DE3719141C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung radioaktiv beladener Ionenaustauscherharze

• a) bei dem die radioaktiv beladenen Ionenaustauscherharze nach dem Entfernen aus dem Ionentauscher so behandelt werden, daß zunächst das im Toneraustauscherharz enthaltene Wasser abgegeben wird,
• b1) die Ionenaustauscherharze auf Temperaturen über 120°C so erwärmt und verpreßt werden, daß bei einer weiteren Volumenverkleinerung in den Ionenaustauscherharzen enthaltene zähflüssig gewordene thermoplastische Anteile in Hohlräume des Ionenaustauscherharzes gedrückt werden,
• c1) bei dem anschließend die Ionenaustauscherharze abgekühlt werden
• d) und bei dem die verbleibenden verpreßten, volumenreduzierten Ionenaustauscherharze einem Endlager zugeführt werden.

In der Kerntechnik werden Ionenaustauscher 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 technisch nur bei Kugelharzen durchführbar. Übliche Regenerationsverfahren führen darüber hinaus zu großen Mengen an Sekundärabfall, die beseitigt werden müssen. Eine Regeneration von Ionenaustauscherharzen wird daher nur in Ausnahmefällen durchgeführt. In der Regel werden verbrauchte Ionenaustauscherharze aus dem Ionenaustauscher entfernt und durch neue Harze ersetzt. Die entfernten Harze werden verworfen und müssen als radioaktiver Abfall 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 Atomgesetz fordert aber eine Minimierung der Menge radioaktiver Abfälle.

Eine Verringerung des Volumens ist bisher nur bei schwach kontaminierten Harzen zu erzielen. Derartige schwach kontaminierte Harze werden verbrannt. Dabei ist aber der notwendige Aufwand um ein Entweichen radioaktiver Stoffe zu verhindern, sehr hoch.

Ein Verfahren der eingangs erwähnten Art ist durch DE 36 00 537 A1 bekannt. Dadurch werden feste Abfallmaterialien mit Hilfe wenigstens eines thermoplastischen Harzes oder Kunststoffes als Verfestigungsmittel verdichtet und verfestigt. Hierzu werden die festen Abfallmaterialien fein geschnitten oder zerquetscht. Ein Teil der Abfallmaterialien kann durch gebrauchte Ionenaustauscherharze gebildet sein. Die Verdichtung und Verfestigung erfolgt durch Extrudieren der Abfallmischung, die einen Anteil von wenigstens 10 Gew.-% an thermoplastischen Harzen oder Kunststoffen aufweisen muß. Die beim Extrudieren auftretende Reibung sorgt für eine Aufheizung des Materials auf über 120°C, wodurch der thermoplastische Anteil plastisch wird und dafür sorgt, daß beim Extrudieren lagerfähige Stäbe entstehen.

Ein ähnliches Verfahren ist durch DE 36 23 919 A1 bekannt. Danach werden Austauscherharze in einem Spritzgußverfahren zu Pellets geformt, die dann in Behältern gelagert werden.

Die durch die Extrusionsverfahren erzielbare Volumenverminderung ist gering.

Durch die DE 31 12 226 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Abfallstoffe unter Temperatureinwirkung verpreßt werden. Die hierbei angesprochenen Abfallprodukte sind solche, die in Kernkraftwerken, Krankenhäusern, Laboratorien, Instituten usw. anfallen und beispielsweise auch Textilien, Papier, Zellstoff, Holz oder dergleichen umfassen. Das Volumen dieser Abfallstoffe wird im wesentlichen dadurch bestimmt, daß ihre Elastizität einem Zusammenpressen entgegenwirkt. Daher wird vorgesehen, die Abfallstoffe zu wenige cm² großen Teilen zu zerkleinern, wodurch die elastischen Rückstellkräfte der voluminösen Abfallstoffe bereits erheblich verringert werden. Beim Pressen sollen dann die thermoplastischen Kunststoffe, die in den Abfallstoffen enthalten sind, zum Fließen gebracht werden und so die zerkleinerten Abfallteilchen miteinander verkleben. Eine Behandlung von Ionenaustauscherharzen ist nicht beschrieben.

