DE2827030A1

DE2827030A1 - Verfahren zum einbetten von borsaeureoder borathaltigem radioaktiven abfall in zement

Info

Publication number: DE2827030A1
Application number: DE19782827030
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Christensen
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Westinghouse Electric Sweden AB
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1979-01-11
Also published as: JPS6333118B2; FI781993A; SE412658B; DE2827030C2; SE7707770L; FI66095C; JPS5434000A; CH638922A5; FI66095B

Description

Verfahren zum Einbetten von borsäure- oder borathaltigem
radioaktiven Abfall in Zement In Druckwasserreaktoren werden dem Primärkreis normalerweise Borsäure oder Borate zur Regelung der Reaktorleistung zugeführt. Die Zufuhr gründet sich darauf, dass Bor als Neutronenabsorber fungiert. Die Leistungsregelung geschieht durch Erhöhung oder Senkung des Borsäure- oder Boratgehaltes mit einer oder mehreren an den Primärkreis angeschlossenen Ionenaustauschermassen, in denen die borhaltigen Verbindungen adsorbiert oder desorbiert werden können. Nach einer gewissen Betriebszeit ist es erforderlich, die gebrauchten lonenaustauschermassen durch neue lonenaustauschermassen zu ersetzen.
Die gebrauchten borhaltigen und radioaktiven Ionenaustauschermassen müssen wie radioaktiver Abfall behandelt und unter sicheren Verhältnissen aufbewahrt werden. Auf gleiche Weise müssen borsäure- oder borathaltige radioaktive Verdampferkenzentrate von Druckwasserreaktoren wie radioaktiver Abfall behandelt und aufbewahrt werden.
Ein übliches Verfahren, borsäure- und boratfreie Ionenaustauschermassen bzw. borsäure- und boratfreie Verdampferkonzentrate, die sehr wasserhaltig sind, aufzubewahren ist, dieselben in Aufbewahrungsbehältern, wie beispielsweise Betonkokillen oder Blechfässern, mit Zement zu mischen.
Der Zement erstarrt dann unter Aufnahme von Wasser. Wenn diese Methode für borsäure- und borathaltige lonenaustauschermassen oder Verdampferkonzentrate angewendet wurde, so hat es sich gezeigt, dass der Zement nicht zu einem, festen Produkt erstarrt.
Gemäss der vorliegenden Erfindung hat es sich als möglich erwiesen, borsäure- oder borathaltigen radioaktiven Abfall unter Bildung von Blöcken mit ausserordentlich guter Festigkeit in Zement einzuschliessen. Gemäss der Erfindung wird dieses dadurch erreicht, dass der Abfall vor dem Mischen mit dem Zement mit einem Stoff behandelt wird, der die retardierende Wirkung, die Borsäure und Borate auf das Erstarren des Zementes haben, neutralisiert.
Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einbetten von borsäure- oder borathaltigem radioaktiven Abfall in Zement, bei dem der Abfall mit Zement gemischt wird und die Mischung in einem Behälter, wie beispielsweise einer Betonkokille, zum Erstarren gebracht wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der radioaktive Abfall vor dem Vermischen mit dem Zement mit einem Stoff behandelt wird, der zusammen mit der Borsäure bzw. dem Borat eine in Wasser schwer lösliche oder komplexgebundene Verbindung ergibt. Dieser Stoff soll in Wasser genügend löslich sein, damit er schnell und effektiv mit der Borsäure oder dem Borat reagiert, vorzugsweise soll er eine Löslichkeit in Wasser haben, die bei Zimmertemperatur mindestens loo g pro Liter Wasser ist. Wenn die Borsäure oder das Borat adsorbiert auf einem Ionenaustauscher vor--liegt, ist es vorteilhaft, wenn der Stoff ausserdem ir.
