DE3840794C2

DE3840794C2 -

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Publication number: DE3840794C2
Application number: DE19883840794
Authority: DE
Inventors: Hanskurt 6365 Rosbach De Froehlich; Rolf-Erhard Dr. 6501 Harxheim De Schmitt; Volker Dr. 6362 Woellstadt De Friehmelt
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Ingenieurtechnik GmbH
Priority date: 1988-12-03
Filing date: 1988-12-03
Publication date: 1991-02-21
Also published as: DE3840794A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zur Endlagerung von darin eingebetteten radioaktiven Stof fen geeigneten, festen Abfallprodukts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

In der nuklearen Forschung, der Nuklearmedizin und in sämtlichen Bereichen der Kerntechnik sowie vor allem in den Wiederaufarbeitungsanlagen fallen neben den hochradio aktiven Abfallösungen, für die eine Verglasung geplant ist, auch schwach- und mittelradioaktive in Form von Feststof fen und/oder wäßrigen Konzentraten und Schlämmen an. Sol che Abfälle umfassen beispielsweise Brennelementhülsen und Strukturteile, alphastrahlerhaltige Aschen, unlös liche, in wäßriger Lösung suspendierte Rückstände aus der Brennstoffauflösung (sog. Feedklärschlämme), Filter und Filtermaterialien, aktivierten Schrott aus Reparatur- und Wartungsarbeiten sowie auch kontaminierte Schutzklei dung und kontaminierten Laborbedarf.

Derartige Abfälle wurden bisher in endlagertypischen Be hältern zur Verfestigung und Einbettung mit handelsüblichen Zementmischungen übergossen. Nachteilig hiebei ist vor allem, daß das gehärtete Zementabfallprodukt einen relativ hohen Wassergehalt aufweist, so daß sich infolge der Wirkung der radioaktiven Strahlung erhebliche Mengen Wasserstoffgas bilden können.

Die Radiolysegasentwicklung ist bei Zugrundelegung einer im wesentlichen konstanten, vorgegebenen Dosisleistung der radioaktiven Strahlung zum Wassergehalt proportional. Um die betriebliche Sicherheit aufrechtzuerhalten, die bei einem möglichen Druckaufbau in den Behältern nicht mehr in ausreichendem Maße gewährleistet wäre, und um die Radi olysegasentwicklung weitgehend zu verhindern, muß die Wärmeleistung der radioaktiven Abfälle notwendigerweise auf Temperaturentwicklungen unter 100°C begrenzt werden. Der sonst auftretende Wasserdampf würde nicht nur zu einem gegebenenfalls die Integrität der Behälter gefährdenden Druckaufbau führen, sondern könnte auch einen verstärkten Korrosionsangriff, insbesondere an der Phasengrenze zwi schen Zementabfallprodukt und unverfülltem Restvolumen bedingen.

Da die notwendige Temperaturbegrenzung den prozentualen Gehalt an im Abfallgebinde einbettbaren, wärmeentwickeln den radioaktiven Stoffen stark einschränkt und das jewei lige Gesamtabfallvolumen infolgedessen entsprechend um fangreich ausfällt, wurden bereits andere Lösungen vorge schlagen.

So wurde in der DE-OS 30 48 001 vorgeschlagen, die radioak tiven Abfallstoffe in einer portlandzementklinkerfreien Zement-Wasser-Aufschlämmung einzubetten und die ausgehärte ten Abfallkörper einer Wärmebehandlung bis maximal 250°C zur Entfernung des in den Poren des Abfallkörpers ungebun den vorliegenden Wassers zu unterziehen. Die Wasserstoff bildung konnte so um ein bis zwei Zehnerpotenzen ver mindert werden, jedoch konnte die Wärmebehandlung zur Vermeidung von Rißbildungen im Material nur relativ lang sam erfolgen. Sind die radioaktiven Stoffe zudem wenig oder gar nicht temperaturbeständig, so ist das Verfahren kaum anwendbar.

Ein weiteres Verfahren zur Verringerung der Radiolysegas bildung (DE-OS 32 19 114) verwendet ein unter Wasserzugabe erhärtendes Matrixmaterial zur Einbettung aus hydratphasen freien polymeren Natrium-Aluminiumsilikaten plus Wasserzu satz. Zur Entfernung des nicht gebundenen Wassers wird eine Wärmebehandlung zwischen Raumtemperatur und 100°C durchgeführt. Der Wassergehalt konnte - allerdings nur bei Trocknungszeiten nicht unter einem Tag - auf 1 Gew.-% er niedrigt werden.

