CH684507A5

CH684507A5 - Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall.

Info

Publication number: CH684507A5
Application number: CH3442/92A
Authority: CH
Inventors: Dietmar Bege; Karl-Heinz Kleinschroth; Robert Grigat
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1994-09-30
Also published as: WO1993010539A1; CA2123692C; KR100278234B1; DE4137947A1; CA2123692A1; UA29418C2; US5457266A; DE4137947C2

Description

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CH 684 507 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall, der in Form von kontaminiertem, pulverförmigem lonenaustauscher-harz vorliegt.

Derartige Verfahren werden eingesetzt zur Volumenreduktion der Abfallmenge. Aus der EP 0 126 060 Bl sind hierzu Verfahren bekannt, bei denen ein Gemisch von lonenaustauscherharzen in Gegenwart von Wasser und einer alkalisch reagierenden Substanz bis zur beginnenden Zersetzung der Anionenaustauscherharze und der Freisetzung von Aminen erhitzt wird. Dabei sind Temperaturen bis zu 280°C erforderlich.

Wie Versuche gezeigt haben, behalten die lonen-austauscherharze dabei trotz des nicht unerheblichen Energieaufwandes für die Erhitzung einen wesentlichen Teil ihrer Wasseraufnahmefähigkeit. Mit Rücksicht auf mit der Wasseraufnahme verbundene Quellvorgänge darf der Anteil von in eine Matrix, beispielsweise aus Zement oder Bitumen, eingelagerten lonenaustauscherharzen 10% der Masse des Abfallproduktes nicht überschreiten. Das hat eine nur unbefriedigende Volumenreduktion der Abfallmenge zur Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, als Abfall zu beseitigende und endzulagernde lonenaustauscherharze so aufzubereiten, dass ihr möglicher Anteil am Gewicht und am Volumen eines Abfallproduktes deutlich über 10% liegt, wobei durch die Aufbereitung eine Verringerung des Wasseraufnahmevermögens und des Quellvermögens der lonenaustauscherharze angestrebt wird.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist sehr vorteilhaft, denn es bewirkt in überraschender Weise ein irreversibles Verschwinden der Wasseraufnahmefähigkeit der lonenaustauscherharze, so dass ein Quellen der lonenaustauscherharze während oder nach ihrem Einbringen in eine Matrix sicher verhindert wird.

Das Verhalten der dem erfindungsgemässen Verfahren unterzogenen lonenaustauscherharze ist insofern überraschend, als die Kalziumverbindung nur die Kationen belädt und an sich nur deren Wasseraufnahme- und Quellverhalten reduziert.

Die gleichzeitige Reduktion des Wasseraufnahme- und Quellverhaltens des Anionen darstellenden Teils der lonenaustauscherharze ermöglicht es, schadlos mindestens doppelt so viel Harze in eine Matrix einzubringen, wie ohne die erfindungsgemässe Behandlung möglich wäre. Dadurch ist die Gesamtmenge an endlagerfähigem Abfall aus den lonenaustauscherharzen spürbar verringert.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieis näher erläutert.

In seiner Wirksamkeit erschöpftes radioaktiv bela-denes lonenaustauscherharz wird zu staubförmigem Pulver gemahlen und vorzugsweise als Suspension,

in einen Trocknungsapparat, beispielsweise einen Konustrockner, eingebracht. Diese Suspension wird in dem Konustrockner zunächst mechanisch entwässert. Dem entwässerten, jedoch noch feuchten Pulver aus lonenaustauscherharz wird eine Kalziumverbindung, beispielsweise Kalziumhydroxid, in wässriger Lösung in einem Mischer beigemischt. Die Menge der zugemischten Kalziumverbindungen ist dabei so gross, dass sie 50 bis 150% der Aufnahmekapazität des lonenaustauscherharzes beträgt.

Nach gründlicher Durchmischung des lonenaustauscherharzes mit dem Kalziumhydroxid wird das so gebildete Gemisch bei weiterlaufendem Mischer beheizt. Dabei wird bei einer Temperatur von ca. 50°C bis 60°C und einem Druck von 120 hPa bis 200 hPa in der Mischung vorhandenes Wasser verdampft, bis die Restfeuchte im Gemisch kleiner als 10% des Gemischs ist. Dieser Wert wird etwa 10 Stunden nach Beginn des Trocknungsvorgangs erreicht.

Nun wird bei immer noch weiterlaufendem Mischer zur thermischen Behandlung des Gemischs die Temperatur auf über 120°C, vorzugsweise auf 150°C bis 160°C, höchstens jedoch auf 190°C, erhöht. Dabei gehen mindestens die bis dahin noch nicht belegten Kationen des lonenaustauscherharzes irreversible Verbindungen mit Kalziumhydroxid ein und verlieren ihre Fähigkeit, Wasser aufzunehmen.

