DE2904627C2

DE2904627C2 - Verfahren zum Aufbereiten von Abfällen

Info

Publication number: DE2904627C2
Application number: DE2904627A
Authority: DE
Inventors: Friedrich-Wilhelm Dr.-Ing. 6457 Maintal Ledebrink; Dieter 8750 Aschaffenburg Schäfer; Wolfgang Dr. 6450 Hanau Stoll
Original assignee: Alkem 6450 Hanau De GmbH; Alkem GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-02-07
Filing date: 1979-02-07
Publication date: 1984-04-12
Also published as: CH647553A5; FR2448770B1; US4293438A; GB2041627B; CA1145950A; DE2904627A1; BR7907330A; BE880108A; CA1146518A; FR2448770A1; GB2041627A

Description

a) der Abfall auf etwa 5 mm Korngröße zerkleinert wird,

b) der zerkleinerte Abfall bei erhöhter Temperatur mit einem organischen Lösungsmittel aufgelöst wird,

c) ungelöste größere Abfailbestandteile aus der Poiymerlösung abgefiltert werden,

d) die Spaltstoffe aus der Kunststofflösung durch Zentrifugieren zurückgewonnen werden,

e) das Lösungsmittel aus der Kunststofflösung verdampft, kondensiert und zur Auflösung rückgeführt wird,

f) die ungelösten größeren Abfallbestandteile in die nach dem Verdampfen des Lösungsmittels verbleibende Kunststoffschmelze eingebettet werden und

g) die Kunststoffschmelze mit den ungelösten größeren Abfallbestandteilen in den Behälter eingegeben und dort durch Abkühlung verfestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Tetrahydrofuran oder Methyl-Äthylketon verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schritte e) und Π Flashverdampfer und anschließend Schneckenverdampfer verwendet werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Schritt d) hochtourige Röhrenzentrifugen mit einem Zentrifugaleffeki von 15 000-20 000g zum Einsatz kommen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Abfällen, die Kunststoffe sowie Zellstoff und andere Naturstoffe enthalten und mit Spaltstoffen in nicht löslicher, feinkörniger Form kontaminiert sind, bei dem die Abfälle zunächst zerkleinert und anschließend ein sich aus den Abfällen ergebender Rückstand in einen Behälter abgefüllt und darin verfestigt wird.

Der Verunreinigungsgrad von voluminösen Abfällen, die innerhalb des Kontrollbereiches eines Kerntechnischen Fertigungsbetriebos anfallen, ist sehr unterschiedlich. Abfälle mit wägbaren, also stärkeren Verunreinigungen durch Spaltstoffe wie Uran und Plutonium in nicht löslicher, feinkörniger Form entstehen fast ausschließlich in Handschuhboxen in Verarbeitungsstätten von Kernbrennstoffen und machen dort die Hälfte des gesamten Abfalles aus.

Materialmäßig gesehen enthält dieser Abfall beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), Gummi, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polyäthylen und Polytetrafluorethylen. Außer diesen Kunststoffen befinden sich im Abfallmaterial auch Zellstoff und andere brennbare Naturstoffe. Quantitativ überwiegt in diesem Gemisch das PVC mit einem Anteil bis zu 70 Gew.-%.
Diese Abfälle können auf konventionelle Weise nicht beseitigt werden, da sie langlebige radiotoxische Spaltstoffe, wie Plutonium, enthalten. Um eine gefahrlose Endlagerung der Abfälle zu erreichen, ist die Zielsetzung neuer Aufbereitungsverfahren die Rückgewinnung der Spaltstoffe, die Verringerung des Primärabfallvolumens und die Erzeugung eines endlagerfähigen Abfallproduktes.

Aus der Zeitschrift »Chemie-Ing. Technik«, 42. Jahrgang (1970), Nr. 9/10, Seiten 645—653, ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die radioaktiven Abfälle verascht werden, der aus Asche und nicht brennbaren, zerkleinerten Abfallbestandteilen bestehende Rückstand in ein Faß abgefüllt wird und in dem Faß mit Zement verfestigt wird.

Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, daß eine Rückgewinnung der radioaktiven Spaltstoffe nicht möglich ist und daß insbesondere beim Aufbereiten radioaktiver Abfälle mit hohem PVC-Gehalt das Volumen des kontaminierten, zur Endlagerung bestimmten Endproduktes das Ausgangsvolumen der radioaktiven Abfälle übersteigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhi'fe λι schaffen und ein Aufbereitungsverfahren anzugeben, mit dem die Spaltstoffe weitestgehend rückgewonnen und das Volumen des zur Endlagerung bestimmten Endproduktes gegenüber dem Abfallausgangsvolumen erheblich verringert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Abfall auf etwa 5 mm Korngröße zerkleinert wird,

c) ungelöste größere Abfallbestandteile aus der Poiymerlösung abgefiltert werden,

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55 Aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 55 957 ist es zwar bekannt, toxische und radioaktive Bestandteile enthaltende flüssige Abfallstoffe in schmelzflüssigem Kunststoff zu injizieren und die Kunststoffschmelze zu einem zur Endlagerung bestimmten Endprodukt erstarren zu lassen. Auch hier hat jedoch das Endprodukt ein größeres Volumen als die Ausgangsabfallstoffe. Ferner werden die toxischen und radioaktiven Bestandteile nicht zurückgewonnen, sondern befinden sich in dem erstarrten Endprodukt.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Auflösung des vorzerkleinerten Rohabfalles in einem organischen Lösungsmittel, so daß nach Abtrennung

von ungelösten größeren Abfallbestandteilen die Spaltstoffe in nicht löslicher, feinkörniger Form in der Kunststofflösung suspendiert zurück bleiben.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Vorteile auf: ·

1. Rückgewinnung der Spaltstoffe ohne chemische Prozesse.

2. Keine Sekundärabfallerzeugung.

3. Über die Abluft erfolgt keinerlei Aktivitätsfreisetzung, -io daß auch keine Abgasbehandlungseinrichtung notwendig ist.

4. Es entstehen keine Materialprobleme durch thermische Beanspruchung, da die erforderlichen Verfahrenstemperaturen unter den zur Veraschung nötigen Werten bleiben.

5. Da keine Säuren entstehen oder eingesetzt werden, gibt es auch keine Korrosionsprobleme.

6. Die radiolytische Gasbildung während des Prozesses ist sehr gering, da nur eine kurz-· Kontaktzeit der Spaltstoffe mit dem Lösungsmittel von etwa 1 Stunde notwendig ist.

7. In Anbetracht der relativ niedrigen Temperaturen ist der benötigte Energieeinsatz gering.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der in der Figur schematisch dargestellten Einrichtung näher erläutert.

Die in normaler Weise aus in den Arbeitsstätten, also z. B. den Arbeitsboxen in PVC-Beuteln eingeschweißten mit Uran und/oder Plutonium, z. B. in Form von UO₂ bzw. PuO₂, verunreinigten Abfälle werden zunächst meßtechnisch nach ihrem Plutoniumgehalt sortiert. Rohabfälle mit mehr als 5 Gramm pro Kubikmeter Spaltstoffgehalt eignen sich für das Verfahren, da sich bei ihnen eine Rückführung des Spaltstoffgehaltes lohnt und empfiehlt. Die Rohabfälle bestehen vornehmlich aus thermoplastischen Kunststoffen, für die mehrere geeignete organische Lösungsmittel existieren. Es gibt auch Stoffe, wie Zellstoff und Holz oder auch stark vernetzte Kunststoffe wie z. B. Neopren, die in diesen Lösungsmitteln unlöslich sind. Der Gesamtanteil dieser unlöslichen Materialien überschreitet jedoch erfahrungsgemäß nicht 25% der Gesamtabfallmenge, sie werden daher entsprechend Schritt c) aus der Polymerlösung abgetrennt, bevor diese in Zentrifugen von festen Spaltstoffpartikeln befreit wird.

Dieser Abfall, der vorher auch noch in an sich bekannter Weise von evtl. vorhandenen Metallteilen befreit wird, wird entsprechend der Fig. 1 mit Hilfe eines Transportbehälters 1 einer Zerkleinerungsanlage 2 zugeführt. In dieser werden die Abfälle je nach verfahrenstechnischer Notwendigkeit bis auf etwa 5 mm Korngröße zerkleinert und über eine nichtdargestellte Austragsschnecke in einen Zwischenbunker 3 gelagert. Aus diesem Zwischenbunker 3 gelangen die zerkleinerten Abfälle mit Hilfe des Rührwerkes 31 und der Austragsschnecke 32 in einen Kessel 4, der mit einem Rührwerk 41 versehen ist. Über die Leitung 43 wird in diesem Kessel Lösungsmittel aus dem Tank 10 zugegeben und gleichzeitig eine Erhöhung der Temperatur auf 60—8O⁰C über einen, dem Doppelmantel 42 des Kessels zugeführten Wärmeträger vorgenommen. Dieser bestellt z. B. aus Wasser und wird bei 44 zu- und bei 45 abgeführt. In diesem Kessel 4 wird dabei soviel Material der Abfallmischung eingetragen, bis sich eine 10%ige Polymerlösung gebildet hat Die für den Lösungsvorgang benötigte Zeit beträgt dabei etwa 30 Minuten.

