EP3955264A1 - Anlage und verfahren zum abtrennen von borsäurekristallen aus einem borsäure-wasser-gemisch - Google Patents

Anlage und verfahren zum abtrennen von borsäurekristallen aus einem borsäure-wasser-gemisch Download PDF

Info

Publication number
EP3955264A1
EP3955264A1 EP21191100.3A EP21191100A EP3955264A1 EP 3955264 A1 EP3955264 A1 EP 3955264A1 EP 21191100 A EP21191100 A EP 21191100A EP 3955264 A1 EP3955264 A1 EP 3955264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
boric acid
acid crystals
water
vacuum
crystals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21191100.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Etges
Leonhard Walz
Andreas Burow
Anja Graf-Frank
Jan Köhler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EnBW Energie Baden Wuerttemberg AG
Original Assignee
EnBW Energie Baden Wuerttemberg AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102020121367.0A external-priority patent/DE102020121367A1/de
Priority claimed from DE102021107592.0A external-priority patent/DE102021107592B3/de
Application filed by EnBW Energie Baden Wuerttemberg AG filed Critical EnBW Energie Baden Wuerttemberg AG
Publication of EP3955264A1 publication Critical patent/EP3955264A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/10—Processing by flocculation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids

Definitions

  • a mixture of boric acid and water is used as a neutron absorber to regulate the chain reaction.
  • the boric acid or boric acid-water mixture it contains must be disposed of.
  • a system for separating boric acid crystals with radioactive contamination from a boric acid-water mixture comprising at least one vacuum evaporator for concentrating the boric acid-water mixture into a suspension of mother liquor and boric acid crystals and at least one separator for separating the suspension Mother liquor and boric acid crystals.
  • boric acid crystals are separated from the boric acid-water mixture in two devices arranged one after the other (vacuum evaporator and separator).
  • the boric acid-water mixture is concentrated by partially evaporating the water in a vacuum evaporator and drawing it off.
  • the resulting condensate is usually free of impurities and can therefore be used safely as a cleaning liquid or in another way. If there is no need, it can also be discharged into the sewer.
  • the concentration of boric acid in the boric acid-water mixture increases as a result of the evaporation of water. Above a certain concentration, (solid) boric acid crystals form, which together with the remaining liquid form a suspension of mother liquor and boric acid crystals. This suspension is in a downstream separator in the Mother liquor and the crystals separated.
  • the boric acid-water mixture can contain impurities. Most of these impurities remain in the mother liquor, so there is little or no appreciable amount of impurity present in the boric acid crystals.
  • the impurities in the mother liquor are measured radiologically. If the activity content of the impurities in the mother solution exceeds a specified limit value, the solution is returned to the power plant and disposed of via the operational disposal route for radioactive waste water.
  • the system according to the invention is used for the treatment of radioactive substances or contaminated boric acid; it has a certain cleaning effect related to the radioactivity. As a result, a large part of the contaminated boric acid can be separated into fractions that are no longer radioactively contaminated and can either be used further or stored on a normal landfill.
  • the system according to the invention is suitable for assembly and operation in the control area of a nuclear facility; such as a nuclear power plant that is being dismantled.
  • boric acid crystals still have some residual moisture, it is already a solid that can be easily separated from the mother liquor.
  • the starting product a mixture of boric acid and water, can be separated into a more or less contaminated mother solution and solid, purified boric acid crystals.
  • the mother liquor can be returned to a vacuum evaporator.
  • the radioactive components of the boric acid/water mixture are concentrated in the mother liquor.
  • the other fractions are radioactively cleaned, or their contamination is significantly reduced.
  • the water vapor (vapours) drawn off during the evaporation and the boric acid crystals have little or no radioactivity, so that they can either be reused or disposed of as "ordinary" waste.
  • An agitator is preferably present in the evaporator, which ensures thorough mixing during the evaporation. Despite this mixing, the agglomerates and accumulations mentioned above are formed, the thickness and volume of which increase during the evaporation process.
  • the evaporation process is terminated in time, i. H. before the thickness of the deposits becomes too large, and the mixture of concentrated mother liquor and boric acid crystals is discharged from the evaporator.
  • the evaporator is then filled again with "fresh" boric acid-water mixture with a lower concentration of boric acid.
  • This boric acid-water mixture dissolves the deposits from the inner walls caused by the previous evaporation process.
