DE3827897C2

DE3827897C2 -

Info

Publication number: DE3827897C2
Application number: DE19883827897
Authority: DE
Inventors: Dieter 6368 Bad Vilbel De Feyerbacher; Stefan 8752 Moembris De Rosenberger
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1988-08-17
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1992-07-30
Also published as: EP0355514A2; EP0355514A3; DE3827897A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Konditionieren von radioaktiven Verdampferlaugen, gegebenenfalls zusammen mit Kugelharzen, Kieselgur und Filterhilfsmitteln aus kerntechnischen Anlagen zum Zweck der endlagerfähigen Einschließung durch Eindampfen der aufkonzentrierten Laugen unter Unterdruck in einem beheizbaren Endlagergebinde.

Radioaktive Verdampferlaugen bzw. Gemische aus Verdampferlaugen mit Kugelharzen, Kieselgur und Filterhilfsmitteln werden üblicherweise bereits in den kerntechnischen Anlagen, z. B. in Kernkraftwerken, auf einen Trockensubstanzgehalt von ca. 20-25 Gew.-% eingeengt. Sie müssen durch Eindampfen weiter konzentriert werden, um sie endlagerfähig in entsprechenden Gebinden aufzubereiten.

Bis auf 10-40 Gew.-% Restwasser eingedampfte Konzentrate weisen bei Raumtemperatur eine monolithische Struktur auf, bei der das Restwasser im wesentlichen als Kristallwasser in der Masse gebunden ist. Bei höheren Temperaturen, z. B. bei einer Endlagertemperatur bis etwa 70°C (Nachbetriebsphase in der Endlagerstätte) werden die festen Salzblöcke jedoch durch das freiwerdende Kristallwasser wieder zähflüssig. Die Endlagerung solcher flüssigwerdenden Salzblöcke ist jedoch nicht zulässig.

Zur weiteren Einengung von in Kernkraftwerken aus Sumpf-, Wasch-, Deko- und Laborabwässern anfallenden Verdampferkonzentraten sind mehrere einstufige Verfahren bekannt. So gibt es beispielsweise Verfahren, bei denen die Konzentrate in einem geeigneten Verdampfer zur Trockne eingedampft werden. Verwendet werden dazu beispielsweise Rührkesselverdampfer, Sprühtrockner, Walzentrockner und Dünnschichtverdampfer. Das dabei entstehende Produkt mit minimalen Kristallwasserwerten fällt weitgehend pulverförmig an. Das hat zum einen den Nachteil, daß der Umgang mit derartig staubenden Pulvern besondere Schutzmaßnahmen erforderlich machen, um Inkorperationen zu vermeiden; zum anderen folgt aus den niedrigen Schüttdichten von Pulvern, daß das Endlagergebindevolumen nur schlecht ausgenutzt wird. Das Vermischen dieser Pulver mit Zuschlagstoffen (z. B. Bitumen), um sie zu verfestigen, bedeutet ebenso eine schlechte Gebindeausnutzung.

In der DE-PS 32 00 331 ist ein Verfahren beschrieben, nach dem in einem beheizten Endlagergefäß nasse, radioaktive Abfallstoffe unter Vakuum getrocknet werden. Angaben zur Eindampftemperatur und zur Konsistenz des Endprodukts sich aus dieser Literaturstelle nicht zu entnehmen.

Aus der DE-AS 10 88 624 ist ein Verfahren zum Eindampfen von radioaktiven Verunreinigungen aufweisenden Flüssigkeiten bekannt, bei dem zuerst auf 5 bis 30% aufkonzentriert und dann im Endlagergebinde unter Vakuum zur Trockne eingedampft wird. Über die Heiztemperaturen werden keine Angaben gemacht. Das Endprodukt ist pulverförmig.

Die DE-OS 34 32 103 beschreibt ein Verfahren zur Volumenreduzierung von radioaktiv beladenen Flüssigkeiten, bei dem die auf 5 bis 50% aufkonzentrierte Lauge im Endlagergefäß durch Beheizen unter Vakuum verfestigt wird, wobei die Erwärmung diskontinuierlich vorgenommen und die Wärme direkt in den Behälterinhalt eingebracht wird. Dabei entsteht zwar ein praktisch homogener weitgehend kristalliner Salzblock, Angaben über die Eindampftemperaturen fehlen auch dort.

