DE3710415A1

DE3710415A1 - Vollautomatisches spritzgussverfahren und die dazugehoerige anlage zur volumenreduzierenden konditionierung von toxischen und radioaktiven pulver- und kugelharzen aus kerntechnischen anlagen in form von spritzgussteilen zur abfallbeseitigung und entsorgung von gebinden ins zwischen- und endlager

Info

Publication number: DE3710415A1
Application number: DE19873710415
Authority: DE
Inventors: Egon Altmeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-16
Filing date: 1987-03-28
Publication date: 1988-10-13
Also published as: DE3710415C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vollautomatisches Spritzgußver fahren und die dazugehörige Anlage zur volumenreduzierenden Kondi tionierung von toxischen und radioaktiven Pulver- und Kugelharzen aus kerntechnischen Anlagen in Form von Spritzgußteilen zur Abfall beseitigung und Entsorgung von Gebinden ins Zwischen- und Endlager.

Die in Kernkraftwerken anfallenden toxischen, radioaktiven Pulver- und Kugelharze (Kation- und Anionaustauscherharze) werden in ver schiedenen Filtersystemen eingesetzt, wie z. B. Reaktorwasserreini gung, Lagerbeckenreinigung, Kondensatreinigung oder Abwasserreini gung und als Filtermassen benötigt. Diese Kation- und Anionaus tauscherharze werden auf Filterkerzen oder Filterplatten als Ionen austauschermassen angeschwemmt. Sie dienen dazu, aktivierte Parti kel oder Nuklide auszufiltern (mechanische Filtration, Ionenaus tausch-Entsalzung). Diese Partikel entstehen infolge von Korrosi ons- und Erosionsprozessen in den Rohrleitungssystemen. Sie werden vom strömenden Medium Dampf und Wasser abgetragen. Diese Rückstände werden durch Entzug des Wassers bis zum Trockenstoff (Pulver) als Filterkonzentrate aufgearbeitet und über den Konzentratbunker als Sammelstelle in 200-l-Fässer abgefüllt und dem Faßlager zugeführt.

Es ist bekannt, daß Filterkonzentrate mit Beton, Bitumen und Kunst stoff als Gebinde in qualifizierte Behälter behördlicher Verordnung (Atomgesetz) und unter Einhaltung der Aktivitätsgrenzen der Strah lenschutzverordnung fixiert werden. Ferner ist bekannt, daß Filter konzentrate in qualifizierte Abfall- und Lagerbehälter, die den Endlagerbedingungen entsprechen, umgefüllt werden.

Die Merkmale sind aus den Druckschriften

1. Abfallbewirtschaftung im Kernkraftwerk Technikum Winterthur (Höhere Technische Lehranstalt) Schweiz vom 1.-3. Dezember SVA Vertiefungskurs Teil 3, 4 und 5,
2. Bericht der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt. Anforderungen an radioaktive Abfälle für das Endlager Konrad und Produktkontrolle April 1986 Seite 1-90

zu entnehmen.

Bekannt ist, daß die Zwischenlagerkapazitäten der Kernkraftwerke in naher Zukunft fast erschöpft sind. Ein Endlager für radioaktiven Abfall steht frühestens 1992 bis 1995 zur Verfügung. Bei Zwischen- und Endlagerung ist eine Volumenreduzierung der einzulagernden Ab fallgebinde aus Kosten und wirtschaftlichen Gründen außerordent lich wichtig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vielzahl der Fässer mit radioaktiven, toxischen Pulver- und Kugelharzen zu vermindern, die Fixierung des Produktes zu verbessern, volumenreduzierend, sicherer und wirtschaftlicher zu verarbeiten. Dieses wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1-20 gelöst.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine vollautoma tische Anlage, die die in 200-l-Fässern abgefüllten radioaktiven, toxischen Pulver- und Kugelharze durch ein vollautomatisches Spritzgußverfahren unter hoher Verdichtung und Entgasung zu Spritz gußkörpern (Pellets) in verschiedenen Figurenformen für qualifi zierte Behälter weiterverarbeitet und verpackt. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung nach Fig. 1 Ablaufplan zur Durchfüh rung des vorgenannten Verfahrens.

