DE2611689A1

DE2611689A1 - Verfahren zum einschliessen von radioaktiven spaltprodukten

Info

Publication number: DE2611689A1
Application number: DE19762611689
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Thiele
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1976-03-19
Filing date: 1976-03-19
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2611689B2; DE2611689C3

Description

Verfahren zum Einschließen von radioaktiven
Spaltprodukten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einschließen von radioaktiven Spaltprodukten in einer erstarrten Glasschmelze, wobei zur Bildung des Ausgangsstoffes für die Schmelze der die Spaltprodukte enthaltenden Lösung als glasbildende Substanzen Oxide von Silizium, Bor, Natrium und Calzium zugegeben werden.
Bei der Wiederaufarbeitung verbrauchter Reaktorbrennelemente fallen hochradioaktive Abfälle an, die vom Biozyklus streng getrennt über lange Zeiträume gelagert werden müssen. Es ist daher das Bestreben der Fachwelt, eine Möglichkeit zu schaffen, die radioaktiven Abfallstoffe, die einer weiteren industriellen Verwertung nicht zugänglich sind, beim Transport sicher zu handhaben und ohne Gefährdung der Umwelt zu lagern. Eine der dabei einzuhaltenden Bedingungen besteht darin, die die Spaltprodukte enthaltenden Lösungen vor dem Transport oder der Lagerung zu einem festen Endprodukt zu verarbeiten, das gegen die Einflüsse von Spaltwärme, Korrosion und Grundwasser gesichert ist. Dadurch soll verhindert werden, daß Spaltprodukte freigesetzt werden. Dazu genügt es jedoch nicht, die wässrige Lösung in festen Behältern einzuschließen.
Es ist bekannt, radioaktive Spaltprodukte in einer erstarrten Glasschmelze einzuschließen. Dabei wird angestrebt, die Spaltprodukte in der glasartigen Masse in homogener Verteilung einzulagern. Die gebildete glasartige Masse soll eine gute Wasserbeständigkeit und zugleich eine gute Beständigkeit gegen Entglasung bzw. Kristallisation aufweisen.
Nach einem bekannten Verfahren wird zur Bildung des Ausgangsstoffes für die Schmelze das Spaltproduktkonzentrat mit einer Aufschlämmung aus Oxiden von Silizium, Bor, Natrium, Calzium sowie von Titan und Aluminium zusammengegeben. Da der nach dem bekannten Verfahren zu verwendende Anteil an Na20 mit 13 bis 20 Gew.% sehr hoch ist, muß die dadurch bedingte geringe Wasserbeständigkeit der so hergestellten glasartigen Masse durch Zugabe von Aluminiumoxid verbessert werden. Um ferner das Entweichen von Cäsium aus der Glasschmelze zu verhindern, wird nach dem bekannten Verfahren Titanoxid zugegeben, das dazu dienen soll, durch Bildung von Cäsiumtitanat das Cäsium zu binden. Die Anwesenheit von Titanoxid führt jedoch zu einer erhöhten Keimbildung und somit zur Kristallisation in der gebildeten glasartigen Masse, wodurch das Rückhaltevermögen der Masse für die eingeschlossenen Spaltprodukte verringert wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einschließen von radioaktiven Spaltprodukten zu schaffen, das mit einer möglichst geringen Zahl von glasbildenden Substanzen auskommt, die in ihrer Zusammensetzung gleichwohl eine gute Schmelzbarkeit aufweisen und wobei eine gute Vermischung der Spaltprodukte mit den glasbildenden Substanzen bei geringer Verflüchtigung der Spaltprodukte erzielt wird und das zu einem Produkt führt, das eine gute Wasserbeständigkeit sowie praktisch keine Neigung zur Entglasung aufweist. Das Verfahren soll insbesondere auch dann verwendbar sein, wenn in der die Spaltprodukte enthaltenden Lösung auch Floride, SuLfate und Phosphate enthalten sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die glasbildenden Substanzen der die Spaltprodukte enthaltenden Lösung im Verhältnis von 45 bis 52 Gew.% SiO2 zu 26 bis 32 Gew.% B203 zu 3,0 bis 7,5 Gew.% Na20 zu 13 bis 20 Gew.% Ca0 zugegeben werden, wobei die Gesamtmenge der glasbildenden Substanzen zu der Menge der als Spaltproduktoxide angenommenen Spaltprodukte im Gewichtsverhältnis von 4 zu maximal 1 steht, worauf im Anschluß daran die so gebildete Mischung eingetrocknet und der dabei gebildete Rückstand bei einer Temperatur von etwa 1100 OC geschmolzen wird.