In der DE-OS 30 29 147 werden borathaltige Laugen auf mindestens 50%, vorzugsweise etwa 60 Gew.-% aufkonzentriert und in diese bei Raumtemperatur zähflüssigen Zustand gelagert. Ein Eindampfen bis zum Festzustand ist nicht vorgesehen.

Aus der DE-OS 16 14 497 ist ein Verfahren zur Konzentrierung flüssiger radioaktiver Abfälle bekannt, bei dem die Flüssigkeit in den Endlagerbehälter eingesprüht und die Flüssigkeit im heißen Luftstrom verdampft wird. Ein homogener Salzblock entsteht hierbei nicht.

In der DE-OS 35 44 270 wird ein Trocknungsverfahren beschrieben, bei dem zur Trocknung Mikrowellenenergie verwendet wird, wobei Flüssigkeiten und Lösungen in das Gebinde eingesprüht und in einem Schritt verfestigt werden, wobei nur unter Zugabe von Bindemitteln ein festes Endprodukt entsteht. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und besitzt dadurch wirtschaftliche Nachteile.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Konditionieren von radioaktiven Verdampferlaugen, gegebenenfalls zusammen mit Kugelharzen, Kieselgur und Filterhilfsmitteln aus kerntechnischen Anlagen, zum Zweck der endlagerfähigen Einschließung durch Eindampfen der aufkonzentrierten Laugen unter Unterdruck in beheizbaren Endlagergebinden zu schaffen, das eine hohe Packungsdichte der zu verfestigenden Stoffe, damit eine hohe Raumausnutzung im Endlagergebinde, eine hohe Ausdampfleistung, und damit eine hohe Wirtschaftlichkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lauge bzw. das Gemisch zunächst in einem Verdampfen bis auf 60 bis etwa 80 Gew.-% Trockensubstanzgehalt aufkonzentriert wird, dann das noch heiße, fließfähige Konzentrat portionsweise in das beheizbare Endlagergebinde eingefüllt wird, und abschließend das Konzentrat portionsweise im Endlagergebinde auf die im Endlager maximal auftretende Temperatur erhitzt und der dabei entstehende Dampf so lange unter Unterdruck abgesaugt wird, bis der Kristallwassergehalt aus dem Konzentrat so weit ausgetrieben ist, daß sich im Endlagergebinde ein fester monolithischer Bodenkörper mit glatter Oberfläche und ohne pulverförmige Anteile gebildet hat.

Anhand der schematischen Abbildung soll das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft näher erläutert werden: Radioaktive Verdampferlauge (11), Kugelharze (12) und Filterhilfsmittel (13) aus Kernkraftwerken oder anderen kerntechnischen Anlagen werden in einen Verdampfer (1) gefördert, der mit einem Rührer (9), einem Tropfenabscheider (10), einem Kondensator (7) und einem Destillatsammelbehälter (8) versehen ist, von dem aus das Destillat kontrolliert entnommen werden kann. Im Verdampfer (1) wird das Gemisch (3) unter Rühren erhitzt und aufkonzentriert, bis das Konzentrat 60 bis etwa 80 Gew.-% Trockensubstanz enthält. Das im bei der Verdampfertemperatur zähflüssigen und bei Raumtemperatur festen Konzentrat noch erhaltene Restwasser besteht im wesentlichen aus Kristallwasser des Salzanteils.

