DE2831429A1

DE2831429A1 - Verfahren zur verfestigung von radioaktiven spaltprodukten

Info

Publication number: DE2831429A1
Application number: DE19782831429
Authority: DE
Inventors: Karl-Gerhard Dipl Ch Hackstein; Martin Dipl Chem Kadner
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: JPS5517491A; FR2431756A1; GB2025685A

Description

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Verfahren zur Verfestigung von radioaktiven Spaltprodukten

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verfestigung von radioaktiven Spaltprodukten durch Umwandlung der bei der Wiedergewinnung von Kernbrennstoffen anfallenden hochradioaktiven Spaltproduktlösungen in ein festes nicht-krusten-bildendes, riesel- und schüttfähiges Produkt, das durch Einbinden in eine Glasmasse oder in ein sonstiges Material in einen endlagerfähigen Zustand umgewandelt werden kann.

Als geeignetes Verfahren zur Verfestigung der bei der Wiederaufarbeitung von ausgebrannten Kernbrennstoffen anfallenden radioaktiven, insbesondere hochradioaktiven,Spaltprodukten wild allgemein die Einbringung dieser Produkte in Glas, d.h. die Verglasung, angesehen. Dazu wird die nach Auflösen des Kernbrennstoffes in Salpetersäure und extraktiver Abtrennung des Urans und Plutoniums anfallende salpetersaure Spaltproduktnitratlösung, die im wesentlichen radioaktive Isotope von Rb,Cs,Sr,Ba,y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Zo,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd, Te, sowie Reste von Uran und Pu enthält, zu einem festen Produkt aufkonzentriert, das dann gemeinsam mit zugesetzten glasbildenden Substanzen zu einem Glas aufgeschmolzen wird. Zur Aufkonzentrierung sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, so z.B. die Sprühtrocknung, die Sprühkalzination, die Eindickung im Drehrohrofen, im Wischblattverdampfer oder im Walzentrockner.

Der gravierende Nachteil dieser bekanntgewordenen Verfahren besteht darin, daß die Spaltprodukte beim Eindickvorgang zur Bildung von

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Krusten neigen, die fest an den Apparatewänden haften und zu Verstopfungen der Anlage führen. Dadurch wird einmal eine exakte Reaktionsführung sowie ein kontinuierlicher, gleichbleibender Durchsatz erheblich erschwert, zum anderen wird aber auch das Aufschmelzen zu einem homogenen Glas mit kontrollierter Zusammensetzung stark beeinträchtigt .

Weiterhin wurde vorgeschlagen, die Spaltproduktnitratlösung direkt in eine vorgelegte flüssige Glasschmelze einzutropfen, was aber zu großen spaltprodukthaltigen Abgasmengen führt, die umständlich und mit großem Aufwand gereinigt werden müssen.

Unter den Bedingungen eines Heißzellenbetriebes wirft die an sich schon schwierige Technologie der Verfestigung dieser Stoffe zusätzliche Probleme auf.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Ausgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfestigung von radioaktiven Spaltprodukten durch Umwandlung der bei der Wiedergewinnung von Kernbrennsroffen anfallenden hochradioaktiven Spaltproduktlösungen in ein festes Produkt zu finden, das die obigen Nachteile nicht zeigt und insbesondere ein Produkt liefert, das riesel- und schüttfähig ist, keine Krusten beim Aufkonzentrieren bildet und nicht in den Aufkonzentrierungsgefäßen anbackt. Außerdem sollte dieses Produkt durch Einbinden in eine Glasmasse oder in ein sonstiges Material leicht in eine endlagerfähige Form umwandelbar sein.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spaltproduktlösung durch Zugabe einer oberflächenreichen, kapillaraktiven,

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glasbildenden anorganischen Trägersubstanz in ein festes Produkt überführt wird. Die Spaltproduktlösung wird hierbei durch Aufsaugen in den vorzugsweise kugel-, perl-oder sonstig ebenmäßig granulatförmigen kapillaraktiven, glasbildenden Substanzen in ein rieselfähiges, förderbares Produkt überführt, das beim anschließenden Trocknungs- um Kalzinationsvorgang rieselfähig bleibt, nicht krustet und nicht an den Behälterwänden anbackt.

Als kapillaraktive, glasbildende Substanz verwendet man vorteilhafterweise aktives Siliziumdioxid, Aluminiumsilikat und/oder Aluminiumoxid. Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die aktive Substanz in Form eines riesel- und schüttfähigen ebenmäßig geformten Granulats verwendet wird, insbesondere in Kugel- oder Perlenform und in einer Körnung von 1 bis 5 mm.

Die kapillaraktiven Substanzen werden vorzugsweise in einer solchen Menge zugesetzt, daß jeweils bis zu etwa 90 % ihrer Sättigungswerte mit der Spaltproduktlösung beladen werden.

Das so hergestellte Produkt hat den weiteren Vorteil, daß es zwischengelagert und nach verschiedenen, zum Teil bereits bekannten Verfahren zu einem endlagerfähigen Produkt verarbeitet werden kann. Das mit der Spaltproduktlösung beladene Produkt wird zu diesem Zweck beispielsweise bei 130⁰C getrocknet und anschließend zur Zersetzung der Nitrate im Bereich zwischen ώ-50 und 800 ° C kalziniert. Die Umwandlung in ein endlagerfähiges Produkt erfolgt dann durch Einbinden in eine Glasmasse oder in ein sonstiges Material.