Die während der Trocknung und während der thermischen Behandlung erzeugten Brüden werden zur Erhaltung des Unterdrucks abgezogen, kondensiert und ebenso wie bei der Entwässerung der lonentauscherharze anfallendes Wasser einer Ab-wasseraufbereitung zugeführt.

Durch die Wärmebehandlung in Zusammenhang mit der vorausgegangenen Beladung der Kationenharze sind die entsprechenden aktiven Gruppen in ihrem Wasseraufnahmevermögen und Quellungsverhalten so weit umgebildet, dass in etwa lediglich das normale Quellverhalten von Kunststoff verblieben ist. Wie Versuche gezeigt haben, wird unerwarteterweise gleichzeitig auch die Wasseraufnahmefähigkeit und das Quellvermögen des Anionenharzes durch die thermische Behandlung abgebaut.

Der entscheidende Schritt für die weitgehende Verringerung des Quellverhaltens und des Wasseraufnahmevermögens ist jedoch die praktisch vollständige Beladung der Kationenharze mit der daran anschliessenden Wärmebehandlung. Eine Wärmebehandlung allein führt bei den Kationenharzen in dem genannten Temperaturbereich nicht zum gewünschten Ergebnis.

Infolge des nach der Behandlung fehlenden Wasseraufnahme- und Quellvermögens der lonenaustauscherharze kann im Vergleich zu unbehandelten lonenaustauscherharzen mindestens die doppelte Menge in eine Matrix eingebunden werden, wobei die Masse des behandelten Gemisches aus dem lonenaustauscherharz und der Kalziumverbindung bis zu 50% der Masse der Matrix beträgt. Als Matrix sind vor allem Zement und Bitumen geeignet. Da das lonenaustauscherharz zusammen mit dieser Matrix endlagerfähig ist, wird durch Einsatz des er-

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findungsgemässen Verfahrens die Menge des endzulagernden Abfallstoffs auf mindestens die Hälfte reduziert. Dies ist ein nicht zu unterschätzender Vorteil für eine kontrollierte und abgesicherte Endlagerung von radioaktiv kontaminierten ionenaustauscherharzen.

Um die Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verfahrens unbeeinträchtigt zu lassen, ist es zweckmässig, den Mischer bzw. eine Mischeinrichtung während der Mischung, der Trocknung sowie der thermischen Behandlung ohne Unterbrechung durchgehend in Betrieb zu lassen. Dadurch ist gewährleistet, dass das Gemisch aus dem lonenaustauscherharz und der Kalziumverbindung jeweils in allen Verfahrensstufen, in allen seinen Bereichen den gleichen Behandlungszustand erreicht.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist ebenso wie zur Behandlung von lonenaustauscherharzen auch zur Behandlung von toxischen Chemikalien brauchbar, soweit diese in Form von Gemischen aus jeweils selbsttätig aktiven Gemischanteilen aus Kationen und Anionen vorliegen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung von radioaktivem Abfall in Form von kontaminiertem, pulverförmigem lonenaustauscherharz, wonach a) das lonenaustauscherharz mechanisch entwässert wird,

b) das entwässerte lonenaustauscherharz mit einer Kalziumverbindung vermischt wird,

c) dieses Gemisch unter Wärmezufuhr getrocknet wird und d) das trockene Gemisch bei einem Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes durch Erhitzung auf eine Temperatur von mindestens 120°C bis höchstens 190°C thermisch behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch behandelte Gemisch nach seiner Abkühlung in eine Matrix eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrix Zement oder Bitumen eingesetzt wird, wobei die Masse des Gemischs bis zu 50% der Masse der Matrix beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kalziumverbindung Kalziumhydroxid (Ca(OH)2) verwendet wird und dass dessen Menge 50% bis 150% der Aufnahmekapazität der lonenaustauscherharze beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch bei Temperaturen bis 120°C, vorzugsweise um 50°C bis 60°C, und einem Druck von 120 bis 200 hPa getrocknet wird, bis ein Restfeuchtegehalt von weniger als 10% der Masse des Gemischs erreicht ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Trocknung sowie der thermischen Behandlung abgezogene Brüden nach ihrer Kondensation ebenso wie bei der Entwässerung anfallendes Wasser einer Ab-wasseraufbereitung zugeführt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Mischung, die Trocknung und die thermische Behandlung des lonenaustauscherharzes und der Kalziumverbindung in einer Mischeinrichtung stattfinden, die mindestens bis zum Abschluss der thermischen Behandlung in Betrieb bleibt.

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