DE3885548T2

DE3885548T2 - Verfahren zur verfestigung industriellen abfalles und so verfestigter abfall.

Info

Publication number: DE3885548T2
Application number: DE88902545T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Baba; Koichi Chino; Kiyomi Funabashi; Makoto Kikuchi; Osamu Kuriyama; Shunsuke Uchida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2008-03-12
Also published as: EP0305541A1; EP0305541A4; JPS63223597A; EP0305541B1; WO1988007256A1; DE3885548D1; JPH0760198B2

Description

Technisches Gebiet:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls und fester Körper. Spezieller beschäftigt sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls, bei dem gefährliche Industrieabfälle wie radioaktive Abfälle mit durch Wasser abbindenden Materialien wie Zement verfestigt werden, um sie zur Lagerung geeignet zu machen, und sie beschäftigt sich mit dadurch erhaltenen festen Körpern.

Hintergrundbildender Stand der Technik:

Wie es wohlbekannt ist, ist es zum Gewährleisten sicherer Lagerung und Beseitigung industrieller Abfälle wie radioaktiver Abfälle, die in radioaktive Substanzen handhabenden Einrichtung wie einem Kernkraftwerk erzeugt werden, erforderlich, daß solche Abfälle dadurch verfestigt werden sollten, daß sie mit einem Verfestigungsmaterial zusammen in einen Behälter gefüllt werden, um dadurch zu verhindern, daß gefährliche Substanzen wie radioaktive Substanzen sich in die Umgebung ausbreiten.
Zu Beispielen für ein Verfestigungsverfahren gehört ein solches, bei dem ein Verfestigungsmaterial wie Zement, Asphalt, ein thermoplastischer Kunststoff, thermisch aushärtender Kunststoff, Wasserglas oder dergleichen genutzt wird. Obwohl all diese Verfestigungsmaterialien von demjenigen Gesichtspunkt aus zufriedenstellend sind, daß die Aufgabe gelöst werden soll, zu verhindern, daß radioaktive Substanzen sich in die Umgebung ausbreiten, treten Unterschiede bei den Handhabungseigenschaften und dein Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls abhängig von den jeweiligen Eigenschaften derselben auf. Unter diesen Verfestigungsmaterialien hat Zement den Vorteil, daß er (1) ein anorganisches Material ist und daher hohe Feuerfestigkeit zeigt, er (2) bei gewöhnlichen Temperaturen aushärtbar ist und er (3) allgemein verwendet wird und daher zuverlässige Versorgung desselben gewährleistet ist. Jedoch weist Zement aus den folgenden Gründen ein Problem dahingehend auf, daß eine Grenze für das Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls besteht.
Genauer gesagt, führt ein Verfestigungsmaterial mit Zement zu Hohlräumen, und zwar infolge der den Aushärtvorgang begleitenden Schrumpfung. Zu Details dieses Schrumpfvorgangs bei Zement kann Bezug genommen werden auf A.M. Neville: "Properties of Concrete", 1977, herausgegeben von Pitman Publishing Limited (Übersetzung von Goto und Osaka, herausgegeben von Gihodo Publishing Co., Ltd. am 30. Nov. 1979). Gemäß dieser Literaturstelle besteht ausgehärteter Zement aus Gelteilchen hydrierten Zements, Gelhohlräumen (Gelporen) aus winzigen, zwischen den Gelteilchen gebetteten Lücken, und Kapillarhohlräumen (Kapillarhohlkammern), die zwischen Agglomeraten gebildet sind, die aus den Gelteilchen und den Gelhohlräumen bestehen. Wenn Wasser mit Zement mit einem Wasser-zu-Zement-Verhältnis von 0,5 vermischt wird, sind in 100ml der sich ergebenden Mischung 60ml Wasser und 40ml Zement vorhanden. Mit dem Fortschreiten des Aushärtens des Zements enthält die Mischung schließlich 61,6ml wasserhaltige Zementgele, 24,0ml Gelhohlräume und 14,4ml Kapillarhohlräume. Die Gelhohlräume sind mit Wasser aufgefüllt, das allgemein als "Gelwasser" bekannt ist. Unter normalen Bedingungen besteht keine Möglichkeit, dieses Wasser zu entfernen. Demgemäß verbleiben nur Kapillarhohlräume als Raum, und sie machen bis zu 14% des ganzen aus. Wenn derartige Hohlräume vorhanden sind, tritt die Schwierigkeit auf, daß eine Zunahme im Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls von einer Erhöhung der radioaktiven Leckrate begleitet wird. Demgemäß hatte die bekannte Verwendung eines Verfestigungsmaterials auf Zementbasis den Nachteil, daß das Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls nicht erhöht werden konnte, da andernfalls die radioaktive Leckrate zugenommen hätte.
Zu Beispielen radioaktiver Abfälle gehören solche, wie sie in einem Siedewasser-Kernkraftwerk (nachfolgend als "BWR- Anlage" bezeichnet) erhalten werden, bei denen die Hauptkomponenten Natriumsulfat und ein Ionenaustauscherharz sind. All diese Abfälle zeigen Absorptionsvermögen für Wasser. D.h., daß Natriumsulfat Absorptionsvermögen für Wasser durch Ausbildung eines Hydrats mit anschließendem Lösen desselben zeigt. Andererseits zeigt das Ionenaustauscherharz Absorptionsvermögen für Wasser, da es hydrophile Ionenaustauschergruppen enthält. Wenn radioaktive Abfälle mit durch Wasser abbindenden Materialien wie Zement zu verfestigen sind, wird das zugesetzte Wasser durch die wasserabsorbierenden radioaktiven Abfälle absorbiert, da sie, wie oben beschrieben, wasserabsorbierende Substanzen enthalten. Ferner kann dann, wenn das Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls groß ist, das zum Aushärten des Zements erforderliche Fließvermögen nicht aufrechterhalten werden, was die Verfestigung unmöglich macht.
Bei der oben beschriebenen, bekannten Zementverfestigungstechnik wurde zwei Faktoren keine Berücksichtigung geschenkt, närnlich den nach dem Aushärten erzeugten Kapillarhohlräumen und der Viskositätszunahme einer Wasser/Zement- Mischung hervorgerufen durch wasserabsorbierende radioaktive Abfälle. Demgemäß hatte die bekannte Technik den Nachteil, daß das Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls nicht erhöht werden konnte.

