DE102020116067B3

DE102020116067B3 - Verfahren zur verfestigung von hydroxiden von radionukliden

Info

Publication number: DE102020116067B3
Application number: DE102020116067.4A
Authority: DE
Inventors: Hee-Chul Eun; Na On Chang; Seon Byeong Kim; Wang Kyu Choi; Sang Yoon Park; Hui Jun Won; Man Soo Choi; Byung Seon CHOI; Jei Kwon MOON; Chong Hun Jung; Song Bok Lee; Sang Hun Lee; Bum Kyoung SEO
Original assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Current assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: FR3102290B1; KR20210047402A; FR3102290A1; US11587693B2; KR102255388B1; US20210335513A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Verfestigung eines Radionuklids bereit. Das Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids umfasst folgende Schritte: Bereitstellen eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt, das Bi2O3, B2O3, ZnO und SiO2enthält; Bereitstellen einer Glasmischung durch Mischen einer zu behandelnden Mischung, die ein Hydroxid von Radionuklid und BaSO4enthält, und des Glases mit niedrigem Schmelzpunkt; und Erhitzen der Glasmischung.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2019-0130635 , die am 21. Oktober 2019 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
HINTERGRUND
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung eines Radionuklids und insbesondere ein Verfahren zur Verfestigung einer zu behandelnden Mischung, die ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
Eine Korrosionsoxidschicht, die Radionuklide enthält, wird innerhalb des primären Kühlsystems eines Kernkraftwerks gebildet, und um die Strahlenexposition eines Arbeiters während der Wartung des Kühlsystems zu reduzieren, ist es im Allgemeinen notwendig, die Korrosionsoxidschicht zu entfernen, und im Allgemeinen wird ein chemisches Dekontaminierungsverfahren einschließlich eines HP CORD-UV-Verfahrens häufig zur Reduzierung der Korrosionsoxidschicht im Kühlsystem verwendet.
Bei dem oben beschriebenen Dekontaminierungsprozess tritt jedoch ein Problem auf, bei dem ein Grundmaterial des Kühlsystems beschädigt wird und die Behandlung der Lösung für den Dekontaminierungsabfall schwierig ist, so dass das Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) einen auf Hydrazin basierenden reduktiven Metallionen-Dekontaminierungsprozess (HyBRID) entwickelt hat, der eine ähnliche Leistung wie der konventionelle Dekontaminierungsprozess erbringen kann, während das oben beschriebene Problem gelöst wird.
Sogar im HyBRID-Dekontaminationsprozess kann eine Dekontaminationsabfalllösung erzeugt werden, die Metallionen und Sulfationen einschließlich Radionukliden und Hydrazin enthält, und die Dekontaminationsabfalllösung kann durch einen Dekontaminationsabfalllösungsbehandlungsprozess unter Verwendung von Fällungs- und Zersetzungsreaktionen, Fest-Flüssig-Trennung und Ähnlichem wirksam behandelt werden. In dem Verfahren werden Pulverpartikel, in denen BaSO₄ und Radionuklidhydroxide gemischt und als endgültiger Abfall erzeugt, und es ist wesentlich, die gemischten Pulverpartikel in stabiler Form zu verfestigen, damit sie endgültig entsorgt werden können.
Im Allgemeinen besteht der Endabfall zu 95 % oder mehr aus BaSO₄, und bei der Verfestigung mit Zement entsteht eine Substanz namens Ettringit, die eine Ausdehnung und Rissbildung in der Abfallform verursachen kann, so dass eine Verfestigung mit Zement ungeeignet ist.
