DE102021107592B3 - Plant and process for separating boric acid crystals from a boric acid-water mixture - Google Patents

Plant and process for separating boric acid crystals from a boric acid-water mixture Download PDF

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Abstract

Es werden eine Anlage und ein Verfahren zum Abscheiden und Aufbereiten von Borsäure aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch vorgeschlagen. Die Erfindung ist sehr effektiv, erfordert keine Hilfsstoffe und erzeugt keine Sekundärabfälle. Außerdem ist sie gut automatisierbar und ungefährlich zu betreiben.A system and a method for separating and treating boric acid from a boric acid-water mixture are proposed. The invention is very effective, requires no auxiliary materials and generates no secondary waste. It is also easy to automate and safe to operate.

Description

In Druckwasserreaktoren wird u. a. ein Gemisch aus Borsäure und Wasser als Neutronenabsorber zur Regelung der Kettenreaktion verwandt. Wenn der Druckwasserreaktor außer Betrieb genommen wird, muss die in ihm enthaltene Borsäure bzw. das Borsäure-Wasser-Gemisch entsorgt werden. In der Vergangenheit war es möglich, die radiologisch unbelastete Borsäure stark verdünnt in ein Gewässer abzugeben und sich dadurch der Borsäurelösung zu entledigen. Aus Gründen des Umweltschutzes ist diese Option heutzutage nicht mehr gewünscht bzw. nicht mehr genehmigungsfähig.In pressurized water reactors, e.g. a mixture of boric acid and water is used as a neutron absorber to regulate the chain reaction. When the pressurized water reactor is taken out of operation, the boric acid or boric acid-water mixture it contains must be disposed of. In the past, it was possible to discharge the radiologically uncontaminated boric acid into a body of water in a highly diluted form, thus getting rid of the boric acid solution. For reasons of environmental protection, this option is no longer desired or can no longer be approved.

Aus der DE 25 20 850 A1 sind ein Verfahren und eine Anlage zur Beseitigung von flüssigen, radioaktiven Abfällen von Kernkraftwerken bekannt. Dabei werden die flüssigen Abfälle in einem Verdampfer konzentriert und das Konzentrat in einem Sammelbehälter gesammelt und unter Beimischung eines Verfestigungsmittels in Deponiebehälter eingefüllt.From the DE 25 20 850 A1 a method and a system for the disposal of liquid, radioactive waste from nuclear power plants are known. The liquid waste is concentrated in an evaporator and the concentrate is collected in a collection container and filled into landfill containers with the addition of a solidifying agent.

Aus der JP H11 - 267 661 A ist ein Verfahren zur effektiven und kostengünstigen Behandlung borhaltiger Abwässer bekannt. Dieses zweistufige Verfahren umfasst eine erste Stufe zum Verdampfen des zu behandelnden borhaltigen Abwassers, um es in eine konzentrierte Flüssigkeit und eine kondensierte Flüssigkeit zu trennen. In einer zweiten Stufe wird die kondensierte Flüssigkeit einer Ionenaustauschbehandlung unterzogen, um Bor zu entfernen. Die dabei gebildete Abfallflüssigkeit wird neutralisiert und dann mit dem oben erwähnten borhaltigen Abwasser gemischt.From the JP H11 - 267 661 A a method for the effective and cost-effective treatment of boron-containing waste water is known. This two-stage process includes a first stage of evaporating the boron-containing waste water to be treated to separate it into a concentrated liquid and a condensed liquid. In a second stage, the condensed liquid is subjected to an ion exchange treatment to remove boron. The resulting waste liquid is neutralized and then mixed with the above-mentioned waste water containing boron.

Daher stehen die mit dem Rückbau von Kernkraftwerken befassten Unternehmen vor der Aufgabe, das Borsäure-Wasser-Gemisch in Übereinstimmung mit den geltenden Gesetzen und Richtlinien umweltschonend, wirtschaftlich und sicher aufzubereiten bzw. für eine Deponierung oder Wiederverwendung vorzubereiten.Therefore, the companies involved in the dismantling of nuclear power plants are faced with the task of treating the boric acid-water mixture in accordance with the applicable laws and guidelines in an environmentally friendly, economical and safe manner or preparing it for landfill or reuse.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anlage zum Abscheiden von Borsäurekristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch umfassend mindestens einen Vakuumverdampfer zur Aufkonzentration des Borsäure-Wasser-Gemischs zu einer Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen und mindestens einem Separator zur Separation der Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen und einen Brecher.This object is achieved according to the invention by a system for separating boric acid crystals from a boric acid-water mixture comprising at least one vacuum evaporator for concentrating the boric acid-water mixture into a suspension of mother liquor and boric acid crystals and at least one separator for separating the suspension from mother liquor and boric acid crystals and a crusher.

Bei dieser Anlage werden in zwei nacheinander angeordneten Apparaten (Vakuumverdampfer und Separator) feste Borsäurekristalle aus dem Borsäure-Wasser-Gemisch abgetrennt. In einem ersten Schritt wird das Borsäure-Wasser-Gemisch aufkonzentriert, indem das Wasser in einem Vakuumverdampfer teilweise verdampft und abgezogen wird. Das dabei entstehende Kondensat ist in der Regel frei von Verunreinigungen und kann daher als Reinigungsflüssigkeit oder in anderer Weise unbedenklich weiterverwendet werden. Wenn kein Bedarf besteht, kann es auch in die Kanalisation geleitet werden.In this plant, solid boric acid crystals are separated from the boric acid-water mixture in two devices arranged one after the other (vacuum evaporator and separator). In a first step, the boric acid-water mixture is concentrated by partially evaporating the water in a vacuum evaporator and drawing it off. The resulting condensate is usually free of impurities and can therefore be used safely as a cleaning liquid or in another way. If there is no need, it can also be discharged into the sewer.

Durch das Verdampfen von Wasser nimmt die Konzentration der Borsäure in dem Borsäure-Wasser-Gemisch zu. Ab einer bestimmten Konzentration entstehen (feste) Borsäurekristalle, die zusammen mit der verbleibenden Flüssigkeit eine Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen bilden. Diese Suspension wird in einem nachgeschalteten Separator in die Mutterlösung und die Kristalle separiert. Das Borsäure-Wasser-Gemisch kann Verunreinigungen enthalten. Der Großteil dieser Verunreinigungen verbleibt in der Mutterlösung, so dass in den Borsäurekristallen nur wenig oder sogar keine nennenswerte Menge an Verunreinigung vorhanden ist. Die Verunreinigungen in der Mutterlösung werden radiologisch gemessen. Überschreitet der Aktivitätsgehalt der Verunreinigungen in der Mutterlösung einen festgelegten Grenzwert, wird die Lösung an das Kraftwerk zurückgegeben und über den betrieblichen Entsorgungsweg für radioaktive Abwässer entsorgt.The concentration of boric acid in the boric acid-water mixture increases as a result of the evaporation of water. Above a certain concentration, (solid) boric acid crystals form, which together with the remaining liquid form a suspension of mother liquor and boric acid crystals. This suspension is separated into the mother liquor and the crystals in a downstream separator. The boric acid-water mixture can contain impurities. Most of these impurities remain in the mother liquor, so there is little or no appreciable amount of impurity present in the boric acid crystals. The impurities in the mother liquor are measured radiologically. If the activity content of the impurities in the mother solution exceeds a specified limit value, the solution is returned to the power plant and disposed of via the operational disposal route for radioactive waste water.

Obwohl die Borsäurekristalle noch eine Restfeuchtigkeit aufweisen, ist es schon ein Feststoff, der sich gut von der Mutterlösung trennen lässt. Das Ausgangsprodukt, ein Borsäure-Wasser-Gemisch, kann in eine mehr oder minder verunreinigte Mutterlösung und feste, gereinigte Borsäurekristalle getrennt werden.Although the boric acid crystals still have some residual moisture, it is already a solid that can be easily separated from the mother liquor. The starting product, a mixture of boric acid and water, can be separated into a more or less contaminated mother solution and solid, purified boric acid crystals.

Dabei entstehen keine Sekundärabfälle und es werden keine Zusatzstoffe benötigt, um die gewünschte Abscheidung der Borsäurekristalle zu erreichen. Die Mutterlösung kann in einen Vakuumverdampfer zurückgeführt werden.There is no secondary waste and no additives are required to achieve the desired separation of the boric acid crystals. The mother liquor can be returned to a vacuum evaporator.

Der Bildung von Agglomeraten und Anlagerungen von Borsäurekristallen an der Innenwand des Verdampfers kann durch eine geeignete Prozessführung entgegengewirkt werden.The formation of agglomerates and deposits of boric acid crystals on the inner wall of the evaporator can be counteracted by appropriate process control.

In dem Verdampfer ist bevorzugt ein Rührwerk vorhanden, das für eine gute Durchmischung während der Verdampfung sorgt. Trotz dieser Durchmischung entstehen die oben genannten Agglomerate und Anlagerungen, deren Dicke und Volumen während des Verdampfungsprozesses zunimmt. Der Verdampfungsprozess wird rechtzeitig beendet, d. h. bevor die Dicke der Anlagerungen zu groß wird, und das Gemisch aus konzentrierter Mutterlösung und Borsäurekristallen wird aus dem Verdampfer abgeführt.An agitator is preferably present in the evaporator, which ensures thorough mixing during the evaporation. Despite this mixing, the agglomerates and accumulations mentioned above are formed, the thickness and volume of which increases during the evaporation process. The evaporation process is terminated in time, i. H. before the thickness of the deposits becomes too large, and the mixture of concentrated mother liquor and boric acid crystals is discharged from the evaporator.

Anschließend wird der Verdampfer wieder mit „frischem“ Borsäure-Wasser-Gemisch mit einer niedrigeren Konzentration an Borsäure gefüllt. Dieses Borsäure-Wasser-Gemisch löst die bei dem vorangegangenen Verdampfungsprozess entstandenen Ablagerungen von den Innenwänden.The evaporator is then filled again with "fresh" boric acid-water mixture with a lower concentration of boric acid. This mixture of boric acid and water dissolves the deposits that have formed during the previous evaporation process from the inner walls.

