DE3418207C2

DE3418207C2 -

Info

Publication number: DE3418207C2
Application number: DE19843418207
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl.-Ing. Bleier (Fh), 8520 Erlangen, De; Karl-Peter Dr.-Ing. 8750 Aschaffenburg De Francke; Ernst 8520 Erlangen De Haas; Georg 8521 Moehrendorf De Hofmann; Joachim Dipl.-Ing. Martin (Fh); Karl-Heinz Dipl.-Chem. Dr. 8520 Erlangen De Neeb; Helmut Dipl.-Ing. 8751 Moemlingen De Schoenfeld; Eberhard Dipl.-Chem. Dr. 8520 Erlangen De Schuster; Karl 8500 Nuernberg De Wolfrum; Clemens Dipl.-Ing. 8520 Erlangen De Fiebiger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-05-16
Publication date: 1989-07-27
Also published as: DE3418207A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dekontamination von Metallteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist z. B. bekannt aus der DE-OS 31 20 793.

In Kernkraftwerken werden die im Bereich des Reaktordruckbe hälters eingesetzten Werkstoffe durch Neutronen aktiviert. Außerhalb des Reaktordruckbehälters befindliche Komponenten (Dampferzeuger, Rekuperativwärmetauscher, Pumpen etc.) werden nicht aktiviert, aber durch die mit dem Kühlmedium transpor tierten radioaktiven Verunreinigungen oberflächlich kontami niert. Beim Austausch von Komponenten oder bei der Stillegung von Kernkraftwerken müssen diese Komponenten entsorgt werden. Dazu ist eine weitgehende Dekontamination notwendig, um den Anfall an mittelaktivem Abfall zu reduzieren.

Für die Dekontamination können chemische Verfahren zum Abbeizen der oberflächlichen Kontaminationsschicht eingesetzt werden. Dabei werden aber relativ große Mengen flüssiger Abfälle (Lö sungen) produziert. Die Lösungen müssen wieder aufgearbeitet werden, um den radioaktiven Abfall gering zu halten.

Die nach der Beizbehandlung verbleibende Restaktivität auf den Komponenten liegt außerdem nicht in allen Fällen unterhalb des zulässigen Kontaminations-Grenzwertes (meßtechnisch: Null), so daß diese Teile als "schwach radioaktiver Abfall" kontrolliert entsorgt werden müssen. Zur Volumenminimierung können dabei um fangreiche Trennarbeiten notwendig werden. Auch nach einem evtl. Abtrennen höheraktiver Teile bleibt trotzdem oft noch ein relativ großes Volumen übrig.

Aus der DE 31 20 793 ist ein Verfahren zur Dekontamination von Festkörpern bekannt, bei dem die Festkörper in einer ge schlossenen Kammer in einer Gasatmosphäre bei Unterdruck einer fortwährenden Glimmentladung oder den gasförmigen Produkten einer solchen Glimmentladung ausgesetzt werden. Damit dabei entstehende Substanzen sich auf den zu dekontaminierenden Ober flächen nicht niederschlagen, wird das Verfahren bei erhöhter Temperatur durchgeführt. Geeignete Temperaturen liegen zwischen 15°C und 800°C, vorzugsweise aber zwischen 25°C und 100°C. Das bekannte Verfahren ist nur zum Dekontaminieren von relativ kleinen Festkörpern geeignet, da nur diese in ein allseitig ge schlossenes Gefäß einzubringen sind. Im Bereich eines Reaktor druckbehälters ist das bekannte Verfahren deshalb nicht einsetz bar, da dessen Raum für eine Glimmentladung zu groß ist.