Offenbarung der Erfindung:

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfestigungsverfahren anzugeben, durch das die radioaktive Ausleckrate der Abfälle, z.B. radioaktiver Abfälle, die in festen Körpern enthalten sind, selbst dann, wenn das Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls erhöht wird, verringert werden kann, und zwar durch Verringern des Volumens von Kapillarhohlräumen.
Zusätzlich zum Vorstehenden ist es eine andere Aufgabe der Erfindung, die Wasser/Zement-Mischung in die Lage zu versetzen, ihre Viskosität unter einem vorgegebenen Wert selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn das Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls beim Verfestigen wasserabsorbierender Abfälle mit einer Wasser/Zement-Mischung erhöht wird.
Die oben angegebenen Aufgaben für ein Verfahren zum Verfestigen industrieller Abfälle mit Zement können dadurch gelöst werden, daß die industriellen Abfälle mit Zement vermischt werden, der im wesentlichen beim Aushärten in bezug auf Volumenänderungen nicht schrumpfbar oder expandierbar ist, und dann der Zement ausgehärtet wird, um dadurch feste Körper auszubilden.
Es ist bevorzugt, daß der Zement nach Zugabe eines hydrophilen Materials zum Zement ausgehärtet wird.
Die Verwendung von Zement zum Aushärten, der expandierbare Substanzen bilden kann, wie Ettringit, d.h. nicht schrumpfbaren oder expandierbaren Zements, führt zur Ausbildung kompakter fester Körper mit Hohlräumen wie Kapillarhohlräumen verringerten Volumens, was es ermöglicht, die radioaktive Leckrate zu verringern. Darüber hinaus tritt, da das Aushärten nicht von Schrumpfung begleitet wird, keine Zugspannung in dem winzige Abfallteilchen in den festen Körpern umgebenden Zement auf, wodurch es möglich ist, eine Verringerung der mechanischen Festigkeit (Risse usw.) der festen Körper zu minimieren. Darüber hinaus ermöglichen es die Fähigkeit des Begrenzens des radioaktiven Ausleckens und die Abnahme in der mechanischen Festigkeit, wie oben beschrieben, daß das Ausmaß der Packungsdichte des Abfalls erhöht werden kann.
Ferner ermöglicht es die Vorabzugabe eines hydrophilen Materials, daß das Fließvermögen des Zements vor dem Aushärten selbst nach vollständiger Absorption von Wasser durch wasserabsorbierende radioaktive Abfälle aufrechterhalten wird. Dies ist beim Ausführen des Aushärtens von extremem Vorteil.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Expandierbarkeit von Zement und der mechanischen Festigkeit bei der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Viskosität einer Zement/Wasser-Mischung und dem Gehalt an Na&sub2;SO&sub4; zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Wasser-zu-Zement-Verhältnis und der mechanischen Festigkeit von verfestigtem Na&sub2;SO&sub4; zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Wasser-zu-Zement-Verhältnis und der mechanischen Festigkeit verfestigten Harzes zeigt;
Fig. 5 ist ein schematisches Flußdiagramm, das eine erfindungsgemäße Zementverfestigungseinheit veranschaulicht; und
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Packungsdichte eines Ionenaustauscherharzes und der mechanischen Festigkeit zeigt.

Beste Art zum Ausführen der Erfindung:

