DE3318377A1

DE3318377A1 - Verfahren zur dekontamination von radioaktiv kontaminiertem eisen- und/oder stahlschrott

Info

Publication number: DE3318377A1
Application number: DE19833318377
Authority: DE
Inventors: Eike Dipl.-Phys. Dr. 3000 Hannover Gelfort
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1984-11-22
Also published as: BR8402397A; FR2546332A1; JPS6037000A; FR2546332B1; GB8411358D0; BE899697A; GB2141866A; GB2141866B; DE3318377C2

Description

Verfahren zur Dekontamination von radioaktiv kontaminiertem Eisen- und/oder Stahlschrott

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dekontamination von radioaktiv kontaminiertem Eisen- und/oder Stahlschrott durch Schmelzen des Schrotts in Gegenwart von Verschlackungsmitteln für das Eisen/Stahl-Schmelzen.

Durch die Veröffentlichung "Treatment of Metallic Wastes by Smelting" durch J.H.Cavendish in IAEA SM 234/14 ist bereits ein Verfahren zur Dekontamination von mit Uran-Fluorverbindungen, Neptunium, Plutonium und Technetium kontaminiertem Stahlschrott durch Schmelzen nach vorgeschalteter chemischer Reinigung bekannt. Der Schmelze wird ein Verschlackungsmittel in Form einer Mischung aus Kieselerde und Kalk zugesetzt, wobei sich Uran, Neptunium und Plutonium weitestgehend in der Schlacke abscheiden, die dann abgetrennt wird. Durch dieses Verfahren wird die Abfallbeseitigung durch die erreichte Volumenreduzierung an nicht wiederverwendbaren Schrotteilen vereinfacht. Außerdem wird die Wiederverwendung des in der Schmelze zurückbleibenden schwach

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radioaktiven Materials vorgeschlagen.

Es ist auch schon ein Verfahren zur Dekontamination von Blei vorgeschlagen worden, vgl. Cerre P. Mestre E. Courtauld J; La decontamination du plomp. Bulletin Informatiques Scientific et Techniques 69; S. 49-58 (1963). Bekannterweise wird Blei - meist in Form von Bleiziegeln zur Abschirmung energiereicher Strahlung in Laboratorien und ähnlichen Einrichtungen verwendet. Wegen der hohen Materialkosten wurde schon früh eine Wiederverwertung des kontaminierten Bleies angestrebt.

Bei der Entsorgung von stillgelegten Kernkraftwerken fallen aus dem Bereich des Reaktorkerns relativ-stark aktivierte Komponenten an, die für den Transport ins Endlager eine starke Abschirmung benötigen. Im weiteren müssen große Mengen an kontaminierten Stahlteilen entsorgt werden. Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese kontaminierten Stahlteile einzuschmelzen und daraus Abschirmungen herzustellen, die bei der Entsorgung von stark radioaktiven Abfällen verwendet werden können, vgl. "Atomenergie/Kerntechnik", Band 41 (1982) S. 279-28o. Dies ist ein Weg, der das Volumen der Abfälle und damit die Kosten der Einlagerung im Endlager stark reduziert und für die Abfälle eine sinnvolle Verwendung eröffnet.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich nur mit an der Oberfläche radioaktiv kontaminiertem Stahlschrott, wie er z.B. aus Wiederaufarbeitungsanlagen anfällt. Dabei ist zu

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beachten, daß sich große, glatte Flächen schnell dekontaminieren lassen, während Nischen, Ecken, Spalten, Stutzen und verschlossene Rohrenden einen größeren Aufwand erfordern. Da die radioaktive Kontamination in den Oberflächenbereichen eine exponentiell verlaufende Tiefenverteilung aufweist, läßt sich ein Punkt finden, nach dem der Aufwand an konventionellen Dekontaminationsmaßnahmen in keinem kostengünstigen Verhältnis zur weiteren Absenkung der radioaktiven Strahlung steht. Der Stahlschrott wird auch dann noch eine Restradioaktivität aufweisen. Die Menge an radioaktivem Abfall ergibt sich aus der Anwendung der Freigrenze (Grenzwert zwischen radioaktivem Abfall und inaktivem Abfall) aufgrund der entsprechenden gesetzlichen Verordnungen.

