EP0170996A1

EP0170996A1 - Verfahren und Einrichtung zum Einbinden von insbesondere radioaktiven Abfallstoffen in ein Bindemittel

Info

Publication number: EP0170996A1
Application number: EP85109392A
Authority: EP
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Queiser; Siegfried Dipl.-Ing. Meininger (Fh); Karl-Heinz Dipl.-Ing. Kleinschroth; Dietmar Bege
Original assignee: Kraftwerk Union AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1986-02-12
Also published as: EP0170996B1; JPS6147599A; DE3565613D1; DE3429387A1; JPH0640158B2; US4847007A

Abstract

Zum Einbinden von insbesondere radioaktiven Abfallstoffen in ein Bindemittel verwendet man eine Förder- und Mischeinrichtung, die die Mischung vor dem Aushärten in einen Lagerbehälter (25) fördert. Dabei werden die Abfallstoffe gravimetrisch und unterstützt durch die Förderwendel (2) mit zusatzlicher Wandreinigungswirkung durch die Trockenförderzone (10) in die Mischzone (16) transportiert, während das Ein- oder Mehrkomponenten-Bindemittel gleichzeitig in seitlicher Richtung zum Mischwerkzeug (3) in die Mischzone (16) gefördert wird. Die Mischung wird in geradliniger Verlängerung der Förder- und Mischrichtung in einen Auslaß (24) geführt, an dem der Lagerbehälter (25) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbinden von insbesondere radioaktiven Abfallstoffen in ein Bindemittel zur Erzielung eines homogenen auslaugbeständigen und druckfesten Festkörpers durch Mischen der Abfallstoffe mit dem Bindemittel mit Hilfe einer Förderschnecke und einer Mischerwelle und Aushärten des Bindemittels, wobei die Abfallstoffe durch eine Vorbehandlung, vorzugsweise eine Trocknung, in die Form eines rieselfähigen Pulvers oder Granulats übergeführt werden und wobei die Mischung vor dem Aushärten in einen Lagerbehälter gefördert wird. Das Verfahren kann auch zum Behandeln toxischer Abfälle allgemein verwendet werden. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine zur Ausübung des Verfahrens besonders geeignete Einrichtung.
Bei dem aus der DE-OS 3 202 518 bekannten Verfahren zur Einzementierung solcher Abfälle in Fässer sind drei verschiedene Schnecken mit eigenem Antriebsmotor in einem Handschuhkasten vereinigt. Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, das Verfahren der eingangs genannten Art mit möglichst einfachen Mitteln durchzuführen, ohne dabei auf Zement als Bindemittel beschränkt zu sein. Erwünscht ist vielmehr eine große Vielseitigkeit sowohl in bezug auf die einzubindenden Abfallstoffe als auch insbesondere auf die Bindemittel.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abfallstoffe mit der als Trockenförderwendel ausgebildeten Förderschnecke und gravimetrisch in eine Mischzone transportiert werden, daß dabei mit der Trockenförderwendel eine Reinigungswirkung auf ein Schneckengehäuse ausgeübt wird, daß das Bindemittel gleichzeitig in seitlicher Richtung zur Misch- und Förderrichtung in die Mischzone gefördert und dort mit der als Mischgabel ausgebildeten Mischerwelle behandelt wird und daß die Mischung in geradliniger Verlängerung der Mischzone kontinuierlich durch eine Dickstoffpumpe in einen Auslaß geführt wird, an dem der Lagerbehälter angeschlossen wird.
Bei der Erfindung gibt es praktisch nur eine einzige Förder- und Mischschnecke. Sie kann allerdings aus mehreren beweglichen Gliedern zusammengesetzt sein. Dies kann vorteilhaft sein, wenn Verschleißteile auszuwechseln sind oder eine Anpasssung an unterschiedliche Bindemittel erfolgen soll. Deshalb ist das neue Verfahren besonders zur Anwendung unterschiedlicher Bindemittel geeignet, wie später anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert wird. Ferner ist eine Vorbehandlung ohne Bindemittel möglich, zum Beispiel die Eingabe von Zuschlagstoffen.
Das Bindemittel kann vorteilhaft, um eine gewünschte Dünnflüssigkeit des Bindemittels zu erreichen, vorgeheizt werden. Dies ist wichtig für die Arbeit mit thermoplastischen Bindemitteln, zum Beispiel mit Bitumen. Die Aufwärmspanne beim eigentlichen Mischvorgang kann entsprechend kleiner sein. Bei Zwei- oder Mehrkomponenten-Bindemitteln, zum Beispiel Kunststoffen wie Polystyrol mit Härtern wie Divinylbenzol, kann ferner eine Vormischung einer der Komponenten mit den Abfallstoffen erfolgen.