Die nach dem Verfahren. gemäß der Erfindung gebildete, mit dem Spaltproduktkonzentrat vereinigte Aufschlämmung der glasbildenden Substanzen hat einen niedrigen Schmelzpunkt. Wie sich gezeigt hat, sind die Spaltprodukte in der Schmelze homogen verteilt. Eine Verflüchtigung von Spaltprodukten tritt dabei praktisch nicht auf. Die nach dem Erkalten der Schmelze gebildete glasartige Masse ist zu 100 % glasig. Die Wasserbeständigkeit der Masse entspricht der von Flaschenglas.
Eine vorteilhafte Weiterausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Trocknen der Mischung und das Schmelzen des durch das Trocknen gebildeten Rückstandes in einer Inertgasatmosphäre erfolgt. Dadurch wird die Bildung von Schlacken in der glasartigen Masse verhindert und somit die Wasserbeständigkeit des gebildeten Produktes noch verbessert.
Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wird im folgenden näher erläutert: 1360 g SiO2, 385 g B203, 1050 g Na2B407 und 525 g CaO wurden in Wasser eingerührt. Zu der so gebildeten Suspension wurde das zu verfestigende Spaltproduktkonzentrat, das 0,005 Mol/l Phosphat, 0,03 Mol/l Fluorid und 0,07 Mol/l Sulfat enthielt und dessen Menge etwa 720 g Spaltproduktoxiden entsprach, langsam eingegegeben und die so gebildete cremige Suspension unter Stickstoff-Atmosphäre getrocknet. Dazu wurde eine rotierende Walze verwendet, die in die Suspension eintauchte und auf ihrer Oberfläche eine dünne Schicht der Suspension mitnahm. Bei der Drehung der Walze wurde die dünne Schicht getrocknet und mittels eines die Oberfläche überstreichenden Messers abgekratzt. Das so erhaltene griessige Produkt wurde in einen Tiegel aus Al203 gegeben, in einer Stickstoff-Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1100 OC geschmolzen und einige Stunden bei dieser Temperatur geläutert. Im Anschluß daran wurde die Schmelze zur Bildung der glasartigen Masse über einen Zeitraum von zwei Tagen langsam abgekühlt, um die Bildung von Spannungen in der so gebildeten Masse zu vermeiden.
Die gebildete glasartige Masse besaß eine Dichte von 3 etwa 2,67 g/cm3 und einen Erweichungspunkt von 787 OC.
Das Verhältnis der Auslaugbeständigkeit der gebildeten Masse mit derjenigen von Flaschenglas wurde mit 3,5 zu 3,0 ermittelt. Eine röntgenographische Untersuchung der glasartigen Masse ergab, daß es sich um eine zu 100 % glasige Substanz handelt. Auch nach einer fast zweijährigen Lagerung des Materials bei einer Temperatur von etwa 500 OC waren röntgenographisch keine kristallisierten Anteile feststellbar.

Claims

Patentansprüche ( Verfahren zum Einschließen von radioaktiven Spaltprodukten in einer erstarrten Glasschmelze, wobei zur Bildung des Ausgangsstoffes für die Schmelze der die Spaltprodukte enthaltenden Lösung als glasbildende Substanzen Oxide von Silizium, Bor, Natrium und Calzium zugegeben werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die glasbildenden Substanzen der die Spaltprodukte enthaltenden Lösung im Verhältnis von 45 bis 52 Gew.% SiO2 zu 26 bis 32 Gew. % B203 zu 3,0 bis 7,5 Gew.% Na2O zu 13 bis 20 Gew.% CaO zugegeben werden, wobei die Gesamtmenge der glasbildenden Substanzen zu der Menge der als Spaltproduktoxide angenommenen Spaltprodukte im Gewichtsverhältnis von 4 zu maximal 1 steht, worauf im Anschluß daran die so gebildete Mischung eingetrocknet und der dabei gebildete Rückstand bei einer Temperatur von etwa 1100 OC geschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Trocknen der Mischung und das Schmelzen des durch das Trocknen gebildeten Rückstandes in einer Inertgasatmosphäre erfolgt.