DE3048543A1

DE3048543A1 - "verfahren zur endlagerreifen einbettung radioaktiver abfallkonzentrate in formfestes bitumen"

Info

Publication number: DE3048543A1
Application number: DE19803048543
Authority: DE
Inventors: Hellmut Ing.(grad.) 7132 Illingen Boden
Original assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Current assignee: Werner and Pfleiderer GmbH
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1982-07-01
Also published as: FR2496963A1; DE3048543C2; JPH0114560B2; GB2090045B; FR2496963B1; US4460499A; GB2090045A; JPS57132099A

Description

WERNER & PFLEIDERER Stgt.-Feuerbach,

18. Dezember 198ο Pat.-Es/Hl PE 7919

Verfahren zur endlagerrelfen Einbettung radioaktiver Abfallkonzentrate in formfestes Bitumen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur endlagerreifen Einbettung radioaktiver Abfallkonzentrate in formfestes Bitumen nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Die in kerntechnisehen Anlagen in größeren Mengen anfallenden radioaktiven Abwässer werden üblicherweise durch Verdampfen dekontaminiert. Hierbei erfolgt ein Aufkonzentrieren des Abwassers zu einem wässrigen Schlamm mit Salzgehalten bis ca. 4o %. Salzarme Wässer aus Kreisläufen der Reaktoren wiederum werden mit Ionenaustauscher gereinigt, deren Filterharze regelmäßig ausgespült werden müssen, wobei geringere Mengen radioaktiver Abwasser anfallen.

Die wässrigen Schlämme bzw. Konzentrate werden anschließend von dem größten Teil des Restwassers in hierfür geeigneten Vorrichtungen befreit und in

einer Verfestigungssubstanz zur endgültigen Ablagerung eingebettet.

Hierbei hat sich in besonderem Maße die Verwendung von heißem Bitumen als Verfestigungssubstanz bewährt, weil hierin Konzentrate und Harze mit ca. 60 Gew. % Salz eingebettet werden können.

Aus der DE-PS 2 24o 119 ist beispielsweise ein Verfahren zum Einbetten radioaktiv kontaminierter Filterstoffe in Bitumen bekannt, wobei die Filterstoffe nach vorab erfolgender teilweiser Wasserabtrennung zusammen mit radioaktivem wässerigem Fällschlamm und heißflüssigem Bitumen in eine Schneckenmaschine zur Einbettung eingebracht werden. Hierbei werden die radioaktiven Partikel in das Bitumen eingemischt und gleichzeitig unter Wärmezufuhr das vorhandene Restwasser durch Verdampfen größtenteils ausgetrieben.

Die bei diesem Verfahren zur Verwendung gelangenden Bitumen erstarren bei Raumtemperatur, besitzen aber im Verfestigungszustand aufgrund ihrer amorphen Struktur die erforderliche Elastizität um bei stoßartigen Beanspruchungen begrenzt Verformungen zuzulassen. Dieser amorphen Struktur wegen sind

sie nur in flüssigem Zustand dosierfähig, so daß eine temperierte Flüssiglagerung erforderlich ist.

Dadurch sind für die Vorratshaltung Tanks erforderlich, die neben großem Raum- und Energiebedarf hohe Investionskosten verursachen.

Eine Zerkleinerung und Vorratshaltung dieser Bitumenqualitäten in körniger Form ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da bei Vorratshaltung eine Agglomerierung auftritt wodurch eine exakte Dosierung erschwert ist.

Es wurde schon versucht die Verklebung und Verklumpung des Bitumens durch Zugabe von Trennmitteln zu vermindern, um dadurch eine Lagerhaltung in fester Form zu ermöglichen, was jedoch nicht den erwünschten Erfolg brachte.

Bekannt und handelsüblich sind zwar auch pulverförmige Hartbitumenqualitäten, die z.B. als Gießereisand Verwendung finden. Ihre Herstellung erfolgt wie bei weicheren Bitumenqualitäten (z.B. B 15 von Shell oder Ebano 25 von Esso) in einem Destillationsprozess, wobei in einem weiteren Evakuierprozess

noch zusätzlich Kohlenwasserstofföle extrahiert werden. Hartbitumen ist für die Einlagerung radioaktiver Abfallkonzentrate bzw. Schlämme nicht geeignet, da es Druck- und Stoßbelastungen nicht standhält und somit nicht mit ausreichender Sicherheit deponiefähia ist.

Es wurde nun gefunden, daß sich vorteilhaft für die Vorratshaltung und Dosierung eignende Hartbitumen zulässig auch zur Einbettung radiaktiver Abfallstoffe in der Weise heranzuziehen, indem unmittelbar mit dem Vermengungsprozess solcher Abfallstoffe die Umwandlung des Bitumens in eine andere Qualität erfolgt.

Dabei hat sich gezeigt, daß diese Umwandlung praktisch unmittelbar in Verbindung mit der bekannten Verfahrensweise zur Einbettung radioaktiver Abfallstoffe im Extruder dadurch ermöglicht ist, wenn dem Hartbitumen das bei seiner Herstellung im Extrahierverfahren entzogene Kohlenwasserstofföl in der entsprechenden Entzugsmenge unter intensivem Mischen bei Wärmezufuhr im Extruder unmittelbar vor der Einmengung der radioaktiven Partikel wiader zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Verfahrensweise zur Einbettung radioaktiver Abfallkonzentrate aufzuzeigen, die trotz der strukturbedingten Klebefreudigkeit des Bitumens dessen Zudosierung unter Raumtemperatur und in Festkörperform während des Einbettungsprozesses ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Hartbitumen das aufgrund seiner geringen Penetration in eine Pulver- oder körnige Form bringbar ist, kann bei Raumtemperatur in Gebinden gelagert werden. Es neigt nicht zur Klumpenbildung und ist demzufolge z.B. mittels Zugabeschnecken leicht dosierbar.