Andererseits wurde bei der Verwendung eines Geopolymers auf Metakaolinbasis bestätigt, dass eine Abfallform mit hoher Druckfestigkeit und chemischer Stabilität selbst bei einem hohen Gehalt von 40 % Abfallbeladungsrate hergestellt werden kann (J. Ahn et al., Development ofmetakaolin-based geopolymer for solidification of sulfate rich HyBRID sludge waste, J. Nuclear Materials, 518, Seiten 247-255, 2019). Da die Abfallform jedoch durch die Verwendung des Geopolymers mit einer relativ geringen Schüttdichte (etwa 1,5 bis 2,0 kg/L) hergestellt wird, tritt bei Temperaturen innerhalb von 200°C ein Gewichtsverlust von 20% oder mehr auf, was zu strukturellen Veränderungen führt, die eine geringe thermische Stabilität zur Folge haben, und für die Herstellung der Abfallform ist eine große Zeitspanne (mindestens 7 Tage) erforderlich, einschließlich der Zeit für die Herstellung der Medien. Daher ist die Entwicklung einer Verfestigungstechnologie erforderlich, die die Nachteile des endgültigen Abfalls, der ein hoch hitzebeständiges Nuklid Co-60 und dergleichen enthält, lösen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verfestigung eines Pulvers, das ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verfestigung eines Radionuklids bereitgestellt. Das Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids umfasst folgende Schritte: Bereitstellen eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt, das Bi₂O₃, B₂O₃, ZnO und SiO₂ enthält; Bereitstellen einer Glasmischung durch Mischen einer zu behandelnden Mischung, die ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält, und des Glases mit niedrigem Schmelzpunkt; und Erhitzen der Glasmischung.
Figurenliste
Die oben genannten und andere Aspekte, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Abbildungen gestellt wird, besser verstanden:

1 veranschaulicht die Dinge, die bei der Herstellung eines Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt, das in einer Ausführungsform (1A) und einem Bild (1B) verwendet wird, wassergekühlt werden, indem man das Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt mit bloßem Auge betrachtet;
2 veranschaulicht eine XRD-Analyse des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt, um zu bestätigen, dass das Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, eine Glasstruktur ist;
3 veranschaulicht die Ergebnisse des Erhitzens des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt auf 450°C, um einen Schmelzpunkt des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt zu messen, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird;
4 veranschaulicht ein Bild einer Abfallform, die durch Mischen eines Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt und eines Pulvers, das ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält, und Verfestigen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erhalten wird;
5 veranschaulicht die Ergebnisse der XRD-Analyse der Abfallform zur Bestätigung der strukturellen Eigenschaften der Materialien, aus denen die Abfallform besteht, die durch Mischen eines Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt und eines Pulvers, das ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält, und Verfestigen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erhalten wird; und
6 veranschaulicht Analyseergebnisse der Abfallform durch SEM-Mapping, um zu überprüfen, ob die Abfallform, die durch Mischen des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt und des Pulvers, das das Hydroxid des Radionuklids und BaSO₄ enthält und Verfestigen, erhalten wird, ein homogen gemischtes Material ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen ausführlich beschrieben. Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können jedoch in vielen verschiedenen Formen modifiziert werden, und der Umfang der Offenbarung sollte nicht auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt werden.
Ein Primärsystem eines Kernkraftwerks bezieht sich auf ein Reaktorsystem oder ein Primärsystem und verschiedene Vorrichtungen und Geräte, die den Reaktor umgeben, z.B. ein Steuerstab, der die Leistung des Reaktors steuert, Rohre, durch die ein Kühlmittel zirkuliert, Druckerzeuger, Dampferzeuger, Schadstoffbehälter und dergleichen. In diesem Fall bilden sich Metalloxide, einschließlich Metalle oder Legierungen, die an verschiedenen Stellen des Primärsystems radioaktiv kontaminiert sind, wobei die Metalloxide Chromoxid, Eisenoxide oder Nickeloxide sein können.