  • the vacuum evaporator is preferably controlled in such a way that the evaporation of water takes place in two stages.
  • the boric acid solution is heated to 60 to 150° under reduced pressure (50 to 500 mbar) and mixed by the stirrer.
  • the evaporating water or water vapor is continuously drawn off and the boric acid solution is concentrated to, for example, up to 25 percent by weight (% by weight).
  • the resulting condensate is discharged or can be reused for cleaning purposes within the process.
  • New, untreated boric acid-water mixture is added to the evaporation process according to the amount of water vapor extracted. As a result, a larger quantity of boric acid-water mixture can be evaporated than the volume of the vacuum evaporator. This increases the evaporation performance compared to a conventional vacuum evaporator that is run purely in batch mode.
  • the vacuum evaporator is very compact. This makes lowering the pressure (creating a vacuum) and heating easier and more efficient.
  • the temperature in the vacuum evaporator is reduced, for example to temperatures below 50°C.
  • This suspension is separated in a separator into a liquid phase (mother solution) and a solid phase (boric acid crystals).
  • the proportion of water in the boric acid crystals is usually between 5 and 50 percent by weight (ma%).
  • the boric acid crystals are separated from the mother liquor and can be further dried in a (after) dryer.
  • the boric acid crystals at the separator outlet have a residual moisture content (water content in the solid phase) of between 5 and 50 percent by weight (ma%).
  • the solid phase (boric acid crystals) preferentially falls into the dryer due to gravity.
  • the (after) dryer is fed between four and ten times with the solid phase from a separator.
  • a dryer capacity of between 100 kg and 300 kg is suitable in many cases.
  • the drying is preferably carried out at temperatures between 35 and 90 ° C and slight vacuum (between 600 and 980 mbar) to a residual moisture content of. 1% to 10% is reached.
  • the boric acid can then be filled pneumatically and optionally with the aid of gravity using an optional lump crusher with a downstream filling system in a standard container or in some other way.
  • a very suitable standard container is, for example, a 200 liter drum.
  • the mother liquor can be returned to the evaporator.
  • a return line for the mother liquor is provided between the at least one separator and at least one vacuum evaporator.
  • the dose rate of the mother liquor is usually determined.
  • the mother liquor is only returned to the vacuum evaporator if the activity content is below a specified limit value. Otherwise, the mother liquor is disposed of via the operational disposal route for radioactive waste water.
  • the wet boric acid crystals with a water content of between 5 and 50 percent by weight are then fed to a dryer. There, the boric acid crystals are dried in batches. At the same time Temperatures between 35°C and 90°C have proven suitable. In order to promote the drying process, a slight negative pressure in a range from 600 mbar to 980 mbar is advantageous.
  • Clumps can form in the now fully dried boric acid crystals.
  • they are homogenized in a crusher, preferably a lump crusher. This simplifies the transport of the dried boric acid crystals to a filling station and their filling into drums or other containers. This transport can take place pneumatically, for example.
  • the dried boric acid crystals are filled into suitable containers and these are then sealed. It has proven to be practical if the boric acid crystals are filled into standardized steel drums (with a capacity of, for example, 200 l). The filled barrels are then sealed and can be stored. Depending on the nature of the boric acid-water mixture, the dried boric acid crystals may still be radiologically contaminated. According to the Radiation Protection Ordinance (StrlschV), an unrestricted release for solid and liquid substances according to Column 3 or a specific release for solid substances up to 100 Mg/a according to Column 8 for disposal/storage on a landfill is conceivable. However, it is also possible to recycle the dried boric acid crystals without restrictions or to use them in other nuclear facilities.
  • an advantageous development provides for the boric acid crystals obtained to be recrystallized again from deionized water after the actual evaporation has been carried out, namely in the four to twenty times the amount of light water at temperatures between 20 and 80 °C.
  • deionized water can be added to the vacuum evaporator once or preferably in several steps, with six times the amount of deionized light water being suitable for a single step, based on the amount of boric acid crystals in the vacuum evaporator, which after dissolving the Boric acid is removed again at 70 ° C by renewed evaporation.
  • smaller amounts of light deionized water can also be added several times, followed in each case by evaporation of the added amount of deionized water at 70° C., the overall step “water addition and vacuum evaporation” being carried out several times being repeated up to ten times. However, it can also be sufficient to repeat this overall step only twice, three times or five times.
