DE3719141A1 - Verfahren zur entsorgung radioaktiv beladener ionenaustauscherharze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung radioaktiv beladener Ionenaustauscherharze. In der Kerntechnik werden Ionen­ austauscher beispielsweise zur Dekontamination von Wässern und Gasen eingesetzt. Die in den Ionenaustauschern enthaltenen Ionenaustauscherharze sind nur für eine begrenzte Betriebszeit einsetzbar. Eine anschließende Regeneration der Harze ist tech­ nisch nur bei Kugelharzen durchführbar. Übliche Regenerations­ verfahren führen darüber hinaus zu großen Mengen an Sekundär­ abfall, die beseitigt werden müssen. Eine Regeneration von Ionen­ austauscherharzen wird daher nur in Ausnahmefällen durchgeführt. In der Regel werden verbrauchte Ionenaustauscherharze aus dem Ionenaustauscher entfernt und durch neue Harze ersetzt. Die ent­ fernten Harze werden verworfen und müssen als radioaktiver Ab­ fall behandelt werden.

Ein bekanntes Konzept zur Entsorgung verbrauchter Harze sieht zunächst eine Teiltrocknung beispielsweise durch Zentrifugieren vor. Danach werden die getrockneten Harze in endlagerfähigen Gebinden konditioniert. Dieses Verfahren führt dazu, daß das Volumen, das in ein Endlager eingebracht wird, größer ist als das Volumen des ursprünglich zu beseitigenden Abfalles. Das Atom­ gesetz fordert aber eine Minimierung der Menge radioaktiver Ab­ fälle.

Eine Verringerung des Volumens ist bisher nur bei schwach konta­ minierten Harzen zu erzielen. Derartige schwach kontaminierte Harze werden verbrannt. Dabei ist aber der notwendige Aufwand, um ein Entweichen radioaktiver Stoffe zu verhindern, sehr hoch. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entsorgung radioaktiv beladener Ionenaustauscherharze zu ent­ wickeln, das für alle Harzarten einsetzbar ist und den Forde­ rungen des Atomgesetzes entsprechend nur eine kleine Restmenge radioaktiver Abfälle übrig läßt, was wenig Raum im Endlager er­ forderlich macht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die radio­ aktiv beladenen Ionenaustauscherharze erwärmt, verpreßt und an­ schließend unter Druck abgekühlt werden und daß die verbleibenden verpreßten, volumenreduzierten Ionenaustauscherharze einem End­ lager zugeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Vorteil erzielt, daß ohne Abgabe von Schadstoffen an die Umgebung das zu besei­ tigende Volumen kontaminierter Ionenaustauscherharze verkleinert wird. Dadurch ist eine geringe Endlagerkapazität notwendig.

Beispielsweise werden die Harze zur Reduktion ihres Volumens bei Temperaturen zwischen 120°C und 180°C und mit Drücken größer als ungefähr 8 MPa (80 bar) verpreßt. Anschließend werden sie unter Druck abgekühlt. Diese Verfahrensschritte sind anwendbar zur Entsorgung von Pulverharzen, die mit einem Anteil von ungefähr 20% eine organische, zelluloseähnliche Faser, eine sogenannte AF2-Komponente, enthalten. Während der Verdichtung dieser Pul­ verharze wird zunächst überschüssiges Wasser abgegeben. Dadurch wird das Volumen bereits verkleinert. Infolge der weiter an­ haltenden Druckeinwirkung wird dann die zelluloseartige thermo­ plastische AF2-Komponente des Pulverharzes zähflüssig. Sie füllt bei Druckanwendung in der Pulverharzschüttung vorhandene Hohl­ räume aus. Versuche haben gezeigt, daß, falls der ursprüngliche Anteil der AF2-Komponente am Pulverharz mindestens ungefähr 10% beträgt, bei Anwendung des geschilderten Verfahrens alle Hohl­ räume der Pulverschüttung angefüllt werden. Die Pulverschüttung wird durch die flüssig gewordene AF2-Komponente bei reduziertem Volumen verklebt. Dadurch wird das unter Druckeinwirkung er­ zielte kleine Volumen stabilisiert. Selbst wenn nach dem Ab­ kühlen das komprimierte Harz nur noch dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, bleiben Form und Volumen des gebildeten Körpers unverändert. Das ist darauf zurückzuführen, daß die AF2-Kompo­ nente alle anderen Komponenten fest miteinander verklebt hat.

Bei der Entsorgung von Pulverharzen mit einem Anteil von min­ destens ungefähr 10% einer AF2-Komponente erzielt man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren den Vorteil, daß kleine, dichte und stabile Körper gebildet werden, die ohne Beschädigung zu trans­ portieren sind und im Endlager wenig Raum einnehmen.

Falls zu entsorgende Pulverharze mit einem Anteil von weniger als 10% eine AF2-Komponente enthalten, wird beispielsweise zu­ nächst eine thermoplastische Substanz zugemischt. Erst danach wird das Gemisch zur Reduktion seines Volumens erwärmt, verpreßt und anschließend unter Druck abgekühlt. Temperatur und Druck werden dabei entsprechend gewählt, wie bei der Entsorgung von Pulver­ harzen mit einem hohen Anteil AF2-Komponenten. Die zugemischte thermoplastische Substanz ist hinsichtlich ihrer Eigenschaften mit der AF2-Komponente der Pulverharze vergleichbar. Mit der Zu­ mischung der thermoplastischen Substanz erzielt man den Vorteil, daß auch Pulverharze mit geringem AF2-Komponentenanteil genauso wirksam und zuverlässig zu verdichten und damit zu entsorgen sind, wie die Pulverharze mit einem hohen AF2-Komponentenanteil.