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird die einen Aushärtvorgang begleitende Volumenänderung von Zement beschrieben. Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen der das Aushärten begleitenden Längenänderung und der mechanischen Festigkeit (Druckfestigkeit) eines mit Zement verfestigten Körpers. Dabei wurden verschiedene feste Körper dadurch hergestellt, daß bezogen auf das Trockengewicht 20% Ionenaustauscherharz in verschiedene Zemente eingeschlossen wurden, die beim Aushärten verschiedene Volumenänderungen zeigten. Die Volumenänderung beim Aushärten von Zement wurde in erster Linie dadurch eingestellt, daß die Erzeugung von Ettringit (3CaO Al&sub2;O&sub3; 3CaSO&sub4; 32H&sub2;O) eingestellt wurde. Im Ergebnis wurde herausgefunden, daß dann, wenn die Längenänderung beim Aushärten (Aushärt- und Abbindbedingungen: in Luft von 35ºC für 14 Tage) 0 bis +0,5% beträgt, hohe Druckfestigkeit erzielt werden kann. Darüber hinaus wurden die festen Körper für 30 Tage in Wasser eingetaucht, um die Druckfestigkeit zu messen. Im Ergebnis wurde herausgefunden, daß sie die vor dem Eintauchen vorliegende Festigkeit beibehielten. Es wird angenommen, daß der Grund für eine derart hohe Wasserbeständigkeit darin liegt, daß nicht nur das Fehlen jeder durchgehender Kapillarhohlräume dazu dient, Wasserabsorption zu verhindern, die der Grund für eine Volumenzunahme des Ionenaustauscherharzes ist, sondern daß auch der Zement ausreichede Festigkeit aufweist, um jegliche Zugspannungen zu absorbieren, die als Ergebnis einer Wasserabsorption auftreten. Demgemäß kann ein mit Zement verfestigter Körper mit verbesserter mechanischer Eigenschaft und Wasserbeständigkeit dadurch erhalten werden, daß Zement verwendet wird, dessen Längenänderung beim Aushärten 0 bis +0,5% beträgt.
Der Mechanismus, der das Einstellen der Längenänderung beim Aushärten erlaubt, sowie die Zementeigenschaften und ein Expandiermittel zum Lösen der Aufgabe der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf einige spezielle Beispiele beschrieben.
Im allgemeinen sind beim Hydratisieren von Zement die wahren Volumina von Wasser und des Zements nach dem Aushärten wegen des Aushärtens und Schrumpfens immer kleiner als vor dem Aushärten. Demgemäß ist es vom mikroskopischen Gesichtspunkt her nicht möglich, das Auftreten von Hohlräumen zu vermeiden. Jedoch ist es möglich, zu verhindern, daß die Hohlräume miteinander in Verbindung stehen, d.h. die Ausbildung durchgehender Hohlräume zu verhindern, d.h., gesehen vom makroskopischen Gesichtspunkt, offenbar Schrumpfung zu verhindern. Was in Übereinstimmung mit dieser Überlegung geschaffen wird, ist etwas, das als "nicht schrumpfbarer oder expandierbarer Zement" bezeichnet wird. Der expandierbare Zement bildet Kristalle mit winzigen Hohlräumen, die nicht miteinander in Verbindung stehen. Im Fall der Verfestigung des oben angegebenen Ionenaustauscherharzes durch Zement weisen die Hauptkristalle jeweils Ettringit auf. Jedoch können im Fall von Calciumhydroxid oder eines Mischsystems mit diesem ebenfalls ähnliche Wirkungen erzielt werden. Um diese Kristalle auszubilden ist es erforderlich, dem Zement vorab ein Expandiermittel zuzugeben, um die Ausbildung der Kristalle zu fördern. Um z.B. Ettringit zu bilden kann z.B. ein Calciumsulforaluminat-Material als Expandiermittel verwendet werden, dessen Hauptkomponenten Calciumsulfat und Haüyn (3CaO 3Al&sub2;O&sub3; CaSO&sub4;) sind. Darüber hinaus kann im Fall von Calciumhydroxid Calciumoxid oder ein kalkartiges Material, das diese enthält, als Expandiermittel verwendet werden.