Nach dem aus der DE-AS 28 10 089 bekannten Verfahren zum Einbetten von radioaktiven, pulverförmigen Kunststoffabfällen, die riesel fähig getrocknet über eine Dosiervorrichtung einem Kneter zuge führt, einer thermoplastischen Masse (Bitumen) gemischt und an schließend aus einer Austragsöffnung des Kneters in Behälter abge füllt werden, sind vom Volumen, von der Brandgefahr und der Frei setzung selbstentzündlicher Gase (z. B. Buten) nicht zweckmäßig. Dieses Verfahren stellt sich nicht zum Vergleich einer Volumen reduktion und Verdichtung für das Gebinde, außerdem besteht eine erhöhte Explosivität und Brandlast.

Nach dem aus der DE-AS 23 63 475 bekannten Verfahren zum Aufberei ten von radioaktiven und toxischen Stoffen enthaltenden festen Ab fällen zur sicheren Handhabung, Transportierung und Endlagerung, bei dem der Abfall mit einem polymerisierbaren Gemisch vermengt und durch Polymerisation in einen Block übergeführt wird.

Dieses Verfahren stellt sich ebensowenig wie nach dem aus der DE-AS 28 10 089 Schrift bekannten Verfahren einem Vergleich zur Volumenreduktion und Verdichtung für das Gebinde als nachteilig dar.

Nach dem aus der DE-OS 36 00 537 bekannten Verfahren zum Verdich ten und Verfestigen von festen Abfallmaterialien, Gerät zum Durch führen des Verfahrens und Gesamtsystem zum Befestigen derartiger Abfallmaterialien. Zu diesem Verfahren oder besser Extrusionsform gerät ist zu sagen, daß es sich um das Fertigen eines endlos ge formten Kunststoffstranges, der später in Stücke zerkleinert wird, handelt. Man könnte es auch als Strangpressung bezeichnen. Der Auf bau des Extruders aber gegenüber einer Schneckenspritzeinheit ein völlig anderer ist. Die Merkmale sind aus dem Buch Kunststoffverar beitung vom Vogel-Buchverlag, Würzburg, Seite 45-52 beschrieben. Dies bekannte Verfahren aus der DE-OS 36 00 537 weist jedoch große Nachteile gerade für die Verarbeitung von radioaktiven Pul ver- und Ionenaustauscherharzen aus. Denn es wird die Strahlen schutzverordnung nicht beachtet, wie z. B. die Abschirmung, die Aerosolfreisetzung, das Händeln mit dem Produkt, die Dosisbelastung des Bedienungspersonals der Anlage, alles wurde nach der Strahlen schutzverordnung außer acht gelassen. Auch die Verdichtung, die Festigkeit, die Volumenreduktion, die Brennbarkeit und die Verpac kung zeigen sich dem beschriebenen Extrusionsverfahren als nachtei lig auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein spezielles Verfahren zum Aufbereiten von radioaktiven und toxischen Pulver- und Kugelharzen aus kerntechnischen Anlagen zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und mit dessen Hilfe radioaktive und toxische Ionenaustauscher zum Verdichten und zu Verfestigungsprodukten führen, die eine sichere Handhabung und einen sicheren Transport sowie eine sichere Zwischenlagerung und Endlage rung gewährleistet.

Erfindungsgemäß werden die aus dem Faßlager kommenden 200-l-Stahl reifenvollfässer mit radioaktiven Pulver- oder Kugelharzen (Ionen austauscher) zum vor der Maschine stehenden Abschirmbehälter trans portiert und im Abschirmbehälter 1 abgestellt.

Dann werden die am Schwenkkran 1.1 hängende Lochkreissäge am Ma gnetbohrwerk und die Sauglanzen der Evakuierungspumpe über das im Abschirmbehälter stehende Faß geschwenkt, das Magnetbohrwerk mit der Lochkreissäge auf das Stahlfaß gesetzt, eingeschaltet und mit der Lochkreissäge das Faß angebohrt und die Sauglanze der Evakuie rungspumpe mit sich ebenfalls am Schwenkarm befindenden Abdichtung ins Faß geführt. Es beginnen die Evakuierung des Fasses durch den Injektor der Evakuierungspumpe 1.2 und die Umfüllung der Ionenaus tauscher zum Beschickungsbehälter 1.4 der Maschine. Die Absaugung der überschüssigen Luft erfolgt über die Evakuierungspumpe 1.2, den geschlossenen Beschickungsbehälter 1.4 der Maschine, übers Vorfil ter 1.3, über die Aktivkohlefiltereinheit 1.7 in das Betriebsab luftsystem zur Vermeidung von freien Aerosolen.

