DE2655957A1

DE2655957A1 - Vorrichtung und verfahren zum einbinden toxischer oder radioaktiver abfallstoffe in kunststoff

Info

Publication number: DE2655957A1
Application number: DE19762655957
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Metscher
Original assignee: Kraftanlagen AG
Current assignee: Kraftanlagen AG
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1978-06-15
Also published as: JPS5372778A

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Einbinden toxischer oder
radioaktiver Abfallstoffe in Kunststoff.
Die Srfìndung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbinden von toxische oder radioaktive Bestandteile enthaltenden Abfallstoffen in thermoplastische Kunststoffe, insbesondere unter Verdampfung flüssiger Anteile undZoder Erschmelzen des umschließenden Kunststoff.
,s ist bereits bekannt, toxische oder radioaktive Abfallflüssigkeiten in Kunststoffpulver mindestens einer Gattung einzubinden (DT-OS 2 135 328). Zu diesem Zwecke wurde so verfahren, daß das Konzentrat der Abfallflüssigkeit mit Pulver eines oder mehrerer Kunststoffe, gegebenenfalls auch mit weiteren Zusatzstoffen, vermischt und einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, bei der das Wasser verdampft und das Kunststoffpulver geschmolzen wird. Das als zähflüssiges Gemisch erhaltene Endprodukt wurde in einen daß oder Lagerbehälter abgekühlt und dadurch zum Lrstarren gebracht.
ü die Durchführung des Verfahrens wird das Konzentrat entweder zusammen mit Kunststoffpulver einem Mischbehälter zuge:führt, in diesem gemischt und dann in eine beheizte Schnecke gefördert oder die beiden Komponenten werden getrennt einer Schnecke zugeführt und in dieser gemischt. Die Schnecke ist beheizt und auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur gehalten, bei der das Wasser ausdampft und das Kunststoffpulver schmilzt, so daß es mit dem Konzentrat vermischt werden kann.
Als weitere Möglichkeit wurde der Einsatz eines Dünns chi chtverdampf e rs für diesen Zweck erörtert. Auch in diesem leall ist vorgesehen, die Komponenten - Konzentrat und Kunststoffpulver - entweder zunächst zu mischen und dann dem lXünnschichtverdampfer zuzuführen oder unter wegfall des Mischbehälters die Komponenten ohne vorherige Mischung getrennt in den Dünnschichtverdampfer einzuleiten.
Durch die Verwendung von I(unststoffpulver als Bindemittel entfällt das Verflüssigen und Vortrocknen, und es soll vermieden werden, daß gefährliche, gegebenenfalls entzündliche Dämpfe entstehen, was beim Einbinden solcher Konzentrate in Bitumen beobachtet wird. Das Einbinden von Abfallstoffen in Kunststoffe nach anderen bekannten Verfahren erfordert das vorherige Entwässern der einzubindenden Abfallflüssigkeit, um eine Phasentrennung bzw. ein Nichtabbinden, zu lange Polymerisationszeiten und Sedimentationserscheinungen auszuschließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, mit deren Hilfe toxische oder radioaktive flüssige und rieselfähige feste Abfallstoffe verfestigbar sind, so daß Blöcke entstehen, die eine hohe Auslauge- und Auswaschfestigkeit aufweisen. Rieselfähige, feste Abfallstoffe sollen sowohl in trockenem Zustand als auch in Mischung mit wasser oder wässrigen sowie organischen Lösungen gleichermaßen gut verfestigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die dadurch gckennzeichnet ist, daß die Vorrichtung einen extruder mit wenigstens drei Funktionsabschnitten aufweist, daß der erste Funktionsabschnitt mit Aufgabe einrichtungen für den Kunststoff und einer Heizeinrichtung zur Erschmelzung aes aufgegebenen Kunststoffs versehen ist, daß am zweiten 1"unlctionsabschnitt Sinrichtungen zum Injizieren der Abfallstoffe in den Funktionsabschnitt angeschlossen und im Funktionsabschnitt Mittel zum Verdichten der Kunststoffschmelze und Dispergieren des einzubindenden Abfallstoffs in der Kunststoffschmelze vorgesehen sind, und daß der dritte Funktionsabschnitt geheizt und mit Abführleitungen für flüchtige und/oder verdampfte flüssige Bestandteile unter normalem und/oder Unterdruck versehen ist. Polystyrol, vorzugsweise niedermolekulares Polystyrol, läßt sich in einem extruder durch Wärmezufuhr und acherwirkung bei Temperaturen über 1300C schmelzen. Erst durch eine Injektion der radioaktiven ouer toxischen Stoffe in den schmelzflüssigen Kunststeif und durch Bearbeitung des Gemischs der Kunststoffschlnclze und der injizierten Abfallstoffe mit Kneteleienten in der Dispersionszone gelingt es, eine gleichmäßige Verteilung von Bindemittel und einzubindenden Stoffen zu erzielen. In der nachgeschalteten beheizten Zone werden dann flüchtige oder zu verdampfende Bestandteile des Gemisches unter normalem oder Unterdruck entfernt, wobei gleichzeitig aufgrund der Scherwirkung des bxtruders einer Sedimentation entgegengewirkt wird.
