SE425708B - Forfarande for slutbehandling av radioaktivt organiskt material - Google Patents

Description

15 20 25 jO 35 8101801-2 av jonbytarmassan med separat omhändertagande av askan.

Uppfinningen syftar till att åstadkomma ett förfarande som dels minskar det radioaktiva organiska materialets volym till 1/5 - l/10 av den ursprungliga volymen, dels ger materia- let en för slutförvaring lämpng;stabil form. Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande som möjliggör en kontinuerlig och sluten sammanhängande behandlingslinje utan att mellanprodukter behöver uttagas ur eller införas i pro- cessen. i Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas därav, att man blandar materialet dels med en vattenlösning av ett kemiskt agens som ur materialet frigör bundna radioaktiva ämnen, dels med en oorganisk sorbent för de sålunda frigjorda radioaktiva_ ämnena, varefter man torkar blandningen och kalcinerar den under lufttillträde så att det organiska materialet förbränns, varefter det kalcinerade materialet uppsamlas i en eldfast för- varingsbehållare och förvaringsbehållaren med sitt innehåll upp- hettas till en temperatur vid vilken materialet sintrar eller omvandlas eller smälter till en stabil produkt.

Som kemiskt agens föredrar vi en komplexbildande syra, så- som fosforsyra och organiska syror såsom citronsyra, vinsyra eller oxalsyra, eller ett salt av en sådan syra, eller en bland- ning av två eller flera av dessa ämnen. Det är känt att dylika komplexbildande syror eller salter kan bilda komplexa föreningar med många av de radioaktiva metalljoner som förekommer i för- brukade jonbytare från kärnkraftverk, såsom kobolt, zink och iniokel.

Den komplexbildande syran eller saltet bör tillföras i en sådan mängd att de radioaktiva ämnena snabbt frigörs ur det or- ganiska materialet utan att deras sorption på den tillförda oorganiska sorbenten försvåras eller förhindras.

Som oorganisk sorbent föredrar vi ett titanat eller titan- hydroxid, ett zirkonat eller zirkoniumhydroxid eller zirkonium- fosfat, ett aluminat eller aluminiumhydroxid eller aluminium- fosfat, ett aluminosilikat såsom bentonit eller en naturlig eller syntetisk zeolit, kalciumfosfat eller en blandning av två eller flera av dessa substanser. Sorbenten bör tillföras i en sådan mängd att den fullständigt sorberar de radioaktiva ämnena och i även förmår inkorporera askan från förbränning av det organiska M1 10 15 20 25 BO 8101801-2 \.\l materialet. Sorbenten har lämpligen en partikelstorlek av l0~lO0/um; den kan här vara betydligt mera finkornig än vad som är möjligt vid användning av packade kolonner.

Förklaringen till den goda tekniska effekten av förfa- randet enligt uppfinningen torde vara följande vid användning av komplexbildande syra eller salt som kemiskt reagens. Syran bildar med en eller flera av de radioaktiva metalljonerna i jonbytarmassan komplexa föreningar av sådan stabilitet att praktiskt taget alla radioaktiva ämnen lämnar jonbytarmassan.

De bildade komplexa föreningarna dissocieras till metalljoner, som i sin tur sorberas på den oorganiska sorbenten. Under den senare delen av torkningssteget, eller under den tidigare de- len av kaloineringssteget, kommer de komplexa föreningarna att termiskt sönderdelas och metalljonerna på den oorganiska sorbentens yta, under kaloineringens fortsatta gång att stabilt införlivas med sorbenten. Även radioaktivt oesium kommer i denna process att överföras från den organiska jonbytaren till den oorganiska sorbenten och under kalcineringen stabilt in- förlivas med densamma. Man kan därför säga att uppfinningen innebär att de radioaktiva ämnena överförs från en mindre sta- bil form till en mer stabil form som tål sintring utan att förångas. materialen blandas lämpligen vid en temperatur av ao-7o°c.' En föredragen blandningstemperatur är ca 5000. Torkningen sker lampligen vid loo-l5o°c, företrädesvis vid loo-llo°c. Lampligen omröres blandningen under torkningen, för att bibehålla en ho- mogen sammansättning. kaleineringen sker lämpligen vid 5oo-9oo°c under en successiv temperaturökning. Temperaturen bör höjas tämligen långsamt, vilket bidrar till att materialet bibehåller sin homo- genitet. Luft tillförs i och för förbränning av det organiska materialet. Förbränningsvärmet räcker ej för att åstadkomma den önskade temperaturen, utan värme måste tillföras.