Dadurch wird erreicht, dass die sich bildenden Borsäurekristalle nicht an der Innenwand des Vakuumverdampfers und dem optionalen Rührwerk anlagern und die Innenflächen des Vakuumverdampfers nicht mit einer zu dicken Schicht aus Borsäurekristallen überzogen werden. Beides ist unerwünscht, weil es die Effektivität des Verdampfers reduziert und die Agglomerate zu Verstopfungen, sowie einem Zusetzen der im Verdampfer installierten Messtechnik (Füllstandsgrenzschalter, Temperatursensoren, ...) führen können.This ensures that the boric acid crystals that form do not accumulate on the inner wall of the vacuum evaporator and the optional stirrer, and the inner surfaces of the vacuum evaporator are not covered with too thick a layer of boric acid crystals. Both are undesirable because they reduce the effectiveness of the evaporator and the agglomerates can lead to blockages and clogging of the measuring technology installed in the evaporator (level limit switch, temperature sensors, ...).

Der Vakuumverdampfer wird bevorzugt so gesteuert, dass die Verdampfung von Wasser in zwei Stufen erfolgt. In einem ersten Schritt wird die Borsäurelösung auf 60 bis 150° unter Vakuum (50 bis 500 mbar) aufgeheizt und von dem Rührwerk durchmischt. Das verdampfende Wasser bzw. der Wasserdampf werden kontinuierlich abgezogen und die Borsäurelösung auf beispielsweise 5 bis 25 Gewichts-Prozent (Ma-%) aufkonzentriert. Das dabei entstehende Kondensat wird abgeführt oder kann für Reinigungszwecke innerhalb des Prozesses wiederverwendet werden. Entsprechend der Menge des abgezogenen Wasserdampfs wird dem Verdampfungsprozess neues unbehandeltes Borsäure-Wasser-Gemisch zugeführt.The vacuum evaporator is preferably controlled in such a way that the evaporation of water takes place in two stages. In a first step, the boric acid solution is heated to 60 to 150° under vacuum (50 to 500 mbar) and mixed by the stirrer. The evaporating water or water vapor is continuously drawn off and the boric acid solution is concentrated to, for example, 5 to 25 percent by weight (% by weight). The resulting condensate is discharged or can be reused for cleaning purposes within the process. New, untreated boric acid-water mixture is added to the evaporation process according to the amount of water vapor extracted.

Sobald die gewünschte Konzentration der Borsäure in dem konzentrierten Borsäure-Wasser-Gemisch erreicht wurde, wird die Temperatur in dem Vakuumverdampfer reduziert, beispielsweise auf Temperaturen unterhalb von 50°C. Mit der niedrigeren Temperatur sinkt auch die Sättigungsgrenze für die Borsäurekristalle, so dass durch die Abkühlung des konzentrierten Borsäure-Wasser-Gemischs weitere Borsäurekristalle entstehen und gebildet werden.As soon as the desired concentration of boric acid in the concentrated boric acid/water mixture has been reached, the temperature in the vacuum evaporator is reduced, for example to temperatures below 50°C. The lower the temperature, the lower the saturation point for the boric acid crystals, so that further boric acid crystals are produced and formed as a result of the cooling of the concentrated boric acid/water mixture.

Am Ende dieses bevorzugt zweistufigen Verdampfungsprozesses bildet sich eine Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen.At the end of this preferably two-stage evaporation process, a suspension of mother liquor and boric acid crystals is formed.

Diese Suspension wird in einem Separator in eine flüssige Phase (Mutterlösung) und eine feste Phase (Borsäurekristalle) getrennt. Der Wasseranteil in den Borsäurekristallen, beträgt in der Regel zwischen 5 und 50 Gewichts-Prozent (Ma%).This suspension is separated in a separator into a liquid phase (mother solution) and a solid phase (boric acid crystals). The proportion of water in the boric acid crystals is usually between 5 and 50 percent by weight (ma%).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese Separation durch eine Zentrifuge bzw. einen Dekanter erfolgt. Am Ausgang des Separators sind die Borsäurekristalle von der Mutterlösung getrennt und können in einem (Nach-)Trockner weiter getrocknet werden. Die Borsäurekristalle am Ausgang des Separators haben eine Restfeuchte (Wasseranteil in der Feststoffphase) zwischen 5 und 50 Gewichts-Prozent (Ma%).It has proven to be advantageous if this separation takes place using a centrifuge or a decanter. At the outlet of the separator, the boric acid crystals are separated from the mother liquor and can be further dried in a (after) dryer. The boric acid crystals at the separator outlet have a residual moisture content (water content in the solid phase) of between 5 and 50 percent by weight (ma%).

Die feste Phase (Borsäurekristalle) fällt bevorzugt aufgrund der Schwerkraft in den Trockner.The solid phase (boric acid crystals) preferentially falls into the dryer due to gravity.

Der (Nach-)Trockner wird zwischen vier und zehn Mal mit der festen Phase aus einem Separator beschickt. Ein Fassungsvermögen des Trockners zwischen 100 kg und 300 kg ist in vielem Fällen geeignet. Die Trocknung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen zwischen 35 und 90°C und leichtem Unterdruck (zwischen 600 und 980 mbar) bis eine Restfeuchte von. 1 % bis 10 % erreicht ist. Danach kann die pneumatische und optional durch die Schwerkraft unterstützte Abfüllung der Borsäure über einen optionalen Knollenbrecher mit nachgelagerter Abfüllanlage in einen Standard-Behälter oder auf andere Weise erfolgen. Ein sehr gut geeigneter Standard-Behälter ist zum Beispiel ein 200-Liter-Fass.The (after) dryer is fed between four and ten times with the solid phase from a separator. A dryer capacity of between 100 kg and 300 kg is suitable in many cases. The drying is preferably carried out at temperatures between 35 and 90 ° C and slight vacuum (between 600 and 980 mbar) to a residual moisture content of. 1% to 10% is reached. The boric acid can then be filled pneumatically and optionally with the aid of gravity using an optional lump crusher with a downstream filling system in a standard container or in some other way. A very suitable standard container is, for example, a 200 liter barrel.

Die Mutterlösung kann in den Verdampfer zurückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Rückführleitung für die Mutterlösung zwischen dem mindestens einen Separator und mindestens einem Vakuumverdampfer vorgesehen.The mother liquor can be returned to the evaporator. For this purpose, in an advantageous embodiment of the invention, a return line for the mother liquor is provided between the at least one separator and at least one vacuum evaporator.

Bevor die Mutterlösung in den Vakuumverdampfer zurückgeführt wird, wird in der Regel die Dosisleistung der Mutterlösung ermittelt. Nur wenn der Aktivitätsgehalt unterhalb eines festgelegten Grenzwerts liegt, wird die Mutterlösung wieder in den Vakuumverdampfer zurückgeführt. Andernfalls wird die Mutterlösung über den betrieblichen Entsorgungsweg für radioaktive Abwässer entsorgt.Before the mother liquor is returned to the vacuum evaporator, the dose rate of the mother liquor is usually determined. The mother liquor is only returned to the vacuum evaporator if the activity content is below a specified limit value. Otherwise, the mother liquor is disposed of via the operational disposal route for radioactive waste water.

Die feuchten Borsäurekristalle mit einem Wasseranteil zwischen 5 und 50 Gewichts-Prozent werden in bevorzugter Ausgestaltung anschließend einem Trockner zugeführt. Dort werden die Borsäurekristalle chargenweise getrocknet. Dabei haben sich Temperaturen zwischen 35°C und 90°C als geeignet erwiesen. Um den Trocknungsprozess zu befördern, ist ein leichter Unterdruck in einem Bereich von 600 mbar bis 980 mbar vorteilhaft.In a preferred embodiment, the wet boric acid crystals with a water content of between 5 and 50 percent by weight are then fed to a dryer. There, the boric acid crystals are dried in batches. Temperatures between 35°C and 90°C have proven to be suitable. In order to promote the drying process, a slight negative pressure in a range from 600 mbar to 980 mbar is advantageous.

In den nunmehr endgetrockneten Borsäurekristallen können Verklumpungen entstehen. Um die Handhabung der Borsäurekristalle zu vereinfachen, werden sie in einem Brecher, bevorzugt einem Knollenbrecher, homogenisiert. Dadurch werden der Transport der getrockneten Borsäurekristalle zu einer Abfüllstation und deren Abfüllen in Fässer oder andere Behälter vereinfacht. Dieser Transport kann beispielsweise pneumatisch erfolgen.Clumps can form in the now fully dried boric acid crystals. In order to simplify the handling of the boric acid crystals, they are homogenized in a crusher, preferably a lump crusher. This simplifies the transport of the dried boric acid crystals to a filling station and their filling into drums or other containers. This transport can take place pneumatically, for example.

In der Abfüllstation werden die getrockneten Borsäurekristalle in geeignete Behälter abgefüllt und diese dann verschlossen. Es hat sich als praktisch erwiesen, wenn die Borsäurekristalle in standarisierte Stahlfässer (mit einem Fassungsvermögen von zum Beispiel 2001) abgefüllt werden. Die gefüllten Fässer werden anschließend verschlossen und können gelagert werden. Die getrockneten Borsäurekristalle können, abhängig von der Beschaffenheit des Borsäure-Wasser-Gemisches noch radiologisch verunreinigt sein. Gemäß Strahlenschutzverordnung (StrlschV) ist eine uneingeschränkte Freigabe für feste und flüssige Stoffe nach Spalte 3 oder eine spezifische Freigabe für festen Stoff bis zu 100 Mg/a nach Spalte 8 zur Beseitigung/Lagerung auf einer Deponie vorstellbar. Es ist aber auch eine uneingeschränkte Wiederverwertung der getrockneten Borsäurekristalle oder eine Verwendung in anderen kerntechnischen Anlagen möglich.In the filling station, the dried boric acid crystals are filled into suitable containers and these are then sealed. It has proven to be practical if the boric acid crystals are filled into standardized steel drums (with a capacity of, for example, 2001). The filled barrels are then sealed and can be stored. Depending on the nature of the boric acid-water mixture, the dried boric acid crystals may still be radiologically contaminated. According to the Radiation Protection Ordinance (StrlschV), an unrestricted release for solid and liquid substances according to Column 3 or a specific release for solid substances up to 100 Mg/a according to Column 8 for disposal/storage on a landfill is conceivable. However, it is also possible to recycle the dried boric acid crystals without restrictions or to use them in other nuclear facilities.