Die Hintereinanderschaltung der Funktionsabschnitte in denen das Schmelzen, Dispergieren und Verdampfen erfolgt', vermeidet gegenüber einem gleichzeitigen Schmelzen und Verdampfen örtliche Energiedichten, die zur uberhitzung des Kunststoffs im extruder mit Zersetzung des Kunststoffs führen könnten. Dem dritten Funktionsabschnitt des extruders ist vorzugsweise ein weiterer Abschnitt zum Homogenisieren des Gemischs aus verfestigten Abfallstoffen und Kunststoff-Bindemittel unmittelbar nachgeschaltet. Im Anschluß an diesen Homogenisierungs-Abschnitt kann das Gemisch unmittelbar in das Endlager-Faß ausgetragen werden, wo es vollständig erstarrt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist also dadurch gekelmzeichnet, daß Kunststoff, vorzugsweise niedermolekulares Polystyrol in Granulatform, in einer ersten Behandlungsstufe durch Wärmezufuhr bei Temperaturen oberhalb 130°C geschmolzen, anschließend in die Schmelze die Abfallstoffe injiziert und in dieser dispergiert und dann die Dispersion unter normalem und/oder Unterdruck durch eine weitere Wärmezufuhr verfestigt wird.
Das verfestigte Gemisch wird vor dem endgültigen Erstarren vorzugsweise noch zusätzlich homogenisiert.
Zur zrläuterung des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
Über einen Einfülltrichter 1 wird Kunststoff, vorzugsweise in Form von Polystyrol-Granulat in den ersten i?unktionsabschnitt A eines langgestreckten Extruders eingeführt und in dessen beheizter Zone geschmolzen.
Die hierfür vorgesehenen Heizeinrichtungen 2 sind nur schematisch dargestellt. Von einem Abfall-Sammelbehälter 3 worden die beispielsweise in Form einer Abfallflüssigkeit vorliegenden Abfallstoffe durch eine Förder- und Druckpumpe 5 über einen Wärmetauscher 7 in eine dem Funktionsabschnitt A des Extruders nachgeschalteten Funktionsabschnitt B injiziert. Im Abschnitt 13 werden die Polystyrolschmelze und die Abfallflüssigkeit mit Hilfe von an sich bekannten, speziell geformten Knetelementen vermischt, so daß die Abfallstoffe in der Polystyrolschmelze dispergieren.
Durch die im Funktionsabschnitt A auf das eingegebene Polystyrol ausgeübte Scherwirkung und die erwärmung einerseits und die Vorerwärmung der Abfallflüssigkeit ii lsarmetauscher 7 sowie die Druckerhöhung andererseits wird einem lokalen Erstarren der Polystyrolsehmelze innerhalb der Mischstrecke wirksam begegnet. Dem Funktionsabschnitt B ist ein beheizter Funktionsabschnitt C nachgeschaltet, der in zwei Unterabschnitte Ol und C2 unterteilt ist, denen jeweils eine gesonderte Heinzeinrichtung 8 bzw. 18 zugeordnet ist. Im Unterabschnitt C1 des Extruders wird das Gemisch auf normalen Druck entspannt, wodurch die flüchtigen oder zu verdampfenden Anteile - Lösungsmittel und Wasser - ausgetriebes werden. Bei der Mischung der Abfallstoffe mit der Kunststoffschnlelze wird ein llückhalteffekt erzielt, so daß mit den flüchtigen oder verdampften Bestandteilen nur geringe Radioaktivität ausgetragen wird.