So kann can beispielsweise das erfindungsgemäß hergestellte rieselfähige Produkt in eine Glasmasse einbinden, indem man eine dichte

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Schüttung der die Spaltprodukte enthaltenden Granalien mit flüssigem, niedrig-schmelzendem Borsilikatglas auffüllt, wodurch diese Granalien allseitig von dieser Glasmasse umschlossen werden, ohne dabei aufzuschmelzen. V/eiterhin ist es möglich, die aus glasbildenden Substanzen bestehenden Granalien mit weiteren glasbildenden Materialien zu einem homogenen Glas aufzuschmelzen und in e ntsprechende Behälter zu vergießen. Außerdem können die Granalien auch direkt in Metalle oder Metallegierungen eingebettet werden.

Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern :

1. Eine Spaltproduktlösung mit ca. 440 g Spaltproduktelement pro Lite: wird durch kugelförmiges oder granulatförmiges aktives SiO₂ aufgesogen, wobei - je nach physikalischer Beschaffenheit der handelsübliche]

- Perlen - zwischen 0,6 und 0,9 g Spaltproduktlösung pro Gramm p aufgenommen werden.
Dieses Material wird danach in einem Trommelofen, Drehrohrofen, Bandtrockner, Wirbelbett oder aber vorzugsweise in einer einfachen, im direkten Stromdurchlauf beheizten, geneigten und vibrierenden Rohrwendel getrocknet und anschließend in einem Drehrohr- oder Trommelofen oder ebenfalls in einer beheizten geneigten und vibrierenden Rohrwendel zur Entfernung der Salpetersäure bei einer Temperatur über 450 C kalziniert.

2. 1 Liter einer 2 molar salpetersauren Spaltproduktnitratlösung mit 437 g Spaltproduktion pro Liter -

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(davon: Erden u. seltene Erden =155 g/l ; Ba = 25 g/l ;

Sr = 18 g/l ; Rb = 10 g/l ; Cs = 35 g/l ; Zr = 62 g/l ;

Mo = 60 g/l ; Te = 8 g/l ; Ru = 30 g/l ; Pd = 22 g/l ;
Rh = 12 g/l)

- die durch Ausscheidung von Molybdänsäure und Edelmetallverbindungen leicht getrübt war, wurde innerhalb 5 Minuten auf 1,4 kg handelsüblich« aktive' SiOp-Kugeln mit einem Durchmesser von 3 mm in einer rotierendei Trockentrommel bei 130 C getrocknet.

Das getrocknete rieselfähige Produkt mit auf der Oberfläche anhaftender Molybdänsäure wurde anschließend in einer beheizten und rotierenden Stahltrommel unter Überleiten eines Luftstromes von 1 1 Luft pro
Minute innerhalb 30 Minuten auf 500 C gebracht und 10 Minuten bei
dieser Temperatur gehalten. Das weitgehend nitratfreie Produkt war
rieselfähig und hatte nur etwa 0,5 % Feinanteil unter 1 mm.

3. Ausführung entsprechend Beispiel 2 ,mit der Änderung, daß die KaI-zination bei 800 C durchgeführt wurde. Das Material war ebenfalls
rieselfähig. Krusten oder ein Anbacken an der Trommelwand wurde nicht beobachtet.

4. 1 Liter der oben beschriebenen Lösung wurde, wie in Beispiel 2 .beschrieben, auf 1,6 kg kugelförmiges aktives AIpO, aufgegeben.
Dieses Produkt wurde wie in Beispiel 2 bei 130 C getrocknet und
dann in einer beheizten rotierenden Stahltrommel im Verlauf von

45 Minuten unter Überleiten von Luft auf 800 C aufgeheizt und 10 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Das Produkt war einwandfrei
rieselfähig. Ablagerungen an der Wand der Trommel wurden nicht beobachtet.

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5. 1 Liter der im Beispiel 2 beschriebenen Spalproduktlösving wurde auf 2,2 kg perlenförmiges Aluminiumsilikat mit einem Durchmesser von

3 mm aufgegeben. ■

Das Produkt wurde bei 130 C getrocknet und ebenso, wie im Beispiel

2 beschrieben, bei 500° C kalziniert.

Es wurde ein rieselfähiges nicht-backendes Produkt erhalten.

6. 200 g des nach Beispiel 3 hergestellten Materials wurden in einem auf SOO C aufgeheizten hitzebeständigen Stahlzylinder, der sich in einem evakuierten Gefäß befand, mit flüssigem Borsilikatglas versetzt. Die Mischung wurde im Verkauf von 10 h auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde ein einwandfreier, rißfreier Glaskörper erhalten.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

N TJ F E M GmbH
6450 Hanau 11 2831429

Patentansprüche

Verfahren zur Verfestigung von radioaktiven Spaltprodukten durch Umwandlung der bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen anfallenden hochradioaktiven Spaltproduktlösungen in ein festes, nicht-krusten-bildendes, riesel- und schüttfähiges Produkt, das durch Einbinden in eine Glasmasse oder in ein sonstiges Material in einen endlagerfähigen Zustand umgewandelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltproduktlösung durch Zugabe einer oberflächenreichen, kapillaraktiven, glasbildenden anorganischen Trägersubstanz in ein festes Produkt überführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenreiche, kapillaraktive, glasbildende Substanz Siliciumdioxid, Aluminiumsilikat und/oder Aluminiumoxid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächenreiche, kapillaraktive Trägersubstanz in Form eines riesel- und schüttfähigen ebenmäßig geformten Granulats in einer Körnung von 1 - 5 mm verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 -3 ,dadurch gekennzeichnet, daß die kapillaraktiven Substanzen in solchen Mengen zugesetzt werden, daß jeweils bis zu 90 % ihrer Sättigungswerte mit der Spaltproduktlösung beladen werden.

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ORIGINAL INSPECTED