DE3339048A1

DE3339048A1 - Verfahren zur dekontamination von feststoffkoerpern, sowie vorrichtung und ultraschallquelle zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3339048A1
Application number: DE19833339048
Authority: DE
Inventors: Alois Bueb
Original assignee: NEA NUCLEAR ENGINEERING fur A
Current assignee: NEA NUCLEAR ENGINEERING fur A
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1985-05-09

Description

Verfahren zur Dekontamination von Feststoffkörpern,
sowie Vorrichtung und Ultraschallquelle zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dekontamination von Feststoffkörpern in einem Bad mit einer Waschflüssigkeit sowie eine Vorrichtung und eine Ultraschallquelle zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren dieser Art liegt der Gedanke zugrunde, die an der Oberfläche von Körpern haftenden radioaktiven Verunreinigungen durch die Waschflüssigkeit chemisch zu lösen und durch deren Strömung mechanisch abzuschwemmen und einem Filter zuzuführen. Da sich mit den bisher bekannten Verfahrensweisen ein hoher Dekontaminationsgrad jedoch nicht in einem Waschvorgang erzielen lässt, wird in der Praxis meist mehrstufig vorgegangen. So werden die Feststoffteile in einem ersten Waschvorgang mit einer solchen Waschflüssigkeit behandelt, die nach der Behandlung mit in derartigen Betriebsstätten üblicherweise vorhandenen betrieblichen Anlagen aufbereitet werden kann. Erfahrungsgemäss werden dabei maximal 10 % (Dekontfaktor 1:10) der an der Oberfläche haftenden radioaktiven Verunreinigungen erfasst. An diesen ersten Waschvorgang schliesst sich ein meist mehrstufiger zweiter Waschvorgang an, in dem als Waschflüssigkeit hochprozentige, aggressive Säuren, wie beispielsweise Flusssäure oder Phosphorsäure eingesetzt werden. Zwar wird durch diesen zweiten Waschvorgang der Dekontfaktor erheblich erhöht. Die hierfür erforderlichen Anlagen sind jedoch sehr aufwendig und kostspielig und erzeugen weiteren Sekundärabfall, dessen Entsorgung mit den üblicherweise vorhandenen betrieblichen Anlagen nicht mehr möglich und deshalb ebenfalls sehr aufwendig ist.
Dekontfaktoren in der Grössenordnung von 100 % oder annähernd 100 % können heute bereits durch das sogenannte Elektropolieren erzielt werden. Bei dieser Verfahrensweise wird jedoch ausser den an der Oberfläche haftenden radioaktiven Verunreinigungen auch Oberflächenmaterial von den Feststoffkörpern abgetragen, wodurch die Menge des bei dieser Verfahrensweise anfallenden Sekundärabfalles sehr hoch ist. Auch stellt die Gesamtanlage nach einer bestimmten Betriebszeit Sekundärabfall dar, dessen Beseitigung bei der Wirtschaftlichkeitsberechnung ebenfall mit berücksichtigt werden muss. Durch das Abtragen von Oberflächenmaterial wird beim Elektropolieren darüber hinaus die Oberflächenrauhigkeit der Feststoffkörper erhöht, so dass diese nicht unbeschränkt wiedereinsetzbar sind. Auch erhöht sich aufgrund der Rauhigkeit die Tendenz zur Anlagerung von Verschmutzungen, wodurch die Reinigungsinvervalle verkürzt werden müssen.