Das neue Verfahren wird vorteilhaft dadurch weitergebildet, daß die Abfallstoffe in mindestens weitgehend vertikaler Richtung von oben nach unten gefördert, gemischt und ausgetragen werden, was die Förderwirkung durch Schwerkraft unterstützt, und daß Gase und Dämpfe in Gegenrichtung dazu abgegeben werden. Dabei kann man durch eine Gaszufuhr dafür sorgen, daß ein Verdünnen der mit möglicherweise klebefähigen Dämpfen behafteten, freiwerdenden Gase mit Spülluft erfolgt und ein Einbringen dieser Gase in die Trockenstoffzone verhindert wird.
Zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung hat sich eine Einrichtung bewährt, bei der ein Schneckenmischer mit einem rohrförmigen Gehäuse vorgesehen ist, in dem ein Trockenförderwendel, eine Mischgabel und eine Dickstoffpumpe geradlinig angeordnet und mit einem gemeinsamen Antriebsmotor verbunden sind. An der Oberseite des Gehäuses kann eine Entlüftungsleitung anschlossen sein. Sie kann ebenso wie das Gehäuse im Bereich des Durchlaufmischers und wie Zuführungsleitungen beheizt sein. Außerdem ist eine Wärmeisolierung vorteilhaft, die das Gehäuse einschließlich einer Eingabeleitung für die Abfälle erfaßt. Die vorgenannte Heizeinrichtung kann lösbar ausgebildet sein, so daß das Gehäuse für Inspektionen zugänglich gemacht werden kann.
In dem Bereich der Mischgabel führt eine Leitung für ein flüssiges Bindemittel. Wenn es sich um ein Zweikomponenten-Bindemittel handelt, kann eine Einspeiseleitung für die zweite Komponente am austragsseitigen Ende der Mischgabel vorgesehen sein. Die Förderung mit der Dickstoffpumpe bewirkt dann die Verteilung dieser Komponente über die Abfallmischung. Bei gut verteilbaren Komponenten genügt unter Umständen das Einbringen in den Lagerbehälter, so daß ein vorzeitiges Aushärten mit Sicherheit vermieden wird.
Ein wesentliches Kennzeichen für eine vorteilhafte Weiterbildung der Einrichtung besteht darin, daß die Innenseite des Gehäuses und/oder die Trockenförderwendel und/oder die Dickstoffpumpe und/oder Mischgabel mit einem Kunststoff als Antihaftmittel, insbesondere auf der Basis von Polytetrafluoräthylen, beschichtet sind. Mit einem solchen Antihaftmittel kann man, wie gefunden wurde, die Verschmutzungen durch Verkrusten ganz wesentlich herabsetzen, weil die Abfälle einschließlich der Bindemittel leicht von den Maschienteilen abzulösen sind. Sie können spätestens mit einem Spülgang nach Beendigung der Ausübung des Verfahrens abgelöst werden. Damit lassen sich ferner Verschleißerscheinungen ganz wesentlich herabsetzen. Diese Vorteile lassen sich auch bei anderen Einrichtungen zur Abfallbehandlung, insbesondere bei praktisch allen Schneckenmaschinen erzielen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben. Sie zeigen jeweils schematisch vereinfacht eine dafür besonders angepaßte Einrichtung.
In Fig. 1 ist dargestellt, daß die Einrichtung ein rohrförmiges Gehäuse 1 umfaßt, das einen Innen-Durchmesser von zum Beispiel 130 mm aufweist. Das Gehäuse umschließt die auf einer gemeinsamen weitgehend vertikalen Achse angeordneten beweglichen Teile 2, 3 und 4, die über eine Kupplung 5 und ein Getriebe 6 von einem Elektromotor 7 angetrieben werden.
Die Teile 2, 3, 4 bestimmen die einzelnen Arbeitszonen in dem Gehäuse 1. Dabei ist durch die wendelförmige Schnecke 2 eine Trockenförderzone 10 definiert. Im Gegensatz zur zeichnerischen Darstellung liegt der Förderwendel 2 nachgiebig an der Gehäuseinnenwand an, so daß bei der Rotation eine reinigende Reibwirkung ausgeübt wird.
In die Zone 10 führt ein vertikales Fallrohr 11, das über eine Dosiereinrichtung 12 mit einer Eingabeleitung 13 verbunden ist. Durch diese wird, wie der Pfeil 14 andeutet, senkrecht von oben rieselfähiger radioaktiver Abfall, zum Beispiel als Pulver, Granulat oder dergleichen eingegeben. Ein Beispiel dafür sind getrocknete Kugelharze von Ionenaustauscherfiltern.
Mit der Förderwendel 2 ist die als Gabel ausgebildete Mischeinrichtung 3 direkt verbunden, deren Länge die Mischzone 16 im Gehäuse 1 bestimmt. Die Gabel 3 kann an ihrem unteren Ende durch einen Bügel 17 geschlossen sein, so daß ein Angriffspunkt für die Ankupplung der als Dickstoffpumpe dienenden Wendel 4 geschaffen wird. Mit dieser ist die Austragszone 18 bestimmt, die gegebenenfalls einen etwas kleineren Gehäusedurchmesser aufweist.
An die Mischzone 16 ist eine seitlich einmündende Leitung 20 angeschlossen, durch die Flüssigharz als Komponente 1 eines Zweikomponenten-Bindemittels eingegeben ist. Ein Beispiel für eine solche Komponente ist Polystyrol. Als Komponente 2 wird, wie der Pfeil 21 zeigt, in Fließrichtung am Ende der Mischzone 16 Divinylbenzol eingegeben. Diese Komponente 2 wird allein durch die Bewegung der Dickstoffpumpe 4 ausreichend mit der Mischung aus Abfallstoffen und Komponente 1 vermengt, die in der Mischzone 16 hergestellt wird. Bei Drei- und Mehrkomponentenkunststoffen werden die Flüssigkomponenten in geeigneter Reihenfolge gleichzeitig durch nacheinander angeordnete Einspeiseöffnungen in die Mischzone eingespeist. Bei kurzen Aushärtungszeiten darf der Härter erst am Eintritt in den Lagerbehälter zugegeben werden (zum Beispiel am Abfüllungsmundstück).