Anschließend wird das zähflüssige Konzentrat portionsweise in ein mit Heizung (4) versehenes Endlagergebinde (2) abgelassen. Die erste Teilportion (5) wird durch Wärmezufuhr so lange und so hoch erhitzt, daß der Kristallwassergehalt aus dem Konzentrat soweit ausgetrieben wird, daß sich im Endlagergebinde (2) ein fester monolithischer Bodenkörper mit glatter Oberfläche und ohne pulverförmige Anteile bildet. Dieser Bodenkörper muß auch bei der maximal im Endlager auftretenden Temperatur noch fest bleiben, so daß die Eindampftemperatur im Endlagergebinde (2) so hoch sein muß wie die im Endlager maximal zu erwartende Temperatur. Man verwendet beispielsweise Eindampftemperaturen von etwa 70°C und saugt den entstehenden Dampf unter Unterdruck ab, wobei man bei diesem Eindampfprozeß im Endlagergebinde (2) den Kondensator (7) und den Destillatsammelbehälter (8) des Verdampfers (1) mitbenutzen kann. Diese Mitbenutzung ist vor allem bei mobilen Anlagen von erheblichem wirtschaftlichen Vorteil. Nach der Verfestigung der ersten Teilportion (5) können weitere Teilportionen (6) des Konzentrats aus dem Verdampfer (1) in das Endlagergebinde (2) abgelassen und entsprechend verfestigt werden. Man erhält auf diese Weise ein Verfestigungsprodukt, das eine optimale Packungsdichte und Homogenität besitzt, ohne daß Zusatzstoffe erforderlich sind, die das Nutzvolumen des Endlagergebindes verringern würden. Das Verfestigungsprodukt weist nur noch einen Kristallwassergehalt von höchstens 10 Gew.-% auf. Es werden hohe Packungsdichten erreicht, die je nach den zu verfestigenden Stoffen zwischen 1,2 und 1,6 kg/dm³ liegen können.

Auch läßt sich dieses zweistufige Konditionierungsverfahren automatisieren.

Folgendes Beispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:

Ein Siedewasserreaktor-Simulatgemisch aus Verdampferlaugen, Ionenaustauscher-Kugelharzen und Filterhilfsmitteln wurde in einem Verdampfer zunächst aufkonzentriert. Das resultierende Konzentrat hatte die Zusammensetzung:

Na₂SO₄
50 Gew.-%
Kugelharze	15 Gew.-%
Na₃PO₄	5 Gew.-%
Ca₃ (PO₄)₂	1,5 Gew.-%
Fe₂O₃	1,5 Gew.-%
Sonstiges	2,0 Gew.-%
Restwasser	25 Gew.-%

Dieses Konzentrat wurde portionsweise in ein beheiztes Endlagergebinde abgelassen und bei 80°C bei 300 HPa verfestigt. Das Endprodukt wies einen Restwassergehalt von etwa 8% auf und besaß ein mikroporöses Gefüge ohne Lunker und Inhomogenitäten. Die Endproduktoberfläche war glatt, die Abrieb- und Druckfestigkeit gut. Bei Beschleunigungstests änderte sich die geometrische Form nicht. Beheizungstests bei 70°C, die Endlagerungsbedingungen entsprechen, ergaben, daß das Verfestigungsprodukt seine Konsistenz nicht änderte.

Claims

Verfahren zum Konditionieren von radioaktiven Verdampferlaugen, gegebenenfalls zusammen mit Kugelharzen, Kieselgur und Filterhilfsmitteln aus kerntechnischen Anlagen, zum Zweck der endlagerfähigen Einschließung durch Eindampfen der aufkonzentrierten Laugen unter Unterdruck in beheizbaren Endlagergebinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauge, bzw. das Gemisch zunächst in einem Verdampfer bis auf 60 bis etwa 80 Gew.-% Trockensubstanzgehalt aufkonzentriert wird, dann das noch heiße, fließfähige Konzentrat portionsweise in das beheizbare Endlagergebinde eingefüllt wird, und abschließend das Konzentrat portionsweise im Endlagergebinde auf die im Endlager maximal auftretende Temperatur erhitzt und der dabei entstehende Dampf so lange unter Unterdruck abgesaugt wird, bis der Kristallwassergehalt aus dem Konzentrat so weit ausgetrieben ist, daß sich im Endlagergebinde ein fester monolithischer Bodenkörper mit glatter Oberfläche und ohne pulverförmige Anteile gebildet hat.