Anschließend wurde der Effekt des Wasserabsorptionsvermögens radioaktiver Abfälle auf das Fließvermögen von Zement untersucht. Fig. 2 zeigt die Ergebnisse für die Messung der Viskosität von Zementmischungen über dem Gehalt an Natriumsulfat. Hierbei wurde das Wasser-zu-Zement-Verhältnis auf 0,4 eingestellt. Im Ergebnis wurde herausgefunden, daß dann, wenn der Gehalt an Na&sub2;SO&sub4; ungefähr 25 Gew.% beträgt, ein schnelles Ansteigen der Viskosität auftritt. Dies, da Na&sub2;SO&sub4; im Zement vorhandenes Wasser absorbiert, wobei ein Hydrat der Formel Na&sub2;SO&sub4; 1OH&sub2;O gebildet wird, und wenn Na&sub2;SO&sub4; 25 Gew.% erreicht, wird die stöchiometrische Menge an im Wasser vorhandenen Zement absorbiert. Darüber hinaus wurde herausgefunden, daß, da das Wassermolekül an Na&sub2;SO&sub4; so schwach gebunden ist, sich dieses Wasser durch Auswitterung bei Bedingungen mit einer Temperatur von 20ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 60% (was als mittlere Bedingungen innerhalb des Zements angenommen wird, wenn dieser bei gewöhnlichen Temperaturen aufbewahrt wird) , mit fortschreitendem Aushärten des Zements zum Zement hin bewegt. Demgemäß ist die Zugabe überschüssigen Wassers keine wirkungsvolle Maßnahme, da Schwierigkeiten auftreten, wie eine Abnahme der Festigkeit und Schwierigkeiten beim Erhöhen des Ausmaßes der Packungsdichte von Na&sub2;SO&sub4;, wie dies später beschrieben wird. Daher haben die Erfinder versucht, eine vorgegebene Fließfähigkeit für Zement dadurch zu gewährleisten, daß ein mit Wasser mischbares Material zugesetzt wird, das jedoch nicht von Na&sub2;SO&sub4; absorbiert wird. Die Erfinder haben an die Verwendung eines hydrophilen Materials als solches Material gedacht, und sie haben ein hydrophiles Polyalkylsulfonat- Material zugesetzt. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Wie mit der durchgezogenen Linie A gezeigt, wurde herausgefunden, daß dann, wenn ein hydrophiles Material zugesetzt wird, ein vorgegebenes Fließvermögen selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn der Gehalt an wasserabsorbierendem Na&sub2;SO&sub4; im Abfall erhöht wird. Dagegen ist erkennbar, wie dies durch eine gestrichelte Linie B gezeigt ist, daß dann, wenn kein hydrophiles Material zugesetzt wird, die Viskosität ansteigt. Neben dem vorstehend angegebenen Polyalkylsulfonat-Material können auch organische Verbindungen mit einer hydrophilen Gruppe (nachfolgend als "organische Verbindungen mit einer hydrophilen Gruppe" bezeichnet), wie ein mehrwertiger Alkohol oder ein Salz einer polybasischen Carbonsäure als hydrophiles Material verwendet werden. Darüber hinaus kann eine Polymeremulsion wie eine Latexemulsion als hydrophiles Material verwendet werden. Wenn diese Polymeremulsion (nachfolgend als "hydrophiles Polymer" bezeichnet) verwendet wird, wird nicht nur ein vorgegebenes Fließvermögen gewährleistet, wie im Fall des vorstehend