An den Auflösungsvorgang schließt sich dann der Separierungsschritt für die ungelösten Kunststoffschnitzel aus der erhitzten Polymerlösung an.

Für diese groben TeÜe ist dazu ein Trommelfilter 5 vorgesehen, die abgeschiedenen Teilchen werden mit Lösungsmittel nachgewaschen, abgestreift und einem Sammelbehälter 51 zugeführt. Die restliche Lösung mit den suspendiertet! Spaltstoffteilchen gelangt dann zu einer Zentrifuge 6, die einen Zentrifugeneffekt zwischen 15 000 und 20 000 g besitzt- In dieser sammeln sich die Spaltstoffe als fester Kuchen im Zentrifugenzylinder an. Durch die konstruktive Auslegung dieses Zentrifugenzyjinders auf einen Innendurchmesser von etwa nur 80 mm wird die Kritikalitätssicherheit gewährleistet Das Zentrifugenrohr wird nach einer ausreichenden Spaltstoffansammlung ausgewechselt und in einem Transportbehälter der Spaltstoffaufarbeitung 64 zugeführt.

Die gereinigte Polymerlösung gelangt dann aus dieser Zentrifuge über eine Pumpe 62 zu drei in Reihe geschalteten Flashverdampfern 71, 72 und 73 und anschließend zum Schneckenverdampfer 81. Während die Flashverdampfer die nach der Zentrifuge anfallende Konzentration der Polymerlösung von 10 auf 40 Gew.-% erhöhen, verdampft der nachgeschaltete

J₀ Scheckenverdampfer den Restanteil am Lösungsmittel. Wie in diesem Beispiel gezeigt, ist es zweckmäßig, dem Schneckenverdampfer 81 einen zweiten Schneckenverdampfer 82 nachzuschalten, mit diesem die Restverdampfung des Lösungsmittels bis auf einen Restgehalt

Jt von weniger als 1% durchzuführen und gleichzeitig in die aus dem Schneckenverdampfer mit ca. 160⁰C austretende Polymerschmelze die im Trommelfilter 5 ausgeschiedenen unlöslichen Feststoffe einzumischen. Diese gelangen aus dem Behälter 51 über die Leitung 52 zu diesem Schneckenverdampfer 82.

Die fließfähige Polymerschmelze mit den eingebetteten Feststoffen wird alsdann in einen Transportbehälter, z. B. ein 400 1-Rollreifenfaß gefüllt und bildet dort nach Abkühlung einen kompakten porenfreien Kunststoff-

4, block, in dem unter Umständen auch noch andere nicht brennbare Abfälle wie Glas, Keramik oder metallische Maschinenteile eingebettet werden können. Dieser Block stellt ein auslaugbeständiges Gebinde dar, so daß eine Zementierung nicht mehr nötig ist und somit ein

,μ endlagerfähiges Produkt vorliegt.

Die aus den Verdampfern austretenden Lösungsmitteldämpfe werden über die Leitungen 83 einem Kondensator 9 zugeführt, dort verflüssigt und in den Lösungsmitteltankt 10 eingeleitet, von dem sie dem

■->-, Auflösungsprozeß im Kessel 4 bei Bedarf wieder zugeführt werden. Es findet somit eine ständige Kreislaufführung des Lösungsmittels statt, so daß der Verbrauch an diesem äußerst gering ist. Als Lösungsmittel sind beispielsweise geeignet Tetrahydrofuran oder

bo Methylethylketon.

Das erläuterte Verfahren läßt sich selbstverständlich dann weiter vereinfachen, wenn in den Verarbeitungsbetrieben nur solche Materialien Verwendung finden, div. sich alle in einem geeigneten Lösungsmittel auflösen

b5 lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbereiten von Abfällen, die Kunststoffe sowie Zellstoff und andere Naturstoffe enthalten und mit Spaltstoffen in nicht löslicher, feinkörniger Form kontaminiert sind, bei dem die Abfalle zunächst zerkleinert und anschließend ein sich aus den Abfällen ergebender Rückstand in einen Behälter abgefüllt und darin verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß