DE3830591C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Aus DE 31 01 455 A1 ist ein Verfahren zur Überführung von
potentiell gefährlichem, brennbarem Abfallmaterial in einen
weniger gefährlichen Zustand bekannt, wobei eine
Umwandlungskammer vorgesehen ist, die ein Bad aus
geschmolzenem Glas enthält. Das gefährliche Material, das
auch radioaktive Elemente enthalten kann, verbrennt zu
Asche, und die Aschenmasse wird in dem Glas aufgelöst unter
Bildung eines molekular homogenen Glases, in welchem die
gefährlichen Elemente durch das Siliziumdioxidnetz gegen
Auflösung und Verteilung durch und im Wasser aus der
Umgebung geschützt werden. In der Umwandlungskammer sind,
wie bei einem Glasschmelzofen üblich, Elektroden
angeordnet, wobei durch eine Einlaßöffnung von oben
teilchenförmiges Glasmaterial, wie beispielsweise
zerstoßenes Flaschenglas, eingegeben wird und auch ein
Einlaß für flüssiges Beschickungsgut in der Deckplatte der
Umwandlungskammer vorgesehen ist. Das bei der Behandlung
entstehende Gas wird durch einen Abgaskanal abgezogen. Bei
diesem bekannten Verfahren geht es darum, gefährliches
Abfallmaterial so zu binden, daß es bei der Endlagerung im
Boden nicht durch Wasser ausgewaschen werden kann.
Hochradioaktiver flüssiger Abfall von einer Wiederaufbereitungs
anlage enthält Natriumverbindungen, Spaltungsprodukte, Aktini
den, Korrosionsprodukte und ähnliches. Derartiger hochradioak
tiver flüssiger Abfall wird im allgemeinen dadurch verarbeitet,
daß er mit einer Heizung erhitzt wird, um die flüssigen Be
standteile zu verdampfen und ein getrocknetes Material zu er
halten, woraufhin ein Glasbildungsmittel zugegeben und zuge
mischt wird und das Gemisch erwärmt und geschmolzen wird, um ein
verglastes Produkt zu erzeugen.
Mittel- und schwachradioaktiver flüssiger Abfall wird dadurch
verarbeitet, daß eine Verfestigung unter Verwendung eines
Kunststofformmittels und eines Bitumenformmittels erfolgt.
Bei den oben beschriebenen Verfestigungsbehandlungen werden ver
schiedene Formmittel, die nicht radioaktiv sind, dem ursprüng
lichen radioaktiven Abfall zugegeben, was den Nachteil hat, daß
die Menge des schließlich verarbeiteten Produktes zunimmt. Es
gibt einen Grenzwert bezüglich der Natriummenge, die im Glas
enthalten sein darf, um ein verglastes Produkt mit ausgezeich
neten Eigenschaften zu bilden. Wenn daher hochradioaktiver
flüssiger Abfall der Verfestigungsbehandlung unterworfen wird,
kann er nicht ohne weiteres in ein stabiles, verglastes Pro
dukt umgewandelt werden. Für eine weitere Stabilisierung muß
eine größere Menge des Glasbildungsmittels zugegeben werden,
was den Nachteil hat, daß die Abfallmenge zunimmt.
Wenn weiterhin das verglaste Produkt einmal durch Zugabe des
Glasbildungsmittels gebildet ist, ist es extrem schwierig, die
darin enthaltenen nutzbaren Elemente später zu extrahieren und es
kann eine wirksame Ausnutzung dieser Ressourcen nicht erfolgen.
Aus diesen Gründen wäre es wünschenswert, das Volumen des radio
aktiven Abfalls erheblich verringern zu können und den radioak
tiven Abfall in einen stabilen Feststoff ohne Zugabe verschie
dener Form- oder Bildungsmittel umzuwandeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
vorzuschlagen, mittels dem geschmolzener radioaktiver
Abfall, der eine Natriumverbindung enthält, in einen
stabilisierten radioaktiven Feststoff mit merklich
verringertem Volumen umgewandelt werden kann. Dabei soll
das Verfahren sicher und zuverlässig arbeiten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im
Anspruch 1 gelöst.
Der geschmolzene Abfall im Be
hälter kann über die Joule′sche Wärme erhitzt werden, die durch den
elektrischen Strom entwickelt wird, der direkt durch den ge
schmolzenen Abfall fließt, so daß die im radioaktiven Abfall
enthaltene Natriumverbindung zersetzt, verdampft und entfernt
werden kann, um einen stabilisierten radioaktiven Feststoff als
Rest im Behälter rückzugewinnen.
Wenn ein radioaktiver Abfall, der eine Natriumverbindung ent
hält, durch Erwärmen mit einer beliebigen äußeren Heizung
oder ähnlichem erhitzt und geschmolzen wird, ist es möglich,
dem geschmolzenen Material direkt Energie zuzuführen und das
geschmolzene Material durch die darin entwickelte Joule′sche
Wärme zu erhitzen. Das heißt mit anderen Worten, daß das ge
schmolzene Material wirksam durch die Joule′sche Wärme er
hitzt werden kann, die im geschmolzenen Material entwickelt
wird, indem eine bestimmte Spannung zwischen die Elektroden ge
legt wird, die mit dem geschmolzenen Material in Kontakt ste
hen, so daß ein bestimmter elektrischer Strom durch das ge
schmolzene Material fließt. Durch diese Erwärmung wird die im
geschmolzenen Abfallmaterial enthaltene Natriumverbindung zer
setzt und verdampft und kann ein radioaktives verfestigtes Pro
dukt als Rest im Behälter rückgewonnen werden.
Indem jeweils in mehreren zehn Sekunden die Polarität der an
den Elektroden liegenden Spannung geändert wird, können nach
teilige Einflüsse aufgrund eines Anhaftens von Gas oder eines
ähnlichen Materials an der Anodenfläche vermieden werden, was
zu einem Anodenausfall führen würde, und es kann die thermische
Zersetzung des geschmolzenen Materials fortlaufend und mit ho
hem Wirkungsgrad durchgeführt werden.
Der in dieser Weise erhaltene radioaktive Rest besteht primär
aus Oxiden, enthält jedoch keine Natriumverbindung mehr. Der
Rest ist daher in einem stabilen Zustand. Das bedeutet, daß
der Rest, so wie er ist, kurzzeitig gelagert oder als Endprodukt
nach der Durchführung einer weiteren Stabilisierungsbehandlung
endgelagert werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann auf die thermische Zersetzung
von Natrium enthaltenden Abfällen einschließlich nicht nur
hochradioaktiver flüssiger Abfälle von einer Wiederaufberei
tungsanlage für abgebrannten Atomkernbrennstoff, sondern auch
mittel- und schwachradioaktiven flüssigen Abfällen von ver
schiedenen Atomkraftwerken angewandt werden.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrie
ben. Es zeigen:
Fig. 1 in einer Erläuterungsansicht ein Ausfüh
rungsbeispiel der Vor
richtung zum thermischen Zersetzen eines
radioaktiven Abfalls, und
Fig. 2 in einer Erläuterungsansicht ein weite
res Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der
Vorrichtung zum thermischen Zersetzen eines radioaktiven
Abfalls weist einen Behälter 12 zum Aufnehmen einer Menge 10
an geschmolzenem radioaktivem Abfall, der eine Natriumverbin
dung enthält, zwei Elektroden 14, die in den Behälter von oben
so eingesetzt sind, daß sie mit dem geschmolzenen Material 10
in Berührung kommen, und eine Energiequelle 16 auf, die eine
bestimmte Spannung zwischen die Elektroden 14 legt.
Der Behälter 12 zum Aufnehmen des geschmolzenen Materials 10
besteht aus einem Metall, wie Edelstahl oder Eisen oder einem
keramischen Material, wie beispielsweise Tonerde oder Silizium
carbid, wobei der Außenumfang und der Boden von einem wärme
isolierenden Element 18 umgeben sind. Ein Deckel 20 ist über
dem oberen Teil des Behälters 12 angeordnet. Eine Rohmaterial
eingabeöffnung 22 und ein Abgasauslaß 24 sind im Deckel 20
ausgebildet.
Die Elektroden 14 bestehen beispielsweise aus Platin, Silizium,
Carbid, Eisen, Hastelloy, Graphit oder einem ähnlichen Ma
terial und sind im Inneren des Behälters 12 dadurch angeordnet,
daß sie durch den Deckel 20 hindurchgehen.