Det heta kaloinerade materialet består av en blandning av aska från det förbrända organiska materialet och oorganisk sor- bent innehållande det radioaktiva materialet. Detta heta mate~ rial överförs lämpligen direkt till en sintringsbehållare, före- trädesvis bestående av eldhärdigt stål eller keramiskt material.

Behållaren med innehåll upphettas till en sådan temperatur att 10 15 20 25 as1o1ao1+2! innehållet omvandlas dvs.sintrar eller smälter till en i huvudsak homogen, tät, och stabil produkt. En lämplig tem- ïperatur är MMX¥l500°C, och en lämplig tid är 2-6 timmar.

Behållaren med innehåll får nu svalna, och kan därefter över- l föras till an: aiutförvar för radioaktivt avfall.

'Ritningen visar schematiskt hur förfarandet kan utföras.

Det radioaktiva organiska materialet, på ritningen benämnt av- fall, blandas i ett blandningssteg A vid 20-7000 med en vatten- lösning av det kemiska agenset KA och med den oorganiska sorben- ten OS, lämpligen tillförd i form av en suspension i vatten.

Blandningen överförs till ett torkningssteg B, där torkning sker vid 100-ll0°C. Erforderligt torkningsvärme tillförs på känt sätt, och vatten avgår i form av ånga. Den torkade bland- g ningen överförs till ett steg C för kalcinering och förbrän- ning. Temperaturen höjs här successivt från 500 till en slut- temperatur mellan 500 och 90000. Om steget C omfattar en rör- 0 formig ugn genom vilken materialet sakta frammatas, så kan en reglerad temperaturökning ske t.ex. genom en utvändig värmning av röret, eller genom en invändig värmning, t.ex. genom för- bränning av gas eller olja. Luft tillförs i sådan mängd att det organiska materialet blir fullständigt förbränt. Den bilda- de avgasen âterförs till torkningssteget B, där gasens värme- innehåll bidrar till torkningen och eventuellt medföljande ak- tivitet sorberas på den oorganiska sorbenten,_Det heta mate- rialet från steget C överförs till en behållare i ett sintrings- steg D där sintring sker vid 1000-130000. Efter avsvalning är behållaren med sintrat innehåll färdig för slutförvaring.

Claims (7)

8101801-2 5 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för slutbehandling av radioaktivt orga- niskt material, främst radioaktiv förbrukad jonbytarmassa, för överförande av materialet till stabil form i och för slutför- varing, k ä n n e t e c k n a t därav, att man blandar mate- rialet dels med en vattenlösning av ett kemiskt agens som ur materialet frigör bundna radioaktiva ämnen, dels med en oorga- nisk sorbent för de sålunda frigjorda radioaktiva ämnena, var- efter man torkar blandningen och kaloinerar den under lufttill- träde så att det organiska materialet förbränns, varefter man anbringar det kalcinerade materialet i en eldfast förvarings- behâllare och upphettar förvaringsbehållaren med sitt innehåll till en temperatur vid vilken materialet sintrar eller smälter till en stabil produkt.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid det kemiska agenset är en komplexbildande syra, såsom fosforsyra, citronsyra, vin- syra eller oxalsyra eller salter av dessa syror, eller bland- ningar av dessa ämnen.

3. Förfarande enligt krav l, varvid den oorganiska sor- benten utgörs av ett titanat eller titanhydroxid, ett zirkonat eller zirkoniumhydroxid eller zirkoniumfosfat, ett aluminat eller aluminiumhydroxid eller aluminiumfosfat, ett alumino- silikat såsom bentonit eller en naturlig eller syntetisk zeolit, kalciumfosfat eller en blandning av två eller flera av dessa substanser.

4. Förfarande enligt krav l, varvid blandningen sker vid en temperatur av 2O-7O°C-

5. Förfarande enligt krav l, varvid temperaturen under kalcineringen successivt ökas från 30000 till en sluttemperatur mellan 5oo och 9oo°c.

6. Förfarande enligt krav 1, varvid avgasen från steget för kalcinering - förbränning återförs till torksteget-för rening av gasen.

7. Förfarande enligt krav l, varvid materialet efter kalcinering - förbränning sintras eller smältes i en slutför- varingsbehållare vid 1000-l300°C till en stabil produkt. - 1 - . .. 4.:» ...ras-aux :nu-- -ss-»M- “manen-vw -wfl f. .