angegebenen hydrophilen Materials, sondern es kann auch die Zähigkeit des Polymers verwendet werden. Dies ermöglicht es, die Bindungsfestigkeit zwischen winzigen hydratisierten Zementteilchen zu erhöhen, wodurch eine die Festigkeit, insbesondere die Zugfestigkeit erhöhende Wirkung ausgeübt wird. Daher kann durch Zugeben des hydrophilen Materials selbst dann, wenn eine große Menge wasserabsorbierenden radioaktiven Abfalls enthalten ist, ein vorgegebenes Fließvermögen für den Zement gewährleistet werden.
Die Untersuchungsergebnisse für die Menge zugesetzten Wassers sind in Fig. 3 dargestellt, die die Meßergebnisse für die mechanische Festigkeit bei verschiedenen Wasser-zu-Zement-Verhältnissen zeigt, wenn Na&sub2;SO&sub4; mit einer Menge von 30 Gew.% zugesetzt war. Hierbei wurden für einen expandierbaren Zement 2% eines hydrophilen Polysulfonat-Materials verwendet. Im Ergebnis wurde herausgefunden, daß ein fester Körper mit hoher Festigkeit dann erhalten werden kann, wenn das Wasser-zu-Zement-Verhältnis 0,15 bis 0,6, speziell 0,15 bis 0,45 ist. Dies, weil dann, wenn das Wasser-zu-Zement- Verhältnis klein ist, keine ausreichende Wassermenge zur Hydratisierung des Zements vorhanden ist, und wenn das Wasser- zu-Zement-Verhältnis groß ist, überschüssiges Wasser bewirkt, daß die Anzahl von Hohlräumen erhöht ist. Darüber hinaus sind auf ähnliche Weise in Fig. 4 die Ergebnisse für die Verfestigung dargestellt, die durch Zugeben eines Ionenaustauscherharzes mit einer Menge von 20% bezogen auf das Trockengewicht erhalten wurden. Bei der Verfestigung wurde ein Ionenaustauscherharz (Wassergehalt: 50%), aus dem anhaftendes Wasser entfernt war, verwendet. Der Wassergehalt des Ionenaustauscherharzes ist in der Rechnung nicht enthalten. Die Verfestigung wurde mit veränderten Wasser-zu-Zement-Verhältnissen ausgeführt. Auf den zwei Abszissen zeigt die untere Achse das Wasser-zu-Zement-Verhältnis an, wobei der Wassergehalt des Ionenaustauscherharzes nicht in der Rechnung enthalten ist, wie oben angegeben. Es ist aus den Ergebnissen erkennbar, daß der Zement selbst dann aushärtet, wenn das Wasser-zu-Zement-Verhältnis 0 ist. Dann wurde der Wassergehalt des Harzes innerhalb des durch Zement verfestigten Körpers gemessen, und es stellte sich heraus, daß er mit dem Gleichgewichtswassergehalt für Bedingungen einer Temperatur von 20ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 60% identisch ist. Demgemäß wurde ein korrigierter Wert unter der Annahme berechnet, daß Wasser bei der Hydratisierung des Zements mit einer Menge wirkte, die derjenigen entsprach, die von dem 50% Wasser enthaltenden Harz bei einer Temperatur von 20ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 60% desorbiert wurde. Die obere Abszissenachse in Fig. 4 zeigt die Korrekturwerte an, in dem diese als Wasser-zu-Zement-Verhältnis nach der Korrektur bezeichnet sind. Es ist erkennbar, daß dann, wenn das Wasser-zu-Zement-Verhältnis 0,15 bis 0,45 ist, ein fester Körper mit hoher mechanischer Festigkeit erhalten werden kann. Dieses Ergebnis ist in Übereinstimmung mit demjenigen der Verfestigung von Natriumsulfat durch Zement, wie in Fig. 3 gezeigt.