Ausserdem ist es bereits bekannt, zur Unterstützung der Wirkung einer Waschflüssigkeit, beispielsweise zum Entfetten bzw. Entölen von Teilen, sowie zum Entfernen von Rost, Abrieb und Verunreinigungen anderer Art, Ultraschall einzusetzen. Dabei wird die Lockerungswirkung aufgrund von Implosionen, die durch eine derartige Beschallung auf der Oberfläche der Teile infolge von Kavitationserscheinungen hervorgerufen werden, ausgenutzt. Versuche, die dahingehen, diese Wirkung mit bekannten Anlagen dieser Art auch zur Dekontamination von Feststoffkörpern auszunutzen, erbrachten jedoch bei Verwendung allgemein üblicher Waschflüssigkeiten nur eine geringfügige Steigerung des Dekontfaktors auf maximal 15 %, so dass weitere Versuche in dieser Richtung in der Fachwelt wegen der nur sehr geringen Steigerungsrate unterblieben sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass unter möglichst weitgehender Reduzierung der Menge von Sekundärabfall eine Verbesserung des Dekontfaktors mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand erzielt wird. Ausserdem soll eine verbesserte Vorrichtung sowie eine Ultraschallquelle zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens zur Verfügung gestellt werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Feststoffkörper in einem Bad der folgenden Zusammensetzung 20 bis 40 Gew.-% eines Gemisches aus Phosphorsäure und Alkylphosphorsäureester, 1 bis 8 Gew.-% Alkansulfonat, 2 bis 10 Gew.-% Alkylphenoloxalkylat, 2 bis 20 Gew.-% Polydiol, Wasser bis auf 100 % einer Ultraschall-Behandlung unterworfen werden.
Versuche haben ergeben, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren in einem einzigen und darüber hinaus äusserst schonenden Waschvorgang, d.h. ohne einen nachgeschalteten, aggressive Bestandteile enthaltenden zusätzlichen zweiten Waschvorgang in überraschender Weise ein bisher nicht erreichter Dekontfaktor erzielt wird. So hat sich gezeigt, dass bei einfachen geometrischen Oberflächen ohne weiteres ein Dekontfaktor von 100 % erreicht wird, jedoch auch bei komplizierten geometrischen Formen nahezu 100 % erzielt werden. Dabei fällt kein zusätzlicher, nur schwer zu entsorgender Sekundärabfall an. Vielmehr kann die Waschflüssigkeit mit in derartigen Betriebsstätten üblicherweise vorhandenen betrieblichen Anlagen ohne Schwierigkeiten aufbereitet werden. Durch die Anwendung der oben angegebenen speziellen Waschflüssigkeit in Verbindung mit einer an sich bekannten Ultraschallbehandlung konnten erfindungsgemäss in überraschender Weise die oben geschilderten Ergebnisse erzielt werden.
Aufgrund des sehr einfachen Aufbaues ist das erfindungsgemässe Verfahren sehr wirtschaftlich und ohne grossen Personalaufwand zu betreiben. Mangels hoher Drücke, hochprozentiger und aggressiver Säuren und dergleichen Sicherheitsrisiken sind auch die bei derartigen Anlagen zu beachtenden Sicherheitsauflagen leicht zu erfüllen.
Ein weitere Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass lediglich die radioaktiven Verunreinigungen von der Oberfläche gelöst und von dieser entfernt werden. Ein Abtragen von Oberflächenmaterial erfolgt dabei nicht. Auch wird in der Gesamtanlage durch die Einwirkung von Ultraschall die Ablagerung von Verschmutzungen erschwert, da die Beschallung nicht nur auf die zu reinigenden Feststoffkörper, sondern auch auf die vom Bad benetzten Anlagenteile einwirkt. Dieser Effekt wirkt sich insbesondere auf die Schallquellen selbst aus, an die sich auch nach langem Gebrauch keine Verschmutzungen ansetzen.
Das erfindungsgemässe Verfahren weist ferner den Vorteil auf, dass es bei Raumtemperatur abläuft. Bevorzugt wird das Verfahren zur Dekontamination bei einer Badtemperatur von 15 bis 25"C durchgeführt. Bei den genannten Badtemperaturen werden keine flüchtigen toxischen Substanzen freigesetzt, so dass spezielle Luft- und Gasfilteranlagen nicht erforderlich sind.