Die Restradioaktivität verhindert in der Regel, daß eine direkte Stahlschrottverwertung eingeleitet werden kann. Dieser Schrott ist als leicht radioaktiver Abfall so zu behandeln, daß er in ein Endlager gebracht werden kann oder so zu dekontaminieren, daß er einwandfrei recycliert werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Schmelzdekontamination von Eisen- und/oder Stahlschrott anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Das erfindungsgemäße Dekontaminationsverfahren geht aus von dem,eingangs genannten bekannten Verfahren des Schmelzens des kontaminierten Stahls oder Eisens und des

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Verschlackens von radioaktiven Elementen, mit denen die Oberfläche des Stahls oder des Eisens kontaminiert ist. Bei dieser bekannten schmelzmetallurgischen Behandlung er- folgt eine Verschlackung der meisten radioaktiven Elemente, d.h. die radioaktiven Elemente gehen intermetallische Verbindungen ein, welche leichter sind als der Grundstoff und sich daher in der Schlacke auf der Oberfläche der Schmelze ansammeln. Die Schlacke mit den eingebundenen radioaktiven Elementen kann dann von der Oberfläche der Schlacke abgezogen und zu Endlagergebinden verarbeitet werden. Bei diesem bekannten Dekontaminationsverfahren verbleibt aber noch eine merkliche Restradioaktivität, die eine Wiederverwendung des "dekontaminierten" Stahlschrotts problematisch erscheinen läßt.

Die Bestandteile der erwähnten Verschlackungsmittel, wie sie beispielsweise beim Hochofenprozeß eingesetzt werden, sind beispielsweise :

τ₂ο₅ 1 %

Na₂O o,1 %

K₂O 2 . %

FeO 1 %

CaO	35	- 4o
SiO	28	- 4o
Al₂O₃	5	- 13
MgO	2	- 13
MnO		1o

wobei auf 1 Tonne Rohstahl 3oo bis 8oo kg Verschlackungsmittel kommen.

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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, nämlich die Zugabe inaktiver Isotope, wird erreicht, daß entsprechend der elementspezifischen Löslichkeiten die radioaktiven Isotope der Elemente aus der Schmelze gedrängt werden und sich in der Schlacke ansammeln. Hierdurch wird eine erhebliche Verringerung der Rest-Radioaktivität erzielt, so daß eine Stahlschmelze mit praktisch vernachlässigbarer Radioaktivitä' entsteht.

Da die Menge an radioaktiv kontaminiertem Schrott aus der Stillegung und Reparatur kerntechnischer Anlagen sehr umfangreich ist und große Kosten verursacht wegen des bereitzustellenden Volumens in untertägigen Endlagern, stellt das erfindungsgemäße Verfahren einen erheblichen Fortschritt dar, da durch die erfindungsgemäße Schmelzdekontamination in größerem Maße Endlagervolumen eingespart werden kann. Der aus der Schmelze gewonnene Rohstoffstahl kann recycliert und wiederverwendet werden. Die radioaktive Schlacke wird zu Abfallgebinden verarbeitet und benötigt ein viel geringeres Lagervolumen als der ursprüngliche kontaminierte Stahlschrott.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden vor allem die Elemente Strontium, Barium, Cer, Europium und Zirkonium erfaßt. Die Elemente Caesium und Antimon verdampfen bei dem Schmelzvorgang und werden aus dem Abgas ausgefiltert.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen A gekennzeichnet.

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Die abgetrennte Schlacke, die, wie erwähnt, die radioaktiven Elemente bzw. Spaltprodukte enthält, wird, wie ebenfalls schon erwähnt, zu einem endlagerfähigen Produkt verarbeitet und kann in Behälter gefüllt werden, die, wie im Anspruch 5 angegeben, aus dem dekontaminierten Eisen oder Stahl hergestellt werden können.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Dekontamination von radioaktiv kontaminiertem Eisen- und/oder Stahlschrott durch Schmelzen des Schrotts in Gegenwart von Verschlackungsmitteln für das Eisen/Stahl-Schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich inaktive Isotope der in der Schmelze befindlichen radioaktiven Elemente zugegeben und dem Schmelzvorgang unterworfer werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inaktiven Isotope in die Schmelze gegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die inaktiven Isotope in Form von Mineralien zugegeben werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche', dadurch gekennzeichnet, daß inaktive Isotope der Elemente

Dr.K./H.

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Strontium, Barium, Cer, Europium und Zirkonium zugegeben
werden.
5. Verwendung des nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 erzeugten dekontaminierten Eisens und/oder Stahls zur Herstellung von Behältern für die Lagerung von radioaktivem Abfall.