Die Energiequelle 16 arbeitet so, daß sie eine Spannung von
10 bis 30 V zwischen die Elektroden 14 legen kann, während die
Polarität in einigen zehn Sekunden jeweils, beispielsweise alle
30 Sekunden, geändert wird, wobei die Energiequelle 16 einen
elektrischen Strom mit einer Stromstärke von 2 bis 5 A lie
fern kann. Obwohl Fig. 1 die Änderung der Spannungspolarität
schematisch durch einen Schalter dargestellt ist, wird in der
Praxis diese Änderung automatisch gesteuert.
Der hochradioaktive flüssige Abfall, der beispielsweise Na
triumnitrat und ähnliches enthält, wird zunächst mit einer se
paraten Heizung unter Verwendung eines Heizmediums, wie bei
spielsweise Mikrowellen, Elektrizität, Dampf oder ähnlichem,
erhitzt und in ein getrocknetes Material umgewandelt, das Na
triumnitrat, Spaltungsprodukte, Aktiniden, Korrosionsprodukte
usw. enthält, nachdem der flüssige Anteil verdampft ist. Die
ses getrocknete Material wird über die Rohmaterialeingabeöff
nung 22 in den Behälter 12 eingegeben.
Der Schmelzpunkt von Natriumnitrat liegt bei 308°C, so daß
dieses Material über eine herkömmliche bekannte beliebige
äußere Heizeinrichtung, beispielsweise eine Widerstandsheiz
einrichtung 25, geschmolzen wird. Danach wird die Spannung
von 10 bis 30 V, deren Polarität etwa alle 30 Sekunden geän
dert wird, wie es oben beschrieben wurde, von der Energiequel
le 16 zwischen die Elektroden 14 gelegt, so daß ein Strom von
2 bis 5 A durch das geschmolzene Material fließt und somit
Joule′sche Wärme direkt im geschmolzenen Material entwickelt
wird. Die Natriumverbindung im geschmolzenen Material wird so
mit zersetzt und verdampft und anschließend vom Abgasauslaß
24 an eine äußere Abgasverarbeitungsanlage abgegeben. Ein sta
biler radioaktiver Feststoff bleibt somit als Rest im Inneren
des Behälters 12.
Wenn die Polarität der Spannung zwischen den Elektroden 14 je
weils in einigen zehn Sekunden durch die Energiequelle 16 bei der
Vorrichtung geändert wird, können Einflüsse
aufgrund von an der Anodenfläche haftendem Gas oder ähnli
chem, was zu einem Anodenausfall führen kann, so daß kein Strom
mehr fließt, ausgeschlossen werden, und es kann die thermische
Zersetzung fortlaufend und mit hohem Wirkungsgrad erfolgen.
Die Energiequelle 16 kann eine Einrichtung sein, die einen
Wechselstrom erzeugt, dessen Polarität sich etwa zweimal pro
Minute ändert.
Der vom Behälter 12 nach dem Zersetzen, Verdampfen und Entfer
nen der Natriumverbindung entnommene radioaktive Rest hat kei
nen Natriumgehalt und ist aufgrund der Tatsache, daß er pri
mär aus Oxiden besteht, sehr stabil. Der Rest kann daher wei
ter verarbeitet werden, um die nutzbaren, darin enthaltenen
Elemente abzutrennen, oder kurzzeitig gelagert werden, bis eine
derartige Verarbeitung erfolgt. Erforderlichenfalls kann der
Rest auch über eine weitere Stabilisierungsbehandlung in ein
Material umgewandelt werden, das endgelagert werden kann.
Um beispielsweise 1 kg Natriumnitrat unter Verwendung der
Vorrichtung zu zersetzen, muß nur ein Strom
von etwa 1000 A für etwa 1 Std. fließen, so daß die Verarbei
tungskosten wesentlich geringer als bei einer herkömmlichen
Verarbeitungsvorrichtung sind. Wenn bei bekannten Verfahren
1 t von abgebranntem Atomkernbrennstoff wiederaufbereitet wird,
werden 1 bis 3 m3 flüssiger Abfall, der etwa 80 kg Feststof
fe enthält, erzeugt und mit einem Glasbildungsmittel zur Bil
dung von 100 bis 130 l eines verglasten Produktes vermischt.
