DD283276A7 - Verfahren zur herstellung eines adsorptionsmittels fuer die abscheidung von radioaktiven gasen und daempfen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrift ein Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels fuer die Abscheidung von radioaktiven Gasen und Daempfen aus der Abluft von Kernenergieanlagen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, nach dem ein Adsorptionsmittel mit hoher Adsorptionskapazitaet, -effektivitaet und Abriebfestigkeit fuer den Einsatz zur Adsorption bzw. Abscheidung von radioaktiven Jodverbindungen, insbesondere dampffoermigem Jod und Methyljodid, sowie von Krypton- und Xenonisotopen aus der Abluft hergestellt werden koennen. Erfindungsgemaesz wird ein mit Alkalilauge vorbehandeltes und zerkleinertes Tonmineral und/oder Tonerde nach Zusatz eines Impraegnierungsmittels aus der Reihe der anorganischen Jodverbindungen intensiv vermaischt, im Verhaeltnis von mindestens 20:80 * mit einer pulverfoermigen Aktivkohle vermischt, mittels Strangpresse verformt und nach einer Trocknung in der Inertgasatmosphaere schonend in Intervallen, ebenfalls im Inertgasstrom zur Erreichung einer hohen Abriebfestigkeit gesintert.{Adsorptionsmittel; Herstellung; Gase; Daempfe, radioaktiv; Abscheidung; Jodverbindung; Abriebfestigkeit}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels für die Eliminierung von radioaktiven Jodverbindungen, wie Methyljodid und dampfförmiges Jod und von radioaktiven Edelgasen wie Krypton- und Xenoisotope aus der Abluft von Kernenergieanlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der in Atomreaktoren ablaufenden Kernspaltung entstehen radioaktive Jodisotope, die über geeignete Filtereinrichtungen abgeschieden werden müssen.

Es treten als Schadstoffe elementares Jod ir> dampfförmiger Form und Methyljodid auf.

Es ist bekannt, daß aus feuchter Luft dampfförmiges Elementarjod problemlos und Methyljodid auf Grund seines hohen Dampfdruckes dagegen fast nicht durch Adsorption abgeschieden werden kann.

Die Abscheidung von Jod erfolgt über den Einsatz von feinporigen Aktivkohlen, die von Methyljodid mit Hilfe von imprägnierten Aktivkohlon durch Isotopenaustausch oder durch Salzbildung (D.A.Collins, I.R.Taylor; United Kingdom Atomic Energy Authority: „The Development of impregnated charcoals for trapping methyliodide at high humidity" 1967) Beim Isotopenaustausch wird eine mit inaktiven anorganischen Jodverbindungen (z.B. KJ) imprägnierte Aktivkohle eingesetzt.

Während der kurzen Verweilzeit des radioaktiven Methyljodids auf dem Kohlebett tritt auf dem Adsorbens ein Austausch der Jodisotope ein.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Acsorptionskapazität der imprägnierten Kohle noch zu gering ist, und es deshalb durch Adsorption von organischen Dämpfen aus der Raumluft zum spontanen Leistungsabfall kommen kann (J.G. Wilhelm: Jodfilter in Kernkraftwerken: Kommission der EWG, Bericht Nr.075,75,5 PSTD). Die Imprägnierung der Aktivkohle mit tertiären Aminen ermöglicht die Bindung von Methyljodid durch Bildung von quartären Ammoniumsalzen. Die Amine setzen jedoch den Zündpunkt der Aktivkohle herab und sind leicht flüchtig, deshalb finden derartige Imprägnierungen kaum inustrielle Anwendung.

Die Abluft von Reaktoren wird durch Einsatz von Verzögerungsanlagen gereinigt. Dabei werden radioaktive Krypton- und Xenonisotope durch mitgeformter Aktivkohle gefüllte Adsorber geleitet und infolge ihrer kurzen Halbwertzeit als Feststoff auf der Kohle abgelagert (H. J. Schroeder, H. Queiser, W. Reim: Kerntechnik 13 (1971), S. 205). Die schwierige Edelgasadsorption wird durch zu geringe Adsorptionskapazität der Aktivkohle, durch stark polare Oberflächengruppen und feuchte Abluft sowie Kohleabrieb beeinträchtigt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten hochwirksamen Adsorptionsmittels zur Abscheidung von radioaktiven Gasen und Dämpfen zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels zu entwickeln, dessen Einsatz

in Kernenergieanlagen einmal die effektivere direkte Adsorption radioaktiver Jodverbindungen, insbesondere Methyljodid,ermöglicht und zum anderen in der Lage ist, radioaktive Edelgasisotope abzuscheiden. Das Adsorptionsmittel mußaußerordentlich abriebfest sein und über eine hohe Adsorptionskapazität verfügen, die einem unkontrollierbaren spontanen

