DE10229697A1 - Verfahren zur Stabilisierung von Feststoffabfällen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren zur Stabilisierung von Feststoffabfällen, insbesondere von chemischen und/oder radioaktiven Abfällen.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
- Zur Behandlung und Stabilisierung von Abfällen, insbesondere auch von chemischen und/oder radioaktiven Abfällen sind unterschiedlichste Verfahren bekannt, die darauf abzielen, die umweltgefährdende Wirkung solcher Abfallstoffe oder -materialien zu verhindern.
- Eine derzeit vielfach verwendete Technik der Stabilisierung von Abfällen ist das Einschließen in Zement oder Portland-Zement, allerdings mit dem Nachteil, daß der Anteil an Abfall im Vergleich zur Gesamtmasse oder zu dem Gesamtvolumen des Systems relativ gering ist.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem die Stabilisierung von Abfällen, insbesondere auch von chemischen und/oder radioaktiven Abfällen wesentlich verbessert werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
- Bei der Erfindung erfolgte das Einschließen des immobilisierten Abfallmaterials bzw. der Gebinde aus diesem Material mit Hilfe eines Einschluß-Materials oder einer Einschlußmasse, welche wenigstens ein Polysiloxan enthält, und zwar vorzugsweise mit Zusätzen, die nach Gesichtspunkten der Wirtschaftlichkeit und/oder aufgrund des zu stabilisierenden Abfalls ausgewählt sind, beispielsweise Zusätze aus einem radioaktive Strahlung abschirmenden oder absorbierenden Material bei Abfallmaterial, welches radioaktive Anteile enthält.
- Die für die Ummantelung des immobiliserten Abfallmaterials verwendete Einschluß-Masse ist gegenüber radioaktiven Strahlen und anderen Einflüssen, wie z.B. Laugen, Säuren beständig. Dieses Material ist auch feuer- und hitzebeständig. Weiterhin wird durch die Ummantelung eine zuverlässige Einkapselung und hermetische Abdichtung erreicht, insbesondere auch gegenüber Wasser, Feuchtigkeit usw., so daß speziell die Gefahr eines Auslaugens von Schadstoffen durch eindringende Feuchtigkeit oder eindringendes Wasser zuverlässig vermieden ist. Weiterhin stellt die Ummantelung aus der Einschluß-Masse aufgrund ihrer Elastizität einen wirksamen Schutz gegen mechanische und/oder thermische Belastungen, insbesondere auch während des Transportes dar.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die die Ummantelung bildende Einschluß-Masse wenigstens einen Zusatz, der ein Aufschäumen dieser Masse während des Aushärtens bewirkt, so daß das jeweilige Gebinde durch die aufgeschäumte Ummantelung besonders wirksam gegen Stoßbelastungen z.B. während eines Transportes geschützt ist.
- Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Abfall, der beispielsweise als trockene, pulverartige Substanz oder als trockenes Granulat vorliegt und beispielsweise industrieller Abfall, z.B. chemischer Abfall oder auch mittel und schwach radioaktiver Abfall ist, der aus kerntechnischen Anlagen sowie aus Einrichtungen der Nuklearmedizin stammt, mit Polysiloxan zu einer Abfall-Polysiloxan-Masse vermischt, die anschließend aushärtet, und zwar beispielsweise durch zusätzliches Erhitzen. Vor dem Aushärten wird die Abfall- Polysiloxan-Masse z.B. in Behälter abgefüllt oder aber zu Blöcken geformt. Anschließend erfolgt das Einschließen dieser Gebinde mit der Einschlußmasse aus Polysiloxan.
- Als Polysiloxan für die Immobilisierung der Abfälle bzw. für die Abfall-Polysiloxan-Masse, aber auch für die Einschlußmasse zum Umschließen oder Einbetten der immobilisierten Abfallgebinde eignen sich vorzugsweise bei Raumtemperatur aushärtende Polysiloxane, beispielsweise Silicone, die von General Electric unter der Bezeichnung RTV 664 oder von der Wacker Silicons Corp. unter der Marke ELECTROGARD 2100 angeboten werden. Genauere Daten über diese speziellen Silicone oder Polysiloxane können den Datenblättern dieser Hersteller entnommen werden. Verwendet werden die polymeren Silikone zusammen mit einem Katalysator, der das Aushärten beschleunigt und der in Abhängigkeit von dem Anteil an Silikon beigemischt wird, beispielsweise mit 10 Gewichsprozent bezogen auf den Anteil an Silikon der Marke RTV 664 oder 0,3 Gewichtsprozent bezogen auf den Anteil des Silikons ELECTROGARD 2100.
- In der nachstehenden Tabelle 1 ist als Beispiel die Zusammensetzung einer Polysiloxan-Abfall-Masse angegeben.