Aus der Austragszone 18 gelangt die Mischung entweder, wie Pfeil 23 zeigt, direkt in ein nicht weiter dargestelltes Faß oder indirekt über einen Schlauch 24, mit dessen Hilfe gegebenenfalls mehrere Fässer 25 nacheinander bedient werden können, ohne daß eine Bewegung der Fässer erforderlich ist. Dies kann auch als Produktweiche genutzt werden, mit der Mischungen von unterschiedlichen Abfällen und/oder Bindemitteln in unterschiedliche Lagerbehälter geführt und damit separiert werden.
Am oberen Ende der Trockenförderzone 10 ist eine Entlüftungsleitung 27 angeordnet, die zu einer Abluftanlage 28 führt. Die Abluftanlage kann die Abgasanlage eines Kernkraftwerkes sein, so daß eine gesicherte Weiterbehandlung ohne weiteren Aufwand möglich ist. Man kann die Leitung 27 aber auch an die Gebäudeentlüftung anschließen, wenn sichergestellt ist, daß die Abluft keine unzulässigen Mengen an Radioaktivität enthält. Dabei kann die Entlüftung durch einen nicht dargestellten Ventilator unterstützt sein, der in dem Gehäuse 1 einen Unterdruck aufrechterhält.
Zur Belüftung des Gehäuses 1 kann man auch eine Luftzufuhr vorsehen, wie mit dem Pfeil 29 dargestellt ist. Die Luftzufuhr erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im Bereich des Fallrohres 11, so daß vermieden wird, daß Staub oder Abfallstoffe das Fallrohr 11 verkleben und zusetzen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 soll als Bindemittel Bitumen verarbeitet werden. Es wird durch die Leitung 20 zugeführt. Diese ist jedoch, ebenso wie die Mischzone 16, mit einem Heizmantel 32, der gegebenenfalls abnehmbar gestaltet sein kann, versehen. Dabei handelt es sich zum Beispiel um elektrische Widerstandsleiter mit einer wärmefesten Isolierung, die auf das rohrförmige Gehäuse 1 und auf die Wandung der Leitung 20 aufgewickelt werden. Alternativ kann der Heizmantel auch aus einem rohrförmigen Gehäuse bestehen, das zum Beispiel durch Heizdampf erwärmt werden kann.
Die weiteren Teile des Gehäuses 1, insbesondere die Trockenförderschnecke 10 und die Austragszone 18, sind mit einer Wärmeisolierung 33 umgeben, die aus einzelnen, lösbar befestigten Halbschalen zusammengesetzt ist. Die Wärmeisolierung erstreckt sich auch über das Fallrohr 11, die Dosiereinrichtung 12 und den Einlaß 13. In der Wärmeisolierung.33 der Austragszone 18 und des daran angeschlossenen Schlauches 24 können Heizelemente vorgesehen sein, wie durch die Pfeile 34 angedeutet ist. Damit kann das in die Mischzone 16 eingeführte, außerhalb des Gehäuses 1 vorgewärmte Bitumen genügend flüssig gehalten werden, bis es mit dem Abfall gemischt entweder,wie Pfeil 23 zeigt,direkt in ein nicht weiter dargestelltes Faß gelangt oder einen Schlauch 24 passiert hat, mit dessen Hilfe gegebenenfalls mehrere Fässer 25 nacheinander bedient werden können, ohne daß eine Bewegung der Fässer erforderlich ist. Weiterhin kann auch hier eine wechselweise Abfüllung der Fässer über eine Produktweiche erfolgen.
Die Entlüftungsleitung 27 ist ebenfalls mit einer Wärmeisolierung 33 versehen. Diese reicht zum Beispiel bis zu einem Ölfilter 35, der vor der Abluftanlage 28 vorgesehen ist, um einen Eintritt von Öldunst in die Abluftanlage zu verhindern.
Wie in der Fig. 2 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, ist vorteilhafterweise die Einrichtung an der Innenseite des Gehäuses 1, die Trockenförderwendel 2 und die Mischgabel 3 mit einer Antihaftschicht 36 in Form einer Beschichtung mit Polytetrafluoräthylen versehen. Die Beschichtung kann zum Beispiel im Tauchverfahren für die Mischgabel 3 und im Spritzverfahren für das Gehäuse 1 aufgebracht werden. Sie hat eine Dicke von 0,3 bis 1 mm. Bei der Dicke kann ein in Austragsrichtung möglicherweise zunehmender Abrieb berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann das Gehäuse 1 im Bereich der Austragszone 18 der Dickstoffpumpe 4 vollständig aus einem als Antihaftmittel geeigneten Kunststoff bestehen. Damit wird der Verschleiß der Einrichtung wesentlich herabgesetzt. Außerdem wird eine störende Verschmutzung verringert und die Reinigung der Einrichtung erleichtert.

