DE2536699A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen einbringung radioaktiver oder toxischer materialien in behaelter - Google Patents

Description

"R-BERG DIP L.-IN Q. STAPF . IPL-ING. CCrW/r« DR. DR. SANDMAIR

t MÖNCHEN 60 · NiAU EflKIRCHERSTR. 45

Anwaltsakte 26 359 18. August 1975

1.) Vereinigte Edelstahlwerke Aktiengesellschaft (VEW) 1010 Wien / Österreich

2.) österreichische Studiengesellschaft für Atomenergie Ges.m.b.H.

1082 Wien / Österreich

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Einbringung radioaktiver oder toxischer Materialien in Behälter

Der vermehrte Einsatz von Kernenergie

zur Deckung des steigenden Energiebedarfes fordert eine möglichst perfekte Lösung'des Abfallproblems.Besonders die in Kernkraftwerken in großen Mengen anfallenden radioaktiven Abwässer in Form von Vorkonzentraten aus Aufbereitungs- und Reinigungsanlagen stellen bei der

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Lagerung !lohe Anforderungen an die Sicherheit.

Die übliche Form der Lagerung in Behältern auf dem Kraftwerksgelände verursacht erhebliche Kosten für Abschirmung, Lagerung und Kontrolle, stellt jedoch keine endgültige Lösung des Problems dar. Es ist die ·. Errichtung einer von Umweltseinflüssen weitgehend sicheren Endlagersteile erforderlich.

Die Zulieferung zu einer solchen Lagerstelle in Verbindung mit Kernkraftwerken kann jedoch in den meisten Fällen nur über das öffentliche Straßen- bzw. Eisenbahnnetz erfolgen. Dies hat zur Folge, daß die Behälter mit dem radioaktiven Abfall den jeweiligen Vorschriften bezüglich Sicherheit und Dosisleistung entsprechen müssen. Solche Bedingungen können nur erfüllt werden, wenn abge-

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sehen von der Dosisleistung, die durch Zwischenlagerung oder Abschirmung reduziert werden kann, das abgefüllte Material soweit verfestigt wird, daß während des Transportes und später bei der Lagerung, auch bei äußerer Gewaltanwendung, ein Austritt des Lagergutes in die Umwelt mit Sicherheit vermieden wird.

Beim Betrieb von Kernkraftwerken strebt man daher die Aufstellung möglichst kompakter, d.h.keine aufwendigen, baulichen Maßnahmen erfordernder Verfestigungsanlagen, direkt bei der abfallproduzierenden Anlage an. Dabei wird aus wirtschaftlichen Gründen für den Abtrans- ■

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port und die Lagerung die Verwendung von genormten Standardfässern vorgezogen»

Zur Verfestigung des radioaktiven Abfalls eignen sich Materialien wie Zement und Bitumen für eine geringe "bis mittlere Aktivität, sowie Glas und Metall für eine hohe Aktivität. Besonders die Einbettung von niedrig aktivem Material in Bitumen "bringt große Vorteile, weil bei unvorhergesehenen Wasser einbrächen das so verfestigte Material um Größenordnungen geringer ausgelaugt wird, als mit Zement gebundene Abfallstoffe.

Die derzeit bekannten Verfahren zur Bitu-

minierung von radioaktiven Rückständen beruhen im wesentlichen im Vermischen unter gleichzeitigem Verdampfen des Wassers von vorkonzentrierten Dicklösungen aus Eindampf- und Reinigungsanlagen mit geschmolzenem Bitumen.Zum Vermischen der Komponenten und Verdampfen des Wassers werden mechanische Rühr-, Misch- bzw. Knetvorrichtungen verwendet .

Bekannt ist es auch, radioaktive bzw. toxische Substanzen, die durch Entwässern aus den Konzentraten anfallen, durch Sedimentation in geschmolzenem Bitumen zu umhüllen. So wird beispielsweise in der Schweizer Patentschrift 5^9 265 eine diskontinuierlich arbeitende Vorrichtung zur Sedimentation beschrieben, wobei nach dem Befüllen eines dort als Sammelgefäß bezeichneten Be- ,

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halters bei dessen Austausch, gegen einen neuen, die Vorrichtung abgestellt.werden muß.Beim Öffnen der Anlage kommt es ferner zu einem Abbau des Vakuums und es tritt die Gefahr einer Umgebungskontamination durch radioaktive Schwebstoffe auf.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene

Verfahren verzichtet auf eine mechanische Vermengung von Bitumen und aktivem Abfall und vermeidet, daß das aktive Material bereits in der Anlage mit dem Bitumen in Kontakt kommt. Diese Maßnahme bringt den Vorteil, daß bei Wartungsarbeiten oder Reparaturen radioaktive Ablagerungen stets leicht mit Wasser oder Wasserdampf aus der Anlage herausgespült werden können.

