DE2245149A1

DE2245149A1 - Verfahren zur bildung von phosphatglas

Info

Publication number: DE2245149A1
Application number: DE19722245149
Authority: DE
Inventors: Guenter Krug; Helfrid Dr Lahr; Heinz Dipl Ing Vornhusen
Original assignee: Gelsenberg AG
Current assignee: Gelsenberg AG
Priority date: 1972-09-14
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1974-03-28
Also published as: NL176659C; DE2245149C3; FR2200212B1; GB1421219A; NL7312602A; DE2245149B2; BE804640A; FR2200212A1; NL176659B; IT1008035B

Description

GELSENBERG AKTIENGESELLSCHAFT 2 2 Λ 5 1 Λ

Verfahren zur Bildung von Phosphatglas

Zur Isolierung radioaktiver Abfallstoffe von der Biosphäre werden diese nach einem bekannten Verfahren in unlösliches Phosphatglas übergeführt und dieses unterirdisch und grundwassersicher gelagert. Die in Form von Lösungen vorliegenden Abfallstoffe werden zuvor konzentriert und, wenn sie Nitrate enthalten, denitriert sowie durch Zusatz von Alkali auf ein für die Glasbildung günstiges Verhältnis von Metalloxyden zu PpCL· eingestellt. Die anfallenden 4o - 7o, insbesondere 5o - 60 Gewichtsprozent Feststoffe enthaltenden konzentrierten Lösungen bzw. Aufschlämmungen werden sodann kalziniert und in einem Tiegel aufgeschmolzen, aus dem die Schmelze kontinuierlich oder absatzweise in Kokillen geleitet wird.

Wird die Kalzination der konzentrierten Lösung bzw. Aufschlämmung in einer vom Aufschmelzen getrennten Verfahrensstufe vorgenommen, so treten die beim Transport pulverförmiger Substanzen üblichen Schwierigkeiten wie Staub-.und Klumpenbildung auf. Besonders die Staubbildung bedingt eine aufwendige Reinigung des Abgases. Aus diesem Grunde und wegen der Einsparung einer gesonderten Prozeßstufe hat die Kombination von Verdampfung, Kalzinierung und Glasbildung Vorteile,

Man leitet die konzentrierte Losung bzw. Aufschlämmung in den beheizten Schmelztiegel, in dem sich drei Schichten bilden: Die unterste Schicht besteht aus der Schmelze, über ihr liegt eine Mittelschicht aus festem Kalzinat, während sich in der obersten Schicht die wässrige Lösung bzw. Aufschlämmung befindet. In der

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obersten Schicht verdampft die noch vorhandene Flüssigkeit, es bildet eich die mittlere Kalzinatschicht , die nun ihrerseits in die darunter befindliche Glaszoneabschmilet. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß durca Hohlräume oder Hisse in der Kalcinatachicht größere Kennen Flüssigkeit in heißere Zonen gelangen, dort explosionsartig verdampfen und radioaktive Feststoffe in größeren Mengen in die Abgasleitung mitreißen oder sogar den Schmelztiegel beschädigen.

Auch ohne explosionsartige Reaktion setzt sich die Abgasleitung öfters zu, wenn die Einleitung der Abfallösung in der Kitte des Tiegels geschieht.

GemäP der vorliegenden Erfindung wird diese Gefahr dadurch beseitigt, daß das Verdampfen und Kalzinieren der konzentrierten Lösung bzw. Aufschlämmung und das Aufschmelzen des Kalzinates an der Wandung des eheizten Gefäßes - Schmelztiegels - vorgenommen wird. Die konzentrierte Lösung bzw. Aufschlämmung wird bei ihrer Einleitung in das Schmelzgefäß so geführt, da3 sie im oberen Teil des Schmeligefäßes auf dessen Wand bzw. dort bereits gebildetesKalzinat trifft. Sie füllt nicht den Gesamtquerschnitt des ochmelzgefäßes aus} auch das gebildete Kalzinat befindet sich nur an der μ/and des Tiegels. Bort wird es langsam aufgeschmolzen und sinkt in die im unteren Teil des Schmelzgefäßes befindliche Phosphatschmelze ab. Ba die Temperatur des Schmelzgefäße β in seinem oberen Teil durch ent· sprec .ende bteueruhg der Beaeizung und durch die entstehende Kühlung bein Verdampfen des wassers wesentlich niedriger ist als die Temperatur in der unten befindlichen Phosphatschmelze, wird so die Gefahr von platzlicher Verdampfung größerer Wassermengen vermieden.

Als bc:inelzgefä3 dient beim erfindungegemäßen Verfahren zweckmäBigerveise ein zylindrisches oder etwa zylindrisches, aufrecht-.-tehenaes Gefäß. Die zu verfestigende Lösung wird Bitteis geeigneter rtäDnalmen, z.B. durch ein schräg endendes Einleitrohr, bei ihren Eintritt in A&u Gefäß an dessen »/and freleitet.

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Zweckmäßigerweise wird das "Verfahren der vorliegenden Erfindung mit dem Verfahren kombiniert, das in der Patentanmeldung P 22 4o 928.5 ""Verfahren zur Bindung von radioaktiven Abfallstoffen in Phosphatgläsern¹¹ vom 19.8.1972 beschrieben ist, und das bei der Verglasung anfallende Gas in die Vorrichtung geleitet, in der die Abfallösung konzentriert und denitriert wird..