Wenn ein durch Radioaktivität kontaminiertes Metalloxid durch ein HyBRID-Dekontaminierungsverfahren dekontaminiert wird, entsteht eine Dekontaminierungsabfalllösung, die ein Metallion und ein Sulfation, einschließlich eines Radionuklids, sowie Hydrazin enthält. Die Dekontaminationsabfalllösung kann durch einen Dekontaminationsabfalllösungsbehandlungsprozess unter Verwendung von Fällungs- und Zersetzungsreaktionen, Fest-Flüssig-Trennung und ähnlichem wirksam behandelt werden. Bei diesem Prozess werden jedoch Pulverpartikel, die Hydroxide von Radionukliden und BaSO₄ enthalten, als Endabfälle erzeugt. Daher ist es notwendig, dieses gemischte Pulver zu einer stabilen Form für eine Endlagerung zu verfestigen.
Dementsprechend wird in der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zur wirksamen Behandlung des endgültigen Abfalls, d.h. des Pulvers, das das Hydroxid des Radionuklids und BaSO₄ enthält, bereitgestellt.
Im Einzelnen wird ein Verfahren zur Verfestigung eines Radionuklids vorgestellt. Das Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids kann folgende Schritte umfassen: Bereitstellen eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt, das Bi₂O₃, B₂O₃, ZnO und SiO₂ enthält; Bereitstellen einer Glasmischung durch Mischen einer zu behandelnden Mischung, die ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ und das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt enthält; und Erhitzen der Glasmischung.
Das Radionuklid kann ein von einem Kernkraftwerk erzeugtes Radionuklid sein und kann z.B. mindestens ein Radionuklid umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Radioisotopen von Chrom-, Kobalt-, Eisen- und Nickelmetall, ist aber nicht darauf beschränkt.
Der Schmelzpunkt des Glases mit niedrigem Schmelzpunkt kann 440 bis 460°C, vorzugsweise 450°C, betragen. Liegt der Schmelzpunkt des Glases außerhalb des Bereichs, so kann bei der Mischung und Verfestigung des Glases und der zu behandelnden Mischung, die das Hydroxid des Radionuklids und BaSO₄ enthält, eine Kontrolle der Verfestigungstemperatur zur Herstellung einer homogenen Abfallform und ein Mischungsverhältnis von Glas mit niedrigem Schmelzpunkt und der zu behandelnden Mischung variieren.
Wie vorstehend beschrieben, kann die zu behandelnde Mischung ein Abfallprodukt des HyBRID-Dekontaminationsprozesses sein. Insbesondere wenn der Abfall durch die Dekontaminierung von Metalloxiden gewonnen wird, die im HyBRID-Dekontaminierungsprozess durch Radioaktivität kontaminiert werden, entsteht eine Dekontaminierungsabfalllösung, die Metallionen und Sulfationen, einschließlich Radionukliden, sowie Hydrazin enthält. Die Dekontaminationsabfalllösung ist ein Ergebnis des Dekontaminationsabfalllösungsbehandlungsprozesses, bei dem Fällungs- und Zersetzungsreaktionen, Fest-Flüssig-Trennung und ähnliches eingesetzt werden, und in diesem Prozess sind Pulverpartikel, die Hydroxide von Radionukliden und BaSO₄ enthalten, die endgültigen Abfallprodukte. In diesem Fall kann der Abfall zu 95 Gew.-% aus BaSO₄ bestehen, und in einem Rest davon kann z.B. ein Metallhydroxid, das ein Radionuklid enthält, enthalten sein, und das Gewicht von BaSO₄ kann je nach den Bedingungen des Dekontaminationsprozesses in einem Bereich von 90 bis 97% variieren.
Das Pulver, das das Hydroxid des Radionuklids und BaSO₄ enthält, kann 15 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 18 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, betragen. Wenn das Pulver, das das Hydroxid des Radionuklids und BaSO₄ enthält, weniger als 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, beträgt, kann die Herstellung der Abfallform effektiv durchgeführt werden, aber da eine Menge des zu behandelnden Abfalls klein sein kann, kann es schwierig sein, eine Reduktionswirkung einer Menge eines Endlagerungsabfalls durch das Verfestigungsverfahren zu erzielen, das in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagen wird. Wenn das Pulver, das das Hydroxid des Radionuklids und BaSO₄ enthält, mehr als 20 Gew.-% beträgt, da ein Verfestigungsmedium über einem entsprechenden Niveau liegt, entsteht ein Abfallpulver, das nicht an der Verfestigung teilnimmt, die Festigkeit (Dichte) der erzeugten Abfallform ist schlecht, was zu einem Stabilitätsproblem der Abfallform führen kann, und daher kann die Endlagerung schwierig durchzuführen sein.