Die DE-PS 35 44 270 beschreibt das Eindampfen von kontaminierten Lösungen mit Hilfe einer gesteuerten Mikrowellenbehandlung.

Die DE-OS 35 31 607 beschreibt ein Verfahren zum Fixieren von Asche und dergleichen Rückständen, wobei die Rückstände durch Silikate oder Metalloxide in Gegenwart von Wasser in Anteilen zwischen 20 und 75% mit Hilfe von Druck und Temperatur verfestigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines zur Ent lagerung geeigneten Abfallprodukts anzugeben, das eine schnelle und wirksame Trocknung auch bei niedrigen Tem peraturen gestattet, wobei das zu verwendende Matrixma terial die erforderliche Beständigkeit gegen radioaktive Strahlung aufweisen soll.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Matrixmate rial, das bisher als Matrix für anorganische Faserverbund stoffe, als Mittel zur Granitsubstitution, für Fundamente, Versuchsformen, Gestelle und z.B. Dämmschaum vorgeschlagen wurde, ist beispielsweise in Heft 18 der Österr. Kunst stoffzeitschrift, 1987 in einem Artikel von R. Weiß be schrieben. Es handelt sich um eine als Geopolymer bezeich nete "Kunststoff"-Formmasse, die unter dem Warenzeichen Trolit® bekannt ist. Die Erfinder erkannten, daß sich die ses hochtemperaturbeständige, unbrennbare, gegen Lösungs mittel aller Art beständige und mechanisch außerordentlich stark beanspruchbare Material über die bisher angenommenen Verwendungszwecke hinaus zur Einbettung von radioaktiven Stoffen eignet. Diese Verfestigungsmatrix aus der Gruppe zeolith- oder feldspatähnlich aufgebauter Silikoaluminate besitzt die vorteilhaften Eigenschaften der bekannten Ver festigungsmatrices auf hydraulischer Zementbasis und über trifft diese teilweise sogar. Durch den geringen Wasser gehalt dieses Geopolymers werden die oben aufgeführten nachteiligen Effekte - die Radiolysegasbildung, der Druck aufbau oberhalb 100°C im Produkt bzw. im entlagertypi schen Behälter durch hierbei freigesetzte Wassermengen, die Gefährdung durch Freisetzen von Aktivitäten aus dem festen Abfallprodukt bzw. Behälter oder die Verflüchtigung von radioaktiven Nukliden bei der Herstellung des Abfall produkts - vermieden. Das verwendete Geopolymer härtet bei Temperaturen zwischen 25°C und 85°C unter Freisetzung von Wasser durch Polykondensation sehr schnell aus.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist von besonderem Vorteil, daß die erforderliche Wärmezufuhr zur Aushärtung und Trock nung allein durch eine Mikrowellenbestrahlung in das Ab fallprodukt einbringbar ist. Durch die in erster Linie nur das Wasser aufheizenden Mikrowellen wird der bereits von vornherein geringe Wassergehalt des Produkts weiter sehr schnell und effektiv gesenkt. Anhand von Versuchsproben wurde festgestellt, daß eine effektive und schnelle Trock nung weitgehend unabhängig von der Produktmasse, der Ge ometrie des Produkts und einer Produktummantelung er zielbar ist. Eine verfahrenstechnisch schwierig einzu setzende thermische Heizapparatur erübrigt sich.

Das schnell bei Temperaturen zwischen 25°C und 85°C aus härtende Material kann auch wahlweise vorab oder im An schluß an die Mikrowellenbestrahlung einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden, um eine anfängliche Aushärtung z.B. bei 85°C zu bewirken oder nach der Mikrowellenbestrahlung die Restfeuchte völlig auszutreiben. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn eine thermische Heizvorrichtung bereits vorhanden ist und ausgenutzt werden soll. So kann bei gleichzeitigem Einsatz der Heizvorrichtung und der Mikrowellenbestrahlung eine schnelle und homogene Aufhei zung des ganzen Produkts mit beschleunigter Aushärtung und Trocknung erzielt werden. Ein Aufheizen des Produkts zum Austreiben der Restfeuchte kann ohne weiteres bis zu Temperaturen von etwa 1000°C durchgeführt werden, vor ausgesetzt der eingebettete Abfall und der verwendete Be hälter sind bis zu diesen Temperaturen einsetzbar.