  • the tritium activity of the boric acid can be reduced by shifting the determining distribution equilibrium.
  • the tritium activity is the boric acid crystals less than at the beginning, so the radioactivity of the boric acid crystals is reduced.
  • the radioactivity of the boric acid crystals can be reduced to such an extent that the boric acid crystals can be stored in an ordinary landfill, or that if the radioactivity is lower than the value determined by the limit value that allows unrestricted release, the crystallized boric acid can be released can also be used for other purposes.
  • deionized light water can be done using a line and a directional valve, preferably a 2/2-way valve.
  • a line and a directional valve preferably a 2/2-way valve.
  • Method claims 9 et seq. include the method steps which are carried out in the system according to device claims 1 to 8.
  • the advantages of the method according to the invention are therefore also the advantages of the system according to the invention at the same time.
  • boric acid-water mixture Starting from a boric acid-water mixture, part of the water is removed by vacuum evaporation, thereby increasing the concentration of the boric acid (evaporation crystallization). A further crystallization of boric acid then takes place by cooling the suspension mother liquor and boric acid crystals to a temperature of less than 50°C and at least 10°C. As the suspension cools, the saturation point falls and as a result more boric acid crystals are formed (cooling crystallization).
  • the evaporative crystallization takes place at a pressure of 50 mbar to about 500 mbar and at temperatures of 60.degree. C. to 150.degree. This suppresses the formation of hardfacing on the inner wall of the evaporator and the formation of agglomerates of boric acid crystals in a simple and effective manner.
  • the duration of the evaporation crystallization is, depending on the above parameters and the size of the vaporizer between 7 and 13 hours.
  • the further crystallization of boric acid by cooling the suspension preferably takes place within the same pressure range and over a period of 0.5 to 3 hours.
  • boric acid agglomerates form after a certain period of time, which clog the vacuum evaporators by adhering to the inner walls (hardfacing). This hardfacing occurs because the concentration of boric acid continues to rise during evaporation. Boric acid agglomerates can form as a result of the plating, which may cause the vacuum evaporator and clogging of the measuring technology (level limit switch, temperature sensors, ...), clog the pipes and hoses and lead to the automatic process being aborted. The precipitation of boric acid increases again during cooling crystallization.
  • the separator is designed for the treatment or separation of the liquid and solid phases of the boric acid suspension.
  • the parameters mentioned above can effectively prevent the forming (moist) boric acid crystals from adhering to the inner wall of the vacuum evaporator and the heating devices.
  • the suspension is then separated into a solid phase, namely boric acid crystals, and a liquid phase (mother liquor).
  • the mother liquor can usually be returned to the vacuum evaporator.
  • the boric acid crystals still have a certain degree of moisture content, which can be further reduced in a subsequent optional drying step.
  • the separation of the suspension into mother liquor and a solid phase, namely the boric acid crystals, is preferably carried out by centrifugation. Decanters have proven to be particularly suitable. However, other types of centrifuges can also be used.
  • the mother liquor produced during the separation is fed back into the vacuum evaporator if its dose rate is below a specified limit value. If the dose rate is above a given limit, the mother liquor cannot be returned to the vacuum evaporator, but must be disposed of separately. However, this is usually not the case.
  • the end product of the method according to the invention usually meets the criteria for unrestricted radiological clearance or for specific radiological clearance for disposal in landfill.
  • the solid phase of the boric acid falls into the dryer due to gravity.
  • severe agglomerate formation and hardfacing on the agitator occurred in the dryer after the process-related supply of cleaning water to the dryer.
  • the reason for the agglomerates and hardfacing are physical interactions in a boric acid-water mixture with a water content of between 5-25 Ma% at the atomic level, which means that the mixture is very sticky.
  • the boric acid falls through the chute (with the flap open) into the dryer. It's not too avoid boric acid flakes sticking to the wall of the chute. These must be removed at regular intervals.
  • the flap between the decanter and dryer is closed and the area of the chute above the flap is flushed with water via a (flushing) nozzle.
  • the flushing water with the boric acid flakes collects on the flap.
  • a flushing water line is connected there, preferably with a switchable 2/2-way valve. If required, the rinsing water is conveyed via the rinsing water line by a pump into a small, heatable container with an agitator.
  • the rinsing water in the container is pumped into an evaporator and thereby fed back into the process.