Neben den Ionenaustauschern, die Pulverharze enthalten, sind auch Ionenaustauscher, die Kugelharze enthalten, im Einsatz. Derartige Kugelharze enthalten anders als die Pulverharze keine AF2-Komponente und auch keine vergleichbare organische Faser. Damit das erfindungsgemäße Verfahren zur Entsorgung radioak­ tiv beladener Ionenaustauscherharze auch für Kugelharze Anwen­ dung finden kann, wird den Kugelharzen beispielsweise als erster Verfahrensschritt eine thermoplastische Substanz zugemischt. Die benötigte Menge ist dabei größer als bei Pulverharzen, die bereits einen kleinen Anteil einer AF2-Komponente aufweisen. Das Gemisch aus Kugelharzen und thermoplastischer Substanz wird dann unter den gleichen Bedingungen wie das Pulverharz mit hohem AF2-Komponentenanteil erwärmt, verpreßt und unter Druck abge­ kühlt. Mit der zugemischten thermoplastischen Substanz werden die vorhandenen Hohlräume der Kugelharzschüttung ausgefüllt und die Schüttung dauerhaft verklebt.

Kugelharze lassen sich bisher selbst bei Druckeinwirkung nicht bleibend zu einem festen Körper zusammenpressen. Das wird erst­ mals mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht. Auch Kugel­ harze sind nämlich erfindungsgemäß durch Zumischen einer thermo­ plastischen Substanz und durch anschließendes Erwärmen, Verpres­ sen und Abkühlen unter Druck in feste Körper umzuwandeln, die im Endlager nur wenig Raum einnehmen.

Beispielsweise können den Kugelharzen, statt einer beliebigen thermoplastischen Substanz zunächst auch Pulverharze, die eine ausreichende Menge AF2-Komponente enthalten, zugemischt werden. Falls der Anteil der AF2-Komponente am Pulverharz entsprechend größer als 10% ist, reicht die vorhandene Menge AF2-Komponente aus, neben dem Pulverharz auch im Gemisch vorhandenes Kugelharz zu verkleben. Eine Vermischung von Kugelharzen und Pulverharzen ist vorteilhaft einsetzbar, falls zur Entsorgung beide Harzarten anfallen. Ein häufig geeignetes Mischungsverhältnis ist 1:1.

Mit der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß das Volumen in der Kerntechnik anfallender Ionenaustauscherharze, wie vom Atomgesetz gefordert, auf einfache Weise zu minimieren ist, ohne daß Sekundärabfall anfällt. Durch die erfindungsgemäße Verkleinerung des Volumens wird nur wenig Lagerraum in den be­ grenzt vorhandenen Endlagern benötigt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Volumen der zu entsorgenden radioaktiv bela­ denen Ionenaustauscherharze auf etwa 1/4 des ursprünglichen Vo­ lumens reduziert.

Claims (5)

1. Verfahren zur Entsorgung radioaktiv beladener Ionenaus­ tauscherharze, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiv beladenen Ionenaustauscherharze erwärmt, verpreßt und anschließend unter Druck abgekühlt werden und daß die verbleibenden verpreßten, volumenreduzierten Ionenaus­ tauscherharze einem Endlager zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Entsorgung von Pulverharzen, die eine organische, zelluloseähnliche Faser, eine sogenannte AF2- Komponente, mit einem Anteil von mindestens ungefähr 10% ent­ halten, die Pulverharze bei Temperaturen zwischen 120°C und 180°C mit Drücken größer als 8 MPa (80 bar) verpreßt und an­ schließend unter Druck abgekühlt werden und daß die verbleibenden verpreßten, volumenreduzierten Pulverharze einem Endlager zuge­ führt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Entsorgung von Pulverharzen, die eine AF2-Komponente mit einem Anteil von weniger als ungefähr 10% enthalten, den Pulverharzen zunächst eine thermoplastische Sub­ stanz zugemischt wird und daß dieses Gemisch dann bei Tempera­ turen zwischen 120°C und 180°C mit Drücken größer als 8 MPa (80 bar) verpreßt und anschließend unter Druck abgekühlt wird und daß das verbleibende, verpreßte, volumenreduzierte Gemisch einem Endlager zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Entsorgung von Kugelharzen, die eine AF2-Komponente nicht enthalten, den Kugelharzen zunächst eine thermoplastische Substanz zugemischt wird und daß dieses Gemisch dann bei Temperaturen zwischen 120°C und 180°C mit Drücken größer als 8 MaP (80 bar) verpreßt und anschließend unter Druck abgekühlt wird und daß das verbleibende, verpreßte Volumen re­ duzierte Gemisch einem Endlager zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Entsorgung von Kugelharzen, die eine AF2-Komponente nicht enthalten, den Kugelharzen zunächst Pulver­ harze, die eine AF2-Komponente mit ausreichenden Anteilen ent­ halten, zugemischt werden und daß dieses Gemisch bei Tempera­ turen zwischen 120°C und 180°C mit Drücken größer als 8 MPa (80 bar) verpreßt und anschließend unter Druck abgekühlt wird und daß das verbleibende, verpreßte, volumenreduzierte Gemisch einem End­ lager zugeführt wird.