Wird die Austrocknung bei Unterdruck durchgeführt, so kann in noch kürzerer Zeit die Restfeuchtigkeit deutlich unter 1% abgesenkt werden.

Sowohl die thermische Aufheizung - induktiv oder im Heiz ofen - als auch insbesondere die Aushärtung mit Mikrowellen strahlung können schnell durchgeführt werden, ohne daß Rißbildungen zu befürchten sind.

Auf überraschend einfache Art kann die Einbettung der Ab fälle erfolgen, indem der Abfall mit einem Gemisch aus handelsüblichem Geopolymerreaktionsfeststoff und aus einem etwa 10 Gew.-% Wasser enthaltenden alkalischen Härter bei Temperaturen unterhalb von 20°C bis 25°C gemischt wird, wobei ein zunächst fließfähiges Abfallprodukt gewonnen wird, daß dann z.B. in endlagertypische Behälter verfüll bar ist.

Bei der Einbettung der Abfälle ist es möglich, verschiedene Wege bei der Herstellung des Abfallprodukts zu beschreiten, wobei entweder die Mischung von Matrixmaterial und radio aktivem Abfall im endlagertypischen Behälter durch Über gießen des Abfalls oder dessen Mischung mit dem Matrixma terial erfolgt oder eine vorherige Verarbeitung kleinerer Portionen zu einem Zwischenprodukt vorgenommen wird. Das Zwischenprodukt wird dann in einem zweiten Schritt mit dem gleichen Matrixmaterial im Endlagerbehälter verfestigt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß kleinere Abfall mengen in einer sichernden Matrix zwischengelagert und in dieser Form angesammelt werden können, wobei sie bei der endgültigen Abfüllung in die Endlagerbehälter zu einem monolithischen Block einheitlicher Matrixzusammensetzung vergossen werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber den bisher gebräuch lichen Verfahren besteht darin, daß das Gewicht des Abfall produkts durch Aufschäumen des verwendeten Matrixmaterials deutlich verringerbar ist. Das Aufschäumen durch Treib mittel läßt sich sowohl bei der Verfestigung in den end lagertypischen Behältern als auch in einem vorausgehenden Verfahrensschritt unter Herstellung kleinerer Formteile, z. B. Granulat, oder auch größerer aufgeschäumter Formteile bewerkstelligen, die zusammen mit weiterem Matrixmaterial zu einer Verfestigungsmatrix einheitlicher chemischer Zu sammensetzung mit insgesamt deutlich verringerter Dichte vereinigt werden. Die Dichte variiert dabei in Abhängigkeit von der jeweiligen Zumischung von der Dichte der aufge schäumten Anteile (etwa 0,5 g/cm³) bis zur Dichte der nicht aufgeschäumten Anteile (etwa 3 g/cm³). Das Mischungsver hältnis wird so eingestellt, daß bei möglichst geringem Gewicht des Endprodukts die jeweils erforderliche Druck festigkeit erzielt wird.

Durch die gute Bearbeitbarkeit und die guten mechanischen Eigenschaften des Verfestigungsmaterials ist es möglich, Zwischenbehälter zu formen, in die der Abfall eingefüllt und mit dem gleichen Verfestigungsmaterial eingebettet wird, um daraufhin die Zwischen- oder Einsatzbehälter zur Verminderung von Kontaminationen im Endlagerbehälter unter zubringen. Die Zwischenbehälter sind vorzugsweise wiederum aus aufgeschäumtem Material hergestellt. Bei derartigen Behältern ist eine Mikrowelleneinstrahlung von allen Seiten möglich, wobei bei Vorliegen metallhaltiger Abfälle eine induktive Aufheizung anwendbar ist. Zudem ist die Ober fläche für den Wasseraustritt vergrößert, so daß die Aus trocknung beschleunigt erfolgt.

Die Härtung und Austrocknung werden vorzugsweise in einem abgeschlossenem Behälter durchgeführt, in dem die Mikro wellenbestrahlung bei Unterdruck unter Verwendung eines auswechselbaren Deckels möglich ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß freigesetztes Wasser und radioaktive Ab luft gezielt einem Abluftreinigungssystem zugeführt werden.