Mit abnehmendem Flüssigkeitsgehalt steigt der Rückhalteffekt an und ist ab einem Flüssigkeitsgehalt von weniger als 10n/v am größten. Bei derart geringem Flüssigkeitsgehalt sind die Viskositäten von Kunststoffschmelze und Abfallstoffen weitgehend aneinander angeglichen und die Komponenten lassen sich besonders intensiv miteinander vermischen. Die flüchtigen Bestandteile werden über den Stutzen 9 des Abschnitts C1 aus dem Extruder herausgeführt und die flüssigen Anteile im Kondenstator 11 abgeschieden. Die Restgage werden über die Leitungen 13 einem Abluftsystem üblicher sicherheitstechnischer Ausgestaltung zugeführt. Das anfallende Kondensat, das noch radioaktive oder toxische Anteile enthalten kann, wird über eine Leitung 15 einer Abwasserbehandlung unterworfen. Im Unterabschnitt C2 des Extruders erfolgt die durch die Heizeinrichtung 18 unterstützte Feinentgasung unter Unterdruck, der durch eine Saugpumpe 19 erzeugt wird, die an den Ausdampfstutzen 17 des Abschnitts C2 des Extruders angeschlossen ist. Die durch die Pumpe 19 ab geführten Dämpfe werden ebenfalls dem Kondensator 11 zugeführt, um zu verflüssigende anteile von den Gasen zu trennen.
in dem sich an den Funktionsabschnitt C anschließenden Abschnitt D des extruders wird das Gemisch aus Polystyrolschmelze und verfestigter injizierter Abfallösung homogenisiert und über den Kopf 21 des Extruders in das Endlager-Faß 23 ausgetragen, in dem es beim Abkühlen zu einem Festkörper erstarrt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zum einbinden von toxische oder radioaktive Bestandteile enthaltenden Abfallstoffen in thermoplastische Kunststoffe, insbesondere unter Verdampfung flüssiger Anteile und/oder Brschinelzen des uiischließenden Kunststoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen extruder mit wenigstens drei Funktionsabschnitten (A; B; C) aufweist, daß der erste Funktionsabschnitt (A) mit Aufgabeeinrichtungen (1) für den Kunststoff und einer Heizeinrichtung (2) zur Erschmelzung des aufgegebenen Kunststoffs versehen ist, daß am zweiten Funktionsabschnitt (13) Binrichtungen (5) zum Injizieren der Abfallstoffe in den Funktionsabschnitt angcschlossen und im Funktionsabschnitt (B) Mittel zum Verdichten der Kunststoffschiiielze und Dispergieren des einzubindenden Abfallstoffs in der Kunststoffschmelze vorgesehen sind, und daß der dritte Funktionsabschnitt (C1, C2) beheizt und mit Abführleitungen für flüchtige und/oder verdampfte flüssige Bestandteile unter normalem und/oder Unterdruck versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal3 dem dritten Funktionsabschnitt (C1, zu C2) des Extruders ein weiterer Abschnitt (D) zum Homogenisieren des Gemischs aus verfestigten Abfallstoffen und Kunststoff-Bindeminttel unmittelbar nachgeschaltet ist.
@. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Einrichtungen zum Injizieren von Abfallflüssigkeit in den zweiten Funktionsabschnitt (13) ein die Abfallflüssigkeit aus einem Abfall-Sammelbehälter (3) absaugende leörder- und Druckpumpe (5) aufweisen, und daß in der Druckleitung zwischen der pumpe (5) und dem zweiten Funktionsabschnitt (U) ein Wärmetauscher (7) zur Vorwärmung der wbfallflüssigkeit vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem d@@ @@sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Lie Abführleitungen zur Abfuhr von flüchtigen und/oder verdampften flüssigen Bestandteilen ein Kondensator (11) zur @ückverflüssigung der aus dem dritten Funktionsabschnitt (C1, C2) abgeführten kondensierbaren Destandteile der flüchtigen und/oder verdampften Bestandteile der Abfallflüssigkeit eingeschaltet ist.
5. Verfahren zum einbinden von toxische oder radioaktivc bestandteile enthaltenden Abfallstoffen in Kunststoffe, insbesondere Abfallflüssigkeiten, bei delli kunststoff und Abfallstoff gemischt, flüssige Anteile verdampft und unter Verfestigung des Gemischs abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß thermoplastischer Kunststoff, vorzugsweise niedermolekulares Polystyrol in Granulatform, in einer ersten Behandlungsstufe durch Wärmezufuhr bei Temperaturen oberhalb 130°C geschmolzen, anschließend in die Schmelze die Abfallstoffe injiziert und dispergiert werden und dann die Dispersion unter normalem und/oder Unterdruck durch weitere Wärmezufuhr verfestigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verfestigte Gemisch aus einbindender Kunststoffschnielze und injizierten Abfallstoffen vor der vollständigen Verfestigung homogenisiert wird.