Etwa 40% der radioaktiven Feststoffe besteht aus Natriumoxid,
während der Rest von 60% aus Spaltungsprodukten, Aktiniden,
Korrosionsprodukten und ähnlichem besteht.
Es ist möglich, die Natriumverbindung zu zersetzen, zu
verdampfen und zu entfernen, so daß das Material, das endge
lagert wird, ein Gewicht von etwa 50 kg und ein Volumen von
etwa 15 l hat. Daher kann eine merkliche Volumenverringerung
erzielt werden.
Fig. 2 zeigt in einer Erläuterungsansicht ein weiteres Ausfüh
rungsbeispiel der Vorrichtung. Da der Grund
aufbau der Vorrichtung der gleiche wie beim in Fig. 1 darge
stellten Ausführungsbeispiel ist, sind gleiche Bezugszeichen
für gleiche Bauteile verwandt, wobei diese Bauteile nicht
nochmals erläutert werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Be
hälter 12 selbst aus einem Elektrodenmaterial besteht und als
eine Elektrode verwandt wird, wobei eine Elektrode 14 in die
Mitte des geschmolzenen Materials 10 eingesetzt ist und die
Energiequelle 16 zwischen diese Elektrode 14 und den Behälter
12 geschaltet ist.
Der in Fig. 2 dargestellte Aufbau macht es auch möglich, die
Natriumverbindung im radioaktiven Abfall zu erwärmen, zu zer
setzen, zu verdampfen und zu entfernen und einen stabilisier
ten radioaktiven Feststoff als Rest in der gleichen Weise,
wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel in Fig. 1, rückzu
gewinnen.
Die Vorrichtung zur thermischen Zersetzung,
die mit einem Behälter zur Aufnahme einer Menge an geschmolze
nem radioaktiven Abfall, Elektroden, die mit dem geschmolzenen
Abfall in Berührung kommen, und eine Energiequelle zum Anlegen
einer Spannung zwischen die Elektroden ausgerüstet ist, während
die Polarität in einigen zehn Sekunden jeweils geändert wird,
wie es oben beschrieben wurde, kann direkt den geschmolzenen
radioaktiven Abfall durch die Joule′sche Wärme erhitzen, die
darin entwickelt wird und die im Abfall enthaltene Natriumver
bindung zersetzen, verdampfen und entfernen. Mit der
Vorrichtung kann somit erreicht werden, daß ein
radioaktiver Feststoff als Rest rückgewonnen wird, der primär
aus stabilen Oxiden besteht, und daß das Material, das endge
lagert wird, ein merklich geringeres Volumen hat und stabil
ist.
Die Vorrichtung kann weiterhin die Natrium
verbindung mit weniger Heizenergie zersetzen und entfernen,
kann kompakt ausgebildet werden und fortlaufend und mit hohem
Wirkungsgrad die Natriumverbindung zersetzen, da die Polari
tät der anliegenden Spannung in einigen zehn Sekunden jeweils
geändert wird.
Der durch die Verwendung der Vorrichtung er
haltene radioaktive Rest kann ohne Zugabe eines Glasbildungs
mittels oder ähnlichem aufbewahrt werden, so daß die darin
enthaltenen nutzbaren Elemente leicht wiedergewonnen werden
können. Somit können
die Ressourcen wirksam genutzt werden.
Claims (3)
1. Verfahren zur elektrothermischen Zersetzung von
radioaktivem Abfall, der eine Natriumverbindung
enthält,
- a) bei dem der Abfall durch Stromdurchgang (Joule′sche Wärme) in einem Behälter erhitzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
- b) daß die Polarität der nach dem radioaktiven Abfall über Elektroden angelegten elektrischen Spannung nach einer Dauer von jeweils einem mehrfachen von zehn Sekunden umgepolt wird,
- c) wobei die im Abfall enthaltenen verdampfbaren Natriumverbindungen unzersetzt oder in zersetzter Form verdampft werden,
- d) um einen stabilisierten, radioaktiven Feststoff als Rest in dem Behälter zu gewinnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polarität der angelegten Spannung jeweils alle
dreißig Sekunden umgepolt wird.
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1989
- 1989-06-08 US US07/363,305 patent/US4895678A/en not_active Expired - Lifetime
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JPS6474500A (en) | 1989-03-20 |
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