Das verwendete Matrixmaterial besitzt bereits eine gute Auslaugbeständigkeit, die vorzugsweise durch Lackieren und/oder Hydrophobieren des gehärteten und ausgetrockneten Materials noch weiter gesteigert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sehr gut zur Einbettung der eingangs erwähnten schwach- und mittelradio aktiven Abfälle. Darüber hinaus bietet es sich auch für die geplante Endlagerung von Hochtemperaturreaktorbrennelemen ten an.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Trocknungsergebnisse, die für ummantelte und nicht ummantelte Proben 1-6 unter Mikrowelleneinstrahlung in Abhängigkeit von der Zeit erzielt wurden;

Fig. 2 Trocknungsergebnisse, die für ummantelte Proben 1, 2, 7, 8 und 10 unter Mikrowelleneinstrahlung und Aufheizung im Ofen bei 200°C erzielt wurden;

Fig. 3 Trocknungsergebnisse, die für nicht ummantelte Proben 4, 6, 11, 12 und 13 unter Mikrowelleneinstrahlung und Aufheizung im Ofen bei 200°C erzielt wurden;

Fig. 4 Trocknungsergebnisse, die für ummantelte Proben 1 und 7 und nicht ummantelte Proben 4 und 11 unter Mikrowelleneinstrahlung oder Aufheizung im Ofen bei 200°C erzielt wurden;

Fig. 5 Trocknungsergebnisse, die für ummantelte Proben 2 und 8 und nicht ummantelte Proben 5 und 12 unter Mikrowelleneinstrahlung oder Aufheizung im Ofen bei 200°C erzielt wurden; und

Fig. 6 Trocknungsergebnisse, die für nicht ummantelte Proben 6 und 13 und eine ummantelte Probe 10 unter Mikrowelleneinstrahlung oder Aufheizung im Ofen bei 200°C erzielt wurden.

Es wurden 14 Versuche zur Härtung und Trocknung von Probe körpern aus Trolit ® durchgeführt. Durch Bestimmung des Ge wichtverlusts wurde das Trocknungsverhalten untersucht. Für alle Versuche wurde eine Mischung von festem Matrixma terial, das als rieselfähige Trockensubstanz erhältlich ist, und alkalischem Härter im Massenverhältnis 4 : 1 verwendet. Es resul tierte ein Wasseranteil von ca. 9,5 Gew.- % bis 10 Gew.- % in der fließfähigen Mischung, aus der die Probekörper ge gossen wurden. Sämtliche Probekörper wurden im Ofen 0,5 h unter gleichen Bedingungen bei 85°C gehärtet. Die Trock nung zur Herabsetzung des Wassergehalts erfolgte für die Proben 1-6 unter Mikrowellenbestrahlung bei einer Leistung von 300 Watt und für die Proben 7-14 im Ofen bei 200°C. Die jeweiligen Expositionszeiten und die danach bestimmten Gewichtsverluste infolge des ausgetriebenen Wassers sind in den Tabellen 1 und 2 angegeben, wobei alle Probekörper ab schließend im Ofen über einen Zeitraum von 8 h bei 200°C zur vollständigen Trocknung ausgeheizt wurden. Die Tabellen sind im Anschluß an die Figurenbeschreibung angefügt.

Die in den Tabellen 1 und 2 sowie den Fig. 1 bis 6 auf geführten Proben 1 bis 14 sowie die angeführten und gra fisch dargestellten Ergebnisse wurden in den folgenden Ver suchen hergestellt und behandelt bzw. gewonnen.

Versuch 1

Von der genannten fließfähigen Mischung wurden 318,65 g in einen Meßzylinder aus Glas gefüllt und im Heizofen bei 85°C 0,5 h ausgehärtet. Der so hergestellte Probekörper 1 mit einem Durchmesser von 2,6 cm und einer Höhe von 20 cm wurde im Meßzylinder belassen und durch die angegebene Mi krowellenbestrahlung getrocknet. Es zeigte sich, daß der ummantelte Probekörper 1 in ca. 1 h durch die Mikrowellen bestrahlung über 90% des ursprünglichen Wassergehalts ver lor und der Restwassergehalt des Probekörpers bereits durch diese Behandlung auf unter 1% der Gesamtmasse redu ziert wurde (Tabelle 1 und Fig. 1 und 2).