Um die Radioaktivität der in der erfindungsgemäßen Anlage und/oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeschiedenen Borsäurekristalle weiter zu verringern, ist in vorteilhafter Weiterbildung vorgesehen, nachdem die eigentliche Verdampfung durchgeführt wurde, die erhaltenen Borsäurekristalle noch einmal aus deionisiertem Wasser umzukristallisieren und zwar in der vier- bis zwanzigfachen Leichtwassermenge bei Temperaturen zwischen 20 und 80 °C. Alternativ kann nach Abschluss der Vakuumverdampfung einmal oder bevorzugt in mehreren Schritten deionisiertes Wasser in den Vakuumverdampfer gegeben werden, wobei für einen einzigen Schritt die sechsfache Menge deionisierten leichten Wassers geeignet ist, bezogen auf die Menge der im Vakuumverdampfer befindlichen Menge an Borsäurekristallen, die nach Auflösung der Borsäure bei 70 °C wieder durch erneute Verdampfung abgezogen wird. Alternativ können auch mehrfach geringere Mengen an leichten deionisierten Wassers zugegeben werden jeweils gefolgt von der Verdampfung der zugegebenen Menge deionisierten Wassers bei 70 °C, wobei der mehrfach durchgeführte Gesamtschritt „Wasserzugabe und Vakuumverdampfung“ vorzugsweise vier- bis zehnmal wiederholt wird.In order to further reduce the radioactivity of the boric acid crystals separated in the system according to the invention and/or according to the method according to the invention, an advantageous development provides for the boric acid crystals obtained to be recrystallized again from deionized water after the actual evaporation has been carried out, namely in the four to twenty times the amount of light water at temperatures between 20 and 80 °C. Alternatively, after the vacuum evaporation has been completed, deionized water can be added to the vacuum evaporator once or preferably in several steps, with six times the amount of deionized light water being suitable for a single step, based on the amount of boric acid crystals in the vacuum evaporator, which after dissolving the Boric acid is removed again at 70 ° C by renewed evaporation. Alternatively, smaller amounts of light deionized water can also be added several times, each followed by evaporation of the added amount of deionized water at 70° C., with the overall step of “water addition and vacuum evaporation” being repeated preferably four to ten times.

Durch die erfindungsmäße Zugabe deionisierten leichten Wassers kann die Tritiumaktivität der Borsäure durch Verschiebung des bestimmenden Verteilungsgleichgewichts gesenkt werden. Anders ausgedrückt: Nach Umkristallisation der Borsäure aus deionisiertem Wasser oder alternativ nach Zugabe mehrerer geringerer Mengen deionisierten Wassers in den Vakuumverdampfer jeweils gefolgt von Vakuumverdampfung der zugegebenen Leichtwassermengen ist die Tritiumaktivität der Borsäurekristalle geringer als zu Beginn, so dass die Radioaktivität der Borsäurekristalle verringert wird. Im Idealfall kann die Radioaktivität der Borsäurekristalle so weit abgesenkt werden, dass die Borsäurekristalle auf einer gewöhnlichen Deponie gelagert werden dürfen, oder dass bei Erreichung einer Radioaktivität, die geringer ist als der durch den Grenzwert bestimmten Wert, der eine uneingeschränkten Freigabe erlaubt, die kristallisierte Borsäure auch weiteren Verwendungen zugeführt werden kann.By adding deionized light water according to the invention, the tritium activity of the boric acid can be reduced by shifting the determining distribution equilibrium. In other words: After recrystallization of the boric acid from deionized water or alternatively after adding several smaller amounts of deionized water to the vacuum evaporator, each followed by vacuum evaporation of the added amounts of light water, the tritium activity of the boric acid crystals is lower than at the beginning, so that the radioactivity of the boric acid crystals is reduced. Ideally, the radioactivity of the boric acid crystals can be reduced to such an extent that the boric acid crystals can be stored in an ordinary landfill, or that if the radioactivity is lower than the value determined by the limit value that allows unrestricted release, the crystallized boric acid can be released can also be used for other purposes.

Die Zugabe von deionisiertem leichten Wasser kann mit Hilfe einer Leitung und einem Wegeventil, bevorzugt einem 2/2-Wegeventil, erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zugabe des deionisierten leichten Wassers manuell vorzunehmen, indem der Vakuumverdampfer geöffnet und die gewünschte Menge von deionisiertem leichten Wasser in den Vakuumverdampfer geschüttet wird.The addition of deionized light water can be done using a line and a directional valve, preferably a 2/2-way valve. Of course, it is also possible to manually add the deionized light water by opening the vacuum evaporator and pouring the desired amount of deionized light water into the vacuum evaporator.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch das Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch 10.The object mentioned at the outset is also achieved by the method according to independent claim 10.

Die Verfahrensansprüche 10 ff. umfassen die Verfahrensschritte, welche in der Anlage gemäß der Vorrichtungs-Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt werden. Daher sind die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch gleichzeitig die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage.Method claims 10 et seq. include the method steps which are carried out in the system according to device claims 1 to 9. The advantages of the method according to the invention are therefore also the advantages of the system according to the invention at the same time.

Ausgehend von einem Borsäure-Wasser-Gemisch wird ein Teil des Wassers durch Vakuum-Verdampfen abgezogen und dadurch die Konzentration der Borsäure erhöht (Verdampfungs-Kristallisation). Anschließend erfolgt eine weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen der Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen auf eine Temperatur von weniger als 50°C und mindestens 10°C. Durch die Abkühlung der Suspension sinkt die Sättigungsgrenze und infolgedessen werden weitere Borsäurekristalle gebildet (Kühlungskristallisation).Starting from a boric acid-water mixture, part of the water is removed by vacuum evaporation, thereby increasing the concentration of the boric acid (evaporation crystallization). A further crystallization of boric acid then takes place by cooling the suspension of mother liquor and boric acid crystals to a temperature of less than 50°C and at least 10°C. As the suspension cools, the saturation point falls and as a result more boric acid crystals are formed (cooling crystallization).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verdampfungskristallisation bei einem Druck von 50 mbar bis etwa 500 mbar und bei Temperaturen von 60°C bis 150°C erfolgt. Dadurch werden die Entstehung von Aufpanzerungen an der Innenwand des Verdampfers und die Bildung von Agglomeraten von Borsäurekristallen auf einfache und wirkungsvolle Weise unterdrückt. Die Dauer der Verdampfungs-Kristallisation beträgt, abhängig von den o. g. Parametern und der Größe des Verdampfers zwischen 7 und 13 Stunden.It has proven advantageous if the evaporative crystallization takes place at a pressure of 50 mbar to about 500 mbar and at temperatures of 60.degree. C. to 150.degree. This suppresses the formation of hardfacing on the inner wall of the evaporator and the formation of agglomerates of boric acid crystals in a simple and effective manner. The duration of the evaporation crystallization is, depending on the above parameters and the size of the vaporizer between 7 and 13 hours.

Die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen der Suspension erfolgt bevorzugt innerhalb des gleichen Druckbereichs und über eine Dauer von 0,5 bis 3 Stunden.The further crystallization of boric acid by cooling the suspension preferably takes place within the same pressure range and over a period of 0.5 to 3 hours.

Bei der oben beschriebenen Verdampfungskristallisation bilden sich nach einer gewissen Zeit Borsäure-Agglomerate, welche die Vakuumverdampfer durch Anhaftung an den Innenwänden zusetzen (Aufpanzerungen). Diese Aufpanzerungen entstehen, da die Borsäurekonzentration bei der Verdampfung immer weiter ansteigt. Durch die Aufpanzerungen können Borsäure-Agglomerate entstehen, die ggf. den Vakuumverdampfer, sowie ein Zusetzen der Messtechnik (Füllstandgrenzschalter, Temperatursensoren, ...) bewirken, die Rohr- und Schlauchleitungen verstopfen und zum Abbruch des automatischen Prozesses führen. Die Ausfällung von Borsäure verstärkt sich nochmals bei der Kühlungskristallisation.In the evaporative crystallization described above, boric acid agglomerates form after a certain time, which the vacuum process clog the steamer by sticking to the inner walls (armouring). This hardfacing occurs because the concentration of boric acid continues to rise during evaporation. Boric acid agglomerates can form as a result of the plating, which may cause the vacuum evaporator and clogging of the measuring technology (level limit switch, temperature sensors, ...), clog the pipes and hoses and lead to the automatic process being aborted. The precipitation of boric acid increases again during cooling crystallization.

Zu große Borsäure-Agglomerate können nicht aus dem Vakuumverdampfer und zum Separator gefördert werden. Außerdem ist der Separator auf die Behandlung bzw. Trennung der flüssigen und festen Phase der Borsäuresuspension ausgelegt.Boric acid agglomerates that are too large cannot be conveyed out of the vacuum evaporator and to the separator. In addition, the separator is designed for the treatment or separation of the liquid and solid phases of the boric acid suspension.

Durch die oben genannten Parameter (Temperatur, Druck und/oder Zeit) kann ein Anhaften der sich bildenden (feuchten) Borsäurekristalle an der Innenwand des Vakuumverdampfers und den Heizeinrichtungen wirkungsvoll verhindert werden.The parameters mentioned above (temperature, pressure and/or time) can effectively prevent the forming (moist) boric acid crystals from adhering to the inner wall of the vacuum evaporator and the heating devices.

Anschließend wird die Suspension in eine feste Phase, nämlich Borsäurekristalle, und eine flüssige Phase (Mutterlösung) getrennt. Die Mutterlösung kann in der Regel in den Vakuumverdampfer zurückgeführt werden. Die Borsäurekristalle weisen noch eine gewisse Rechtfeuchtigkeit auf, die in einem nachgelagerten optionalen Trocknungs-Schritt weiter reduziert werden kann.The suspension is then separated into a solid phase, namely boric acid crystals, and a liquid phase (mother liquor). The mother liquor can usually be returned to the vacuum evaporator. The boric acid crystals still have a certain degree of moisture content, which can be further reduced in a downstream optional drying step.

Die Trennung der Suspension in Mutterlösung und eine feste Phase, nämlich den Borsäurekristallen, erfolgt bevorzugt durch Zentrifugieren. Dekanter haben sich als besonders geeignet erwiesen. Allerdings können auch andere Bauarten von Zentrifugen eingesetzt werden.The separation of the suspension into mother liquor and a solid phase, namely the boric acid crystals, is preferably carried out by centrifugation. Decanters have proven to be particularly suitable. However, other types of centrifuges can also be used.

Um das Verfahren möglichst effektiv und ohne dass Reststoffe anfallen durchführen zu können, wird die bei der Separation anfallende Mutterlösung wieder in den Vakuumverdampfer zurückgeführt, wenn ihre Dosisleistung unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt. Wenn die Dosisleistung oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, kann die Mutterlösung nicht wieder in den Vakuumverdampfer zurückgeführt werden, sondern muss gesondert entsorgt werden. Dies ist jedoch in der Regel nicht der Fall.In order to be able to carry out the process as effectively as possible and without leaving residues, the mother liquor produced during the separation is fed back into the vacuum evaporator if its dose rate is below a specified limit value. If the dose rate is above a specified limit value, the mother liquor cannot be returned to the vacuum evaporator and must be disposed of separately. However, this is usually not the case.