Darüber hinaus können die zu behandelnde Mischung und das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt jeweils als Pulver bereitgestellt werden, so dass die durch das Verfahren zur Verfestigung erhaltene Abfallform eine homogene Kristallform sein kann. Eine durchschnittliche Partikelgröße (Partikeldurchmesser) des Glases mit niedrigem Schmelzpunkt und eine durchschnittliche Partikelgröße (Partikeldurchmesser) der zu behandelnden Mischung werden vorzugsweise auf einem ähnlichen Niveau durchgeführt, z.B. kann die durchschnittliche Partikelgröße des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt das 0,8- bis 1,2-fache der durchschnittlichen Partikelgröße der zu behandelnden Mischung betragen.
In der Zwischenzeit kann die Erwärmung der Mischung bei 500 bis 550°C durchgeführt werden. Wenn die Erwärmung der Mischung bei einer Temperatur von weniger als 500°C durchgeführt wird, kann ein Problem auftreten, bei dem die Schüttdichte der Abfallform deutlich verringert wird, so dass ein Problem auftreten kann, bei dem die Abfallform leicht zerbrochen werden kann. Wenn der Schritt des Erhitzens der Mischung bei einer Temperatur von mehr als 550°C durchgeführt wird, kann ein Verfestigungsprozess aufgrund der hohen Temperatur nicht einfach sein, und es kann ein Problem auftreten, bei dem eine Hilfsvorrichtung erforderlich ist, da Gas durch die Umwandlung des Metallhydroxids in eine Oxidform entsteht.
Das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt der vorliegenden Offenbarung umfasst Bi₂O₃, B₂O₃, ZnO und SiO₂ Im Einzelnen kann das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt werden, einschließlich folgender Schritte: Mischen von Bi₂O₃-, B₂O₃-, ZnO- und SiO₂-Pulverteilchen; Schmelzen der gemischten Pulverteilchen; Kühlen des geschmolzenen Materials; und Trocknen und Pulverisieren des gekühlten Materials.
In diesem Fall besteht ein Schritt des Mischens des Bi₂O₃-, B₂O₃-, ZnO- und SiO₂-Pulvers darin, jedes Pulver in einem bestimmten Verhältnis zu mischen, und der Schritt kann beispielsweise durch Mischen von 32 bis 38 Mol-% Bi₂O₃, 25 bis 30 Mol-% B₂O₃, 29 bis 35 Mol-% ZnO und 5 bis 7 Mol-% SiO₂, bezogen auf die Gesamtzahl der Mole des Pulvers, durchgeführt werden. Wenn das Glaspulver aus dem im Molverhältnis wie oben beschrieben gemischten Pulver hergestellt wird, ist es möglich, ein Glaspulver mit einem Schmelzpunkt von 440 bis 460°C herzustellen. In diesem Fall kann die homogene Mischung jedes Pulvers mit Hilfe eines Pulverrührers eines geeigneten Typs entsprechend der Mischmenge durchgeführt werden. Wenn Hunderte von Gramm Pulver gemischt werden, kann das Mischen durch Achatinduktion oder durch Schütteln in einem luftdichten Behälter erfolgen; in diesem Fall wird das Mischen vorzugsweise mindestens 10 Minuten lang durchgeführt, ist aber nicht darauf beschränkt.