Durch Trennung von Trocknung und Bituminierung in zwei Arbeitsschritte ist es weiters möglich, die entwässerten Rückstände erst in der Endphase des Arbeitsvorganges im Lagerfaß direkt mit dem Bitumen durch einfaches Einstreuen und Absinkenlassen mit der Bitumenschmelze zu vermengen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Einbringung von in fester Form vorliegenden radioaktiven und/oder toxischen Materialien oder deren Gemischen, vorzugsweise im trockenen oder getrockneten Zustand, durch Sedimentation in flüssigen Bindemitteln, vorzugsweise Bitumen, Asphalte, Teer, Thermoplaste usw., und ist dadurch gekennzeichnet, daß

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die Vermengung direkt im Verpackungsbehälter durchgeführt wird.

Es hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, das Bindemittel während des Vermengungsvorganges zuzuführen.Die Zuführung des Bindemittels erfolgt dabei ■vorteilhaft über Sprühdüsen.

Zweckmäßigerweise werden nach der Erfindung als Verpackungsbehälter genormte Standardfässer verwendet.

Durch das vorgeschlagene Verfahren ist es möglich, die Bituminierung durch Einbringen von trockenen oder vorgetrockneten radioaktiven Abfällen, wie z.B.Asche oder entwässerte Salze usw., in einem kontinuierlichen Verfahren direkt im z-ur Endlagerung bestimmten Verpackungsbehälter, beispielsweise Fässer der verschiedensten Ausführung, vorzunehmen.Dadurch wird vermieden, daß ein Sammel- bzw. Abfüllbehälter, in dem die Vermengung von radioaktivem Abfall mit Bitumen erfolgt, dem Verpackungsbehälter vorgeschaltet werden muß. Dies bringt außer einer Vereinfachung der Arbeitsmethode den großen Vorteil, daß bei eventuellen Verkrustungen oder Belagsbildungen im Verpackungsbehälter ?~.eine aufwendigen Reinigungsarbeiten mit organischen Lösungsmitteln durchgeführt, werden müssen.Weiters ist es möglich, durch die nachfolgend beschriebenen Anordnungen den Faßwechsel in kurzer Zeit durchzuführen,

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sodaß der Prozeß kontinuierlich, d.h. ohne Unterbrechung durch Abschalten der Anlagenkomponenten ablaufen kann. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit eine derartige Anlage durch entsprechende Maßnahmen für einen -vollautomatischen und fernbedienbaren Betrieb auszustatten.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aus. einem Trockner, in den das wässrige Konzentrat eingebracht wird, einer Gehäuseplatte, einer drehbaren weiteren Platte, die Dichtungen zur Abdichtung der Vorrichtung nach außen aufweist, wobei die drehbare Platte mit Eezipienten, die mit absenkbaren Böden ausgestattet sind, verbunden ist, den Isolierungen und den Heizvorrichtun- ; . gen, die zur Einhaltung der Betriebstemperatur des Bindemittels dienen, besteht.

Es erweist sich als günstig, die VorriGhtung mit einer staubabweisenden, jedoch gasdurchlässigen Dichtung zu versehen, die den freien Raum oberhalb des Behälterrandes ausfüllt, und die.Kontamination der Behälteraußenseite verhindert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt vorteilhaft eine bewegliche Dichtung, die während des Behälteraustausches bei offenem Boden den Rezipienten in der Arbeitsposition druckmäßig von der Außenatmosphäre trennt.

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Zur Einbringung der in fester Form anfallenden radioaktiven Materialien erweist sich, die Anbringung einer Fördereinrichtung als zweckmäßig.