Das Endprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfüllt in der Regel die Kriterien zur uneingeschränkten radiologischen Freigabe oder zur spezifischen radiologischen Freigabe zur Entsorgung auf der Deponie.The end product of the method according to the invention usually meets the criteria for unrestricted radiological clearance or for specific radiological clearance for disposal in landfill.

Zur Trocknung der Borsäurekristalle haben sich Temperaturen zwischen 35°C und 90°C sowie Drücke in einem Bereich zwischen 600 mbar und 980 mbar als geeignet erwiesen. In der Regel ist die Trocknungsdauer mit 7 bis 14 Stunden anzusetzen. Dadurch wird die Neigung der Borsäurekristalle reduziert, sich an den Innenwänden des Trockners anzulagern und/oder große Klumpen zu bilden.Temperatures between 35° C. and 90° C. and pressures in a range between 600 mbar and 980 mbar have proven to be suitable for drying the boric acid crystals. As a rule, the drying time should be set at 7 to 14 hours. This reduces the tendency of boric acid crystals to build up on the inner walls of the dryer and/or form large clumps.

Die feste Phase der Borsäure fällt nach der Separation aufgrund der Schwerkraft in den Trockner. Im Rahmen von Versuchen kam es im Trockner zu einer starken AgglomeratBildung und zu Aufpanzerungen am Rührwerk nach der prozessbedingten Zuführung von Reinigungswasser in den Trockner. Grund für die Agglomerate und Aufpanzerungen sind physikalische Wechselwirkungen in einem Borsäure-Wasser-Gemisch bei einem Wasseranteil zwischen 5-25 Ma% auf atomarer Ebene, die dazu führen, dass die Mischung sehr klebrig ist.After separation, the solid phase of the boric acid falls into the dryer due to gravity. In the course of tests, severe agglomerate formation and hardfacing on the agitator occurred in the dryer after the process-related supply of cleaning water to the dryer. The reason for the agglomerates and hardfacing are physical interactions in a boric acid-water mixture with a water content of between 5-25 Ma% at the atomic level, which means that the mixture is very sticky.

Zwischen Dekanter und Nachtrockner ist ein im Wesentlichen vertikaler Fallschacht. In diesem Fallschacht ist möglichst weit unten eine steuerbare Klappe angeordnet.There is an essentially vertical chute between the decanter and the after-dryer. A controllable flap is arranged as far down as possible in this chute.

Die Borsäure fällt beim Dekantieren durch den Fallschacht (bei geöffneter Klappe) in den Trockner. Dabei ist es nicht zu vermeiden, dass Borsäureflocken an der Wand des Fallschachts hängen bleiben. Diese müssen in regelmäßigen Abständen entfernt werden.During decanting, the boric acid falls through the chute (with the flap open) into the dryer. It is unavoidable that boric acid flakes get stuck on the wall of the chute. These must be removed at regular intervals.

Hierzu wird die Klappe zwischen Dekanter und Trockner geschlossen und der oberhalb der Klappe befindliche Bereich des Fallschachts über eine (Spül-)Düse mit Wasser gespült. Das Spülwasser mit den Borsäureflocken sammelt sich auf der Klappe. Dort ist eine Spülwasserleitung, bevorzugt mit einem schaltbaren 2/2-Wegeventil, angeschlossen. Über die Spülwasserleitung wird das Spülwasser bei Bedarf von einer Pumpe in einen kleinen beheizbaren Behälter mit Rührwerk gefördert.To do this, the flap between the decanter and dryer is closed and the area of the chute above the flap is flushed with water via a (flushing) nozzle. The flushing water with the boric acid flakes collects on the flap. A flushing water line is connected there, preferably with a switchable 2/2-way valve. If required, the rinsing water is conveyed via the rinsing water line by a pump into a small, heatable container with an agitator.

Im nächsten Dekantierschritt, wird das in dem Behälter befindliche Spülwasser in einen Verdampfer gefördert und dadurch in den Prozess zurückgeführt.In the next decantation step, the rinsing water in the container is pumped into an evaporator and thereby fed back into the process.

Der Trockner umfasst bevorzugter Weise ein Rührwerk, um die Bildung von Agglomeraten und Aufpanzerungen/Anhaftungen an der Innenwand des Trockners zu verhindern.The dryer preferably includes an agitator to prevent the formation of agglomerates and hardfacing/adhesion to the inner wall of the dryer.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Rührwerk mit Polterringen ausgestattet wird. Sie tragen dazu bei, dass sich aufbauende Anhaftungen von Borsäurekristallen entfernt werden. Die Polterringe sind Ringe, meist aus Metall, welche auf der Welle des Rührwerks im Betrieb mitlaufen. Durch das Mitlaufen werden die Polterringe bewegt und schlagen Aufpanzerungen von Borsäurekristallen an der Welle des Rührwerks ab.It has proven to be particularly advantageous if the agitator is equipped with piling rings. They help to remove build-up of boric acid crystals. The rumble rings are rings, mostly made of metal, which run along on the shaft of the agitator during operation. By running along, the rumble rings are moved and knock off hardfacings of boric acid crystals on the shaft of the agitator.

Die getrockneten Borsäurekristalle werden anschließend in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung in einem Brecher, bevorzugt einem Knollenbrecher, zerkleinert und in einer Abfüllanlage abgefüllt. Dieses Abfüllen kann beispielsweise in am Markt verfügbaren 200-Liter-Fässern erfolgen, die in einer normalen Deponie gelagert werden können.In a further advantageous embodiment, the dried boric acid crystals are then crushed in a crusher, preferably a lump crusher, and filled in a bottling plant. This filling can be done, for example, in 200 liter drums that are available on the market and can be stored in a normal landfill.

Zur Verringerung der Radioaktivität der Borsäurekristalle am Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass der nach der Kristallisation von Borsäure durch Vakuumverdampfen entstandenen Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen deionisiertes leichtes Wasser zugegeben wird. Anschließend wird die Vakuumverdampfung fortgesetzt.To reduce the radioactivity of the boric acid crystals at the end of the process according to the invention, in an advantageous embodiment of the process it can be provided that deionized light water is added to the suspension of mother liquor and boric acid crystals formed by vacuum evaporation after the crystallization of boric acid. Then the vacuum evaporation is continued.

Dies bedeutet, dass nach dem ersten erfindungsgemäßen Verdampfungsschritt das deionisierte leichte Wasser zugegeben wird. Alternativ ist es auch möglich, nach dem zweiten Verdampfungsschritt, nämlich der weiteren Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen der Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen deionisiertes leichtes Wasser zugegeben wird.This means that after the first evaporation step according to the invention, the deionized light water is added. Alternatively, it is also possible to add deionized light water after the second evaporation step, namely the further crystallization of boric acid by cooling the suspension of mother liquor and boric acid crystals.

Anschließend wird dann die Vakuumverdampfung fortgesetzt. Es ist auch möglich, sowohl nach dem Vakuumverdampfen als auch nach der weiteren Kristallisation von Borsäure in zwei verschiedenen Schritten das deionisierte leichte Wasser zuzugeben.Subsequently, the vacuum evaporation is then continued. It is also possible to add the deionized light water in two different steps both after the vacuum evaporation and after the further crystallization of boric acid.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zugabe von deionisiertem leichten Wasser und die anschließende Verdampfung mehrfach durchgeführt werden. Es ist effektiver im Sinne einer Verschiebung der Tritiumaktivität der Borsäurekristalle, wenn nicht die gesamte Menge an deionisiertem leichtem Wasser auf einmal zugegeben wird, sondern wenn immer wieder in kleinen Mengen deionisiertes leichtes Wasser zugegeben und anschließend wieder verdampft wird.It is particularly preferred if the addition of deionized light water and the subsequent evaporation are carried out several times. It is more effective in shifting the tritium activity of the boric acid crystals not to add the entire amount of deionized light water at once, but to add small amounts of deionized light water over and over again and then evaporate it again.

Die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass sie relativ einfach in der Durchführung sind. Sie benötigen keine Hilfsstoffe und es entstehen keine Sekundärabfälle. In der Regel wird die Mutterlösung vom Separator wieder in den Vakuumverdampfer zurückgeführt. Beim Verdampfen und bei der Trocknung entsteht nur Kondensat bzw. Wasser. Am Ende des Trocknungsprozesses liegen darüber hinaus trockene Borsäure-Kristalle vor. Diese können in Fässer abgefüllt werden.The system according to the invention and the method according to the invention are characterized in that they are relatively simple to implement. You do not need any auxiliary materials and there is no secondary waste. As a rule, the mother liquor is returned from the separator to the vacuum evaporator. Only condensate or water is formed during evaporation and drying. At the end of the drying process, there are also dry boric acid crystals. These can be filled into barrels.

Daneben zeichnen sich die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren auch durch relativ geringe Investitions- und Betriebskosten aus. An die Apparate (Vakuumverdampfer, Separator, Trockner, Brecher und Abfüllstation) werden nur relativ geringe Anforderungen gestellt. Borsäure ist nicht sehr aggressiv. Daher können die Apparate mit Standardwerkstoffen gebaut werden. Beim Betrieb entstehen keine hohen Temperaturen und Drücke, so dass auch unter dem Gesichtspunkt der Unfallverhütung und Sicherheit die Anforderungen an die Apparate relativ gering sind.In addition, the plant according to the invention and the method according to the invention are also characterized by relatively low investment and operating costs. Only relatively low demands are placed on the apparatus (vacuum evaporator, separator, dryer, crusher and filling station). Boric acid is not very aggressive. Therefore, the devices can be built with standard materials. No high temperatures and pressures arise during operation, so that the requirements for the apparatus are relatively low from the point of view of accident prevention and safety.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further advantages and advantageous configurations of the invention can be found in the following drawing, its description and the patent claims. All features disclosed in the drawing, its description and the patent claims can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

  • 1: Eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage;
  • 2: ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 3: Eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage und
  • 4: ein Ablaufdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Show it:
  • 1 : A schematic representation of a first exemplary embodiment of the system according to the invention;
  • 2 : a flow chart of a first exemplary embodiment of the method according to the invention;
  • 3 : A schematic representation of a second embodiment of the system according to the invention and
  • 4 : a flow chart of the second exemplary embodiment of the method according to the invention.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele:Description of the exemplary embodiments:

Die erfindungsgemäße Anlage umfasst mehrere Apparate. In entsprechender Weise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren verschiedene Schritte. Diese werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert.The system according to the invention comprises several apparatuses. Correspondingly, the method according to the invention comprises various steps. These are explained below with reference to the figures.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage als Blockschaltbild dargestellt. Das zu behandelnde Borsäure-Wasser-Gemisch durchläuft die Anlage in der 1 von links nach rechts.In the 1 an embodiment of a system according to the invention is shown as a block diagram. The boric acid-water mixture to be treated runs through the plant in the 1 left to right.