Wie oben beschrieben, ist es vorzuziehen, das mit Bi₂O₃-, B₂O₃-, ZnO- und SiO₂-Pulver gemischte Pulver bei einer Temperatur von 880 bis 950 für 1 bis 2 Stunden wärmezubehandeln, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus wird während der Wärmebehandlung die Temperatur auf etwa 5 bis 10°C pro Minute erhöht, und während der Wärmebehandlung wird das Innere des Wärmebehandlungsbehälters nicht durch eine Atmosphäre beeinflusst. Wenn es um die Leichtigkeit der Wärmebehandlung geht, ist es vorzuziehen, die Wärmebehandlung in einer Luftatmosphäre durchzuführen, ist aber nicht darauf beschränkt, und die Wärmebehandlung kann in einer hochkonzentrierten Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden. Wenn jedoch ein Inertgas wie Argon, Stickstoff oder ähnliches verwendet wird, werden die Kosten für den Gaseinsatz und die Luftdichtheit zusammen betrachtet, was Nachteile in Bezug auf die Herstellungskosten der Vorrichtung und die Materialkosten verursachen kann.
Darüber hinaus muss, wie vorstehend beschrieben, ein geschmolzenes Material des durch die Wärmebehandlung erzeugten Pulvers schnell abgekühlt werden, um eine Glasstruktur mit niedrigem Schmelzpunkt zu erhalten, wofür es am effektivsten ist, das geschmolzene Material in Wasser zu kühlen. Zu diesem Zweck kann das geschmolzene Material schnell abgekühlt werden, indem es in destilliertes Wasser gegossen wird, und es kann ein abgekühltes Produkt mit einer Glasstruktur, wie in 2 dargestellt, erhalten werden.
Je nach der Menge, die zu pulverisieren ist, um das durch den Kühlprozess gewonnene Kühlmittel der Glasstruktur in eine Pulverform zu bringen, ist es möglich, das Kühlmittel mit verschiedenen Pulverisierern zu pulverisieren. Zum Beispiel kann die Pulverisierung so durchgeführt werden, dass die durchschnittliche Partikelgröße des niedrigschmelzenden Glaspulvers 180 bis 220 mesh beträgt. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt signifikant klein ist, kann ein Problem auftreten, das gut gestreut und schwierig zu handhaben ist, und wenn dessen durchschnittliche Partikelgröße signifikant groß ist, läuft eine Verfestigungsreaktion zwischen dem Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt und dem Pulver, das das Hydroxid des Radionuklids und BaSO₄ enthält, nicht effektiv ab, was zu dem Problem führt, dass die Festigkeit und Homogenität der vorbereiteten Abfallform gering wird und die Schüttdichte der Abfallform signifikant reduziert wird.
Nachfolgend wird die vorliegende Offenbarung anhand konkreter Beispiele ausführlicher beschrieben. Die folgenden Beispiele dienen lediglich dem besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung, aber der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
Beispiel
Herstellung von Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt
Bi₂O₃-, B₂O₃-, ZnO- und SiO₂-Pulverpartikel wurden in 35mol%, 27mol%, 32mol% bzw. 6mol%, bezogen auf das Gesamtpulver, gemischt, auf 900°C erhitzt und geschmolzen und dann durch destilliertes Wasser abgekühlt.
Darüber hinaus wurde das wassergekühlte Pulver getrocknet und dann auf eine Partikelgröße von 200 mesh pulverisiert, um ein Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt herzustellen.
Eine Abbildung des präparierten Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt wurde in 1B dargestellt, und eine XRD-Analyse wurde durchgeführt, um zu bestätigen, ob das Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt eine Glasstruktur hat oder nicht, und die Ergebnisse wurden in 2 dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, konnte bestätigt werden, dass das mit den oben genannten Verfahren hergestellte Pulver eine Glasstruktur aufweist.
Außerdem wurde das Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt erhitzt, um einen Schmelzpunkt des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt zu bestätigen. Infolgedessen konnte, wie in 3 dargestellt, bestätigt werden, dass das Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt bei einer Temperatur von 450°C geschmolzen wurde.
Gewinnung eines zu behandelnden Gemisches, das Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält
Ein Pulver aus einer zu behandelnden Mischung, die ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält, wird durch ein HyBRID-Dekontaminationsverfahren gewonnen. Insbesondere beim HyBRID-Dekontaminationsverfahren wird eine Dekontaminierungsabfalllösung erzeugt, die Metallionen, Sulfationen, einschließlich Radionukliden, und Hydrazin enthält, und als Dekontaminierungsabfalllösung wurden Fällungsreaktionen unter Verwendung eines Hydroxids wie Ba(OH)₂ und eine Zersetzungsreaktion von Hydrazin unter Verwendung von H₂O₂ durchgeführt. Und dann werden die erzeugten Niederschläge durch Fest-Flüssig-Trennung und dergleichen getrennt. Daher wird das Pulver einer zu behandelnden Mischung, die ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält, aus einem Ergebnis des Verfahrens zur Behandlung der Dekontaminierungsabfalllösung gewonnen.
In diesem Fall ist in den Abfällen BaSO₄ in einer Menge von 95 Gew.-% enthalten, in einem Rest davon ist ein Pulver enthalten, das ein Hydroxid eines radioaktiven Scheinkerns enthält, wobei der radioaktive Scheinkern ein Radioisotop aus Chrom-, Kobalt-, Eisen-, Nickelmetall enthält. In diesem Fall betrug die Partikelgröße des Pulvers etwa 200 mesh.
Herstellung einer Pulvermischung, die ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ und Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt enthält
Das in (1) zubereitete Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt und das in (2) erhaltene Pulver wurden in einem Gewichtsverhältnis von 8,5: 1,5 in einen Powermixer gefüllt und zu einer homogenen Mischung vermischt.
5 g der gemischten Mischung wurden in einen zylindrischen Behälter gepresst, der Behälter wurde in einen Heizofen gefüllt und dann 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 500°C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.
Die Abfallform wurde aus dem gekühlten Behälter gewonnen. 4 zeigt eine Abbildung einer Abfallform. Die Abfallform ist eine bei 500°C hergestellte Abfallform, die bei einer Temperatur unter 500°C keine thermische Veränderung aufweist und eine thermisch relativ stabile Abfallform ist.
Analyse der vorstehend in (3) erhaltenen Abfallform
[Messung der Schüttdichte der Abfallform]
Die Schüttdichte der Abfallform wurde nach dem archimedischen Prinzip gemessen.
Als Ergebnis wurde die Schüttdichte der Abfallform auf einem Niveau von 5,35 g/cm³ gemessen, und somit wurde bestätigt, dass ein Verfestigungsverfahren der vorliegenden Offenbarung eine Abfallform mit ausgezeichneter Dichte liefern kann.
[Messen, ob die Abfallform homogen ist]
Um die strukturellen Eigenschaften der Materialien, aus denen die Abfallform besteht, zu analysieren, wurde die Abfallform pulverisiert und eine XRD-Analyse durchgeführt. Als Ergebnis konnte, wie in 5 dargestellt, bestätigt werden, dass BaSO₄ und Hauptbestandteile des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt in einer Kristallform koexistieren.
Darüber hinaus wurde die Verteilung der Hauptbestandteile in der Abfallform, die nach dem vorstehenden Verfahren hergestellt wird, mittels SEM-Mapping gemessen, deren Ergebnisse in 6 dargestellt sind, und wie in 6 dargestellt, konnte bestätigt werden, dass die Hauptbestandteile in der Abfallform ohne Phasentrennung homogen verteilt waren, wie in 6 dargestellt.