Aus den Ergebnissen der Fig. 3 und 4 ist erkennbar, daß ein annehmbarer, mit Zement verfestigter Körper dadurch hergestellt werden kann, daß das Wasser-zu-Zement-Verhältnis zwischen 0,15 und 0,45 bestimmt wird, und zwar aufgrund der Annahme, daß die Menge absorbierten Wassers bei einer Temperatur von 20ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 60% bezogen auf den im festen Körper eingesschlossenen Abfall die Wirkungen des Zements nicht beeinflußt.
Es erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung hinsichtlich einer Verfestigungseinheit, die zum Ausführen der Erfindung verwendet wird. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer solchen Verfestigungseinheit. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Behälter zum Aufnehmen pulverförmigen Natriumsulfats, die Ziffer 2 bezeichnet einen Behälter zum Aufnehmen eines Ionenaustauscherharzes (Wassergehalt: 50%), die Ziffer 3 bezeichnet einen Rührer, die Ziffer 4 bezeichnet einen Knetbehälter, die Ziffer 5 bezeichnet einen Behälter zum Aufnehmen von Zement, die Ziffer 6 bezeichnet einen Behälter zum Zuführen einer organischen Verbindung mit einer hydrophilen Gruppe, die Ziffer 7 bezeichnet einen Behälter zum Zuführen einer Polymeremulsion, die Ziffer 8 bezeichnet einen Behälter zum Aufnehmen von Wasser, die Ziffer 9 bezeichnet einen Zementmischer, die Ziffer 10 bezeichnet ein Faß von 200l, die Ziffer 11 bezeichnet einen Bandförderer und die Ziffern 20 bis 27 bezeichnen Ventile. Einzelheiten eines Verfestigungsprozesses werden nun in der Reihenfolge der Abläufe beschrieben. Natriumsulfat ist eine Hauptkomponente konzentrierten flüssigen Abfalls, und es wird durch Trocknen konzentrierten flüssigen Abfalls mit einem Dünnfilm-Zentrifugaltrockner erhalten. Wenn das Pulver aus getrocknetem Natriumsulfat verfestigt wird, wird das Pulver aus dem Behälter 1 für Natriumsulfatpulver durch das Ventil 20 in den Kentbehälter 4 eingespeist. Eine Zementmischung, die als Verfestigungsmittel dient, wird dadurch hergestellt, daß dem Zementmischer 9 Zement aus dem Zementbehälter 5 über das Ventil 22, eine organische Verbindung mit einer hydrophilen Gruppe aus dem Vorratsbehälter 6 über das Ventil 23, ein hydrophiles Polymer aus dem Behälter 7 zum Zuführen einer Polymeremulsion durch das Ventil 24, und Wasser aus dem Wasserbehälter 8 durch das Ventil 25 zugeführt wird und diese miteinander im Mischer 9 vermischt werden. In diesem Fall ist der Zement ein solcher, der beim Aushärten eine Längenänderung zeigt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, d.h. einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 0 bis 0,5%, und das Wasser-zu-Zement-Verhältnis wird auf 0,15 bis 0,45 eingestellt, wie in Fig. 3 gezeigt. Die zum Erfüllen der oben angegebenen Forderungen eingestellte Zementmischung wird in den Knetbehälter 4 eingespeist, um durch den Rührer 4 mit dem Natriumsulfatpulver verknetet zu werden. Die verknetete Mischung wird nach dem Einfüllen durch das Ventil 27 in das Faß 10 verfestigt, das vom Bandförderer 11 transportiert wird.