In einem ersten Schritt I wird das Borsäure-Wasser-Gemisch in einem Vakuumverdampfer 1 aufkonzentriert. Beispielsweise kann eine 4,5%-ige Borsäurelösung/ein 4,5%-iges Borsäure-Wasser-Gemisch in den Vakuumverdampfer 1 gefördert werden. Dort wird es unter einem leichten Vakuum unter Zuführung von thermischer Energie erhitzt. Ein Teil des Wassers aus dem Borsäure-Wasser-Gemisch verdampft und wird abgezogen. Der Abzug des Wasserdampfs bzw. des Kondensats ist in der 1 mit dem Pfeil 3 gekennzeichnet. Das Kondensat ist frei von Verunreinigungen oder Borsäure und kann daher als entweder in die Umgebung abgegeben oder als Reinigungsflüssigkeit weiterverwendet werden.In a first step I, the boric acid/water mixture is concentrated in a vacuum evaporator 1 . For example, a 4.5% boric acid solution/a 4.5% boric acid/water mixture can be pumped into the vacuum evaporator 1 . There it is under a slight vacuum Supply of thermal energy heated. Some of the water from the boric acid/water mixture evaporates and is drawn off. The deduction of the water vapor or the condensate is in the 1 marked with the arrow 3. The condensate is free of impurities or boric acid and can therefore either be discharged into the environment or used as a cleaning liquid.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Vakuumverdampfer 1 parallel zueinander angeordnet, wie dies in der 1 dargestellt ist. Die Vakuumverdampfer 1 werden zeitversetzt betrieben, so dass sie abwechselnd einen Separator 5 mit einem aufkonzentrierten Borsäure-Wasser-Gemisch beschicken. Dadurch behindern sich die Vakuumverdampfer 1 nicht gegenseitig und der Separator 5 wird gleichmäßiger ausgelastet.In a preferred embodiment, two vacuum evaporators 1 are arranged parallel to one another, as in FIG 1 is shown. The vacuum evaporators 1 are operated with a time delay, so that they alternately feed a separator 5 with a concentrated boric acid/water mixture. As a result, the vacuum evaporators 1 do not impede one another and the separator 5 is utilized more evenly.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn beide Vakuumverdampfer 1 in einem Zyklus mehrfach, zum Beispiel dreimal, mit Borsäure-Wasser-Gemisch befüllt und über den Separator 5 gefahren werden.It has proven to be advantageous if both vacuum evaporators 1 are filled several times, for example three times, with a boric acid/water mixture in a cycle and run over the separator 5 .

Der oder die Vakuumverdampfer 1 werden mit einer Zeitsteuerung bevorzugt so betrieben, dass zunächst die Temperatur des Borsäure-Wasser-Gemischs auf eine Temperatur zwischen 60° und 150° angehoben wird. Das geschieht durch geeignete Heizeinrichtungen. Durch das Absenken des Drucks auf 50 bis 500 mbar, wird die Verdampfung von Wasser gefördert. Entsprechend der Masse des abgezogenen Dampfs kann Borsäure-Wasser-Lösung in den Vakuumverdampfer 1 gefördert werden. Dieser Schritt wird als „Verdampfungs-Kristallisation“ bezeichnet. Dabei bilden sich erste Borsäurekristalle.The vacuum evaporator or evaporators 1 are preferably operated with a timer such that the temperature of the boric acid/water mixture is first raised to a temperature between 60° and 150°. This is done using suitable heating devices. By lowering the pressure to 50 to 500 mbar, the evaporation of water is promoted. Boric acid-water solution can be pumped into the vacuum evaporator 1 according to the mass of the vapor drawn off. This step is called "evaporative crystallization". The first boric acid crystals are formed.

Sobald eine gewisse Aufkonzentration der Borsäure erfolgt ist, wird die Temperatur im Inneren des Vakuumverdampfers 1 abgesenkt auf Temperaturen unterhalb von 50°C. Dadurch wird die Sättigungsgrenze für die Borsäurekristalle in der Suspension reduziert und es werden weitere Borsäurekristalle gebildet. Dieser Schritt wird als „Kühlungs-Kristallisation“ bezeichnet.As soon as the boric acid has been concentrated to a certain extent, the temperature inside the vacuum evaporator 1 is lowered to temperatures below 50.degree. This reduces the saturation point for the boric acid crystals in the suspension and more boric acid crystals are formed. This step is called "cooling crystallization".

Um zu verhindern, dass sich die Borsäurekristalle zu großen Brocken agglomerieren oder sich an der Innenfläche des Vakuumverdampfers anhaften, ist es vorteilhaft, wenn die Suspension bzw. zu Beginn das Borsäure-Wasser-Gemisch innerhalb des Vakuumverdampfers kontinuierlich bewegt wird. Dies kann durch ein Rührwerk erfolgen. Wenn nämlich die Borsäurekristalle zu große Agglomerate bilden, dann können diese die Rohrleitungen und Schlauchleitungen verstopfen oder gar nicht aus dem Vakuumverdampfer 1 herausgefördert werden.In order to prevent the boric acid crystals from agglomerating into large chunks or from adhering to the inner surface of the vacuum evaporator, it is advantageous if the suspension or, at the beginning, the boric acid-water mixture is moved continuously within the vacuum evaporator. This can be done with an agitator. If the boric acid crystals form too large agglomerates, they can clog the pipes and hose lines or not be conveyed out of the vacuum evaporator 1 at all.

Es hat sich bei praktischen Versuchen herausgestellt, dass das Problem von zu großen Agglomeraten und Anhaftungen der Borsäurekristalle minimiert wird, wenn die Verdampfungskristallisation bei Temperaturen zwischen 60° bis 150° und Drücken zwischen 50 mbar und 500 mbar erfolgt. Die Zeitdauer ist dann letztendlich eine Frage der Größe des oder der Vakuumverdampfer 1 und der Heizleistung. Außerdem wird die Zeitdauer auch von dem gewünschten Maß an Feststoffen in der Suspension bestimmt.It has been found in practical tests that the problem of too large agglomerates and adhesions of the boric acid crystals is minimized if the evaporative crystallization takes place at temperatures between 60° and 150° and pressures between 50 mbar and 500 mbar. The length of time is then ultimately a question of the size of the vacuum evaporator or evaporators 1 and the heat output. In addition, the length of time is also determined by the desired level of solids in the suspension.

In praktischen Versuchen haben sich 7 bis 13 Stunden als geeignet erwiesen. Die anschließende Kühlungskristallisation erfolgt bevorzugt bei Temperaturen unterhalb von 50°C bis 10°C. Der Druck bei der Kühlungskristallisation ist in der Regel der gleiche wie bei der Verdampfungskristallisation. Die Zeitspanne der Kühlungskristallisation ist deutlich geringer. In der Praxis haben sich Werte zwischen 0,5 bis 3 Stunden als geeignet erwiesen.In practical tests, 7 to 13 hours have proven suitable. The subsequent cooling crystallization preferably takes place at temperatures below 50.degree. C. to 10.degree. The pressure in cooling crystallization is usually the same as in evaporative crystallization. The cooling crystallization period is significantly shorter. In practice, values between 0.5 and 3 hours have proven suitable.

Vorteilhafterweise wird das Borsäure-Wasser-Gemisch in den Vakuumverdampfern 1, zum Beispiel mittels eines Rührwerks, turbulent durchmischt. Es können verschiedene Bauarten von Rührwerken zum Einsatz kommen.Advantageously, the boric acid-water mixture is turbulently mixed in the vacuum evaporators 1, for example by means of an agitator. Different designs of agitators can be used.

Anschließend wird die Suspension in den Separator 5 gefördert. Der Separator 5 dient dazu, die Suspension in Mutterlösung und eine feste Phase (Borsäurekristalle) zu trennen. Am Ende des Separators 5 liegen also Mutterlösung und feste Borsäurekristalle vor. Die Mutterlösung kann über eine Rückführleitung 7 in einen der Vakuumverdampfer 1 zurückgeführt werden.The suspension is then conveyed into the separator 5. The separator 5 serves to separate the suspension into mother liquor and a solid phase (boric acid crystals). At the end of the separator 5 there are mother liquor and solid boric acid crystals. The mother liquor can be returned to one of the vacuum evaporators 1 via a return line 7 .

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Vakuumverdampfer 1 parallel zueinander. Beide Vakuumverdampfer 1 sind mit einem Separator 5 verbunden; es können auch drei oder mehr Vakuumverdampfer 1 parallel angeordnet werden.At the in 1 illustrated embodiment are two vacuum evaporators 1 parallel to each other. Both vacuum evaporators 1 are connected to a separator 5; it is also possible for three or more vacuum evaporators 1 to be arranged in parallel.

Außerdem können die drei oder mehr Stränge von Vakuumverdampfern 1 und Separatoren 5 zeitlich versetzt zueinander betrieben werden, so dass in relativ kurzen und gleichmäßigen Intervallen die Borsäurekristalle aus den verschiedenen Strängen einem Trockner 9 zugeführt werden können.In addition, the three or more lines of vacuum evaporators 1 and separators 5 can be operated at different times, so that the boric acid crystals from the different lines can be fed to a dryer 9 at relatively short and regular intervals.

Die Borsäurekristalle, die am Ende der Separation vorliegen, haben noch einen relativ hohen Restfeuchtegehalt von 5 bis 50 Gewichts-Prozent (Ma-%). Sie werden anschließend in einem optionalen Trockner 9 getrocknet.The boric acid crystals that are present at the end of the separation still have a relatively high residual moisture content of 5 to 50 percent by weight (% by weight). They are then dried in an optional dryer 9.

