DE4405022A1

DE4405022A1 - Verfahren zur Gewinnung von schadlos verwertbaren Metallen aus radioaktiv kontaminiertem Mischmetallschrott

Info

Publication number: DE4405022A1
Application number: DE4405022A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Westermann; Manfred Dr Sappok; Wolfgang Duempelmann
Original assignee: KERNKRAFTWERKE GUNDREMMINGEN; Siempelkamp Giesserei KG
Current assignee: SIEMPELKAMP GUSS- UND ANLAGENTECHNIK HOLDING GMBH
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2014-02-18
Also published as: GB9403300D0; GB2275815B; SE507554C2; ITMI940308A0; DE4405022C2; FR2701962A1; ITMI940308A1; SE9400518L; GB2275815A; IT1273317B; SE9400518D0; FR2701962B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von zumindest für einen industriellen Anwendungsbereich im Sinne der gesetzlichen Bestimmungen schadlos verwertbaren Metallen aus radioaktiv kontaminiertem Mischmetallschrott, der bei der Stillegung von kerntechnischen Anlagen anfällt und mehrere NE-Metallkomponenten sowie Stahl, Metallgehalt insgesamt 50 bis 80 Gew.-%, und im Rest bis 100 Gew.-% nicht metallische Beimengungen aufweist. Im Sinne der gesetzlichen Bestimmungen schadlos verwertbar meint, daß die mittlere spezifische Radioaktivität so weit reduziert ist, daß im Rahmen der bestimmungsgemäßen Verwendung dieser Metalle bzw. daraus hergestellter Bauteile Strahlungsschäden nicht zu befürchten sind. In der Bundesrepublik Deutschland sind diese Bestimmungen im Atomgesetz verankert.

Um aus radioaktiv kontaminiertem Mischmetallschrott im Sinne der gesetzlichen Vorschriften bestimmte schadlos verwertbare Metalle zu gewinnen, ist es im Rahmen der in der großtechnischen Praxis eingeführten Verfahren er forderlich, den Mischmetallschrott durch Sortieren in die verschiedenen Metalle zu trennen und die aus einem bestimmten Metall bestehenden Bauteile in einem besonderen Verfahren zu dekontaminieren. Das ist häufig technisch nicht möglich und aufwendig. Insbesondere stört der Sortie rungszwang. Ist dieses der Fall, so wird das Volumen des radioaktiv kontaminierten Mischmetallschrotts durch Verpressen reduziert und der so kompaktierte Mischmetallschrott, zumeist in besonderen Behältern, einer Zwischen- oder Endlagerung zugeführt. Hierbei gehen wertvolle Reststoffe, z. B. die zumeist erheblichen Anteile an Aluminium und Kupfer in dem aus kerntechnischen Anlagen anfallenden Mischmetallschrott, verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem zumindest für einen industriellen An wendungsbereich im Sinne der gesetzlichen Bestimmungen schadlos verwertbare Metalle aus radioaktiv kontaminiertem Mischmetallschrott auf einfache Weise gewonnen werden können, und zwar ohne aufwendige Sortierungs- und Dekonta minierungsmaßnahmen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von zumindest für einen indu striellen Anwendungsbereich im Sinne der gesetzlichen Bestimmungen schadlos verwertbaren Metallen aus radioaktiv kontaminiertem Mischmetallschrott, der bei der Stillegung von kerntechnischen Anlagen anfällt und mehrere NE-Metall komponenten sowie Stahl, Metallgehalt insgesamt 50 bis 80 Gew.-%, und im Rest bis zu 100 Gew.-% nichtmetallische Beimengungen aufweist,
wobei das Separationsschmelzen von Metallen mit fraktioniertem Abgießen der Schmelze angewendet wird, mit den Maßgaben:

der Mischmetallschrott mit seinem Anteil an nicht metallischen Komponenten wird unsortiert in einen Metallschmelzofen eingebracht,
der Mischmetallschrott mit den nichtmetallischen Komponenten wird zuerst auf die Abgußtemperatur des NE-Metalls mit niedrigstem Schmelzpunkt erwärmt und dieses NE-Metall wird abgegossen, wobei danach der verbleibende Mischmetallschrott auf die Abgußtemperatur des NE-Metalls mit dem nächsthöchsten Schmelzpunkt erwärmt und dieses abgegossen wird - undsoweiterfort bis zum Stahl,
soweit die Metalle der fraktioniert abgegossenen Komponenten eine spezifische Radioaktivität aufweisen, welche die schadlose Verwertung zuläßt, werden sie der Verwertung zugeführt,
soweit die Metalle der fraktioniert abgegossenen Komponenten eine spezifische Radioaktivität aufweisen, welche die schadlose Verwertung nicht zuläßt, werden sie volumenreduziert einer Zwischenlagerung zugeführt,

wobei die Schmelzabfälle (Schlacke, Flugasche) nach Maßgabe ihrer Radioaktivität entsorgt werden.