Die Ultraschallbeschallung gemäss der Erfindung wird mit einer Frequenz betrieben, die die Wirkung der Waschflüssigkeit in optimaler Weise unterstützt. So wird die Beschallung bevorzugt bei einer Frequenz von 20 bis 60 kHz durchgeführt. Besonders gute Ergebnisse werden bei einer Frequenz von 35 bis 45 kHz erzielt.
In diesem Frequenzbereich werden aufgrund der Kavitationserscheinungen besonders wirkungsvolle Implosionen hervorgerufen, die radioaktiven Verunreinigungen von der Oberfläche der Feststoffkörper parktisch absprengen.
Die Badzusammensetzung gemäss der Erfindung enthält 20 bis 40 Gew.-% eines Gemisches aus Phosphorsäure und Alkylphosphorsäureester. Dabei kann das Verhältnis Phosphorsäure : Alkylphosphorsäureester im Bereich von 1:3 bis 3:1 liegen.
Die gemäss der Erfindung verwendete Phosphorsäure stellt vorzugsweise Orthophosphorsäure dar.
Der in dem vorstehend genannten Gemisch der Badzusammensetzung verwendete Alkylphosphorsäureester stellt bevorzugt einen Methyl-, Ethyl- oder Propylphosphorsäureester dar. Die Esterkomponente des vorstehend genannten Alkylphosphorsäureesters besteht bevorzugt aus einer geradkettigen oder verzweigten Alkygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt stellt der Alkylphosphorsäureester in der gemäss der Erfindung verwendeten Badzusammensetzung einen Methylphosphorsäureester dar.
Im weiteren enthält die Badzusammensetzung gemäss der Erfindung 1 bis 8 Gew. -% Alkansulfonat, das die Formel R-S02-O-Me aufweist, wobei R eine Alkylgruppe und Me ein einwertiges Kation, wie K, Na oder Ammonium, darstellt.
Derartige Alkansulfonate sind im Handel erhältlich, z.B. unter der Bezeichnung "Mersol".Das vorstehend genannte Alkansulfonat stellt ein wirksames Aniontensid dar, das im Gemisch mit anderen Tensiden in Waschflüssigkeiten besonders wirksam ist.
Das vorstehend genannte Alkansulfonat kann teilweise durch ein anderes Aniontensid ersetzt werden, wie z.B. durch einen sulfonierten Ester, ein Fettsäuresulfonat, ein Fettsäureestersulfonat oder durch ein Alkylarylsulfonat der Formel R-Ar-SO3-Me wobei in der vorstehenden Formel R eine verzweigte oder geradkettige Alkylgruppe mit 3 bis 13 C-Atomen und Ar ein Benzol oder Naphthalinsystem bedeutet und Me ein einwertiges Kation darstellt. Der Zusatz von Alkylarylsulfonaten zu der Badzusammensetzung gemäss der Erfindung verbessert deren Entfettungs- und Emulgiervermögen und insbesondere deren Netzfähigkeit.
Besonders geeignet ist der Zusatz von Alkylbenzolsulfonaten. Entsprechende Sulfonate sind im Handel erhältlich, z.B. unter der Bezeichnung "Marlon".
Die bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendete Badzusammensetzung enthält im weiteren 2 bis 10 Gew.-% Alkylphenoloxalkylat. Die Alkylgruppe in dem genannten Allkylphenoloxalkylat stellt bevorzugt eine Alkylgruppe mit 6 bis 12 C-Atomen dar. Die Alkylatkomponente in dem Alkylphenoloxalkylat ist bevorzugt Methylat, Ethylat oder Propylat.
Als besonders geeignet hat sich die Verwendung von Nonylphenoloxethylat erwiesen.
Im weiteren enthält die vorstehend genannte Badzusammensetzung 2 bis 20 Gew.-% eines Polydiols. Besonders geeignet ist die Verwendung von Polyethylenglykol, das als Dispergier- und Netznittel dient. Die Badzusammensetzung gemäss der Erfindung wird mit Wasser auf 100 % aufgefüllt.