  • the dryer preferably includes an agitator to prevent the formation of agglomerates and hardfacing/adhesion to the inner wall of the dryer.
  • the agitator is equipped with piling rings. They help to remove build-up of boric acid crystals.
  • the rumble rings are rings, mostly made of metal, which run along on the shaft of the agitator during operation. By running along, the rumble rings are moved and knock off hardfacings of boric acid crystals on the shaft of the agitator.
  • the dried boric acid crystals are then crushed in a crusher, preferably a lump crusher, and filled in a bottling plant.
  • a crusher preferably a lump crusher
  • This filling can be done, for example, in 200 liter drums that are available on the market and can be stored in a normal landfill.
  • deionized light water is added to the suspension of mother liquor and boric acid crystals formed by vacuum evaporation after the crystallization of boric acid. Then the vacuum evaporation is continued.
  • the deionized light water is added after the first evaporation step according to the invention.
  • the system according to the invention and the method according to the invention are characterized in that they are relatively simple to implement. You do not need any auxiliary materials and there is no secondary waste. As a rule, the mother liquor is returned from the separator to the vacuum evaporator. Only condensate or water is formed during evaporation and drying. At the end of the drying process, there are also dry boric acid crystals. These can be filled into barrels.
  • the plant according to the invention and the method according to the invention are also characterized by relatively low investment and operating costs. Only relatively low demands are placed on the apparatus (vacuum evaporator, separator, dryer, crusher and filling station). Boric acid is not very aggressive. Therefore, the devices can be built with standard materials. During operation there are no high temperatures and pressures, so that too from the point of view of accident prevention and safety, the requirements for the apparatus are relatively low.
  • the system according to the invention comprises several apparatuses.
  • the method according to the invention comprises various steps. These are explained below with reference to the figures.
  • FIG 1 an embodiment of a system according to the invention is shown as a block diagram.
  • the boric acid-water mixture to be treated runs through the plant in the figure 1 left to right.
  • a first step I the boric acid/water mixture is concentrated in a vacuum evaporator 1 .
  • a 4.5% boric acid solution/a 4.5% boric acid/water mixture can be pumped into the vacuum evaporator 1 . There it is heated under a slight vacuum with the addition of thermal energy. Some of the water from the boric acid/water mixture evaporates and is drawn off. The deduction of the water vapor or the condensate is in the figure 1 marked with the arrow 3. The condensate is free of impurities or boric acid and can therefore either be discharged into the environment or used as a cleaning liquid.
  • two vacuum evaporators 1 are arranged parallel to one another, as in FIG figure 1 is shown.
  • the vacuum evaporators 1 are operated with a time delay, so that they alternately feed a separator 5 with a concentrated boric acid/water mixture. As a result, the vacuum evaporators 1 do not impede one another and the separator 5 is utilized more evenly.
  • both vacuum evaporators 1 are filled several times, for example three times, with a boric acid/water mixture in a cycle and run over the separator 5 .
  • the vacuum evaporator or evaporators 1 are preferably operated with a timer such that the temperature of the boric acid/water mixture is first raised to a temperature between 60° and 150°. This is done using suitable heating devices. By lowering the pressure to 50 to 500 mbar, the evaporation of water is promoted. Boric acid-water solution can be pumped into the vacuum evaporator 1 according to the mass of the vapor drawn off. This step is referred to as "evaporative crystallization". The first boric acid crystals are formed.
  • cooling crystallization As soon as the boric acid has been concentrated to a certain extent, the temperature inside the vacuum evaporator 1 is lowered to temperatures below 50.degree. This reduces the saturation point for the boric acid crystals in the suspension and more boric acid crystals are formed. This step is referred to as "cooling crystallization”.
  • the suspension or, at the beginning the boric acid-water mixture is moved continuously within the vacuum evaporator. This can be done with an agitator. If the boric acid crystals form too large agglomerates, they can clog the pipes and hose lines or not be conveyed out of the vacuum evaporator 1 at all.
  • the subsequent cooling crystallization preferably takes place at temperatures below 50.degree. C. to 10.degree.
  • the pressure in cooling crystallization is usually the same as in evaporative crystallization.
  • the cooling crystallization period is significantly shorter. In practice, values between 0.5 and 3 hours have proven suitable.
  • the boric acid-water mixture is turbulently mixed in the vacuum evaporators 1, for example by means of an agitator.
  • agitators Different designs can be used.