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der zugehörigen Zeichnung beschrieben:

Als Verdampfungs-, Kalzinier- und Schmelzgefäß dient ein aufrecht stehendes Bohr 1, in dessen oberem Ende das Einleitungsrohr für die in Glas zu überführende Lösung bzw. Aufschlämmung, das !Führungsrohr 5 für Thermoelemente und das Abgasrohr 4 eingesetzt sind. Während das Thermoelement-Führungsrohr 3 in der kitte des Rohres angeordnet ist, befindet sich das Einleitungsrohr 2 am Rande des Schmelzgefäßes; sein unteres Ende ist so abgeschrägt, daß die einlaufende Lösung bzw.' Suspension an die Wand des Schmelztiegels 1 geleitet wird.

Das Schmelzgefäß befindet sich in einem - in der Zeichnung nicht dargestellten - Ofen, mit dessen Hilfe es,so beheizt wird, daß in seinem unteren Teil, der Schmelzzone, die Temperatur 8oo - 1ooo C, insbesondere etwa 1ooo C beträgt, während die Temperatur der Mittelzone - Kalzinationsbereich bei etwa 7oo C liegt und das obere Ende des Gefäßes 1 - Beginn der Verdampfungszone - eine Temperatur· von etwa 1oo C aufweist. Die Temperaturüberwachung und -regelung erfolgt durch Thermoelemente, die im Rohr 3 eingesetzt sind} diese Thermoelemente zeigen zugleich den Füllstand im Schmelzgefäß an.

Leitet man durch das Rohr 2 die zu verglasende Lösung bzw. Aufschlämmung in die Vorrichtung, so wird die Lösung durch die Form des Einleitungsrohres an die Wandung des Gefäßes 1 geführt, wo im oberen Teil die noch vorhandene Flüssigkeit verdampft.

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Die entstehenden Dämpfe entweichen durch das Abgasrohr 4» Eventuell mitgerissene Peststoffe werden in dem sich selbst reinigenden Zyklon 6 abgeschieden und in das Schmelzgefäß 1 zurückgeführt. An der Wandung des Gefäßes 1 bildet sich ein Kalzinat, das weiter absinkt, dabei aufgeschmolzen wird und eine Phosphatschmelze im unteren Teil, des Gefäßes 1 bildet. Das untere Ende des Schmelzrohres 1 ist verjüngt und läuft aus in das Abflußrohr 5 für die Glasschmelze. 1st das Abflußrohr 5» wie auf der Zeichnung dargestellt, senkrecht geführt, so wird es zweckmäßigerweise gekühlt, so daß sich in ihm ein Phosphatglasstopfen als Verschluß bildet. Die Entleerung des Gefäßes erfolgt dann durch Aufwärmen dieses Stopfens nach Entfernung der Kühlung. Man kann aber auch dem Abflußrohr 5 eine siphonartige Pora geben, wodurch eine kontinuierliche Abnahme der Schmelze möglich ist.

Beispiel:

Ein Gefäß der in der Zeichnung dargestellten Form mit einem Volumen von 2 1 wurde in einem elektrisch beheizten Ofen mit einer Leistungsaufnahme von o,8 kw so beheizt, daß die Temperatur in der Schmelzzone etwa 1.ooo C, in der Mitte etwa Too C und am oberen Ende etwa 2oo C betrug. Durch ddas Einleitungsrohr wurde zunächst Wasser eingespeist, um den Tiegel auf Betriebsbedingungen zu bringen, wobei die Temperatur am oberen Tiegelende auf loo C sank. Anschließend wurden mittels einer Dosierpumpe 600 ml/h einer konzentrierten, denitrierten Abfalllösung folgender Zusammensetzung zugegeben:

F 5,o9 g/l

Al 18,55 g/l

Spaltprodukte 2o4,o g/l H₅PO₄ 77Λ ο _t;/l Na₂O 65,0 g/l

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Die eingespeiste Aufschlämmung· gelangte an die wand des Tiegels, wo der flüssige anteil verdampfte. Das entstandene KaI-zinat bewegte sich an der Tiegelwandung abwärts und schmolz im unteren Teil auf. In der Abgasleitung wurden Temperaturen von Joo - 5oo C gemessen. Infolge des außerordentlich schonenden und gleichmäßigen Reaktionsablaufs gelangten nur sehr geringe Mengen von Feststoffen in die Abgasleitung, wo sie im Zyklon abgeschieden und in das ochmelzgefäß zurückgeführt wurden.

iiittels eines bis auf den Boden des Schmelzgefäßes reichenden knieförmigen Überlaufes wurde die entstehende Phosphatschmelze in einer Menge von o,57 kg/h abgezogen und in beheizte Kokillen geleitet. Jeweils nach Füllung wurden diese getempert, wobei-die .schmelze zu einen unlöslichen Phosphatglas erstarrte.

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Claims

22A5U9 Patentansprüche

1. Verfahren zur Bildung von Phosphatglas aus Lösungen bzw. Suspensionen radioaktiver Abfallstoffe durch Verdampfen und Kalzinieren der Lösungen bzw. Aufse: ι lamunden und Aufschmelzen des Kalzinats in einem in unterschiedlichen Zonen beheizten Gefäß, dadurch gekennzeichnet, daß Verdampfen, Kalzinieren und Aufschmelzen an der Wandung des Gefäßes vorgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungen bzw. Aufschlämmungen Peststoffgehalte von 4o - 6o %, insbesondere 45 - 55 Gewichtsprozent, aufweisen.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verdampfen, Kalzinieren und Aufschmelzen an der Wandung eines zylindrischen, aufrecht stehenden Gefäßes vorgenommen werden.

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