Daß das abgegossene Metall unmittelbar und ohne weiteres der schadlosen Verwertung zugeführt werden kann, bedeutet, daß im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen entsprechende Verwendungen für das gewonnene Metall angegeben sind. Im Ausführungsbeispiel wird dargelegt, daß dabei bestimmte Restradioaktivitäten zulässig sind. Die nach dem erfindungs gemäßen Verfahren gewonnenen Metalle können selbstverständlich auf einfache Weise auch weiterbehandelt und praktisch vollständig von radioaktiver Kontaminierung befreit werden. - Das Separationsschmelzen zur Aufbereitung von Mischmetallschrott aus Eisenschrott mit metallischen Nichteisenbeimengungen ist an sich bekannt (DE-OS 15 33 118).

Dabei enthält der Mischmetallschrott praktisch keine nicht metallischen Beimengungen. Zum Schmelzen und Behandeln von Metallabfällen, einschließlich radioaktiver Metallabfälle, ist es bekannt (DE 32 13 764 A1), mit einem Schmelz- und Verarbeitungstiegel zu arbeiten, der auf der Oberseite eines Wagens angeordnet ist und eine geteilte Form bildet. In einem geschlossenen System werden die Metallabfälle in den Tiegel gefüllt und nach dem Elektroschlackeschmelz verfahren unter Verwendung einer nichtverbrauchenden Elektrode geschmolzen. Dabei werden ein Schlackeschmelzmittel und Schlacke in den Tiegel in Schichten eingefüllt und wird mittels der nichtverbrauchenden Elektrode elektrischer Strom durchgeleitet, um dadurch das Schlackeschmelzmittel zu erwärmen. Auch hier enthalten die Metallabfälle praktisch keine nichtmetallischen Beimengungen. Bei radioaktiv konta miniertem Mischmetallschrott, der bei der Stillegung von kerntechnischen Anlagen anfällt, sind kontaminierte nicht metallische Beimengungen unvermeidbar, und zwar in Mengen von 20 bis 50 Gew.-%. Sie bereiten im Rahmen der eingangs beschriebenen bekannten Maßnahmen mit Sortierungszwang ein besonderes Problem.

Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis und Feststellung aus, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur noch ein geringer Prozentsatz der im Misch metallschrott insgesamt vorhandenen Radioaktivität in den abgegossenen Metallen enthalten ist. Wenn es sich um Mischmetallschrott aus der Reparatur oder der Stillegung von kerntechnischen Anlagen handelt, beträgt die restliche Radioaktivität in den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Metallen nur noch etwa 5% der Ausgangsradio aktivität, die der Mischmetallschrott mitbringt. Die er findungsgemäßen Maßnahmen wirken separierend. Insbesondere aus den nichtmetallischen Beimengungen geht die Radioaktivität in die Schmelzeabfälle, wobei 20 bis 50 Gew.-% nichtmetallische Beimengungen problemlos entsorgt werden können. Das eingangs beschriebene aufwendige Sortieren ist nicht mehr erforderlich. Im Ergebnis kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne weiteres nichtvor behandelter Mischmetallschrott, der bei der Stillegung von kerntechnischen Anlagen und bei deren Reparatur anfällt, zu verwertbaren Metallen aufbereitet werden. Die erfindungsgemäß erreichte, überraschende Reduzierung der Radioaktivität erlaubt ohne weiteres eine im Sinne der gesetzlichen Be stimmungen schadlose Verwertung. - Es versteht sich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die gesetzlichen Sicher heitsvorschriften eingehalten werden. Das gilt sowohl für die Handhabung des Mischmetallschrotts, die Beschickung und den Betrieb des Metallschmelzofens und das Abgießen, aber auch für die Behandlung der Abgase, bei deren Reinigung Flugasche anfällt, die nach Maßgabe ihrer Radioaktivität entsorgt werden muß.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. So können dem kontaminierten Mischmetallschrott vor der Beimischung in den Schmelzofen und/oder beim Beschicken des Schmelzofens nichtkontaminierte Metalle zur Reduzierung der Restradioaktivität der gewonnenen Metalle durch Mischungsverdünnung beigemischt werden. Die Menge an nicht kontaminierten Metallen wird dabei zweckmäßigerweise so gewählt, daß alle abgegossenen Komponenten der schadlosen Verwertung zuführbar sind. Weist der Mischmetallschrott Aluminium- und Kupferanteile auf, so lehrt die Erfindung, daß der Mischmetallschrott in dem Metallschmelzofen zunächst auf eine Abgußtemperatur des Aluminiums erwärmt und dieser abgegossen wird, wobei danach der verbleibende Mischmetallschrott auf die Abgußtemperatur des Kupfers erwärmt und dieses abgegossen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit den verschiedensten Metallschmelzöfen durchgeführt werden. Vorzugsweise wird mit einem Induktionsofen als Metallschmelzofen gearbeitet. Dann empfiehlt es sich, die Bauteile, die sich in dem Mischmetallschrott befinden, in dem Induktionsofen möglichst dicht zu packen. Der Metallschmelzofen wird so verschlossen, daß kontaminierte Abgase nicht ins Freie austreten können. Sie werden vielmehr einer Abgasreinigung unterworfen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet im Metallschmelzofen eine sehr weitgehende Trennung der durch Schmelzen flüssigen Phase und der verbleibenden festen Phase anderer Metalle statt. Die Trennung kann sehr weit geführt werden, wenn nach Erreichen einer Abgußtemperatur für ein NE-Metall und vor dem Abgießen dieses NE-Metalls der Inhalt des Schmelzofens einer Trennungsbehandlung für eine Fest/ Flüssig-Trennung, z. B. durch Vibration, unterworden wird. Wenn auch im Rahmen der Erfindung mit den verschiedensten Metallschmelzöfen gearbeitet werden kann, so sollte zur sicheren Verfahrensabwicklung stets Vorsorge getroffen werden, daß die gesamte Beschickung des Meallschmelzofens mit dem Mischmetallschrott über ihre gesamte Höhe erwärmt wird.