Leistungsabfall der Aktivkohle, z. B. durch Adsorption organischer Dämpfe und feuchter Li, ft, entgegenwirkt. Erfindungsgemäß wird das Adsorptionsmittel aus einem Gemisch von pulverförmiger Aktivkohle, pulverförmiger! Tonmineral

und oder Tonerde und einem Imprägnierungsmittel hergestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieses Adsorptionsmittels läuft so ab, daß ein Tonmineral und oder Tonerde

auf eine Körnung von möglichst 100% unter 0,05 mm zerkleinert, mit einer 5 bis 30%igen Alkalilauge, vorzugsweise 10%iger

Kalilauge, unterständigem Rühren 1 bis 5 Stunden, vorzugsweise 2 Stunden, vorbehandelt und anschließend bei Temperaturen

von 70 bis 100⁰C, vorzugsweise 80 bis 90⁰C, getrocknet wird.

Die Alkalilauge bewirkt eine Aufweitung der Gitterstruktur bis auf 700 bis 80OmVg und eine Fixierung dieser Struktur durch Austausch der zweiwertigen Kationen gegen Alkaliionen, die auch nach der Trocknung erhalten bleibt. Nach der Vorbehandlung erfolgt die Imprägnierung des Tonminerals und oder der Tonerde mit einer wäßrigen Lösung einer

anorganischen Jodverbindung, vorzugsweise Kaliumiodid, wobei der Anteil an Imprägnierungsmittel, bezogen auf

Trockensubstanz, 10 bis 90Ma.-%, vorzugsweise 40Ma.-%, beträgt. Dazu wird das vorbehandelte Tonmineral und oder die Tonerde mit einer wäßrigen Lösung einer anorganischen Jodverbindung

mindestens 30 Minuten im Kneter intensiv vermaischt und anschließend 10 bis 20 Stunden, vorzugsweise 15 bis 16 Stunden, zur

Erreichung einer optimalen Imprägnierung stehen gelassen. Das imprägnierte Tonmineral und oder Tonerde wird mit einer pulverformigen Aktivkohle, deren spezifische innere Oberfläche

über 1OOOmVg liegt und die über Porenverteilungsmaxima im Bereich von 10 bis 100A, vorzugsweise 15 bis 30Ä und 250 bis

1000 A, vorzugsweise 400 bis 600 A verfügt, vermischt, in Strangpressen zu Formungen verpreßt, anschließend bei

Temperaturen von 80⁰C bis 150°C, vorzugsweise 80 bis 9O⁰C, in einer Inertgasatmosphäre getrocknet und im Inertgasstrom in Intervallen von jeweils 30 Minuten bei 500 bis 55O⁰C, 600 bis 650°C und 750 bis 85O⁰C gesintert. Die untere Grenze für den Anteil an imprägniertem Tonmineral und oder Tonerde zum Gesamtadsorptionsmittel liegt bei Durch den Einsatz von jodimprägniertem Tonmineral und oder Tonerde und Aktivkohle in definiertem Verhältnis wird erreicht,

daß der Isotopenaustausch bei der Eliminierung von radioaktivem Jod und Methyljodid innerhalb des Gittergefüges des

Tonminerales und oder der Tonerde um ie adsorptive Bindung der in äußerst geringen Konzentrationen anfallenden Edelgasisotope in der Aktivkohle stattfindet. Die Adsorptionskapazität und damit die Effektivität dieses Adsorptionsmittels ist so

hoch, daß einmal die genannten radioaktiven Substanzen vollständig abgeschieden werden und auch die mögliche Adsorptionvon organischen Dämpfen und feuchter Luft zu keinem spontanen und unkontrollierbaren Abfall der Leistung führt.