Versuch 2

Ein Probekörper 2 mit einem Einsatz von 160,20 g der Mischung und einer resultierenden Höhe von 10 cm bei einem Durchmesser von 2,6 cm wurde wie im Versuch 1 hergestellt und behandelt. Wie aus Tabelle 1 und den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ließ sich dieser Probekörper 2 aufgrund seiner geringeren Höhe unter Mikrowellenbestrahlung zunächst schneller austrocknen als Probekörper 1. Nach einer Be handlungszeit von etwa 1 h ergab sich jedoch ein überein stimmendes Trocknungsverhalten beider Körper.

Versuch 3

Ein Probekörper 3 wurde durch Einbringen von 225,73 g der Mischung in einen schlankeren Meßzylinder mit einer resul tierenden Höhe von 19 cm und einem Durchmesser von 2 cm hergestellt und unter ansonsten gleichen Bedingungen wie im Versuch 1 behandelt. Wie aus Tabelle 1 und Fig. 1 her vorgeht unterscheidet sich das Trocknungsverhalten dieses ummantelten Probekörpers 3 im Rahmen der Meßgenauigkeit nicht von dem des Probekörpers 1 mit etwas größeren Durch messer.

Versuch 4

Nach dem Verfahren gemäß Versuch 1 wurde ein Probekörper unter Einsatz von 324,80 g der Mischung mit einer Höhe von 20 cm und einem Durchmesser von 2,6 cm hergestellt und be handelt, wobei nach dem anfänglichen Aushärten im Ofen die Ummantelung entfernt wurde. Wie aus Tabelle 1 und den Fig. 1 und 3 hervorgeht ließ sich dieser Probekörper 4 infolge der fehlenden Ummantelung zunächst etwas schneller austrocknen als die Probekörper 1 bis 3. Nach 1 h er gab sich jedoch wiederum ein übereinstimmendes Trocknungs verhalten.

Versuch 5

Ein Probekörper 5 wurde mit 160,27 g der Mischung mit einer Höhe von 10 cm und einem Durchmesser von 2,6 cm wie im Ver such 1, jedoch unter Entfernung der Ummantelung nach dem Aushärten hergestellt und behandelt. Wie aus der Tabelle 1 und den Fig. 1 und 5 hervorgeht, ließ sich der Probe körper 5 zunächst genauso schnell austrocknen wie der Probekörper 4 ohne Ummantelung, wobei nach 1 h wieder das gleiche Trocknungsverhalten wie bei den Körpern 1 bis 3 zu beobachten ist.

Versuch 6

Der Probekörper 6, hergestellt mit 58,2 g der Mischung, einer Höhe von 3,4 cm und einem Durchmesser von 3 cm, wurde wiederum ohne Ummantelung mit Mikrowellenstrahlung ge trocknet. Wie aus der Tabelle 1 und den Fig. 1 und 3 hervorgeht, ließ sich dieser Probekörper 6 durch die fehlende Ummantelung und die zudem geringere Höhe zunächst noch schneller austrocknen als die Körper 1 bis 5. Nach 1 h gleicht sich das Trocknungsverhalten jedoch wieder an. Hieran wird deutlich, daß im untersuchten Meßbereich durch die Mikrowellenbehandlung unabhängig von der Probenmasse, der Probengeometrie und einer Ummantelung eine schnelle Trocknung erzielbar ist.

Versuch 7

Wie im Versuch 1 wurde ein Probekörper 7 aus 313,42 g der Mischung mit einer Höhe von 20 cm und einem Durchmesser von 2,6 cm hergestellt und ausgehärtet, wobei der Körper mit Ummantelung im Ofen bei 200°C getrocknet wurde. Wie aus Tabelle 2 und den Fig. 2 und 4 hervorgeht, ließ sich der Probekörper 7 durch die thermische Trocknung wesentlich langsamer austrocknen als der Körper 1 unter Mikrowellen bestrahlung. Erst nach 4 h ergab sich ein Wasserverlust wie er durch die Mikrowellenbehandlung bereits nach ca. 1 h er zielt wurde.