Anhand eines Ausführungsbeispielss wird die Vorrichtung nach der Erfindung näher erläutert:

In Fig.1 ist die Vorrichtung in Verbindung mit den weiteren Anlageteilen schematisch dargestellt. Pig.2 zeigt Details des schwenkbaren Behälteraufnehmers, Fig.3 den Behälteraufnehmer im Grundriß und Fig.kleine Variante des Behälteraufnehmers, die auch für die Einbettung anderer disperser Feststoffe, als Verdampfungsrückstände, geeignet ist.

Wie in Fig.1 dargestellt, wird das

wässrige Konzentrat, das in einer Eindampfanlage 1 üblieher Bauweise erzeugt wird, mit der Konzentratspeisepumpe 2 in den Trockner 3 eingebracht, der vorzugsweise ein motorgetriebener Dünnschichtverdampfer bekannter Ausführung sein kann. Im Trockner 3 wird das Konzentrat durch Eindampfen entwässert, wobei Feststoffe in einem rieselfähigen Zustand anfallen. Diese Feststoffe fallen direkt in den darunter befindlichen Verpackungsbehälter 4, der eine vorbereitete Schicht dünnflüssigen Bitumens 5 ' enthält, sinken darin ab und bilden ein dichtgepacktes Sediment 6. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, in der laufend weiter Feststoffe eingestreut und die Bitumenschicht allmählich gefüllt wird, oder aber auch konti-

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nuierlich und gleichzeitig mit dem Einstreuen, wird weiteres dünnflüssiges Bitumen über die Bitumenförderpompe 7 zugegeben, bis schließlich der Verpackungsbehälter 4· ganz mit einem Bitumen-Feststoff-Gemisch gefüllt ist. Im Bitumenvorwärmbehälter 8 mit der Heizwicklung 9 wird das Bitumen hiefür auf die erforderliche Yerfahrenstemperatur gebracht. Bei kontinuierlicher Bitumenzufuhr kann es für das Verfahren nützlich sein,wenn kein scharfer Bitumenstrahl in den Verpackungsbehälter, beispielsweise ein Endlagerfaß, gerichtet wird, sondern ein weicher und flächenhaft wirkender Sprühregen.Damit kann bereits vor dem Auftreffen der !Feststoffteilchen auf die Bitumenoberfläche eine teilweise Benetzung und Umhüllung erzielt werden. In diesem Falle ist die Mün- ! . dung 10 der Bitumenspeiseleitung als entsprechende Düse mit Sprühwirkung ausgebildet. Die bei der Trocknung entstehenden Brüdendämpfe werden mittels der Vakuumpumpe 11 über den Kondensator 12 geführt, wo sie niedergeschlagen werden. Von der Abluft mitgerissene Staubteilchen werden vom Staubfilter 13 zurückgehalten.Das Kondensat aus dem Kondensator 12 stellt nur einen Bruchteil der Menge dar, die als Abwasser der Eindampfanlage 1 zugeführt worden war ur.d kann deshalb ohne wesentlichen Verlust an Wirtschaftlichkeit erneut der Eindampfung zugeführt werden.Die Vakuumpumpe 11 sorgt neben der Brüden-

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absaugung für einen Unterdruck in der Anlage, der ein Austreten von radioaktiven Stoffen durch Leckstellen verhindert.

Der Behälteraufnehmer 14 besteht im wesentlichen aus der kreisförmigen Platte 18 und den beiden Rezipienten 15 und erfüllt mehrere Aufgaben. Zunächst· dient er zur Positionierung des Verpackungsbehälters 4 unter dem Trockner 3· Durch eine geeignete Isolierung 16 und die Eigenwärme des flüssigen Bitumens oder gegebenenfalls durch eine zusätzliche Heizvorrichtung 17 wird durch ihn außerdem der Verpackungsbehälter 4 auf der für das Verfahren notwendigen Betriebstemperatur gehalten. Schließlich sorgt der Behälteraufnehmer für eine Druckentlastung des Verpackungsbehälters 4, wodurch der' Einbettungsprozeß bei einem beliebigen Unterdruck durchgeführt werden kann.Mit der staubabweisenden, jedoch gasdurchlässigen Dichtung 23, die den freien Raum oberhalb des Behälterrandes ausfüllt, wird die Kontamination der Behälteraußenseite weitgehend reduziert (siehe Fig.2).Durch eine zusätzliche Vorrichtung kann außerdem in den Zwischenraum zwischen Verpackungsbehälter 4 und dem Rezipienten 15 Heißdampf eingeblasen werden, so daß durch die von außen nach innen gerichtete Strömung ein Austreten radioaktiven Staubes verhindert wird.Der Behälteraufnehmer 14 ist mit seiner Platte 18 um die Achse 19 dreh- oder schwenkbar auf dem Rollenkranz 20 gelagert, wie in Fig.2 dargestellt,wobei

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zwei Fixpositionen die Endstellung darstellen, die nachstehend als Arbeits- und Wechselpositionen "bezeichnet werden.