  • the suspension is then conveyed into the separator 5.
  • the separator 5 serves to separate the suspension into mother liquor and a solid phase (boric acid crystals). At the end of the separator 5 there are mother liquor and solid boric acid crystals.
  • the mother liquor can be returned to one of the vacuum evaporators 1 via a return line 7 .
  • vacuum evaporators 1 are two vacuum evaporators 1 parallel to each other. Both vacuum evaporators 1 are connected to a separator 5; it is also possible for three or more vacuum evaporators 1 to be arranged in parallel.
  • the three or more lines of vacuum evaporators 1 and separators 5 can be operated at different times, so that the boric acid crystals from the different lines can be fed to a dryer 9 at relatively short and regular intervals.
  • the boric acid crystals that are present at the end of the separation still have a relatively high residual moisture content of 5 to 50 percent by weight (% by weight). They are then dried in an optional dryer 9.
  • an agitator is provided in a preferred embodiment of the dryer 9 .
  • the agitator is preferably equipped with tamper rings. Pile rings help to break up the boric acid crystals that are building up, so that relatively small agglomerates are present inside the dryer 9 .
  • the piling rings are metal rings that run on a shaft of the agitator. By running along, the pile rings are moved and hit the ones that are forming Boric acid crystal plating on the agitator shaft.
  • Drying usually takes place at temperatures between 35°C and 90°C and a slight negative pressure (600 mbar to 980 mbar).
  • the duration of the drying process depends on the drying performance, the size and load of the dryer 9 and the desired residual moisture content. Durations of 7 hours to 14 hours have proven to be necessary in practice. At the end of the drying process, boric acid crystals with a residual moisture content of less than 1% are conveyed out of the dryer 9 .
  • boric acid crystals are also crushed in an optional crusher 11 so that they can be conveyed to a bottling plant 13, preferably pneumatically. There they can be filled automatically, semi-automatically or manually into barrels or other containers.
  • the process according to the invention is very simple to carry out, there is no secondary waste and the demands on the apparatus are relatively low because overpressures are not used and the temperatures are in ranges which are easy to handle.
  • a first step 101.1 the boric acid/water mixture is concentrated by evaporation and removal of the vapor in the vacuum evaporators 1.
  • This first step 101.1 is also referred to as evaporative crystallization.
  • the cooling crystallization takes place later in time (likewise in the vacuum evaporators) in a step 101.2. This means that cooling the suspension of mother liquor and solid boric acid crystals reduces the saturation limit and as a result more boric acid crystals are precipitated.
  • the evaporative crystallization and the cooling crystallization are carried out while stirring the liquid to prevent the attachment of boric acid crystals and to make the heat distribution in the vacuum evaporators 1 uniform.
  • the boric acid/water mixture concentrated in the vacuum evaporators 1 is passed through the separator 5 after a certain concentration has been reached.
  • Both vacuum evaporators are operated at different times, so that the separator 5 is utilized evenly.
  • the time offset is in the figure 2 illustrated by the fact that the partial steps 101.1 and 101.2 of the two vacuum evaporators 1 are shown at different heights.
  • the number "n" of fillings of the vacuum evaporators 1 in a cycle can be 1, 2, 3, 4 or even more, depending on the size ratios and the other process parameters.
  • the suspension is separated into mother liquor and boric acid crystals by centrifugation, preferably in a decanter.
  • steps 101.1 and 101.2 can be carried out in parallel in several strands, as in the figure 2 is indicated. If the various strands are operated at different times, the separator 5 is fed relatively evenly in batches and solid boric acid crystals are discharged relatively evenly from the separator 5. The solid boric acid crystals are first dried in a dryer 9 (see figure 1 ) collected and then dried.
  • the moisture content of the boric acid crystals is reduced to less than 1%, for example.
  • the agitator is preferably provided with piling rings which continuously ensure that no adhesions form on the agitator shaft.
  • the agitator in turn means that also on the inside of the dryer 9 (see figure 1 ) no buildup occurs.
  • a method step 111 the boric acid crystals from the preceding method step 15 are crushed. This improves and simplifies the transport and handling of the boric acid crystals.
  • the boric acid crystals are filled into suitable containers.