Versuch 8

Wie im Versuch 7 wurde ein Probekörper 8 aus 161,35 g der Mischung mit 10 cm Höhe und 2,6 cm Durchmesser hergestellt und behandelt. Wie aus der Tabelle 2 und den Fig. 2 und 5 hervorgeht, unterscheidet sich das Verhalten des Probe körpers 8 im Rahmen der Meßgenauigkeit nicht von dem des Probekörpers 7 mit doppelter Länge.

Versuch 9

Das gleiche Ergebnis ergab sich auch für einen schmaleren Probekörper 9 (105,89 g, Höhe h=18 cm und Durchmesser d=1,6 cm) mit Ummantelung.

Versuch 10

Wie aus der Tabelle 2 und den Fig. 2 und 6 hervorgeht, ließ sich ein Probekörper 10 (56,04 g, h=3,4 cm und d=3 cm) durch seine wesentlich geringere Höhe zunächst etwas schneller im Ofen austrocknen als die Körper 7 bis 9. Nach ca. 4 h ergab sich jedoch ein übereinstimmendes Trocknungs verhalten der Probekörper 7 bis 10. Auch bei diesem kleinen Probekörper ist ein wesentlich höherer Zeitbedarf für die thermische Trocknung als bei der durch Mikrowellenstrahlung festzustellen.

Versuch 11

Wie aus Tabelle 2 und den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ließ sich ein Probekörper 11 (318,29 g, h=20 cm und d=2,6 cm) ohne Ummantelung zunächst etwas schneller austrocknen als die Probekörper 7 und 8, wobei sich das Trocknungsverhalten nach ca. 4 h wiederum anglich. Auch hier ist bei der ther mischen Trocknung ein wesentlich höherer Zeitbedarf als im Fall der Mikrowellenbestrahlung festzustellen.

Versuch 12

Wie aus Tabelle 2 und den Fig. 3 und 5 hervorgeht, unterscheidet sich das Verhalten eines Probekörpers 12 (159,17 g, h=10 cm, d=2,6 cm und im Ofen ohne Ummantelung getrocknet) im Rahmen der Meßgenauigkeit nicht vom Trocknungsverhalten des Probekörpers 11 doppelter Länge. Hieran wird deutlich, daß bei langen Probekörpern ohne Um mantelung gleichen Durchmessers die Probenlänge keinen Einfluß auf die Trocknungsgeschwindigkeit hat.

Versuch 13

Wie aus Tabelle 2 und den Fig. 3 und 6 hervorgeht, ließ sich ein Probekörper 13 (59,18 g, h=3,4 cm, d=3 cm und im Ofen ohne Ummantelung getrocknet) infolge der fehlenden Ummantelung und geringen Länge noch schneller austrocknen als die Probekörper 7 bis 12, wobei sich nach 4 h das Trocknungsverhalten wiederum anglich. Der Zeitaufwand ist auch hier wesentlich höher als im Fall der Mikrowellenbe strahlung.

Versuch 14

Unter Verwendung einer flachen Glasscheibe wurde ein Probe körper 14 aus 86,41 g der Mischung mit einem Durchmesser von 9 cm und einer Höhe von nur 1 cm hergestellt und wie im Versuch 7 getrocknet. Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, ließ sich der ummantelte Körper 14 mit veränderter Probengeo metrie schneller austrocknen als die Probekörper 7 bis 13, wobei sich nach 4 h sein Trocknungsverhalten an das der Körper 7 bis 13 anglich.

Aus den Versuchen wird insgesamt deutlich, daß bei ther mischer Trocknung vergleichbarer Probekörper ein wesentlich höherer Zeitbedarf festzustellen ist als bei der erfin dungsgemäßen Trocknung durch Mikrowellenbestrahlung. Weiterhin üben im Gegensatz zur Mikrowellenbestrahlung Probenmasse und Probengeometrie, insbesondere das Verhält nis der Oberfläche zum Volumen, einen Einfluß auf die ther mische Trocknung aus. Auch die Ummantelung der Proben führt bei der thermischen Trocknung im Gegensatz zur Mikrowellen behandlung zu einer deutlich langsameren Probenaustrock nung.