Wenn sich in dem Trockner 9 noch Flüssigkeit befindet, dann entstehen sehr große Agglomerate und Anhaftungen am Rührwerk des Trockners. Daher sollte vermeiden werden, dass Wasser in den Trockner 9 gelangt.If there is still liquid in the dryer 9, very large agglomerates are formed rate and buildup on the agitator of the dryer. Therefore, it should be avoided that water enters the dryer 9.

Um die Agglomeration und das Anhaften von Borsäurekristallen während der Trocknung zu verhindern, ist in bevorzugter Ausgestaltung des Trockners 9 ein Rührwerk vorgesehen. Das Rührwerk ist bevorzugt mit Polterringen ausgestattet. Polterringe tragen dazu bei, die sich aufbauenden Borsäurekristalle zu zerschlagen, so dass relativ kleine Agglomerate im Inneren des Trockners 9 vorliegen.In order to prevent the agglomeration and the adhesion of boric acid crystals during drying, an agitator is provided in a preferred embodiment of the dryer 9 . The agitator is preferably equipped with tamper rings. Pile rings help to break up the boric acid crystals that are building up, so that relatively small agglomerates are present inside the dryer 9 .

Die Polterringe sind metallische Ringe, welche auf einer Welle des Rührwerks mitlaufen. Durch das Mitlaufen werden die Polterringe bewegt und schlagen die sich bildenden Aufpanzerungen aus Borsäurekristallen an der Welle des Rührwerks ab.The piling rings are metal rings that run on a shaft of the agitator. The piling rings are moved by the running along and knock off the armored layers of boric acid crystals that are forming on the shaft of the agitator.

Die Trocknung findet in der Regel bei Temperaturen zwischen 35°C und 90°C sowie einem leichten Unterdruck (600 mbar bis 980 mbar) statt.Drying usually takes place at temperatures between 35°C and 90°C and a slight negative pressure (600 mbar to 980 mbar).

Die Dauer des Trocknungsvorgangs hängt von der Trocknungsleistung, der Größe und Beladung des Trockners 9 und dem gewünschten Restfeuchteanteil ab. Dauern von 7 Stunden bis 14 Stunden haben sich in der Praxis als erforderlich herausgestellt. Am Ende des Trocknungsvorgangs werden Borsäurekristalle mit einem Restfeuchtegehalt von weniger als 1% aus dem Trockner 9 gefördert.The duration of the drying process depends on the drying performance, the size and load of the dryer 9 and the desired residual moisture content. Durations of 7 hours to 14 hours have proven to be necessary in practice. At the end of the drying process, boric acid crystals with a residual moisture content of less than 1% are conveyed out of the dryer 9 .

In einem optionalen Brecher 11 werden diese Borsäurekristalle noch zerkleinert, so dass sie - bevorzugt pneumatisch - zu einer Abfüllanlage 13 gefördert werden können. Dort können sie automatisch, halbautomatisch oder manuell in Fässer oder andere Behälter abgefüllt werden.These boric acid crystals are also crushed in an optional crusher 11 so that they can be conveyed to a bottling plant 13, preferably pneumatically. There they can be filled automatically, semi-automatically or manually into barrels or other containers.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr einfach in der Durchführung, es entstehen keine Sekundärabfälle und auch die Anforderungen an die Apparate sind relativ gering, weil nicht mit Überdrücken gearbeitet wird und auch die Temperaturen in Bereichen liegen, die einfach zu handhaben sind. The process according to the invention is very simple to carry out, there is no secondary waste and the demands on the apparatus are relatively low because overpressures are not used and the temperatures are in ranges which are easy to handle.

Selbstverständlich kann diese Anlage entsprechend den Anforderungen nahezu beliebig skaliert werden. Es können beispielsweise zwei oder mehr Vakuumverdampfer 1 und Separatoren 5 parallelgeschaltet werden.Of course, this system can be scaled almost arbitrarily according to the requirements. For example, two or more vacuum evaporators 1 and separators 5 can be connected in parallel.

Anhand der 2 wird der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals illustriert und veranschaulicht. Auch hier werden zwei parallelgeschaltete Vakuumverdampfer und ein Separator zugrunde gelegt.Based on 2 the sequence of the method according to the invention is again illustrated and illustrated. Here, too, two vacuum evaporators connected in parallel and a separator are used as a basis.

In einem ersten Schritt 101.1 erfolgt die Aufkonzentration des Borsäure-Wasser-Gemischs durch eine Verdampfung und Abzug des Dampfs in den Vakuumverdampfern 1. Dieser erste Schritt 101.1 wird auch als Verdampfungskristallisation bezeichnet. Zeitlich nachgeschaltet erfolgt (ebenfalls in den Vakuumverdampfern) in einem Schritt 101.2 die Kühlungskristallisation. Das bedeutet, dass durch Abkühlen der Suspension aus Mutterlösung und festen Borsäurekristallen die Sättigungsgrenze reduziert und infolgedessen noch weitere Borsäurekristalle ausgeschieden werden. Die Verdampfungskristallisation und die Kühlungskristallisation erfolgen unter Rühren der Flüssigkeit, um das Anhaften von Borsäurekristallen zu verhindern sowie eine gleichmäßige Wärmeverteilung in den Vakuumverdampfern 1 herzustellen.In a first step 101.1, the boric acid/water mixture is concentrated by evaporation and removal of the vapor in the vacuum evaporators 1. This first step 101.1 is also referred to as evaporative crystallization. The cooling crystallization takes place later in time (likewise in the vacuum evaporators) in a step 101.2. This means that cooling the suspension of mother liquor and solid boric acid crystals reduces the saturation limit and as a result more boric acid crystals are precipitated. The evaporative crystallization and the cooling crystallization are carried out while stirring the liquid to prevent the attachment of boric acid crystals and to make the heat distribution in the vacuum evaporators 1 uniform.

Das in den Vakuumverdampfern 1 aufkonzentrierte Borsäure-Wasser-Gemisch wird nach Erreichen einer bestimmten Konzentration über den Separator 5 gefahren.The boric acid/water mixture concentrated in the vacuum evaporators 1 is passed through the separator 5 after a certain concentration has been reached.

Beide Vakuumverdampfer werden zeitlich versetzt betrieben, so dass sich eine gleichmäßige Auslastung des Separators 5 ergibt. Der zeitliche Versatz ist in der 2 dadurch veranschaulicht, dass die Teilschritte 101.1 und 101.2 der beiden Vakuumverdampfern 1 auf verschiedenen Höhen dargestellt sind.Both vacuum evaporators are operated at different times, so that the separator 5 is utilized evenly. The time offset is in the 2 illustrated by the fact that the partial steps 101.1 and 101.2 of the two vacuum evaporators 1 are shown at different heights.

Die Zahl „n“ der Befüllungen der Vakuumverdampfer 1 in einem Zyklus kann 1, 2, 3 4, oder auch mehr betragen, je nach den Größenverhältnissen und den sonstigen Prozess-Parametern. Nach jeder Befüllung eines Vakuumverdampfers 1 werden Teilschritte 101.1 und 101.2 in der oben beschriebenen Weise durchlaufen.The number "n" of fillings of the vacuum evaporators 1 in one cycle can be 1, 2, 3, 4 or even more, depending on the size ratios and the other process parameters. After each filling of a vacuum evaporator 1, partial steps 101.1 and 101.2 are carried out in the manner described above.

Anschließend wird in einem Schritt 105 die Suspension durch Zentrifugieren, bevorzugt in einem Dekanter, in Mutterlösung und Borsäurekristalle separiert.Subsequently, in a step 105, the suspension is separated into mother liquor and boric acid crystals by centrifugation, preferably in a decanter.

Diese Schritte 101.1 und 101.2 können parallel in mehreren Strängen durchgeführt werden, wie dies in der 2 angedeutet ist. Wenn die verschiedenen Stränge zeitlich versetzt zueinander betrieben werden, dann ergibt sich eine relativ gleichmäßige batchweise Beschickung des Separators 5 und eine relativ gleichmäßige Ausbringung an festen Borsäurekristallen aus dem Separator 5. Die festen Borsäurekristalle werden zunächst in einem Trockner 9 (siehe 1) gesammelt und anschließend getrocknet.These steps 101.1 and 101.2 can be carried out in parallel in several strands, as in the 2 is indicated. If the various strands are operated at different times, the separator 5 is fed relatively evenly in batches and solid boric acid crystals are discharged relatively evenly from the separator 5. The solid boric acid crystals are first dried in a dryer 9 (see 1 ) collected and then dried.

Nach jeder Kristallisations- und Separationsphase aus einem der zwei Vakuumverdampfer (Teilbatches) wird der Trockner 9 mit feuchten Borsäurekristallen aus den Teilbatches befüllt und trocknet diese. Nachdem die je „n“ Teilbatches, mit n = 1, 2, 3, 4, ..., je Vakuumverdampfer 1 abgeschlossen sind, ist der Trockner 9 gefüllt und es folgt die Endtrocknung.After each crystallization and separation phase from one of the two vacuum evaporators (partial batches), the dryer 9 is filled with moist boric acid crystals from the partial batches and dried this. After the “n” partial batches, with n=1, 2, 3, 4, ..., per vacuum evaporator 1 have been completed, the dryer 9 is filled and the final drying follows.

In dem Verfahrensschritt „Trocknen“ 109 wird der Feuchtegehalt der Borsäurekristalle herabgesetzt auf beispielsweise weniger als 1%.In the “drying” 109 method step, the moisture content of the boric acid crystals is reduced to less than 1%, for example.

Um dort zu verhindern, dass sich große Agglomerate bilden oder die trocken werdenden Flüssigkristalle an der Welle eines Rührwerks anhaften, ist das Rührwerk bevorzugt mit Polterringen versehen, die kontinuierlich dafür sorgen, dass an der Welle des Rührwerks keine Anhaftungen entstehen. Das Rührwerk wiederum führt dazu, dass auch an Innenseite des Trockners 9 (siehe 1) keine Anhaftungen entstehen.In order to prevent large agglomerates from forming there or the drying liquid crystals from adhering to the shaft of an agitator, the agitator is preferably provided with piling rings which continuously ensure that no adhesions form on the agitator shaft. The agitator in turn means that also on the inside of the dryer 9 (see 1 ) no buildup occurs.

In einem Verfahrensschritt 111 werden die Borsäurekristalle aus dem vorangehenden Verfahrensschritt 15 zerkleinert. Dadurch werden der Transport und das Handling der Borsäurekristalle verbessert und vereinfacht.In a method step 111, the boric acid crystals from the preceding method step 15 are crushed. This improves and simplifies the transport and handling of the boric acid crystals.