Ionen dissoziiert ist, damit auf Anionenaustauschern adsorbierte Borsäure oder adsorbiertes Borat effektiv eluiert wird. Das Anion des Stoffes soll dabei eine grössere Affinität zu dem Anionenaustauscher haben als die Borsäure bzw.
das Borat.
Der genannte Stoff kann vorteilhaft Calciumchlorid oder ein anderes Erdalkalihalogenid, Kaliumfluorid oder ein anderes Alkalifluorid, wie Natriumfluorid oder eine mehrwertige organische Hydroxylverbindung, insbesondere solche mit mehr als drei Hydroxylgruppen, wie Mannit, sein.
Der Stoff wird vorzugsweise in fester Form zugesetzt, wenn der radioaktive Abfall, was für lonenaustauschermassen und Verdampferkonzentrate normal ist, wasserhaltig ist.
Die zugesetzte Menge des Stoffes ist vorzugsweise mindestens eine mit der Borsäure oder Boratmenge ungefähr stöchiometrische Menge. Der Überschuss von auf jeden Fall 25 % hat keinen negativen Einfluss. Wenn die Borsäure oder das Borat adsorbiert auf einem Ionenaustauscher vorliegt, der sowohl einen Anionenteil wie einen Kationenteil hat, soll eine weitere Menge des Stoffes zugesetzt werden, die der Menge entspricht, die eventuell von dem Kationenteil adsorbiert wird.
Von den genannten Stoffen ergeben Erdalkalichloride bei der Behandlung des borsäure- oder borathaltigen radioaktiven Abfalles schwerlösliche Borate, Alkalifluoride ergeben schwerlösliche Alkalifluoborate und die mehrwertigen Hydroxylverbindungen ergeben Didiolkomplexe.
Vor. der Mischung des mit dem Stoff behandelten radioaktiven Abfalles mit Zement wird der pH-Wert bei der Verwendung von Erdalkalichloriden zweckmässigerweise auf ca. 11 und in übrigen Fällen auf ca. 8 oder hoher justiert.
In die Mischung aus radioaktivem Abfall und Zement wird zweckmässigerweise auf bekannte Art ein wasserdichtendes Mittel inkorporiert, das den Wassertransport in dem:erstarrten Zementblock verhindert. Als Beispiele für solche Mittel können Wasserglas, polymere Materialien mit der Fähigkeit, das Eindringen von Wasser in den radioaktiven Abfall zu blockieren, sowie Metallseifen aus höheren Fettsäuren genannt werden. Die Menge des wasserdichtenden Mittels beträgt zweckmässigerweise 1 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Zement.
Die Erfindung soll in den nachstehenden Beispielen näher beschrieben werden.
Beispiel 1 Eine lonenaustauschermasse aus mit Divinylbenzol vernetztem Polystyrol, die eine Mischung von Körnern mit Sulfonsäuregruppen und Körnern mit quartären Ammoniumgruppen enthält, wurde im Primärkreis eines Druckwasserreaktors angewendet und adsorbierte dabei Borsäure und Natriumborate, so dass der Gehalt derselben gerechnet als Borsäure 12 Gew.-% beträgt, und ausserdem radioaktive Stoffe. Die Masse enthält 35 Gew.-% Trockensubstanz und 65 Gew.-% Wasser. 1000 Gewichtsteilen dieser lonenaustauschermasse werden 125 Gewichtsteile pulverförmiges Calciumchlorid zugesetzt. Nach der Mischung der Komponenten wird der pH-Wert durch Zusatz von Natriumhydroxid auf ungefähr ii erhöht. Die so erhaltene Mischung, die ungefähr 1125 Gewichtsteile umfasst, wird mit 1600 Gewichtsteilen Zement und ferner mit 32 Gewichtsteilen Wasserglas, das aus gleichen Teilen Silicat und Wasser besteht, als wasserdichtender Zusatz zum Zement gemischt. Nach einigen Tagen ist die Masse erstarrt und verbleibt fest.
In der vorgenannten lonenaustauschermasse ist das Äquivalentverhältnis zwischen dem Kationenteil und dem Anionenteil 1:1. Von dem Calciumchlorid werden ungefähr 35 Gewichtsteile auf die lonenaustauschermasse adsorbiert, während der Rest für die Reaktion mit Borsäure und Boraten genügt.
