunehmen, ohne daß die Qualität des
verfestigten Endproduktes wesentlich schlechter ist.
Auch läßt sich dieses zweistufige
Konditionierungsverfahren automatisieren.
Folgendes Beispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren
näher erläutern:
Ein Siedewasserreaktor-Simulatgemisch aus
Verdampferlaugen, Ionenaustauscher-Kugelharzen und
Filterhilfsmitteln wurde in einem Verdampfer zunächst
aufkonzentriert. Das resultierende Konzentrat hatte
die Zusammensetzung:
Na₂SO₄ | |
50 Gew.-% | |
Kugelharze | 15 Gew.-% |
Na₃PO₄ | 5 Gew.-% |
Ca₃(PO₄)₂ | 1,5 Gew.-% |
Fe₂O₃ | 1,5 Gew.-% |
Sonstiges | 2,0 Gew.-% |
Restwasser | 25 Gew.-% |
Dieses Konzentrat wurde portionsweise in ein beheiztes
Endlagergebinde abgelassen und bei 80°C bei 300 HPa
verfestigt. Das Endprodukt wies einen Restwassergehalt
von etwa 8% auf und besaß ein mikroporöses Gefüge
ohne Lunker und Inhomogenitäten. Die
Endproduktoberfläche war glatt, die Abrieb- und
Druckfestigkeit gut. Bei Beschleunigungstests änderte
sich die geometrische Form nicht. Beheizungstests bei
70°C, die Endlagerungsbedingungen entsprechen,
ergaben, daß das Verfestigungsprodukt seine Konsistenz
nicht änderte.
Claims (3)
1. Verfahren zum Konditionieren von radioaktiven
Verdampferlaugen, gegebenenfalls zusammen mit
Kugelharzen, Kieselgur und Filterhilfsmitteln aus
kerntechnischen Anlagen zum Zweck der
endlagerfähigen Einschließung durch Eindampfen in
beheizbaren Endlagergebinden,
dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst in einem Verdampfer die Lauge bzw.
das Gemisch bis auf 60 bis etwa 85 Gew.%
Trockensubstanzgehalt aufkonzentriert wird, dann
das noch fließfähige Konzentrat in das beheizbare
Endlagergebinde eingefüllt wird und abschließend
das Konzentrat im Endlagergebinde auf mindestens
die im Endlager maximal auftretende Temperatur
erhitzt, und der dabei entstehende Dampf solange
unter Unterdruck abgesaugt wird, bis sich ein
fester Bodenkörper mit glatter Oberfläche
ausgebildet hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Konzentrat im Endlagergebinde auf die
maximal im Endlager auftretende Temperatur erhitzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Konzentrat portionsweise in das
Endlagergebinde eingefüllt und verfestigt wird.
Priority Applications (2)
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DE19883827897 DE3827897A1 (de) | 1988-08-17 | 1988-08-17 | Verfahren zum konditionieren von radioaktiven verdampferlaugen aus kerntechnischen anlagen |
EP19890114316 EP0355514A3 (de) | 1988-08-17 | 1989-08-03 | Verfahren zum Konditionieren von radioaktiven Verdampferlaugen aus kerntechnischen Anlagen |
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- 1989-08-03 EP EP19890114316 patent/EP0355514A3/de not_active Withdrawn
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EP0355514A2 (de) | 1990-02-28 |
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