In einem weiteren Verfahrensschritt 113 werden die Borsäurekristalle in geeignete Gebinde abgefüllt.In a further method step 113, the boric acid crystals are filled into suitable containers.

Anhand der 3 und 4 wird eine besonders vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.Based on 3 and 4 a particularly advantageous variant of the system according to the invention and the method according to the invention is explained.

Die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel, das in den 1 und 2 dargestellt wurde, betreffen den Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich das Verdampfen in dem Vakuumverdampfer 1. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, wie sie in der 3 dargestellt wird, ist eine Leitung 4 vorgesehen, welche in den Vakuumverdampfern 1 endet. In der Leitung 4 ist vor jedem Vakuumverdampfer 1 eine Wegeventil 6 angeordnet.The differences from the first embodiment in the 1 and 2 was shown relate to the beginning of the method according to the invention, namely the evaporation in the vacuum evaporator 1. In the second embodiment of a system according to the invention, as shown in FIG 3 is shown, a line 4 is provided which ends in the vacuum evaporators 1. A directional control valve 6 is arranged in line 4 in front of each vacuum evaporator 1 .

Die Wegeventil6 6 sind bevorzugt in der Normalstellung geschlossen. Sie werden nur dann geöffnet, um die gesteuerte Zufuhr von deionisiertem leichten Wasser aus der Leitung 4 in einen oder beide der Vakuumverdampfer 1 zu ermöglichen. Wenn eine relativ kleine Menge von deionisiertem leichten Wasser in einen der Vakuumverdampfer 1 gegeben werden soll, wird das entsprechende Wegeventil 6 kurz geöffnet, bis die gewünschte Menge in den Vakuumverdampfer 1 gelangt ist.The directional control valves 6 are preferably closed in the normal position. They are only opened to allow the controlled delivery of deionized light water from line 4 into one or both of the vacuum evaporators 1. When a relatively small amount of deionized light water is to be added to one of the vacuum evaporators 1, the corresponding directional control valve 6 is briefly opened until the desired amount has entered the vacuum evaporator 1.

Damit sind die apparativen Unterschiede dieses zweiten Ausführungsbeispiels zu dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe 1) bereits erläutert.This means that the differences in equipment between this second exemplary embodiment and the first exemplary embodiment (see 1 ) already explained.

Nachfolgend werden anhand der 4 verschiedene Varianten der Verfahrensführung des zweiten Ausführungsbeispiels erläutert.The following are based on the 4 different variants of the procedure of the second embodiment are explained.

Auch hier betreffen die Änderungen gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel den Prozess des Vakuumverdampfens. Es ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel möglich, nach dem ersten Verfahrensschritt des Vakuumverdampfens (101.1) eine kleine Menge von deionisiertem leichten Wasser in den Vakuumverdampfer zu geben. Dieser Verfahrensschritt ist durch den Block 102.1 dargestellt. Anschließend wird das Vakuum-Verdampfen 101.1 in dem Vakuumverdampfer 1 fortgeführt.Here, too, the changes compared to the first exemplary embodiment relate to the process of vacuum evaporation. It is possible in the second embodiment to add a small amount of deionized light water to the vacuum evaporator after the first process step of vacuum evaporation (101.1). This method step is represented by block 102.1. The vacuum evaporation 101.1 in the vacuum evaporator 1 is then continued.

Die Zugabe von deionisiertem leichten Wasser und anschließendem Fortsetzen der Verdampfung in der Vakuumverdampfung kann ein- oder mehrfach wiederholt werden. Es ist im Sinne einer effektiven Verfahrensführung vorteilhaft, wenn kleine Mengen von deionisiertem leichtem Wasser zugegeben und anschließend wieder verdampft werden. Das mehrfache Durchlaufen dieser Abfolge von Verfahrensschritten ist durch den Index m = 1, 2, 3, 4, 5, ... in der 4 dargestellt.The addition of deionized light water and then continuing the evaporation in the vacuum evaporation can be repeated one or more times. It is advantageous in terms of effective process control if small amounts of deionized light water are added and then evaporated again. Repeatedly going through this sequence of process steps is indicated by the index m=1, 2, 3, 4, 5, ... in the 4 shown.

Es ist auch möglich, das deionisierte leichte Wasser im Anschluss an den Verfahrensschritt der weiteren Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) vorzunehmen. Dies ist in der 4 durch den Block 102.2 angedeutet. Auch hier wird im Anschluss an die Zugabe von deionisiertem leichtem Wasser die Verdampfung im Vakuumverdampfer mit dem Schritt 101.1 (Vakuumverdampfung) fortgesetzt.It is also possible to carry out the deionized light water after the process step of further crystallization of boric acid by cooling (101.2). This is in the 4 indicated by block 102.2. Here too, after the addition of deionized light water, the evaporation in the vacuum evaporator is continued with step 101.1 (vacuum evaporation).

Es ist auch möglich, die Zugabe von deionisiertem leichtem Wasser sowohl nach der Vakuumverdampfung 101.1 als auch nach der weiteren Kristallisation von Borsäure 101.2 vorzunehmen.It is also possible to add deionized light water both after vacuum evaporation 101.1 and after further crystallization of boric acid 101.2.

Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel können zwei Vakuumverdampfer parallel, aber bevorzugt zeitlich versetzt, zueinander betrieben werden. An beiden Strängen des Ablaufdiagramms gemäß 4 sind die zusätzlichen Verfahrensschritte „Zugabe von deionisiertem leichten Wasser“ 102.1 und 102.2 dargestellt.As in the first exemplary embodiment, two vacuum evaporators can be operated in parallel, but preferably at different times. On both strands of the flow chart according to 4 the additional process steps "adding deionized light water" 102.1 and 102.2 are shown.

Eine Überschlagsrechnung soll den Vorteil und den Effekt der erfindungsgemäßen Ergänzung verdeutlichen. Wie bereits erwähnt, wird durch dem durch die Verdampfung des in dem Vakuumverdampfer entstandenen „Borsäurebreis“ durch Zugabe von deionisertem leichten Wasser die Tritiumaktivität der Borsäure durch Verschiebung des bestimmenden Verteilungsgleichgewichts gesenkt.A rough calculation should clarify the advantage and the effect of the supplement according to the invention. As already mentioned, the tritium activity of the boric acid is reduced by shifting the determining distribution equilibrium through the evaporation of the "boric acid pulp" produced in the vacuum evaporator by adding deionized light water.

Im Folgenden werden aus den bisher gewonnenen Daten die Parameter für eine Tritiumabreicherung abgeschätzt:

  • Bei Beendigung der Vakuumverdampfung haben ca. 550 kg der Borsäurelösung den Verdampfer passiert. Unter der Annahme einer 4,5 %-igen Borsäurelösung befinden sich abschließend ca. 25 kg Borsäure im Vakuumverdampfer, ca. 525 kg Wasser wurden via Vakuumverdampfung dem System entzogen. Bevor nun dieser Borsäurebrei in den Dekanter transferiert wird, werden beispielsweise 5-mal 20 kg deionisiertes leichtes Wasser zugegeben und dieses in fünf Verdampfungsschritten wieder entfernt (d. h. Verdampft). Erst dann folgt der Transfer des Borsäurebreis in den Dekanter. Die mehrfache Zugabe kleinerer Mengen an deionisiertem leichten Wasser anstatt die gesamte Menge in einem Schritt zuzugeben, ist der Tatsache geschuldet, dass die fraktionierte Anwendung durch die mehrfache Zugabe tritiumfreien Wassers die Tritiumabreicherung entsprechend der Gesetze für Verteilungsgleichgewichte erheblich effektiver macht.
In the following, the parameters for tritium depletion are estimated from the data obtained so far:
  • At the end of the vacuum evaporation, about 550 kg of the boric acid solution has passed through the evaporator. Assuming a 4.5% boric acid solution, there are then approx. 25 kg of boric acid in the vacuum evaporator, and approx. 525 kg of water were removed from the system via vacuum evaporation. Before this boric acid slurry is transferred to the decanter, for example, 5 times 20 kg of deionized light water are added and this is removed again in five evaporation steps (ie evaporated). Only then is the boric acid slurry transferred to the decanter. The multiple addition of smaller amounts of deionized light water instead of adding the entire amount in one step is due to the fact that the fractional application by the multiple addition of tritium-free water makes the tritium depletion significantly more effective according to the laws of partition equilibrium.

In erfinderischer Weiterbildung der Verfahren gemäß der 1 bis 4 ist optional vorgesehen, die Borsäurekristalle mit 80-90°% Feststoffgehalt enthält, welche den Separator 5 verlassen, durch die Zugabe von leichtem deionisiertem Wasser oder durch die Zugabe von Wasser wieder aufzulösen und die dadurch (wieder) entstandene Borsäurelösung einem der Verdampfer 1 zuzuführen. Dort wird sie erneut in der oben beschriebenen Weise verdampft und anschließend dem Separator 1 zugeführt.In inventive development of the method according to 1 until 4 is optionally provided, which contains boric acid crystals with 80-90% solids content, which leave the separator 5, to be redissolved by the addition of light deionized water or by the addition of water and to feed the boric acid solution (again) formed as a result to one of the evaporators 1. There it is vaporized again in the manner described above and then fed to the separator 1 .

In den 1 und 3 ist diese Option durch die Bezugszeichen 15 und 17 angedeutet. Mit 15 ist eine Leitung bezeichnet, welche die Rückführung von Borsäurekristallen in den Verdampfer ermöglicht. Mit 17 ist eine Leitung bezeichnet, welche die Zugabe von leichtem deionisiertem Wasser ermöglicht. In den Ablaufdiagrammen (2 und 4) ist diese Option aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.In the 1 and 3 this option is indicated by reference numerals 15 and 17. 15 designates a line which allows boric acid crystals to be returned to the evaporator. Designated at 17 is a line which allows the addition of light deionized water. In the flow charts ( 2 and 4 ) this option is not shown for reasons of clarity.

Dieses auf den ersten Blick unsinnig erscheinende Auflösen der zuvor in zwei Schritten gewonnenen Borsäurekristalle hat einen überraschenden positiven Effekt: Die Tritiumaktivität der Borsäure/ der Borsäurekristalle sinkt nochmals drastisch. Es haben sich bei der Auswertung von Versuchen Aktivitäten von 2 bis 4 Becquerel ergeben. Das ist ein extrem niedriger Wert und erleichtert die Weiterwendung oder Endlagerung.This dissolving of the boric acid crystals previously obtained in two steps, which at first glance seems nonsensical, has a surprisingly positive effect: the tritium activity of the boric acid/boric acid crystals falls again drastically. Activities of 2 to 4 becquerels have been found in the evaluation of experiments. This is an extremely low value and makes further use or final storage easier.