Erfindungsgemäß geschieht die Entleerung durch das Umsaugen der Ionenaustauscherharze, dessen Strukturgitter Polystyrol ist, in den Beschickungsbehälter 1.4 der Maschine mit dem Merkmal einer N₂-Einperlung 1.5 zur Inertisierung des Beschickungsbehälters. Um eine sehr unwahrscheinliche Möglichkeit der Explosivität, welche durch die Wärmeübertragung der von außen beheizten Spritzgußschnec keneinheit 1.8 abgeführten Wärme zum Beschickungsbehälter 1.4 über tragen werden könnte, mit dieser Einrichtung den eventuell austre tenden brennbaren Gasen entgegenwirken zu können.

Erfindungsgemäß wird nun mit dem Dosiergerät 1.6 dem Beschickungs behälter 1.4 mit den Ionenaustauscherharzen ein Flammenschutzmittel (Magnesiumhydroxid (MG(OH)₂), ein Polystyrol oder Polypropylen und Farbpigmente zugeführt.

Nun übernimmt die Entgasungsschneckeneinheit 1.8 die eigentliche Plastifizierung mit dem erfindungsgemäßen Merkmal gleichzeitiger Entgasung über die Schneckeneinheit 1.8, das Werkzeug 1.9, den Kondensator 1.10, den Kondensatabfüllbehälter 1.11 und über die Aktivkohlefiltereinheit 1.7 ins Betriebsabluftsystem. Zum Spritz gußverfahren selbst: Die Ionenaustauscherharze mit den Zusätzen Flammenschutzmittel, Polypropylen und Farbpigmente befinden sich im Beschickungsbehälter 1.4, der über die Einfüllöffnung des Massezy linders 1.8.1 angeordnet ist, und mittels Schieber geöffnet bzw. geschlossen werden kann.

Im Massezylinder 1.8.1, der heizbar durch regelbare elektrische Heizbänder 1.8.2 beheizt wird, bewegt sich drehend und axial ver schiebbar durch Hydraulikmotor 1.8.3 und Hydraulikzylinder 1.8.4 eine aus zwei miteinander fest verbundene Dreizonenschnecke 1.8.6. Zwischen den beiden Schneckenteilen a und b Fig. 5 ist ein Scher element 1.8.7 angeordnet. Vor dem Scherteil 1.8.7 ist im Plastifi zierzylinder eine Entgasungsöffnung 1.8.8 angebracht, aus der die flüchtigen Bestandteile der Schmelze austreten und über eine Lei tung zum Kondensator 1.10 und der Aktivkohlefiltereinheit 1.7 in das Abluftsystem abgesaugt werden Fig. 2 Absaugungs- und Abluft schema. Durch Drehen der Schnecke gelangen die Ionenaustauscher harze durch die Einfüllöffnung in die Schneckengänge und werden durch Scherwirkung zwischen Zylinderwand und Schnecke und erwärmtem Zylinder geschmolzen. Durch das Vorlaufen der Schnecke wird die Schmelze zum einen vorverdichtet und zum anderen durch die Diffu sion über die Schereinrichtung und Entgasungsöffnung 1.8.8 zum Kondensator 1.10 entgast. Die Axialbewegung bewirkt den Schnecken hub (die Schnecke besitzt eine Rückstromsperre und drückt wie ein Kolben), der nun die Plastifizierung unter hohem Druck der Hydrau likzylinder durch die Düse 1.8.5 in das geschlossene Werkzeug spritzt. Die entweichende Luft des Körpervolumens des Werkzeugs 1.9.1 wird ebenfalls über eine Leitung 1.9.3 zum Kondensator und über die Aktivkohlefiltereinheit 1.7 ins Betriebsabluftsystem, siehe im Absaug-Abluftschema Fig. 2, geführt. Im gekühlten Werkzeug (Form) erstarrt und erkaltet unter Druck beim Öffnen des Werkzeuges 1.9.2 die Masse und kann dann als Formteil mit einer sehr hohen Verdichtung für qualifizierte Behälter 1.13 vom Industrieroboter 1.12 beim Öffnen des Werkzeuges 1.9 entnommen werden.

Dieser Arbeitsgang beschreibt einen Zyklus, der sich ständig wie derholt und vollautomatisch abläuft.

Der Industrieroboter 1.12 entnimmt bei jedem Zyklus der Maschine das Formteil (Pellet) 1.9.4 und stapelt es im qualifiziertem Ab schirmbehälter 1.16, welcher auf einer Drehscheibe der Rollbahn 1.15 steht, positioniert ein. Bei gefülltem Behälter 1.16 wird der Deckel mit Dichtring verschraubt und der Behälter 1.16 kann ins kraftwerkseigene Zwischenlager und später ins geplante Zwischen- oder Endlager gebracht werden.