Wenn dagegen ein Ionenaustauscherharz verfestigt wird, wird das anhaftende Wasser vorab aus demselben durch einen Zentrifugaltrockner oder dergleichen entfernt, und das Ionenaustauscherharz wird dann in einem solchen Zustand im Behälter 2 für das Ionenaustauscherharz gelagert, daß es einen Wassergehalt von etwa 50% aufweist. Dieses Harz kann durch das Ventil 21 in den Kneter 4 eingespeist werden, und es wird auf dieselbe Weise wie oben für das Natriumsulfat beschrieben verfestigt. Jedoch wird in diesem Fall das Mischungsverhältnis von Wasser zu Zement unter Verwendung der Wassermenge, die von allen Ionenaustauscherharzen bei einer relativen Feuchtigkeit von 70% desorbiert wird, so eingestellt wird, daß das Wasser-zu-Zement-Verhältnis nach der Korrektur, wie in Fig. 4 dargestellt, 0,15 bis 0,45 beträgt.
Ein Beispiel für die Verfestigung eines Ionenaustauscherharzes wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Packungsdichte eines Ionenaustauscherharzes und der Druckfestigkeit. Wie es aus dieser Figur erkennbar ist, gewährleistet die erfindungsgemäße Verfestigung durch Zement ein Ausmaß der Packungsdichte des Ionenaustauscherharzes, die größer ist als im Fall herkömmlicher Verfestigung mit Zement. Ein Vergleich der Werte der Packungsdichte bei einer Druckfestigkeit von 20kg/cm² zeigt, daß das Ausmaß der Pakkungsdichte bei der herkömmlichen Verfestigung durch Zement 54kg trockenen Harzes auf 200l des festen Körpers ist, während das Ausmaß der Packungsdichte bei der Erfindung 66kg getrockneten Harzes auf 200l des festen Körpers ist. D.h., daß die Erfindung eine Erhöhung im Ausmaß der Packungsdichte um etwa 20% beträgt. Obwohl die herkömmliche Verfestigung durch Zement ein Erniedrigen der Festigkeit beim Eintauchen mit sich bringt, wenn das Ausmaß der Packungsdichte hoch ist, ist das Verringern der Festigkeit bei der Erfindung sehr klein. Wie beim oben beschriebenen Beispiel ermöglicht auch dieses Beispiel die Ausbildung eines festen Körpers mit ausgezeichneter Wasserbeständigkeit und großem Wert der Pakkungsdichte des Abfalls.
Beim oben beschriebenen Beispiel wird Natriumsulfat in Pulverform verfestigt. Jedoch ist es auch möglich, Natriumsulfat in Lösungsform zu verfestigen. In diesem Fall kann, da die Konzentration einer Natriumsulfatlösung höchstens auf 20 Gew.% erhöht werden kann, der Wert der Packungsdichte des Abfalls nicht erhöht werden.
Ferner werden bei den oben beschriebenen Beispielen Natriumsulfat und Ionenaustauscherharze getrennt verfestigt. Jedoch kann dieselbe Wirkung erzielt werden, wenn sie als Mischung verfestigt werden.
Ferner werden bei den oben beschriebenen Beispielen sowohl ein hydrophiles Polymer als auch eine organische Verbindung mit hydrophiler Gruppe verwendet. Sie können auch alleine verwendet werden. Die Anzahl verwendeter Behälter kann verringert werden, wenn das hydrophile Polymer und die organische Verbindung mit einer hydrophilen Gruppe vorab mit Zement vermischt werden können.
Bei der Erfindung können auch Fasermaterialien wie Kohle- oder Glasfasern zum Zweck des Verbesserns der Zugfestigkeit verwendet werden.
Ferner ermöglicht die Verwendung von Zement, der einen festen Körper liefern kann, in dem winzige Luftblasen nicht miteinander verbunden sind, die Ausbildung eines festen Körpers mit geringem Gewicht und ausgezeichneter Transportfähigkeit, sondern sie macht den festen Körper auch weniger anfällig für ein Verringern der Festigkeit beim Unterwassersetzen des Abfalls in Zement, selbst wenn der Abfall geringe spezifische Dichte aufweist.