-
- Die vorstehenden Angaben beziehen sich jeweils auf das Gesamtgewicht der Abfall-Polysiloxan-Matrix.
- Es hat sich gezeigt, daß Polysiloxane und dabei insbesondere auch die vorstehend angegebenen Polysiloxane bereits eine sehr gute Abschirmwirkung für die Strahlung von mittel und schwach radioaktiven Abfällen haben, wie sie aus kerntechnischen Anlagen, insbesondere aber auch aus der Nuklearmedizin anfallen. Diese Abschirmwirkung kann noch durch Füller oder Zusätze aus Materialien, die besonders gut zur Abschirmung oder Absorption von radioaktiver Strahlung geeignet sind, beispielsweise aus Metallen oder Metallverbindungen, wie z.B. Blei, Wolfram, Chrom, Eisen, aber auch Bor oder Borverbindungen. Versuche haben auch gezeigt, daß Polysiloxane auch eine hohe Resistenz gegenüber radioaktiver Strahlung besitzen, wie sie insbesondere von mittel und schwach radiaktiven Abfällen kerntechnischer Anlagen oder aus der Nuklearmedizin ausgeht, d.h. chemische oder physikalische Veränderungen im Material durch Strahlungseinwirkung nicht feststellbar sind.
- Durch Zugabe dieser Füller kann sich der Anteil an Abfall in der Polysiloxan-Abfall-Matrix reduzieren. Die Zugabe des Füllers ist bis zu 10 Gewichtsprozent ohne weiteres möglich. Zusätzliche zu solchen, radioaktive Strahlung abschirmenden oder absorbierenden Füllern können auch andere Füller beigegeben werden, sofern dies aus technischen Gründen, beispielsweise zur Dehydrierung der Abfallstoffe oder aus wirtschaftlichen Gründen notwendig ist.
- Der Anteil an Abfallstoffen und ggf. auch an Zuschlägen wird so gewählt, daß die Polysiloxan-Abfall-Masse nach dem Aushärten noch die erforderliche mechanische Festigkeit aufweist und zumindest die Abfallstoffe ausreichend in der Polysiloxan-Matrix eingebettet sind, so das insbesondere auch ein Auslaugen von lösbaren Abfallstoffen aus dieser Matrix nicht oder zumindest nicht in einem nennenswerten Ausmaß feststellbar ist, und zwar bereits ohne die zusätzliche Ummantelung mit der Einschlußmasse.
- Versuche haben gezeigt, daß in Abhängigkeit von der speziellen Zusammensetzung des Abfalls der Anteil an Abfall in der Polysiloxan-Matrix unterschiedlich sein kann, daß aber gute Ergebnisse auch bezüglich einer möglichen Auslaugung von Abfallstoffen, die (Ergebnisse) unterhalb der vorgegebenen gesetzlichen Grenzwerte liegen, bei einem Anteil von Füller und Abfallstoffen bis zu 60 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmasse erzielt werden.
- Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht allerdings darin, daß die ausgehärtete Masse aus Polysiloxan und Abfall durch einen Mantel aus Polysiloxan umschlossen ist, der keine Abfallstoffe enthält, sondern allenfalls Füllstoffe und dabei insbesondere solche Füllstoffe, die besonders gut zur Abschirmung oder Absorption von radioaktiver Strahlung geeignet sind, gleichzeitig aber keine zusätzliche Umweltbelastung darstellen oder die Gefahr einer zusätzlichen Umweltbelastung bedingen. Als Zusätze eignen sich hier beispielsweise Wolfram oder Eisen oder entsprechende Verbindungen.
- Der Anteil an Zusätzen oder Füllstoffen, insbesondere auch an radioaktive Strahlung absorbierenden bzw. abschirmenden Füllstoffen liegt in der Größenordnung bis zu 10 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse der zusätzlichen Ummantelung aus Polysiloxan, wobei diese Ummantelung in Mischung mit Polysiloxan nicht nur radioaktive Strahlung absorbierende oder abschirmende Zusätzen, sondern auch noch weitere Zusätze enthalten kann, beispielsweise Zusätze, die aus wirtschaftlichen Gründen oder aber aus technischen Gründen notwendig sind, beispielsweise um die Verarbeitbarkeit und/oder das Aushärten der die zusätzliche Ummantelung bildenden Polysiloxan-Einschlußmasse zu verbessern. Als solche Füllstoffe eignen sich z.B. Kalziumcarbonat, Magnesiumsilikat und/oder Kalziumsilikat.