Wie vorstehend dargelegt, kann nach der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren bereitgestellt werden, mit der ein radionuklidhaltiger Abfall, der in einem HyBRID-Dekontaminierungsverfahren anfällt, unter Verwendung eines Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt bei einer relativ niedrigen Temperatur (550°C oder niedriger) in eine hochdichte und homogene Abfallform gebracht werden kann. Im Vergleich zum Verfestigungsverfahren unter Verwendung eines Geopolmers, das derzeit untersucht wird, ist die Schüttdichte des Verfestigungsergebnisses (Abfallform) 2, 6- bis 3,5-mal höher, wodurch das Volumen einer Abfallerzeugungsmenge für eine Endlagerung auf ein Niveau von 35 bis 50% reduziert wird. Unter Berücksichtigung einer Abfallbeladungsrate ist die thermische Stabilität der Abfallform, die durch Verfestigung eines Co-60-haltigen Abfalls, bei dem es sich um ein hoch hitzebeständiges Nuklid handelt, hergestellt wird, relativ hoch. Die vorliegende Offenbarung ist sehr einfach, und sie kostet weniger, so dass die Prozesseffizienz erheblich verbessert werden kann.
Darüber hinaus kann nach der vorliegenden Offenbarung unter Tieftemperaturbedingungen eine homogene kristalline Abfallform mit hoher Dichte erzeugt werden, und sie gilt für Abfälle aus dem Betrieb von Nuklearanlagen und der Stilllegung von Kernkraftwerken sowie für Abfälle aus einem Dekontaminierungsprozess. Aus diesem Grund wird erwartet, dass die vorliegende Offenbarung für die Verfestigung von Abfällen, die Radionukliden enthalten, in hohem Maße genutzt wird.
Während die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass Änderungen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Verfestigung eines Radionuklids, umfassend die Schritte von: Bereitstellen eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt, das Bi₂O₃, B₂O₃, ZnO und SiO₂ enthält; Bereitstellen einer Glasmischung durch Mischen einer zu behandelnden Mischung, die ein Hydroxid eines Radionuklids und BaSO₄ enthält, und des Glases mit niedrigem Schmelzpunkt; und Erwärmen der Glasmischung.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 1, wobei das Radionuklid mindestens ein Radionuklid umfasst, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Radioisotopen von Chrom-, Kobalt-, Eisen- und Nickelmetallen.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 1, wobei das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt einen Schmelzpunkt von 440 bis 460°C aufweist.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 1, wobei die zu behandelnde Mischung ein Abfall des HyBRID-Dekontaminationsverfahrens ist.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 1, wobei die zu behandelnde Mischung BaSO₄ in einer Menge von 90 bis 97 Gew. -% enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht der zu behandelnden Mischung.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 1, wobei das zu behandelnde Gemisch in einer Menge von 15 bis 20 Gew.-% in dem Glasgemisch enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht des Glasgemisches.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 1, wobei die zu behandelnde Mischung und das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt jeweils als Pulver bereitgestellt werden.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 7, wobei das Pulver des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt ein Pulver mit einer Teilchengröße ist, die das 0,8- bis 1,2-fache einer durchschnittlichen Teilchengröße des Pulvers der zu behandelnden Mischung beträgt.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Erwärmens der Glasmischung bei 500 bis 550°C durchgeführt wird.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 1, wobei das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt erhalten wird durch Einschließen der folgenden Schritte: Mischen von Bi₂O₃-, B₂O₃-, ZnO- und SiO₂-Pulverteilchen; Schmelzen des gemischten Pulvers; Kühlen des geschmolzenen Materials; und Trocknen des gekühlten Materials.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 10, wobei der Schritt des Mischens von Bi₂O₃-, B₂O₃-, ZnO- und SiO₂-Pulverteilchen durch Mischen von 32 bis 38 Mol-% Bi₂O₃, 25 bis 30 Mol-% B₂O₃, 29 bis 35 Mol-% ZnO und 5 bis 7 Mol-% SiO₂, bezogen auf die Gesamtzahl der Mole des Pulvers, durchgeführt wird.
Verfahren zur Verfestigung des Radionuklids gemäß Anspruch 10, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Pulverisieren, so dass die durchschnittliche Teilchengröße des Glaspulvers mit niedrigem Schmelzpunkt 180 bis 220 mesh beträgt.