Die erforderliche Umwandlung in ein Bitumen höherer Penetration kann ohne zusätzlichen Aufwand innerhalb des Verfahransteils erfolgen, in welchem kontinuierlich die Einlagerung und Vermischung der radioaktiven Abfallkonzentrate durchgeführt wird. Die Umwandlung erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen bis zu 2OO°C, womit eine optimale Vermengung mit dem für diesen Zweck zugegebenen Kohlenwasserstofföl erreicht ist.

Durch die nach einem weiteren Merkmal der Erfindung er-

folgende Zugabe des Hartbitumens in einer Körnung bis zu 5 mm ist eine optimale Dosiergenauigkeit erreicht, die eine genaue Festlegung der Qualität der Verfestigungssubstanz in Verbindung mit der zugegebenen Menge an Kohlenwasserstofföl ermöglicht.

Die Erfindung ist nachfoloend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Verfahransbeispiels näher erläutert.

In eine zweiwellige Schneckenmaschine 1 mit ineinandergreifenden und sich gegenseitig abstreifenden Schneckenelementen 9 wird eingangs in dem Trichter 2a Hartbitumen z.B. der Type S llo/12o in gemahlenem Zustand mittels einer Dosierschnecke 3 zugeführt, gleichzeitig erfolgt die Zugabe von Kohlenwasserstofföl über die Zuführung 2b als Bitumen Auszug, sog. Fluxöl z.B. der Type S - 5273 (Wintershall) dessen Dichte bei 15 C ca. lgr/ml und dessen Viskosität bei loo°C 29 mm²/sec beträgt. Dabei werden in Gewichts % etwa 76 Teile Hartbitumen mit 24 Teilen Kohlenwasserstofföl in der Schneckenmaschine 1 bei einer Aufbereitungstemperatur bis zu 13O°C aufgeschmolzen und vermischt. Hierbei entsteht eine ßitumenqualität die etwa dem oben er-

wähnten B 15 (Shell) entspricht. Stromabwärts der Mischstrecke 4, die einer Länge von L = 3 D (Schneckendurchmesser) entst>richt_r erfolgt mittels Dosiervorrichtung 5 dosiert die Zugabe von radioaktivem Abfallkonzentrat bzw. radioaktiven Fällschlämmen.

Im Bereich der Zugabestelle für die Radionuklide ist das Hartbitumen soweit zu einem Bitumen weicher und elastischer Struktur homogenisiert, daß die Radionuklide in eine für Endlagerung geeignete Verfestigungssubstanz eingemischt werden können. Nachfolgend wird der Wasseranteil des Mischgutes über Entdampfungsdome größtenteils abgezogen und das Endprodukt über eine Austragsöffnung 7 in bereitstehende Endlagerbehälter 8 ausgetragen.

Aufgrund der intensiven Misch- und Scherwirkung der auf einer Welle aufgezogenen Schnecken- und Knetelemente 9 ist sowohl eine Umwandlung des Hartbitumens als auch unmittelbar die homogene Vermischung der radioaktiven Abfallstoffe mit der aufbereiteten Verfestigungssubstanz innerhalb ein und derselben Vorrichtung ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist dann erreicht,

- Io -

wenn bei ärmerer Einstellung der Mengenströme Fluxöl zu Hartbitumen auch etwas härtere Bitumenqualitäten als z.B. das erwähnte, handelsübliche B 15 hergestellt werden. Diese härteren Bitumenqualitäten werden als Verfestigungssubstanz besonders dann bervorzugt, wenn die zu verarbeitenden radioaktiven Abfallstoffe ein hohes Aktivitätsniveau aufweisen bzw. während der Endlager- |, periode eine hohe integrale Dosisleistung er

warten lassen.

Claims

WERNER & PFLEIDERER Stgt.-Feuerbach,

18. Dezember 198ο Pat.-Es/Hl - PE 7919

Patentansprüche

^J Verfahren zur endlagerreifen Einbettung radioaktiver Abfallkonzentrate in formfeste Bitumen durch kontinuierliche Aufbereitung von Abfällen aus kerntechnischen Anlagen in einem Extruder unter kontinuierlicher Ausdampfung des Wassers und Einmischen des Konzentrats in Bitumen als Verfestigungssubstanz für die unmittelbare Ablagerung in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß als Verfestigungssubstanz eingangs des Extruders ein Hartbitumen und ein Kohlenwasserstofföl als Komponenten dosiert eingebracht sowie längs einer Mischstrecke unter Wärmezufuhr zu duktilem Bitumen aufbereitet werden, in welches stromabwärts der Fällschlamm zugegeben und unter Ausdampfung seines Wasseranteils homogen eingemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch crekennzeichnet, daß die Aufbereitung der Komponenten der Verfestigungss'

folgt.

gungssubstanz bei Temperaturen bis zu 200°C er-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Hartbitumen in Form eines riesel-

fähigen Peststoffes mit einer Körnung bis 5 mm zugegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten im Verhältnis von mindestens 3 Teilen Hartbitumen zu einem Teil Kohlenwasserstofföl zugegeben werden.