  • the directional control valves 6 are preferably closed in the normal position. They are only opened to allow the controlled supply of deionized light water from the 4 in to allow one or both of the vacuum evaporators 1. When a relatively small amount of deionized light water is to be added to one of the vacuum evaporators 1, the corresponding directional control valve 6 is briefly opened until the desired amount has entered the vacuum evaporator 1.
  • the changes compared to the first exemplary embodiment relate to the process of vacuum evaporation. It is possible in the second embodiment to add a small amount of deionized light water to the vacuum evaporator after the first process step of vacuum evaporation (101.1). This method step is represented by block 102.1. The vacuum evaporation 101.1 in the vacuum evaporator 1 is then continued.
  • two vacuum evaporators can be operated in parallel, but preferably at different times.
  • the additional process steps "adding deionized light water" 102.1 and 102.2 are shown.
  • the parameters for tritium depletion are estimated from the data obtained so far: At the end of the vacuum evaporation, about 550 kg of the boric acid solution has passed through the evaporator. Assuming a 4.5% boric acid solution, there are then approx. 25 kg of boric acid in the vacuum evaporator, and approx. 525 kg of water were removed from the system via vacuum evaporation. Before this boric acid slurry is transferred to the decanter, for example, 5 times 20 kg of deionized light water are added and this is removed again in five evaporation steps (ie evaporated). Only then is the boric acid slurry transferred to the decanter. The multiple addition of smaller amounts of deionized light water instead of adding the entire amount in one step is due to the fact that the fractional application by the multiple addition of tritium-free water makes the tritium depletion significantly more effective according to the laws of partition equilibrium.
  • this option is indicated by reference numerals 15 and 17.
  • 15 designates a line which allows boric acid crystals to be returned to the evaporator.
  • Designated at 17 is a line for adding light deionized water allows. In the flow charts ( figures 2 and 4 ) this option is not shown for reasons of clarity.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

Es werden eine Anlage und ein Verfahren zum Abscheiden und Aufbereiten von Borsäure aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch vorgeschlagen. Die Erfindung ist sehr effektiv, erfordert keine Hilfsstoffe und erzeugt keine Sekundärabfälle. Außerdem ist sie gut automatisierbar und ungefährlich zu betreiben.Die Anlage dient der Behandlung von Radioaktiven Stoffen / Kontamination und ist zum Betrieb im Kontrollbereich einer kerntechnischen Anlage geeignet.

Description

  • In Druckwasserreaktoren wird u. a. ein Gemisch aus Borsäure und Wasser als Neutronenabsorber zur Regelung der Kettenreaktion verwandt. Wenn der Druckwasserreaktor außer Betrieb genommen wird, muss die in ihm enthaltene Borsäure bzw. das Borsäure-Wasser-Gemisch entsorgt werden. In der Vergangenheit war es möglich, die radiologisch unbelastete Borsäure stark verdünnt in ein Gewässer abzugeben und sich dadurch der Borsäurelösung zu entledigen. Aus Gründen des Umweltschutzes ist diese Option heutzutage nicht mehr gewünscht bzw. nicht mehr genehmigungsfähig.
  • Daher stehen die mit dem Rückbau von Kernkraftwerken befassten Unternehmen vor der Aufgabe, das Borsäure-Wasser-Gemisch in Übereinstimmung mit den geltenden Gesetzen und Richtlinien umweltschonend, wirtschaftlich und sicher aufzubereiten bzw. für eine Deponierung oder Wiederverwendung vorzubereiten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anlage zum Abscheiden von Borsäurekristallen mit radioaktiver Kontamination aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch umfassend mindestens einen Vakuumverdampfer zur Aufkonzentration des Borsäure-Wasser-Gemischs zu einer Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen und mindestens einem Separator zur Separation der Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen.
  • Bei dieser Anlage werden in zwei nacheinander angeordneten Apparaten (Vakuumverdampfer und Separator) feste Borsäurekristalle aus dem Borsäure-Wasser-Gemisch abgetrennt. In einem ersten Schritt wird das Borsäure-Wasser-Gemisch aufkonzentriert, indem das Wasser in einem Vakuumverdampfer teilweise verdampft und abgezogen wird. Das dabei entstehende Kondensat ist in der Regel frei von Verunreinigungen und kann daher als Reinigungsflüssigkeit oder in anderer Weise unbedenklich weiterverwendet werden. Wenn kein Bedarf besteht, kann es auch in die Kanalisation geleitet werden.
  • Durch das Verdampfen von Wasser nimmt die Konzentration der Borsäure in dem Borsäure-Wasser-Gemisch zu. Ab einer bestimmten Konzentration entstehen (feste) Borsäurekristalle, die zusammen mit der verbleibenden Flüssigkeit eine Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen bilden. Diese Suspension wird in einem nachgeschalteten Separator in die Mutterlösung und die Kristalle separiert. Das Borsäure-Wasser-Gemisch kann Verunreinigungen enthalten. Der Großteil dieser Verunreinigungen verbleibt in der Mutterlösung, so dass in den Borsäurekristallen nur wenig oder sogar keine nennenswerte Menge an Verunreinigung vorhanden ist. Die Verunreinigungen in der Mutterlösung werden radiologisch gemessen. Überschreitet der Aktivitätsgehalt der Verunreinigungen in der Mutterlösung einen festgelegten Grenzwert, wird die Lösung an das Kraftwerk zurückgegeben und über den betrieblichen Entsorgungsweg für radioaktive Abwässer entsorgt.
  • Die erfindungsgemäße Anlage dient zur Behandlung von radioaktiven Stoffen bzw. kontaminierter Borsäure; sie hat einen gewissen Reinigungseffekt bezogen auf die Radioaktivität. Dadurch kann wird ein Großteil der kontaminierten Borsäure in Fraktionen aufgetrennt werden, die nicht mehr radioaktiv kontaminiert sind und entweder einer weiteren Verwendung zugeführt oder auf einer normalen Deponie gelagert werden können. Die erfindungsgemäße Anlage ist zum Aufbau und Betrieb im Kontrollbereich einer kerntechnischen Anlage geeignet; wie zum Beispiel eines Kernkraftwerks, das rückgebaut wird.
  • Obwohl die Borsäurekristalle noch eine Restfeuchtigkeit aufweisen, ist es schon ein Feststoff, der sich gut von der Mutterlösung trennen lässt. Das Ausgangsprodukt, ein Borsäure-Wasser-Gemisch, kann in eine mehr oder minder verunreinigte Mutterlösung und feste, gereinigte Borsäurekristalle getrennt werden.
  • Dabei entstehen keine Sekundärabfälle und es werden keine Zusatzstoffe benötigt, um die gewünschte Abscheidung der Borsäurekristalle zu erreichen. Die Mutterlösung kann in einen Vakuumverdampfer zurückgeführt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die radioaktiven Bestandteile des Borsäure-Wasser-Gemischs in der Mutterlösung konzentriert. Anders ausgedrückt: Die anderen Fraktionen sind radioaktiv gereinigt, bzw. deren Kontamination wird signifikant reduziert. Der bei der Verdampfung abgezogene Wasserdampf (Brüden) und die Borsäure-Kristalle weisen keine oder nur eine sehr geringe Radioaktivität auf, so dass sie entweder wiederverwendet oder als "gewöhnlicher" Abfall entsorgt werden können.
  • Der Bildung von Agglomeraten und Anlagerungen von Borsäurekristallen an der Innenwand des Verdampfers kann durch eine geeignete Prozessführung entgegengewirkt werden.
  • In dem Verdampfer ist bevorzugt ein Rührwerk vorhanden, das für eine gute Durchmischung während der Verdampfung sorgt. Trotz dieser Durchmischung entstehen die oben genannten Agglomerate und Anlagerungen, deren Dicke und Volumen während des Verdampfungsprozesses zunimmt. Der Verdampfungsprozess wird rechtzeitig beendet, d. h. bevor die Dicke der Anlagerungen zu groß wird, und das Gemisch aus konzentrierter Mutterlösung und Borsäurekristallen wird aus dem Verdampfer abgeführt.
  • Anschließend wird der Verdampfer wieder mit "frischem" Borsäure-Wasser-Gemisch mit einer niedrigeren Konzentration an Borsäure gefüllt. Dieses Borsäure-Wasser-Gemisch löst die bei dem vorangegangenen Verdampfungsprozess entstandenen Ablagerungen von den Innenwänden.
  • Dadurch wird erreicht, dass die sich bildenden Borsäurekristalle nicht an der Innenwand des Vakuumverdampfers und dem optionalen Rührwerk anlagern und die Innenflächen des Vakuumverdampfers nicht mit einer zu dicken Schicht aus Borsäurekristallen überzogen werden. Beides ist unerwünscht, weil es die Effektivität des Verdampfers reduziert und die Agglomerate zu Verstopfungen, sowie einem Zusetzen der im Verdampfer installierten Messtechnik (Füllstandsgrenzschalter, Temperatursensoren, ...) führen können.