Industrielle Anwendbarkeit:

Die Erfindung ermöglich die Ausbildung fester Körper mit hoher Festigkeit, was es ermöglicht, den Wert der Packungsdichte von Abfällen in festen Körpern zu erhöhen. Ferner ist, da die Abfälle zu dichten, festen Körpern ausgebildet werden können, die Wasserbeständigkeit der festen Körper hoch, was es ermöglicht, die Ausleckrate von in den festen Körpern eingeschlossenen Abfällen, z.B. radioaktiven Abfällen, deutlich zu verringern. Daher ist die Erfindung zur Festigung und Lagerung allgemeiner Industrieabfälle mit Schwermetallen oder anderen gefährlichen Materialien, wie auch radioaktiven Abfällen, von Nutzen.

Claims

1. Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalles mit Zement, dadurch gekennzeichnet, daß der industrielle Abfall mit Zement vermischt wird, der beim Aushärten hinsichtlich Volumenänderungen im wesentlichen nicht schrumpft oder sich ausdehnt, gefolgt von einem Aushärten zum Ausbilden eines festen Körpers.

2. Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls gemäß Anspruch 1, bei dem Zement mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 0,1 bis 0,5 % verwendet wird.

3. Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Zement ein Ausdehnungsmittel enthält, das unter Sulfaten, wie Calciumsulfat und Calciumsulfoaluminat, und Calciumoxid ausgewählt ist.

4. Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Mischungsverhältnis von Wasser zu Zement 0,15 zu 0,45 ist.

5. Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls mit Zement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der industrielle Abfall radioaktiver Abfall ist.

6. Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls mit Zement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abfall vor dem Aushärten zum Ausbilden eines festen Körpers nicht nur, sondern auch mit einem hydrophilen Material vermischt wird.

7. Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls gemäß Anspruch 6, bei dem das hydrophile Material eine organische Verbindung mit mindestens einer organischen Gruppe ist, die aus der Hydroxyl-, Carboxyl- und Sulfonatgruppe ausgewählt ist.

8. Verfahren zum Verfestigen industriellen Abfalls nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem das hydrophile Material eine polymere Emulsion ist.

9. Fester Körper aus industriellem Abfall, dadurch gekennzeichnet, daß der industrielle Abfall mit Zement vermischt ist, der beim Aushärten hinsichtlich Volumenänderungen im wesentlichen weder schrumpft noch sich ausdehnt, gefolgt von einem Aushärten.

10. Fester Körper aus industriellem Abfall, wie er durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wurde.