Die Spritzgußkörper 1.9.4 mit dem Merkmal, dadurch ge kennzeichnet, daß sie je nach Behälter oder Container typ für schwach- oder mittelradioaktive und toxische Filterkonzen trate in verschiedenen Spritzgußformen (Pelletformen) nach Fig. 1-3 der P 36 23 919.4-33 hergestellt werden.

Die Spritzgußkörer 1.9.4 mit dem Merkmal, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder zu Pellets verarbei tenden Faßcharge eine Behördenrückstellprobe durch ein zusätzliches Angußteil 1.9.5 der Form des Werkzeugs 1.9 aufgenommen werden kann.

Dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzguß körper als feste, nicht auslaugbare, nicht quellende, schwer brennbare und farbige Pellets unter hoher Verdichtung und somit volumenreduzierend hergestellt werden.

Daraus ergeben sich folgende Merkmale:

1. Volumenreduzierung 1 : 3 bis 1 : 5 bezogen auf das Ausgangsvolumen,
2. Hohe Druckfestigkeit,
3. Wasserbeständigkeit durch Einsatz von Polypropylen,
4. Nicht quellend durch Umschließung mit Polypropylen,
5. Nicht auslaugbar,
6. Widerstandsfähig gegenüber Säure, Laugen und Salzlösungen,
7. Schwer brennbar durch Einsatz von Flammenschutzmittel,
8. Optische Unterscheidung der Dosisleistung, Figurenformen,
9. Optische Unterscheidung der Dosisleistung, farblich,
10. Höhere Lagerkapzität im Zwischen- und Endlager,
11. Hohe Kostenersparnisse, da die Endlagerplätze nach Volumen berechnet werden,
12. Kostenersparnis durch höhere Ausnutzung der kraftwerkseigenen Zwischenlager,
13. Jederzeit eine Rückholung der Formgußteile (Pellets) aus den qualifizierten Behältern des Zwischenlagers,
14. Hohe Dosisleistung der radioaktiven Spritzgußkörper von 1 mSv/h bis ca. 800 mSv/h können verarbeitet werden, denn die Anlage besitzt eine Bleiabschirmung (heiße Zelle) in Form und Stärke aus Bleisetzsteinen, die nach der Berechnung der Zehntelwert schicht eingesetzt werden.
15. Fig. 7 Figuren aus der P 36 23 919.4-33 Die kreisausschnittförmigen Pellets aus Fig. 2 erbringen bei Gruppierungen um einen kreisförmigen Pellet Fig. 3 eine weitere Dosisleistungsabsenkung. Durch diese Kombination kann ich das zu lässige Aktivitätsinventar der Behälter für das Endlager bestim men.
16. Der Einsatz von strahlenexponiertem Bedienungspersonal kann auf ein Minimum beschränkt werden (Strahlenschutzverordnung).

Die Anlage mit dem Merkmal, dadurch gekennzeichnet, daß dieses für kerntechnische Anlagen entwickelte Verfahren und vollautoma tische Spritzgußmaschine mit dazugehörigen Komponenten den Strahlenschutz des Personals bei der Handhabung besonders be rücksichtigt. Mit dem Merkmal Abschirmung und Absaugung Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 6 der Einsatz von strahlenexponierten Bedie nungspersonen auf ein Minimum beschränkt werden. Eine sichere Handhabung und sicheren Transport sowie eine sichere Zwischen lagerung und Endlagerung wird gewährleistet.