Ausführungsbeispiel

Angelieferter radioaktiver Mischmetallschrott wurde nach der Annahme und den Eingangskontrollen zwischengelagert und später zur Weiterbearbeitung in eine Einhausung verbracht. Dort wurde der Mischmetallschrott zu Schmelzchargen zusammengestellt. Insgesamt wurden vier Schmelzchargen gefahren. Eine Vorbehandlung wurde nicht durchgeführt. Vielmehr war ersichtlich, daß es sich um ganz normale ausgebaute Anlagenteile handelte, die auch im Kraftwerk in keinster Weise vorbehandelt wurden.

Der angelieferte Nichtmetallschrott wies einen Großteil an NE-Metallen auf. Aus diesem Grund wurden die Teile einzeln in den Ofen eingebracht. Hierdurch ergab sich eine höhere Packdichte, was eine bessere Ankopplung bei induktiver Erwärmung gewährleistet. Nachdem der Ofen befüllt war, wurde, wie üblich, ein Pfannenfeuer eingesetzt und somit ein gekapseltes System hergestellt. Da es sich hier unter anderem um komplette Motoren handelte, konnte ein max. Füllgewicht von 580 kg erreicht werden.

Um möglicherweise entstehende Gase sicher zu erfassen, wurde die obere, schwenkbare Absaughaube soweit möglich über den Ofen gefahren. Im Anschluß daran wurde mit dem Pfannenfeuer eine Vorwärmung/Durchwärmung des Materials bis auf 748°C durchgeführt. Hierbei zeigte sich eine blau-schwarze Rauchentwicklung, die von der schwenkbaren Absaughaube sicher erfaßt wurde. Nach dieser Vorbehandlung wurde der Ofen auf kleinster Stufe zugeschaltet, was eine vollständige gleichmäßige Durchwärmung über die ganze Ofenhöhe erbrachte. Die Temperatur im Ofen wurde auf ca. 755°C gefahren. Der Brenner konnte nun entfernt werden, und es erfolgte ein Abguß von 100 kg Aluminium.

Mit dem Ofen wurde die Abgußtemperatur von Kupfer induktiv angefahren. Nach Erreichen der Temperatur konnte der enthaltene Kupferanteil von 190 kg abgegossen werden. Der nunmehr noch vorhandene Stahl-/Stahlgußanteil von 290 kg konnte geschmolzen und auf die gleiche Weise ab gegossen werden. - Alle Materialien wurden in vorhandene Gußkokillen, die mit Graphitschlichte auf Wasserbasis geschlichtet waren, abgegossen.

Die mittlere spezifische Aktivität wurde über alle Schmelztage wie folgt ermittelt:

Aluminium
= 0,10 Bq/g
Kupfer	= 0,53 Bq/g
Stahl	= 0,73 Bq/g

Das gewonnene Aluminium konnte bedingungslos, mindestens jedoch für den industriellen Bereich, freigegeben werden. Für das gewonnene Kupfer ist eine Freigabe in den industriellen Bereich möglich. Der Stahlanteil mit einer spezifischen Aktivität von 0,7 Bq/g, ist durch eine Freigabe an die Industrie abgebbar oder ist für die Herstellung kerntechnischer Produkte zu verwenden. Sofern, z. B. aufgrund der ermittelten Analyse, keine Verwendung im Bereich der Kerntechnik gefunden würde, wäre eine optimale Volumen reduktion für eine Zwischen/Endlagerung gewährleistet.