- Beispiel 1
- Die zu stabilisierenden Abfälle können unterschiedlichster Art sein, beispielsweise chemische Abfälle und/oder mittel oder schwach radioaktive Abfälle. In diesem Sinne können die Abfallstoffe z.B. lösliche Chromverbindungen, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Spuren von Plutonium 238 und 239, Spuren von Uran 238, aber auch andere chemische oder radioaktive Stoffe enthalten. Die Abfallstoffe liegen als trockene Feststoffe vor oder werden in solche zunächst umgewandelt. Falls die Abfallstoffe nicht bereits in körniger Form oder Partikelform vorliegen, erfolgt eine Zerkleinerung, beispielsweise auf eine Partikelgröße kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,6 mm.
- Die in körniger Form vorliegenden Abfallstoffe mit einer Partikelgröße von weniger als 1 mm werden mit dem Polysiloxan über eine ausreichende Zeit, beispielsweise über eine Zeit von 5 – 10 Minuten miteinander vermischt, und zwar unter Zugabe eines das Aushärten bewirkenden oder beschleunigenden Katalysators.
- Die zusätzliche Ummantelung wird bei dieser Ausführung der Erfindung dadurch realisiert, daß die für das Einbringen der Polysiloxan-Abfall-Mischung verwendeten Behälter an ihrer Außenfläche mit dieser zusätzlichen Ummantelung vollständig versehen sind. Diese Ummantelung nach dem Einbringen der Abfall-Polysiloxan-Masse in den jeweiligen Behälter und nach dem Verschließen des Behälters auf die gesamte Behälteraußenfläche mit einer ausreichenden Dicke aufgebracht wird.
- Grundsätzlich ist es auch möglich, die Behälter bereits vor dem Einbringen der Polysiloxan-Abfall-Masse an ihrer Außenfläche mit der Ummantelung zu versehen.
- Anstelle der Ummantelung an der Behälteraußenfläche oder aber zusätzlich hierzu sind die die Polysiloxan-Abfall-Masse aufnehmenden Behälter z.B. an den Innenflächen mit der die zusätzliche Ummantelung bildenden Polysiloxan-Einschlußmasse beschichtet.
- Das Aufbringen der Polysiloxan-Einschlußmasse erfolgt beispielsweise durch ein geeignetes, z.B. auch mehrstufiges Aufsprühverfahren, durch mechanisches Auftragen mit Hilfe von Walzen, Pinseln, Spachteln, durch Tauchen oder Einbetten.
- Das Aushärten der Polysiloxan-Abfall-Masse sowie der Einschlußmasse erfolgt jeweils innerhalb von etwa 24 Stunden bei Raumtemperatur oder verkürzt durch Erhitzen beispielsweise in einem Tunnelöfen.
- Beispiel 2
- Bei dieser Ausführungsform wird die nach dem obigen Beispiel 1 hergestellt Abfall-Polysiloxan-Masse zu Blöcken oder anderen Formteilen geformt, auf die dann nach dem Aushärten die die zusätzliche Ummantelung bildende, Abfallstoffe nicht enthaltende Polysiloxan-Einschlussmasse aufgebracht wird und zwar derart, daß für die gesamte Oberfläche eines jeden Blocks oder Formkörpers eine Überdeckung mit ausreichender Dicke durch die Siloxan-Einschlußmasse erreicht ist.
- Das Aufbringen der zusätzlichen Siloxan-Masse erfolgt beispielsweise wiederum durch ein geeignetes, z.B. auch mehrstufiges Aufsprühverfahren, durch mechanisches Auftragen mit Hilfe von Walzen, Pinseln, Spachteln, durch Tauchen oder Einbetten.
- Beispiel 3
- Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die nach dem Beispiel 1 hergestellte Polysiloxan-Abfall-Masse wieder in Behälter eingebracht, die beispielsweise mit dem zusätzlichen Siloxan-Einschlussmasse innen und/oder außen versehen sind, und zwar beispielsweise nach dem Einbringen der Abfall-Polysiloxan-Masse. Mehrere Behälter werden dann z.B. an dem für eine Endlagerung vorgesehenen Ort in der Polysiloxan-Einschluß-Masse eingebettet.
- In gleicher Weise können auch die nach dem Beispiel 2 hergestellte Formkörper oder Blöcke aus der Siloxan-Abfall-Masse z.B. am Ort für die Endlagerung in der Polysiloxan-Einschlußmasse eingebettet werden.
- Die vorstehenden Beispiele 1–3 haben den Vorteil, daß bei der Immobilisierung von radioaktiven Abfällen für die Polysiloxan-Abfall-Masse der Anteil Abfallstoff in dieser Masse relativ hoch gewählt werden kann, ohne daß die Gefahr eines Auslaugens von Abfallstoffen während der Endlagerung besteht, da das Gesamtsystem durch die äußere Ummantelung aus der Einschluß-Masse gegen ein Auslaugen zuverlässig geschützt ist. Weiterhin ist es bei diesen Ausführungen grundsätzlich möglich, in der Polysiloxan-Abfall-Masse Blei als zur Abschirmung und Absorption von radioaktiver Strahlung dienender Zusatzstoff zu verwenden und zwar ohne die Gefahr einer Umweltbelastung.
- Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß die Abfallstoffe zunächst in einer Polysiloxan-Matrix eingebunden und dadurch bereits stabilisiert werden. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit einer anderen Immobilierung der Abfälle, beispielsweise durch Einbringen der Abfälle in Behälter oder in andere, verschließbare Aufnahmen, und zwar vorzugsweise in Mischung mit einem geeigneten, von Polysiloxan allerdings unterschiedlichen Bindemittel, z.B. mit einem organischen oder anorganischen Bindemittel, wie Zement oder einem anderen hydraulischen Bindemittel. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist auch die Bildung von Blöcken oder Formkörpern aus dem Abfallmaterial und dem Bindemittel und das anschließende Umschließen oder Einbetten dieser Blöcke oder Formkörper mit der Polysiloxan-Einschluß-Masse möglich.
- Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche weitere Ausführungen und/oder Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Claims (19)
- Verfahren zur Stabilisierung von Feststoffabfällen, insbesondere von chemischen und/oder radioaktiven Abfällen, dadurch gekennzeichnet, daß das als Gebinde immobilisierte Abfallmaterial mit einer ein Geopolymer, vorzugsweise Polysiloxan enthaltenden Einschluß-Masse ummantelt und die Einschlußmasse ausgehärted wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial zur Immobilisierung mit wenigstens einem Bindemittel vermischt und die Mischung ausgehärted wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein hydraulisches Bindemittel, beispielsweise Zement verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Polysiloxan verwendet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschlußmasse und/oder das für die Immobilisierung des Abfallmaterials verwendete Bindemittel Zusätze aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze aus einem radioaktive Strahlung absorbierenden oder radioaktive Strahlung abschirmenden Material, beispielsweise aus Blei, Wolfram, Chrom, Eisen, aber auch Bor oder Borverbindungen oder einer Verbindung dieses Materials bestehen.
- Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze aus einem Material der Gruppe Kalziumcarbonat, Magnesiumsilikat oder Kalziumsilikat bestehen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der das Abfallmaterial immobilierenden Abfall-Polysiloxan-Masse bis zu 10 Gewichtsprozent des Zusatzes beigemischt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial zur Immobilisierung, vorzugsweise in Mischung mit dem Bindemittel in einen Behälter eingebracht wird, und daß der Behälter innen und/oder außen mit der Einschluß-Masse beschichtet wird.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter vor dem Einbringen des Abfallmaterials mit der Einschluß-Masse beschichtet wird.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter nach dem Einbringen des Abfallmaterials mit der Einschluß-Masse beschichtet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial in Mischung mit dem wenigstens einen Bindemittel zu Formkörpern, beispielsweise zu Blöcken geformt wird, und daß die Formkörper an ihrer Außenfläche mit der Einschluß-Masse beschichtet und/oder in diese eingebettet werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Mischen des Abfallmaterials und des als Bindemittel verwendeten Polysiloxans erhaltene Masse 10 – 60 Gewichtsprozent trockenes Abfallmaterial und 40–90 Gewichtsprozent Polysiloxan enthält.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das Abfallmaterial immobilierende Abfall-Polysiloxan-Masse bis zu 10 Gewichtsprozent des Zusatzes enthält.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial für seine Immobilisierung im trockenen Zustand und mit einer Partikelgröße kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,6 mm mit dem wenigstens einen Bindemittel vermischt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschluß-Masse durch Sprühen, durch mechanisches Auftragen und/oder Tauchen auf die Abfallgebinde aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial Mittel und/oder schwach radioaktive Abfälle beispielsweise aus kerntechnischen Anlagen und/oder aus der Nuklearmedizin enthält.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschluß-Masse wenigstens ein Schaumbinder beigemischt ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten der Polysiloxan-Abfall-Masse und/oder der Einschluß-Masse durch Erhitzen erfolgt.
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|---|---|---|---|---|
| EP2650057A1 (de) * | 2012-04-13 | 2013-10-16 | Andritz Energy & Environment GmbH | Verfahren zur Inertisierung von Schwermetallen, Chloriden und anderen Salzbildnern sowie löslichen Feststoffen und metallischen Kontaminationen |
| FR3040316A1 (fr) * | 2015-08-28 | 2017-03-03 | Innoveox | Procede de traitement de dechets dangereux et dispositif associe |
| CN108822555A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-16 | 河南省科学院化学研究所有限公司 | 一种有机硅聚合固化剂及其应用和使用方法 |
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2002
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