Claims (22)

Anlage zum Abscheiden von Borsäure-Kristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch umfassend mindestens einen Vakuumverdampfer (1) zur Aufkonzentration des Borsäure-Wasser-Gemischs zu einer Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen, mindestens einen Separator (5) zur Separation der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen und einen Brecher (11).Plant for separating boric acid crystals from a boric acid-water mixture, comprising at least one vacuum evaporator (1) for concentrating the boric acid-water mixture into a suspension of mother liquor and boric acid crystals, at least one separator (5) for separating the suspension mother liquor and boric acid crystals and a crusher (11). Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vakuumverdampfer (1) eine Heizeinrichtung und/oder ein Rührwerk umfasst.plant after claim 1 , characterized in that the at least one vacuum evaporator (1) comprises a heating device and/or an agitator. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (5) eine Zentrifuge oder ein Dekanter ist.plant after claim 1 or 2 , characterized in that the separator (5) is a centrifuge or a decanter. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführleitung (7) für Mutterlösung zwischen mindestens einem Separator (5) und mindestens einem Vakuumverdampfer (1) vorgesehen ist.Plant according to one of the preceding claims, characterized in that a return line (7) for mother liquor is provided between at least one separator (5) and at least one vacuum evaporator (1). Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Trockner (9) umfasst.Plant according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a dryer (9). Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vakuumverdampfer (1) Mittel zur Zufuhr von deionisiertem leichtem Wasser umfasst.Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vacuum evaporator (1) comprises means for supplying deionised light water. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Zufuhr von deionisiertem leichtem Wasser (11) eine Leitung (4) mit einem Wegeventil (6) zur Steuerung der Zufuhr von deionisiertem leichtem Wasser in den Vakuumverdampfer (1) umfasst.plant after claim 6 characterized in that it comprises means for supplying deionized light water (11) a line (4) with a directional control valve (6) for controlling the supply of deionized light water into the vacuum evaporator (1). Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang des Separators (5) und einem Eingang des Trockners (9) eine Leitung (15) abzweigt, die zu einem der Verdampfer (1) führt, und dass in der Leitung (15) ein schaltbares Wegeventil vorgesehen ist.Plant according to one of the preceding Claims 5 until 7 , characterized in that between the outlet of the separator (5) and an inlet of the dryer (9) branches off a line (15) which leads to one of the evaporators (1), and that a switchable directional control valve is provided in the line (15). is. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vakuumverdampfer (1) eine Leitung (17) mit einem Wegeventil zur Steuerung der Zufuhr von leichtem deionisiertem Wasser in den Verdampfer (1) oder in die Verbindungsleitung (15) zwischen Separator (5) und Verdampfer (1) umfasst.plant after claim 8 , characterized in that the at least one vacuum evaporator (1) has a line (17) with a directional control valve for controlling the supply of light deionized water into the evaporator (1) or into the connecting line (15) between the separator (5) and the evaporator (1st ) includes. Verfahren zum Abscheiden von Borsäure-Kristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch umfassend die Verfahrensschritte: - Kristallisation von Borsäure durch Vakuum-Verdampfen (101.1) bei einer Temperatur von mindestens 60° C und höchstens 150° C unter Bildung von Borsäurekristallen, - weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen auf eine Temperatur von weniger als 50° C und mindestens 10° C und - Separation (105) der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen.Process for separating boric acid crystals from a boric acid-water mixture, comprising the process steps: - crystallization of boric acid by vacuum evaporation (101.1) at a temperature of at least 60°C and at most 150°C with the formation of boric acid crystals, - further crystallization of boric acid by cooling (101.2) the suspension of mother liquor and boric acid crystals to a temperature of less than 50°C and at least 10°C and - separation (105) of the suspension from mother liquor and boric acid crystals. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallisation durch Vakuum-Verdampfen (101.1) bei einem Druck von 50 mbar bis 500 mbar und/oder über eine Dauer von 7 bis 13 Stunden erfolgt.procedure after claim 10 , characterized in that the crystallization takes place by vacuum evaporation (101.1) at a pressure of 50 mbar to 500 mbar and/or over a period of 7 to 13 hours. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2)) bei einem Druck von 50 mbar bis 500 mbar und/oder über eine Dauer von 0,5 bis 3 Stunden erfolgt.procedure after claim 10 or 11 , characterized in that the further crystallization of boric acid takes place by cooling (101.2)) at a pressure of 50 mbar to 500 mbar and/or over a period of 0.5 to 3 hours. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallisation von Borsäure durch Vakuum-Verdampfen (101.1) und die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) ein- oder mehrfach (n = 1, 2, 3, 4, ...) erfolgt.Procedure according to one of Claims 10 until 12 , characterized in that the crystallization of boric acid by vacuum evaporation (101.1) and the further crystallization of boric acid by cooling (101.2) once or several times (n = 1, 2, 3, 4, ...) takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension während des VakuumVerdampfens (101.1) und der weiteren Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen turbulent gemischt wird.Procedure according to one of Claims 10 until 13 , characterized in that the suspension is turbulently mixed during the vacuum evaporation (101.1) and the further crystallization of boric acid by cooling (101.2) the suspension of mother liquor and boric acid crystals. Verfahren nach einem der der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Separation der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen durch Zentrifugieren, bevorzugt durch Dekantieren, erfolgt.Method according to one of the Claims 10 until 14 , characterized in that the suspension of mother solution and boric acid crystals is separated by centrifuging, preferably by decanting. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Separation anfallende Mutterlösung wieder in einen Vakuumerdampfer (1) rezykliert/zurückgeführt wird.Procedure according to one of Claims 10 until 15 , characterized in that the mother liquor obtained during the separation is recycled/returned to a vacuum evaporator (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsäure-Kristalle im Anschluss an die Separation (105) mit Wasser /deionisiertem Wasser aufgelöst und einem Verdampfer (1) zugeführt werden.Procedure according to one of Claims 10 until 16 , characterized in that the boric acid crystals are dissolved after the separation (105) with water / deionized water and fed to an evaporator (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsäure-Kristalle im Anschluss an die Separation (105) getrocknet werden.Procedure according to one of Claims 10 until 17 , characterized in that the boric acid crystals are dried after the separation (105). Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung (109) der Borsäure-Kristalle bei Temperaturen zwischen 35° C und 90° C, bei einem Druck von 600 mbar bis 980 mbar und/oder über eine Dauer von 7 bis 14 Stunden erfolgt.procedure after Claim 18 , characterized in that the boric acid crystals are dried (109) at temperatures between 35° C. and 90° C., at a pressure of 600 mbar to 980 mbar and/or over a period of 7 to 14 hours. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die getrockneten Borsäure-Kristalle zerkleinert und/oder abgefüllt werden.Procedure according to one of Claims 10 until 19 , characterized in that the dried boric acid crystals are crushed and/or filled. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kristallisation von Borsäure durch Vakuum-Verdampfen (101.1) und/oder der weiteren Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen deionisiertes leichtes Wasser zugegeben wird (102.1, 102.2) und anschließend das Vakuum-Verdampfen (101.1) und/oder die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) fortgesetzt wird.Procedure according to one of Claims 10 until 20 , characterized in that after the crystallization of boric acid by vacuum evaporation (101.1) and/or the further crystallization of boric acid by cooling (101.2), deionized light water is added to the suspension of mother liquor and boric acid crystals (102.1, 102.2) and then vacuum evaporation (101.1) and/or further crystallization of boric acid by cooling (101.2) is continued. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von deionisiertem leichtem Wasser mehrfach erfolgt (m = 2, 3, 4, 5, ...) und dass nach jeder Zugabe das Vakuum-Verdampfen (101.1) und/oder die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) fortgesetzt wird.procedure after Claim 21 , characterized in that the addition of deionized light water takes place several times (m = 2, 3, 4, 5, ...) and that after each addition the vacuum evaporation (101.1) and/or the further crystallization of boric acid by cooling (101.2) is continued.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2520850A1 (en) 1975-05-10 1976-11-18 Steag Kernenergie Gmbh Liquid radioactive power station waste concn. - by evapn. and mechanical sepn. to minimise solid residue
DE3114060A1 (en) 1980-04-09 1982-03-18 Belgonucléaire S.A., 1050 Bruxelles METHOD AND DEVICE FOR SOLIDIFYING A RADIOACTIVE WASTE LIQUID CONTAINING SOLIDS
DD158284A1 (en) 1981-04-13 1983-01-05 Klaus Langecker METHOD FOR BORSAUSER RECOVERY FROM CORE POWER SUPPLY WASHERS
US4444680A (en) 1981-06-26 1984-04-24 Westinghouse Electric Corp. Process and apparatus for the volume reduction of PWR liquid wastes
DE3505578A1 (en) 1985-02-18 1986-08-21 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim METHOD FOR THE MULTI-STAGE TREATMENT OF RADIOACTIVE WASTEWATER
JPH11267661A (en) 1998-03-23 1999-10-05 Ebara Corp Treatment of boron-containing waste water
DE102015016870A1 (en) 2015-12-30 2017-07-06 Steffen Güttner Process and device for the treatment of liquids that are contaminated with foreign substances

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2520850A1 (en) 1975-05-10 1976-11-18 Steag Kernenergie Gmbh Liquid radioactive power station waste concn. - by evapn. and mechanical sepn. to minimise solid residue
DE3114060A1 (en) 1980-04-09 1982-03-18 Belgonucléaire S.A., 1050 Bruxelles METHOD AND DEVICE FOR SOLIDIFYING A RADIOACTIVE WASTE LIQUID CONTAINING SOLIDS
DD158284A1 (en) 1981-04-13 1983-01-05 Klaus Langecker METHOD FOR BORSAUSER RECOVERY FROM CORE POWER SUPPLY WASHERS
US4444680A (en) 1981-06-26 1984-04-24 Westinghouse Electric Corp. Process and apparatus for the volume reduction of PWR liquid wastes
DE3505578A1 (en) 1985-02-18 1986-08-21 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim METHOD FOR THE MULTI-STAGE TREATMENT OF RADIOACTIVE WASTEWATER
JPH11267661A (en) 1998-03-23 1999-10-05 Ebara Corp Treatment of boron-containing waste water
DE102015016870A1 (en) 2015-12-30 2017-07-06 Steffen Güttner Process and device for the treatment of liquids that are contaminated with foreign substances

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