Weder das Aluminium, das Kupfer noch der Stahl/Stahlguß wurden im Ofen oder nach dem Abguß in den Kokillen einer weiteren Behandlung unterzogen.

Aufgrund von nichtmetallischen Komponenten im Mischmetall schrott, z. B. in Form von elektrischen Isolierungen, muß mit einem höheren Abfallvolumen gerechnet werden. Nach den Versuchen zeigte sich, daß der Anteil der an fallenden Abfälle bei 16,5% der eingesetzten Menge liegt. Bei Stahlschmelzen üblicher Art liegt der Anteil bei <5%.

Anhand der ermittelten Aktivitäten wurde aus den Schmelzen und den Abfällen eine mittlere Aktivitätsverteilung bestimmt. Hiernach ist in den abgegossenen Materialien nur noch 5,5% der insgesamt ermittelten Aktivität vorhanden. Im einzelnen ergibt sich folgendes Bild:

Gesamtaktivität (Schmelze und Abfälle) = 19 563,05 k Bq.

Aluminium:
0,17% der ermittelten Gesamtaktivität,
Kupfer:	1,45% der ermittelten Gesamtaktivität,
Stahl:	3,89% der ermittelten Gesamtaktivität.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von zumindest für einen indu striellen Anwendungsbereich im Sinne der gesetzlichen Bestimmungen schadlos verwertbaren Metallen aus radioaktiv kontaminiertem Mischmetallschrott, der bei der Stillegung von kerntechnischen Anlagen anfällt und mehrere NE-Metallkomponenten sowie Stahl, Metallgehalt insgesamt 50 bis 80 Gew.-%, und im Rest bis 100 Gew.-% nichtmetallische Bei mengungen aufweist,
wobei das Separationsschmelzen von Metallen mit fraktioniertem Abgießen der Schmelze angewendet wird, mit den Maßgaben:
der Mischmetallschrott mit seinem Anteil an nicht metallischen Komponenten wird unsortiert in einen Metallschmelzofen eingebracht,
der Mischmetallschrott mit den nichtmetallischen Komponenten wird zuerst auf die Abgußtemperatur des NE-Metalls mit niedrigstem Schmelzpunkt erwärmt und dieses NE-Metall wird abgegossen, wobei danach der verbleibende Mischmetallschrott auf die Abgußtemperatur des NE-Metalls mit dem nächsthöchsten Schmelzpunkt erwärmt und dieses abgegossen wird - undsoweiterfort bis zum Stahl,
soweit die Metalle der fraktioniert abgegossenen Komponenten eine spezifische Radioaktivität aufweisen, welche die schadlose Verwertung zuläßt, werden sie der Verwertung zugeführt,
soweit die Metalle der fraktioniert abgegossenen Komponenten eine spezifische Radioaktivität aufweisen, welche die schadlose Verwertung nicht zuläßt, werden sie volumenreduziert einer Zwischen lagerung zugeführt,
wobei die Schmelzabfälle (Schlacke, Flugasche) nach Maßgabe ihrer Radioaktivität entsorgt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit der weiteren Maßgabe, daß dem kontaminierten Mischmetallschrott vor der Beimischung in den Schmelzofen und/oder beim Beschicken des Schmelzofens nichtkontaminierte Metalle zur Reduzierung der Restaktivität der gewonnenen Metalle durch Mischungs verdünnung beigemischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2 mit der weiteren Maßgabe, daß die Menge an nichtkontaminierten Metallen so gewählt wird, daß alle abgegossenen Komponenten der schadlosen Verwertung zuführbar sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Mischmetallschrott Aluminium- und Kupferanteile aufweist, mit der weiteren Maßgabe, daß der Mischmetallschrott in dem Metallschmelzofen zunächst auf die Abgußtemperatur des Aluminiums erwärmt und dieses abgegossen wird und wobei danach der verbleibende Mischmetallschrott auf die Abgußtemperatur des Kupfers erwärmt und dieses abgegossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit der Maßgabe, daß mit einem Induktionsofen als Metallschmelzofen gearbeitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit der Maßgabe, daß nach Erreichen einer Abgußtemperatur für ein NE-Metall und vor dem Abgießen dieses NE-Metalls der Inhalt des Schmelzofens einer Trennungsbehandlung für eine Fest/Flüssig-Trennung, z. B. durch Vibration, unterworfen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit der Maßgabe, daß die Beschickung des Metallschmelzofens über ihre gesamte Höhe erwärmt wird.