Beispiel 2 1000 Gewichtsteile einer lonenaustauschermasse derselben Art wie in Beispiel 1 werden mit 460 Gewichtsteilen Kaliumfluoridpulver versetzt, wobei der pH-Wert ungefähr 8 wird. Nach Mischung der Komponenten werden der erhaltenen Mischung 1300 Gewichtsteile Zement und ferner 26 Gewichtsteile eines wasserdichtenden Mittels zugesetzt, das aus Silix GP (Ingenjörsfirma Per Engvall, Schweden) besteht. Genau wie im vorstehenden Fall erhält man ein erstarrtes Produkt, das fest ist.
Von dem Kaliumfluorid werden ungefähr 35 Gewichtsteile auf die lonenaustauschermasse adsorbiert, während der Rest für die Reaktion mit Borsäure und Boraten genügt.
Beispiel 3 looo Gewichtsteile eines Verdampferkonzentrates, das aus einer 12 Gew.-% Borsäure enthaltenden Wasserlösung besteht, werde mit 710 Gewichtsteilen Mannit in Pulverform versetzt. Der pH-Wert wird mit Natriumhydroxid auf 8 justiert. Die Mischung, die ungefähr 1710 Gewichtsteile umfasst, wird mit 2200 Gewichtsteilen Zement und ferner mit 40 Gewichtsteilen Wasserglas das aus gleichen Teilen Silicat und Wasser besteht, versetzt.
Genau wie im vorstehenden Fall erhält man ein erstarrtes Produkt, das fest ist.
Beispiel 4 Eine lonenaustauschermasse aus lait Divinylbenzol-vernetztem Polystyrol, die Körner mit quartären Ammoniumgruppen enthält und die im Primärkreis eines Druckwasserreaktors verwendet wurde und dabei Borsäure und Natriumborate adsorbiert hat, so dass der Gehalt derselben gerechnet als Borsäure, 14 Gew.-% beträgt, und die ausserdem radioaktive Stoffe adsorbiert hat, enthält 35 Gew.-% Trockensubstanz und 65 Gew.-% Wasser.
1000 Gewichtsteilen dieser lonenaustauschermasse werden 130 Gewichtsteile pulverförmiges Calciumchlorid zugesetzt. Nach der Mischung der Komponenten wird der pH-Wert durch Zusatz von Natriumhydroxid auf ungefähr 11 erhöht. Die so erhaltene Mischung, die ungefähr 1130 Gewichtsteile umfasst, wird mit 1600 Gewichtsteilen Zement und ferner mit 32 Gewichtsteilen Wasserglas gemischt, das aus gleichen Teilen Silicat und Wasser als wasserdichtender Zusatz zum Zement besteht. Nach einigen Tagen ist die Masse erstarrt und verbleibt fest.
Da die lonenaustauschermasse keinen Kationenteil hat, wird alles Calciumchlorid für die Reaktion mit Borsäure und Boraten verwendet.

Claims

Verfahren zum Einbetten von borsäure- oder borathaltigem radioaktiven Abfall in Zement P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Einbetten von borsäure- oder borathaltigem radioaktiven Abfall in Zement, bei dem der Abfall mit Zement gemischt und die Mischung in einem Behälter, wie beispielsweise einer Betonkokille, zum Erstarren gebracht wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der radioaktive Abfall vor der Mischung mit dem Zement mit einem Stoff behandelt wird, der mit der Borsäure bzw. dem Borat eine in Wasser schwer lösliche oder komplexgebundene Verbindung ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Stoff in Wasser genügend löslich ist, um schnell und effektiv mit der Borsäure bzw. dem Borat zu reagieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass der Stoff eine Löslichkeit in Wasser von mindestens loo g pro Liter Wasser hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stoff ein Salz ist, das dissoziiert in Ionen vorliegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k:e n n z e i c h n e t , dass der Stoff Calciumchlorid oder ein anderes Erdalkalihalogenid ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stoff Kaliumfluorid oder ein anderes Alkalifluorid ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stoff eine mehrwertige organische Hydroxylverbindung, z.B. Mannit, ist.