Besonders gute Ergebnisse werden bei einer Badtemperatur zwischen 18 und 22"C bei einer Frequenz zwischen 35 bis 45 kHZ erzielt.
Bei einer besonders vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche mit einem Behälter für die Waschflüssigkeit sowie mindestens einer Ultraschallquelle ausgestattet ist, wird die Ultraschallquelle erfindungsgemäss innerhalb des Behälters unter dem Badspiegel im Abstand von der Behälterwandung angeordnet. Wie Versuche ergeben haben, führt eine derartige Anordnung zu optimalen Implosionserscheinungen an der Oberfläche und dadurch zu einer besonders wirkungsvollen Ablösung der Verunreinigungen von den Feststoffkörpern. Optimale Ergebnisse werden bei einer Vorrichtung der erfindungsgemässen Art dann erreicht, wenn der Abstand der Ultraschallquelle von der Behälterwandung 3 bis 5 cm beträgt.
Da die Ultraschallquelle bei der erfindungsgemässen Vorrichtung innerhalb des Behälters unter dem Badspiegel angeordnet ist, ist es vorteilhaft, dass ihr Gehäuse aus einem säurebeständigen Metallblech besteht. Eine besonders gute Übertragung der Schallenergie an die Badflüssigkeit wird dabei dann erreicht, wenn das Metallblech eine Wandstärke von 0,5 bis 3 mm aufweist.
Optimale Ergebnisse hinsichtlich Säurebeständigkeit und Schwingungsübertragung werden dann erzielt, wenn das Metallblech aus St 1.4539 x 2 NiCrMoCoCuj 25205, d.h. aus einer Legierung mit folgenden Bestandteilen besteht.
0,03 Vol.-% C 1 Vol.-% Si 2 Vol.-& Mn 0,03 Vol.-% P 0,02 Vol.- S 19-22 Vol.-% Cr 4 - 5 Vol.-% Mo 24-26 Vol.-% Ni 1 - 2 Vol.-% Cu Rest Fe.
Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens sowie der Vorrichtung zu dessen Durchführung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Wie aus der Fig. hervorgeht, besteht die Vorrichtung zur Dekontamination von Feststoffkörpern aus einem Behälter B, der in einem Gestell 1 gehaltert ist.
Dieses Gestell 1 ruht in einer Auffangwanne 2 und ist an drei Seiten von einer Bedienungsbühne 3 mit Geländer 4 umgeben.
Der Behälter B ist mit einer Umwälzanlage 5 verbunden, die mit einer Filteranordnung zum Aussondern der Verschmutzungen ausgestattet ist. Die Umwälzanlage 5 steht ebenfalls in einer Auffangwanne 6.
Die obenliegende Öffnung des Behälters B kann mit einem an dem Gestell 1 angelenkten Deckel 7 verschlossen werden. Hierzu steht der Deckel 7 über einen Arm 8 mit einem Betätigungszylinder 9 in Verbindung.
Innerhalb des Behälters B ist zur Aufnahme der zu behandelnden Feststoffkörper ein Korb 10 angeordnet, der über eine Hubeinrichtung 11 zur Beschickung über den Badspiegel des Behälters B angehoben bzw. zur Durchführung der Ultraschallbehandlung unter den Badspiegel in der in der Fig. gezeigten Weise abgesenkt werden kann. Zur Führung des Korbes 10 während der Anhebe- bzw. Absenkbewegung dienen jeweils im Bereich der Ecken des Korbes angeordnete Führungsschienen 12.
Innerhalb des Behälters sind ausserhalb der Bewegungsbahn des Korbes 10 in einem Abstand von 3 bis 5 cm von der Behälterwandung unterhalb des Badspiegels S zwei Ultraschallquellen U angeordnet. Diese Schallquellen stehen mit einem Generator (nicht dargestellt) in Verbindung und arbeiten mit einer Frequenz von ca. 40 kHz.