Pig.3 zeigt den Behälteraufnehmer 14- im Grundriß.In der Arbeitsposition 32 befindet sich der "Verpackungsbehälter 4- unter dem Trockner 3 und es erfolgt die Befüllung mit Bitumen und mit radioaktiven Feststoffen.In der gegenüberliegenden Stellung, der Wechselposition 33» wird der Austausch des gefüllten gegen einen leeren Behälter vorgenommen. Die dazu notwendige Belüftung erfolgte über das Ventil 28. Der Behälteraustausch kann vorzugsweise nach unten durch Absenken des Bodens 21 des Behälteraufnehmers mit einer ,' Hubvorrichtung 22 vorgenommen werden. Grundsätzlich ist auch das Herausheben des vollen Behälters und das Einbringen des Leerbehälters von oben möglich. In diesem Fall ist es zweckmäßig, in der Gehäuseplatte 29 eine verschließbare öffnung anzubringen.

In der Wechselposition werden folgende

Vorbereitungen für den späteren Einsatz des Leerbehälters getroffen:

I.Austausch

2.Einstellung des Betriebsdruckes über Ventil 30 3.Vorwärmen des Behälters mit der Heizwicklung 17,die von der Isolierung 16 umgeben ist

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4.Einfüllen einer ersten Lage flüssigen Bitumens über · die Zuleitung 24·.

Bei Durchführung dieser Maßnahmen wird der Betrie"bsa"blauf nicht gestört. Während des Austausches durch den offenen Boden 21 des Rezipienten 15 in der Wechselposition 33 wird durch die bewegliche Dichtung 31 eine druckmäßige Trennung des Rezipienten 15 in der Arbeitsposition 32 von der Außenatmosphäre erreicht, und der Unterdruck in der Arbeitsposition 32 "bleibt erhalten. Bei geschlossenem Boden 21 wird über die Leitung 30 der Unterdruck in der Wechselposition 33 wieder hergestellt und die Dichtung 31 geht wieder in ihre Ausgangslage zurück.

Auch während der Recipientendrehung läuft der Trockner weiter.Es ist für diesen Fall jedoch vorgesehen, die Bitumenzufuhr zu unterbrechen und die Bitumenförderpumpe 7 stillzusetzen.Ebenfalls wird während dieser Zeit die Klappe 25 geschlossen, um den Strom der Feststoffteilchen aus dem Trockner aufzufangen.In dieser Zeit bleibt der Unterdruck im Trockner 3 bzw. im nachgeschalteten Kondensator 12 und Abluftfilter 13 erhalten. Sind diese Vorkehrungen beendet, wird nach dem öffnen der Klappe 25 die in der Zwischenzeit angesammelte Feststoffmenge auf einmal eingestreut und der Befüllvorgang

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läuft normal weiter.Der Behälteraufnehmer 14- ist in seinem oberen Teil durch die Dichtungen 26 und 27 vom Außenraum getrennt, wobei sowohl eine druckmäßige Abdichtung bewirkt als auch ein Austritt radioaktiven Staubes verhindert wird.Für Wartungsarbeiten kann eine Dekontamination des Innenraumes durchgeführt werden,indem wahlweise Heißdampf, Wasser oder ein Lösungsmittel in das Innere gesprüht werden.Es ist auch möglich, den Behälteraufnehmer ganz unter Wasser zu setzen.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist für die Einbettung radioaktiver Yerbrennungsaschen oder aus anderen Prozessen anfallenden pulverförmigen oder granulierten Rückständen gegeben. Fig.4 zeigt einen Behälteraufnehmer 35 zux kombinierten Einbettung von Verbrennungsaschen und von wässrigen Konzentraten im Grundriß, wobei, die Vorrichtung zusätzlich zu den bereits beschriebenen Komponenten noch eine Fördervorrichtung 34 für Feststoffgranulate besitzt. Mit dieser Fördervorrichtung 34-» die beispielsweise eine Förderschnecke sein kann, erfolgt der Transport vom Ort der Herstellung-, beispielsv/eise vom Aschenraum einer Verbrennungsanlage für brennbare Abfälle, zur Abfüllanlage und gleichzeitig die dosierte Einspeisung»Der Behälteraufnehmer hat jetzt zwei Abfüllpositionen, wobei wahlweise in der Ar-