Aus der US 39 84 345 ist ein Verfahren zum Entfernen von Natrium von der Oberfläche von Brennelementen bekannt. Dazu werden die Brennelemente in eine Salzschmelze eingetaucht, die beispielsweise Na₂CO₃ oder K₂CO₃ enthält. Nach der Reinigung bleibt ein relativ großes Volumen Salzschmelze zurück, das ent sorgt werden muß.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, mit einem anderen als dem bekannten Verfahren, das Separieren von Aktivitätsträgern soweit zu verbessern, daß bei kleinem Abfallvolumen die Metall teile eine niedrige Aktivität, möglichst eine Aktivität kleiner 74 Bq/g aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Die Temperatur, bei der die Wärmebehandlung durchgeführt wird, richtet sich nach dem zu dekontaminierenden Metall. Ist dieses Metall beispielsweise Aluminium, reichen 600°C aus, da der Schmelzpunkt von Aluminium im Bereich von 600°C liegt. Als Me dium, in das die zu dekontaminierenden Metallteile eingebracht werden, wird eine Schmelze verwendet. Eine solche Schmelze kann eine Salzschmelze oder eine gleichwertige Oxidschmelze sein. Bei einer Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes des zu dekontaminierenden Metalles gehen die Oberflächenbeläge des Metalles in die Schmelze über. Das die Kontamination tragende Material wird dann entfernt. In der Regel wird die gesamte Schmelze abgezogen. Beispielsweise wird nur eine sich bildende Schlackenschicht, die die Kontamination trägt, entfernt.

Mit dem Dekontaminationsverfahren, das eine Wärmebehandlung in der Nähe der Schmelztemperatur der zu dekontaminierenden Metall teile vorsieht, erfolgt das Dekontaminieren nicht mehr als chemi scher Prozeß, als der er bisher im Bereich niedrigerer Temperatu ren abgelaufen ist, sondern als metallurgischer Prozeß, dessen Temperaturen mindestens mehrere Hundert Grad Celsius betragen und in der Regel im Bereich von 1000°C oder darüber liegen.

Die Erfindung kann, je nach Art der Materialien oder Metall teile, der Nuklide, der die Aktivität tragenden Schicht und des Kontaminationsgrades, mit folgenden Vorgehensweisen verwirk licht werden:

Bei höheren Kontaminationsgraden und dickeren Kontaminations schichten, die bei homogener Verteilung im Grundmaterial eine Überschreitung der Grenzkontamination von 74 Bq/g (= 2nCi/g) er warten lassen bzw. die eine homogene Verteilung der Gesamtkonta mination nicht gestatten, wird eine weitgehende Abtrennung der Aktivität nach folgenden Verfahren erreicht:

In der Salzschmelze und/oder Oxidschmelze erfolgt bei geeigneter Wärmebehandlung eine Abtrennung der kontaminierten Beläge. Das abgelöste Material verteilt sich in der Regel in der Salzschmelze und wird zusammen mit der Salzschmelze entfernt. Beispielsweise bildet sich auf der Salzschmelze eine Schlackenschicht aus Konta mination tragendem Material, die entfernt wird.

Beispielsweise werden der Salzschmelze und/oder Oxidschmelze Sauerstoff abspaltende Metalloxide, wie z. B. Fe₂O₃, Mn₂O₃, MnO₂ als Oxidationsmittel zugefügt. Durch diesen Zusatz werden auch schwer oxidierbare Beläge in Oxide übergeführt und damit abge löst. Besonders gute Dekontaminationswirkungen werden durch Zu gaben basischer Oxide (PbO, PbO/CaF₂, CaF₂/Na₂CO₃, PbO/CaF₂/ Na₂CO₃/K₂CO₃) oder anderer Schlackenbildner erreicht.

Für die Salzschmelze geeignete Salze sind beispielsweise, gege benenfalls in Mischung, KHSO₄, K₂S₂O₇, NaCl/K₂S₂O₇ oder (NH₄)₂S₂O₈. Der Schmelzpunkt dieser Salze liegt unterhalb des Schmelzpunktes der zu dekontaminierenden Metallteile. Daher liegt eine Salzschmelze vor, schon bevor die Metallteile in die Nähe ihres Schmelzpunktes kommen. Statt einer Schmelze aus einem der genannten Salze ist beispielsweise eine Schmelze aus einem Oxid, z. B. aus Siliziumoxid, einsetzbar.