Claims

1. Verfahren zum Einbinden von insbesondere radioaktiven Abfallstoffen in ein Bindemittel zur Erzielung eines homogenen auslaugbeständigen und druckfesten Festkörpers durch Mischen der Abfallstoffe mit dem Bindemittel mit Hilfe einer Förderschnecke und einer Mischerwelle und Aushärten des Bindemittels, wobei die Abfallstoffe durch eine Vorbehandlung, vorzugsweise eine Trocknung, in die Form eines rieselfähigen Pulvers oder Granulats übergeführt werden und wobei die Mischung vor dem Aushärten in einen Lagerbehälter gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe mit der als Trockenförderwendel ausgebildeten Förderschnecke und gravimetrisch in eine Mischzone transportiert werden, daß dabei mit der Trockenförderwendel eine Reinigungswirkung auf ein Schneckengehäuse ausgeübt wird, daß das Bindemittel gleichzeitig in seitlicher Richtung zur Misch- und Förderrichtung in die Mischzone gefördert und dort mit der als Mischgabel ausgebildeten Mischerwelle behandelt wird und daß die Mischung in geradliniger Verlängerung der Mischzone kontinuierlich durch eine Dickstoffpumpe in einen Auslaß geführt wird, an dem der Lagerbehälter angeschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß ein Zweikomponenten-Bindemittel verwendet und vorgemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Komponente mit den Abfallstoffen vermischt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe in mindestens weitgehend vertikaler Richtung von oben nach unten gefördert, gemischt und ausgetragen werden und daß Gase und Dämpfe in Gegenrichtung dazu abgegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens stellenweise eine der Förder-, Misch- oder Austragsbewegung entgegenlaufende Spülgasströmung erzeugt wird.

6. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schneckenmischer mit einem rohrförmigen Gehäuse (1) vorgesehen ist, in dem ein Trockenförderwendel (2), eine Mischgabel (3) und eine Dickstoffpumpe (4) geradlinig angeordnet und mit einem gemeinsamen Antriebsmotor (7) verbunden sind, daß an der Oberseite des Gehäuses (1) eine Entlüftungsleitung (27) angeschlossen ist und daß in den Bereich der Mischgabel (3) eine Leitung (20, 21) für ein flüssiges Bindemittel führt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am austragsseitigen Ende der Mischgabel (3) eine Einspeiseleitung (21) für eine zweite Komponente eines Zweikomponenten-Bindemittels vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einschließlich eines Fallrohres (11) für die Abfälle wärmeisoliert und/oder mit einer vorzugsweise lösbaren Heizeinrichtung umschlossen ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickstoffpumpe (4) mit einer Produktweiche (23, 24) versehen ist, mit der die Mischung auf verschiedene Lagerbehälter (25) verteilt wird.

10. Einrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Gehäuses (1) und/oder die Trockenförderwendel (2) und/oder die Dickstoffpumpe (4) und/oder Mischgabel (3) mit einem Kunststoff (36) als Antihaftmittel, insbesondere auf der Basis von Polytetrafluoräthylen, beschichtet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Dickstoffpumpe (4) aus einem als Antihaftmittel geeigneten Kunststoff besteht.