Die Schallquellen U bestehen aus einem Gehäuse aus einem säurebeständigen Metallblech mit einer Wandstärke von 0,5 mm. An der Innenseite der dem Behälterinnenraum zugewandten Wand des Gehäuses sind eine Anzahl von Schwingelementen angeklebt, so dass die Gehäusewandung gleichzeitig als Membran für die Schwingelemente eingesetzt wird.
Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Badzusammensetzung erzielt, bei der die im Handel erhältliche Rezeptur HAKA-Dekopur FS 50 der Firma HAKA-Werk W.
Schlotz & H. Kunz GmbH, Waldenbuch, unter Zugabe von 53 % Wasser zur Verwendung kam. Die Badtemperatur betrug dabei 20 bis 22"C. Die Ultraschallquellen U arbeiteten mit einer Frequenz von 40 kHz. Nach einer Bearbeitungszeit von 5 bis 10 Minuten betrug der Dekontfaktor 100 %.

Claims

Verfahren zur Dekontamination von Feststoffkörpern, sowie Vorrichtung und Ultraschallquelle zur Durchführung des Verfahrens.

Patentansprüche S j Verfahren zur Dekontamination von Oberflächen von Feststoffkörpern in einem Bad mit einer Waschflüssigkeit, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Feststoffkörper in einem Bad der folgenden Zusammensetzung 20 bis 40 Gew.-% eines Gemisches aus Phosphorsäure und Alkylphosphorsäureester, 1 bis 8 Gew.-% Alkansulfonat, 2 bis 10 Gew.-% Alkylphenoloxalkylat, 2 bis 20 Gew.-% Polydiol, Wasser bis auf 100 % einer Ultraschall-Behandlung unterworfen werden.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass die Badtemperatur 15 bis 25"C beträgt.
3. Verfahren gemäas Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ultraschallbeschallung mit einer Frequenz von 20 bis 60 kHz erfolgt.
4. Verfahren gemäss Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ultraschallbeschallung mit einer Frequenz von 35 bis 45 kHz durchgeführt wird.
5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Phosphorsäure Orthophosphorsäure verwendet wird.
6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Alkylgruppe in dem genannten Alkylphosphorsäureester Methyl, Ethyl oder Propyl darstellt.
7. Verfahren gemäss Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Alkylphosphorsäureester einen Methylphosphorsäureester darstellt.
8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Alkansulfonat ein Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalz eines Alkansulfonats darstellt.
9. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Alkylgruppe im Alkylphenoloxalkylat eine Alkylgruppe mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen darstellt.
10. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Alkylat im Alkylphenoloxalkylat ein Methylat, Ethylat oder Propylat darstellt.
11. Verfahren gemäss Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Alkylphenoloxalkylat Nonylphenoloxyethylat darstellt.
12. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Polydiol ein Polyethylenglycol darstellt.
13. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ultraschall-2 beschallung mit einer Leistung von 8 W/cm bis W/cm2 25 /com pro Liter Badvolumen erfolgt.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 13, mit einem Behälter für die Waschflüssigkeit sowie mindestens einer Ultraschallquelle, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Ultraschallquelle (U) innerhalb des Behälters (B) unter dem Badspiegel im Abstand von der Behälterwandung angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass der Abstand der Ultraschallquelle (U) von der Behälterwandung 3 bis 5 cm beträgt.
16. Ultraschallquelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 13, mit mindestens einem Schwingelement mit Membran sowie einem Gehäuse, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Gehäuse aus einem säurebeständigen Metallblech mit einer Wandsstärke von 0,5 bis 3 mm gebildet ist.
17. Ultraschallquelle nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Metallblech aus einer Legierung mit folgenden Bestandteilen besteht: 0,03 Vol.-% C 1 Vol.-% Si 2 Vol.-% Mn 0,03 Vol.-% P 0,02 Vol.-% S 19-22 Vol.-% Cr 4 - 5 Vol.-% Mo 24-26 Vol.-% Ni 1 - 2 Vol.-% Cu Rest Fe.