Aus DE 28 10 089 B2 ist bekannt, radioaktive, pulverförmige Kunststoffabfälle in einer thermoplastischen Masse durch Knetung einzubetten. Eine Volumenverkleinerung ist dabei nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entsorgung radioaktiv beladener Ionenaustauscherharze zu erstellen, das für alle Harzarten einsetzbar ist und den Forde­ rungen des Atomgesetzes entsprechend nur eine kleine Restmenge radioaktiver Abfälle übrigläßt, so daß nur wenig Raum im Endlager benötigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art gelöst, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß

• e) die zu entsorgenden Ionenaustauscherharze entweder mindestens 10% einer organischen zelluloseähnlichen Faser (AF2-Komponente) enthalten, oder die erforderliche Menge einer thermoplastischen Substanz zugefügt wird,
• b2) daß die Ionenaustauscherharze bei Temperaturen zwischen 120°C und 180°C mit Drücken größer als 8 MPa (80 bar) verpreßt werden
• c2) und daß die Ionenaustauscherharze unter Druck abgekühlt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Vorteil erzielt, daß ohne Abgabe von Schadstoffen an die Umgebung das zu beseitigende Volumen kontaminierter Ionenaustauscherharze erheblich verkleinert wird. Dadurch wird die angestrebte geringe Endlagerkapazität erreicht.

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 (vgl. Produktinformation Lewasorb AF 2 der Bayer AG - Bestell-Nr. 5-9200) enthalten. Während der Verdichtung dieser Pulverharze wird zunächst überschüssiges Wasser abgegeben. Dadurch wird das Volumen bereits verkleinert. Infolge der weiter anhaltenden Druckeinwirkung wird dann die zelluloseartige thermoplastische AF2-Komponente des Pulverharzes zähflüssig. Sie füllt bei Druckanwendung in der Pulverharzschüttung vorhandene Hohlräume aus. Versuche haben gezeigt, daß, falls der ursprüngliche Anteil der AF2-Komponente am Pulverharz mindestens ungefähr 10% beträgt, bei Anwendung des geschilderten Verfahrens alle Hohlräume der Pulverschüttung angefüllt werden. Die Pulverschüttung wird durch die flüssig gewordene AF2-Komponente bei reduziertem Volumen verklebt. Dadurch wird das unter Druckeinwirkung erzielte kleine Volumen stabilisiert. Selbst wenn nach dem Abkühlen das komprimierte Harz nur noch dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, bleiben Form und Volumen des gebildeten Körpers unverändert. Das ist darauf zurückzuführen, daß die AF2-Komponente 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 transportieren sind und im Endlager wenig Raum einnehmen.

Falls zu entsorgende Pulverharze eine AF2-Komponente mit einem Anteil von weniger als 10% enthalten, wird beispielsweise zunächst 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 Pulverharzen mit einem hohen Anteil AF2-Komponenten. Die zugemischte thermoplastische Substanz ist hinsichtlich ihrer Eigenschaften mit der AF2-Komponente der Pulverharze vergleichbar. Mit der Zumischung 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 radioaktiv beladener Ionenaustauscherharze auch für Kugelharze Anwendung 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 abgekühlt. 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 erstmals mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht. Auch Kugelharze sind nämlich erfindungsgemäß durch Zumischen einer thermoplastischen Substanz und durch anschließendes Erwärmen, Verpressen 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 begrenzt vorhandenen Endlagern benötigt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird das Volumen der zu entsorgenden radioaktiv beladenen Ionenaustauscherharze auf etwa 1/4 des ursprünglichen Volumens reduziert.

Claims (2)

1. Verfahren zur Entsorgung radioaktiv beladener Ionenaus­ tauscherharze,

• a) bei dem die radioaktiv beladenen Ionenaustauscherharze nach dem Entfernen aus dem Ionentauscher so behandelt werden, daß zunächst das im Toneraustauscherharz enthaltene Wasser abgegeben wird,
• b1) die Ionenaustauscherharze auf Temperaturen über 120°C so erwärmt und verpreßt werden, daß bei einer weiteren Volumenverkleinerung in den Ionenaustauscherharzen enthaltene zähflüssig gewordene thermoplastische Anteile in Hohlräume des Ionenaustauscherharzes gedrückt werden,
• c1) bei dem anschließend die Ionenaustauscherharze abgekühlt werden
• d) und bei dem die verbleibenden verpreßten, volumenreduzierten Ionenaustauscherharze einem Endlager zugeführt werden.

dadurch gekennzeichnet,

• e) daß die zu entsorgenden Ionenaustauscherharze entweder mindestens 10% einer organischen zelluloseähnlichen Faser (AF2-Komponente) enthalten, oder die erforderliche Menge einer thermoplastischen Substanz zugefügt wird,
• b2) daß die Ionenaustauscherharze bei Temperaturen zwischen 120°C und 180°C mit Drücken größer als 8 MPa (80 bar) verpreßt werden
• c2) und daß die Ionenaustauscherharze unter Druck abgekühlt werden.