Claims

1. Vollautomatisches Spritzgußverfahren und die dazugehörige Anlage zur volumenreduzierenden Konditionierung von toxischen und radioak tiven Pulver- und Kugelharzen aus kerntechnischen Anlagen in Form von Spritzgußteilen zur Abfallbeseitigung und Entsorgung von Gebin den ins Zwischen- und Endlager, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein vollau tomatisches Spritzgußverfahren und den dazugehörigen Einheiten für kerntechnische Anlagen nach Fig. 1 eine volumenreduzierende Fixie rung und Verdichtung von radioaktiven, toxischen Pulver- und Kugel harzen (Ionenaustauscher) bis zu einer Dosisleistung von ca. 80 mSv/h erreicht wird. Das Verfahren wird mit einer hydraulikbe triebenen, entgasten Spritzeinheit und Absaugung zur Erzeugung von Formgußteilen (Pellets) unter einer Verdichtung 3 : 1 bis 5 : 1 spe ziell für radioaktive, toxische Pulver- und Kugelharze aus kern technischen Anlagen angewendet. Es werden Formgußteile (Pellets) zur Entsorung von Abfallgebinden als feste, nicht auslaugbare, nicht quellende, schwer brennbare und farbige hergestellt, die nach Typen für geprüfte, qualifizierte Behälter automatisch unter Be rücksichtigung radiologischer Bedingungen verpackt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung von radioaktiven, toxischen Pulver- und Kugelharzen (Ionenaustau scher) unter radiologischen Bedingungen eine Spritzgußanlage ent wickelt wurde, die vollautomatisch eine wirtschaftliche, volumen reduzierende Fertigung von Spitzgußformteilen (Pellets) ermöglicht und die speziell für kerntechnische Anlagen entwickelt wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Verdichtung und Verfestigung von radioaktiven Pulver- und Kugel harzen (Ionenaustauscher) mit einer Spritzgußmaschine und Werkzeug (Form) handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem zusätz lichen Dosiergerät ein Flammenschutzmittel Magnesiumhydroxid (Mg(OH)2) zugeführt wird, und somit ein schwer brennbares Polymer und daraus schwer brennbare Formspritzgußteile (Pellets) gefertigt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dosier gerät ein Polypropylen oder Polystyrol zugeführt wird, und somit ein nicht auslaugfähiges Polymer und daraus nicht auslaugfähige Formspritzgußteile (Pellets) gefertigt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über die Dosier einrichtung Farbpigmente zugeführt werden können, und somit eine farbliche Unterscheidung je nach Aktivität der Pellets hergestellt werden kann.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Dosierein heit die Anlage zum Zwecke der inneren Dekontamination mit einem speziellen Reinigungsgranulat betrieben werden kann.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Volumenreduk tion von 1 : 3 bis 1 : 5 erreicht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung einer Stickstoffeinperlungsanlage die Möglichkeit zur Inertisierung geschaffen wird. Mit dieser Zusatzeinrichtung wird die sehr unwahr scheinliche Möglichkeit der Explosivität mit Sicherheit ausge schlossen.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Entgasung über die Schneckeneinheit, das Werkzeug, den Kondensator, den Kondensatabfüllbehälter und über die Aktivkohlefiltereinheit ins Betriebsabluftsystem besitzt.

11. Verfahren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Bleiabschirmung für radiologische Anforderungen bestimmter Kompo nenten besitzt.

12. Verfahren nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Absaugung über die Aktivkohlefiltereinheit ins Betriebsabluftsystem besitzt.

13. Verfahren nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anlage in einem geschlossenen Kreislauf arbeitet und von der Außenluft ab gedichtet ist, und damit ein Austritt von Aerosolen nach außen aus geschlossen ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Händeleinrichtung (Industrieroboter) besitzt, und somit die Form teile (Pellets) in die geprüften, qualifizierten Behälter verpackt werden können.

15. Verfahren nach Anspruch 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder zu Pellets verarbeiteten Faßcharge eine Rückstellprobe durch ein zusätzliches Angußteil der Form des Werkzeugs aufgenommen werden kann.

16. Verfahren nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß jederzeit eine Rückholung der Pellets aus den qualifizierten Behältern des Zwischenlagers (nach Abklingzeit) zwecks Verbrennung und Ver aschung vorgenommen werden kann.

17. Verfahren nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage den kerntechnischen Anforderungen entspricht und vollautomatisch be trieben werden kann und somit der Einsatz von strahlenexponiertem Bedienungspersonal auf ein Minimum beschränkt werden kann.

18. Verfahren nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß radioaktive Pulver- und Kugelharze von 1 mSv/h bis 800 mSv/h Dosisleistung verarbeitet werden können.

19. Verfahren nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß dieses für kern technische Anlagen entwickelte Verfahren den Strahlenschutz des Personals bei der Handhabung besonders berücksichtigt mit dem Merk mal Abschirmung und Absaugung (Strahlenschutzverordnung).

20. Verfahren nach Anspruch 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzgußkörper (Pellets) je nach Behälter oder Containertyp für schwach- oder mit telradioaktive, toxische Pulver- und Kugelharze je nach Dosis leistung in verschiedenen Farben und Spritzgußformen hergestellt werden können.