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beitsposition 36 in "bereits "bekannter Weise die Peststoffe aus wässerigen Konzentraten und in der Arbeits- · position 37 die Aschen eingestreut werden. Für "beide . Vorgänge ist eine Wechselposition 38 ausreichend.Diese Anordnung zeichnet sich durch den Vorteil aus, daß eine Platzeinsparung gegenüber mehreren Einzelanlagen erreicht wird und verschiedene notwendige H"ebenkomponenten,wie Ab luftfilter, Raumfilter, Faßmanipuliervorrichtung usw. nur einfach vorhanden sein müssen. ·

Bei der Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden "bis zu 60 - 75 Gewichts-% Peststoffe in das Bitumen eingebracht.Dadurch ist eine weitgehende Nutzung des Inhaltes der Verpackungsbehälter und damit der allgemeinen Lagerkapazität möglich.Im erstarrten Zu-

stand bildet der Behält er inhalt eirfen praktisch homogenen Block, der auch bei extremer mechanischer Belastung während des Transportes oder bei der Lagerung eine hohe Formbeständigkeit aufweist.

Auslaugversuche zeigten, daß gegenüber

betonverfestigten Abfällen eine um mehrere Größenordnungen bessere Auslaugbeständigkeit dieser voll mit Salzen beladenen Bitumengemenge gegeben ist.

Als Bindemittel für das erfindungsgemäße Verfahren ist geschmolzenes Bitumen besonders vor-

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teilhaft geeignet.Es lassen sich aber auch ähnliche Materialien, wie geschmolzene Asphalte, Teer, Thermoplaste, ^: aber auch aushärtebare Bindemittel in einer flüssigen Vorstufe, wie Kunstharzkomponenten, Bitumenemulsionen sowie auch Zementmilch, nach entsprechender Adaptierung der Anlage verwenden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   'A./Verfahren zur kontinuierlichen Einbringung von in fester Form vorliegenden radioaktiven und/oder toxischen Materialien oder deren Gemischen, vorzugsweise im trockenen oder getrockneten Zustand, durch Sedimentation in flüssigen Bindemitteln, vorzugsweise Bitumen, Asphalte, Teer, Thermoplaste usw., dadurch gekennzeichnet, daß die Yermengung direkt im Verpackungshehälter durchgeführt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Bindemittels während des Ver packungsvorganges erfolgt.

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   5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Bindemittels über Sprüh- ■ düsen erfolgt.

   4-, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 "bis 3% dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Gehäuseplatte (29)» einer drehbaren Platte (18), die Dichtungen (26, 27) zur Abdichtung der Vorrichtung nach außen aufweist, wohei die drehbare Platte (18) mit Rezipienten (15), die mit ahsenkbaren Böden (21) ausgestattet sind, verbunden ist, Isolierungen (16) und Heizvorrich-

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   » Mo "

   tungen (17)» die zur Einhaltung der Betriebstempera-. türen des Bindemittels dienen, besteht.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine staubabweisende, jedoch gasdurchlässige Dichtung (23) besitzt, die den freien Raum oberhalb des Behälterrandes ausfüllt und die Kontamination der Behälteraußenseite verhindert.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4- oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine bewegliche Dichtung (31) besitzt, die während des Behälteraustausches bei offenem Boden (21) den Rezipienten (15) in der Arbeitsposition druckmäßig von der Außenatmosphäre trennt.

   7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4- bis 6, dadurch gekennzeichnet», daß sie zur Einbringung der in fester Form anfallenden radioaktiven Materialien eine Fördereinrichtung (J4-) besitzt.

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   FK/
   KP/FK

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