Die Trocknung und Sinterung in einer Inertgasatmosphäre verhindert die Bildung von stark polaren Oberflächengruppen. Aufgrund der durch die Sinterung erhaltenen hohen Festigkeit entsteht kein Kohleabrieb. Ausführungsbeispiel Die Ausgangsstoffe Tonmineral und Aktivkohle weisen folgende Qualitätsmerkmale auf: Tonmineral Art: montmorillonithaltiges Tonmineral

spezifische Oberfläche: 175m²/g

Rütteldichte: 735g/l Körnung: 100% kleiner 0,05 mm Aktivkohle Art: wasserdampfaktivierte Pulverkohle auf Holzkohlebasis Aschegehalt: 3,2%

spezifische Oberfläche: 132OmVg

Porenverteilungsmaxima bei: 20-30Ä und 450-550A Jodzahl: 1260 mg/g Körnung: 100% kleiner 0,071 mm

480g des zerkleinerten Tonminerals werden mit 11 einer 10%igen Kalilauge unter ständigem Rühren 2 Stunden vorbehandeltund anschließend bei 8O⁰C getrocknet.

Das vorbehandelte Tonmineral wird nach Zugabe einer wäßrigen Kaliumjodidlösung, die 320g KJ, bezogen a- ' Trockensubstanz, enthält, 30 Minuten intensiv im Kneter vermaischt. Die Einwirkzeit für das Imprägnierungen...(el beträgt

15 Stunden.

Das imprägnierte Tonmineral wird mit 1200g pulverförmiger Aktivkohle vermischt, mittels Strangpressen bei einem Druck von

100at zu Formungen verpreßt, anschließend in einer Stickstoffatmosphäre bei 9O⁰C getrocknet und durch stufenweise Sinterungim Stickstoffstrom von 200l/h in Intervallen von jeweils 30 Minuten bei Temperaturen von 500 b'.c 55O⁰C, 600 bis 65O⁰C und 740bis 850⁰C verfestigt.

Für das Adsorptionsmittel werden folgende Qualitäts- und anwendungsspezifische Eigenschaften erreicht:

spezifische Oberfläche: 1050 mVg

Rütteldichte: 480g/l Gehaltan Kaliumiodid: 16Ma.-% Verhältnis imprägniertes Tonmineral zu Aktivkohle: 40:60Ma.-% Bei Einsatzdes Adsorptionsmittels zur Eliminierung der Jodisotope 131 j, 133 j, Methylenjodid CH₃131 j sowie Krypton- und Xenonisotopeausd^<3rAbluftvonKemenergieanlagenwerdenmiteinerSchichtdickevon20cmAbscheidungsgradevons>99%errcicht.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Adsorptionsmittels für die Abscheidung von radioaktiven Gasen und Dämpfen, insbesondere von Jod, Methyljodid sowie Krypton- und Xenoisotopen aus der Abluft von Kernenergieanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf eine Körnung von 100% unter 0,05 mm zerkleinertes und mit Alkalilauge vorbehandeltes Tonmineral und oder Tonerde unter Zugabe eines Imprägnierungsmittels mindestens 30 Minuten im Kneter vermaischt, nach einer Einwirkzeit von 10 bis 20 Stunden, vorzugsweise 15 bis 16 Stunden und anschließender Vermischung mit einer pulverförmigen Aktivkohle mittels Strangpresse zu Formungen verpreßt wird, die dann bei Temperaturen von 80 bis 150⁰C, vorzugsweise 80 bis 90⁰C, in einer Inertgasatmosphäre getrocknet und im Inertgasstrom in Intervallen von jeweils 30 Minuten bei 500 bis 550⁰C, 600 bis 650⁰C und 750 bis 850⁰C schonend gesintert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung des zerkleinerten 1 onminerales und oder der Tonerde mit einer 5 bis 30%igen Alkalilauge, vorzugsweise 10%igen Kalilauge, unter ständigem Rühren 1 bis 5 Stunden, vorzugsweise 2 Stunden, erfolgt und anschließend das Tonmineral und oder Tonerde bei Temperaturen von 70 bis 100⁰C, vorzugsweise 80 bis 90⁰C, getrocknet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Imprägnierung eine wäßrige Lösung einer anorganischen Jodverbindung, vorzugsweise Kaliumiodid, eingesetzt wird, wobei der Anteil an Imprägnierungsmittel, bezogen auf Trockensubstanz, 10 bis 90Ma.-%, vorzugsweise 40 Ma.-%, beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichi. >t, daß die pulverförmige Aktivkohle eine spezifische innere Oberfläche von über 1000m²/g und Porenverteilungsmaxima im Bereich von 10 bis 100Ä, vorzugsweise 15 bis 30Ä und 250 bis 1000Ä, vorzugsweise 400 bis 600 Ä, besitzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des imprägnierten Tonminerals und oder Tonerde am Adsorptionsmittel mindestens 20Ma.-% beträgt.