Mit dem Verfahren wird der Vorteil erzielt, daß Metallteile von radioaktiven Oberflächenbelägen zuverlässig zu befreien sind. Dabei fällt im Vergleich zu bekannten Dekontaminationsverfahren wenig Sekundärabfall an. Darüber hinaus ist mit dem Verfahren, das eine Wärmebehandlung in der Nähe der Schmelztemperatur vorsieht, eine Dekontamination von stark verseuchten Metalltei len wenigstens soweit durchführbar, daß diese Metallteile nach der Dekontamination als schwach radioaktiver Abfall einzustufen sind. Aus diesem nur noch schwach radioaktiven Metall können z. B. neue Bauteile beispielsweise zur Verwendung in Endlagern hergestellt werden. Mit bekannten Dekontaminationsverfahren ist hingegen nur eine Reduzierung auf mittelaktiven Abfall durchführbar.

Wird bei dem Verfahren die Unterschreitung der Grenzkontamination von 74 Bq/g (= 2 nCi/g) im Grundmaterial nicht erreicht, kann das Material je nach Restkontaminierungsgrad als "schwach radioaktiver Abfall" entsorgt werden. Die Reduktion des Lagervolumens durch das Aufschmelzen ist dann sehr vorteilhaft.

Durch eine sinnvolle Gießlingform wird eine gute Raumausnutzung in Endlagerbehältnissen erreicht. Alternativ kann das Material zur gießtechnischen Herstellung von Teilen dienen, die in der Kerntechnik kontrolliert wiederverwendet werden können (Abschirm behälter, -Steine, -Ringe etc.).

Beim Vorliegen einer niedrigen Kontamination kann das Verfahren aber auch vorteilhaft dazu dienen, die Aktivität homogen in der Schmelze zu verteilen. Wenn dadurch die Grenzkontamination von 74 Bq/g (=2 nCi/g) unterschritten wird, kann mit dem Werkstoff genehmigungsfrei umgegangen werden. Um diese homogene Vertei lung zu erreichen, werden während des Schmelzens reduzierende Bedingungen eingestellt. Als Reduktionsmittel sind z. B. Formier gas, CO und Zuschläge wie metallisches Aluminium und Ferrosili zium unter anderem geeignet. Die erhaltenen Werkstoffe mit homogen verteilter Aktivität können z. B. für die Herstellung von Gebinden für radioaktiven Abfall wiederverwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Dekontamination von Metallteilen mit radio aktiven Oberflächenbelägen,

a1) bei dem die Metallteile in oxidierendem oder
a2) reduzierendem Medium
b1) einer Wärmebehandlung unterworfen werden,

dadurch gekennzeichnet,

b2) daß die Wärmebehandlung in der Nähe der Schmelztemperatur der Metallteile im Bereich von einigen Hundert Grad Cel sius bis 1000°C oder darüber durchgeführt wird,
a3) daß als Medium eine Salzschmelze und/oder Oxidschmelze verwendet wird, in die die Metallteile eingebracht werden und
c) daß nach der Wärmebehandlung das die Kontamination tragende Material mechanisch entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,

a4) daß der Salzschmelze und/oder Oxidschmelze Sauerstoff abspaltende Metalloxide wie Fe₂O₃, Mn₂O₃, MnO₂ als Oxidationsmittel zugefügt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet,

a5) daß der Schmelze basische Oxide wie PbO, PbO/CaF₂, CaF₂/ Na₂CO₃/K₂CO₃ oder andere Schlackenbildner zugesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

a6) daß als Salz der Salzschmelze, gegebenenfalls in Mischung, KHSO₄, K₂S₂O₇, NaCl/K₂S₂O₇ oder (NH₄)₂S₂O₈ verwendet wird.