Die durchgeführten Versuche zeigten ferner, wie einfach das fließfähige Materialgemisch herzustellen und zu hand haben ist. So können praktisch beliebige Behältnisse z.B. aus Glas verwendet werden, um darin radioaktiven Abfall zu übergießen oder mit dem Matrixmaterial zu mischen. Auch kann vor dem Einbringen und Übergießen der radioaktiven Abfälle im Behälter dessen Bodenbereich zuvor mit einer bereits ausgehärteten Schicht versehen werden.

Es ist ohne weiteres möglich, unter Einsatz von Treibmit teln ein Aufschäumen des Matrixmaterials vor dem Aushärten zu bewirken. Auch können praktisch beliebig geformte Be hältnisse aus fließfähigem oder aufgeschäumtem Matrixmate rial gegossen und ausgehärtet werden, die dann wiederum als Einbettbehältnisse benutzt werden. Ferner können aufge schäumte oder feste Bestandteile des Matrixmaterials mit flüssigem Matrixmaterial gemischt werden, um Matrixmaterial unterschiedlicher Dichte, jedoch einheitlicher chemischer Zusammensetzung zu gewinnen.

Tabelle 1

Trocknung von Probekörpern unter Mikrowellenbestrahlung bei 300 W

Tabelle 2

Trocknung von Probekörpern bei 200°C im Ofen

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines zur Endlagerung von darin eingebetteten radioaktiven Abfallstoffen geeigneten festen Abfallprodukts

a) mit möglichst geringem Wassergehalt,
b1) unter Verwendung eines aushärtbaren Matrixmaterials,
c) in das die radioaktiven Abfallstoffe in fester oder flüssiger Form eingebracht werden,
d1) unter Anwendung einer Wärmebehandlung zur Aushärtung und Trocknung des mit den radioaktiven Stoffen vermischten oder diese umgebenden Matrixmaterials,

dadurch gekennzeichnet,

b2) daß als Matrixmaterial das unter der Bezeichnung Geopolymer "Trolit®" bekannte anorganische Material verwendet wird,
d2) und daß das Matrixmaterial mit den darin eingebrachten radioaktiven Stoffen einer eine Polykondensation anregenden Mikrowellenbestrahlung ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

b3) daß das anorganische Matrixmaterial in fließfähiger und/oder aufgeschäumter Form verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

d4) daß die Wärmebehandlung gleichzeitig und/oder vorausgehend zur Mikrowellenbestrahlung bei Temperaturen größer/gleich 85°C bis ungefähr 1000°C und
e) unter Unterdruck durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

b3) daß das fließfähige oder aufgeschäumte Matrixmaterial vor Aushärtung und Austrocknung entweder
f1) über radioaktive Abfallstoffe, die in einem endlagertypischen Behälter eingeschlossen sind, gegossen wird, oder
f2) im endlagertypischen Behälter mit festen oder flüssigen radioaktiven Abfallstoffen gemischt wird, oder
f3) zunächst portionsweise mit festen oder flüssigen radioaktiven Stoffen gemischt und ausgehärtet und ausgetrocknet wird und wiederum unter Verwendung des Matrixmaterials im endlagertypischen Behälter monolithisch eingeschlossen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

4) daß in den endlagertypischen Behälter ein vorgefertigtes Einsatzbehältnis aus dem gehärteten und getrockneten Matrixmaterial eingegeben wird, wobei im Behälter die radioaktiven Stoffe ebenfalls im Matrixmaterial eingebettet sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

b4) daß das Matrixmaterial auch in granulierter oder ausgehärteter und ausgetrockneter Form sowie in größeren aufgeschäumten Formteilen zugesetzt wird, wobei diese Zusätze mit weiterem fließfähigen und/oder aufgeschäumtem Matrixmaterial vereinigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

b5) daß das Aufschäumen des Matrixmaterials in dem endlagertypischen Behälter, in dem Einsatzbehältnis oder in einem vorläufigen Mischbehälter durch Zugabe von Treibmitteln während der Einbettung oder Mischung erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

f5) daß im endlagertypischen Behälter ein auswechselbarer Deckel verwendet wird, der Mikrowellenstrahlung hindurchläßt und der eine Anschlußeinrichtung für eine mit einem Abgasreinigungssystem verbundene, im Behälterinneren Unterdruck erzeugende Einrichtung aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

g6) daß das vorgefertigte, ausgehärtete und getrocknete Einsatzbehältnis lackiert und/oder hydrophobiert wird.