  • Der Vakuumverdampfer wird bevorzugt so gesteuert, dass die Verdampfung von Wasser in zwei Stufen erfolgt. In einem ersten Schritt wird die Borsäurelösung auf 60 bis 150° unter bei reduzierten Drücken (50 bis 500 mbar) aufgeheizt und von dem Rührwerk durchmischt. Das verdampfende Wasser bzw. der Wasserdampf werden kontinuierlich abgezogen und die Borsäurelösung auf beispielsweise bis zu 25 Gewichts-Prozent (Ma-%) aufkonzentriert. Das dabei entstehende Kondensat wird abgeführt oder kann für Reinigungszwecke innerhalb des Prozesses wiederverwendet werden. Entsprechend der Menge des abgezogenen Wasserdampfs wird dem Verdampfungsprozess neues unbehandeltes Borsäure-Wasser-Gemisch zugeführt. Dadurch kann eine größere Menge an Borsäure-Wasser-Gemisch verdampft werden als das Volumen des Vakuum-Verdampfers. Das erhöht die Verdampfungsleistung gegenüber einem herkömmlichen Vakuum-Verdampfer, der im reinen Batch-Betrieb gefahren wird.
  • Außerdem baut der Vakuum-Verdampfer sehr kompakt. Die Absenkung des Drucks (Erzeugen eines Vakuums) und das Beheizen werden dadurch einfacher und effizienter.
  • Sobald die gewünschte Konzentration der Borsäure in dem konzentrierten Borsäure-Wasser-Gemisch erreicht wurde, wird die Temperatur in dem Vakuumverdampfer reduziert, beispielsweise auf Temperaturen unterhalb von 50°C. Mit der niedrigeren Temperatur sinkt auch die Sättigungsgrenze für die Borsäurekristalle, so dass durch die Abkühlung des konzentrierten Borsäure-Wasser-Gemischs weitere Borsäurekristalle entstehen und gebildet werden.
  • Am Ende dieses bevorzugt zweistufigen Verdampfungsprozesses bildet sich eine Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen.
  • Diese Suspension wird in einem Separator in eine flüssige Phase (Mutterlösung) und eine feste Phase (Borsäurekristalle) getrennt. Der Wasseranteil in den Borsäurekristallen, beträgt in der Regel zwischen 5 und 50 Gewichts-Prozent (Ma%).
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese Separation durch eine Zentrifuge bzw. einen Dekanter erfolgt. Am Ausgang des Separators sind die Borsäurekristalle von der Mutterlösung getrennt und können in einem (Nach-)Trockner weiter getrocknet werden. Die Borsäurekristalle am Ausgang des Separators haben eine Restfeuchte (Wasseranteil in der Feststoffphase) zwischen 5 und 50 Gewichts-Prozent (Ma%).
  • Die feste Phase (Borsäurekristalle) fällt bevorzugt aufgrund der Schwerkraft in den Trockner.
  • Der (Nach-)Trockner wird zwischen vier und zehn Mal mit der festen Phase aus einem Separator beschickt. Ein Fassungsvermögen des Trockners zwischen 100 kg und 300 kg ist in vielem Fällen geeignet. Die Trocknung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen zwischen 35 und 90°C und leichtem Unterdruck (zwischen 600 und 980 mbar) bis eine Restfeuchte von. 1 % bis 10 % erreicht ist. Danach kann die pneumatische und optional durch die Schwerkraft unterstützte Abfüllung der Borsäure über einen optionalen Knollenbrecher mit nachgelagerter Abfüllanlage in einen Standard-Behälter oder auf andere Weise erfolgen. Ein sehr gut geeigneter Standard-Behälter ist zum Beispiel ein 200-Liter-Fass.
  • Die Mutterlösung kann in den Verdampfer zurückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Rückführleitung für die Mutterlösung zwischen dem mindestens einen Separator und mindestens einem Vakuumverdampfer vorgesehen.
  • Bevor die Mutterlösung in den Vakuumverdampfer zurückgeführt wird, wird in der Regel die Dosisleistung der Mutterlösung ermittelt. Nur wenn der Aktivitätsgehalt unterhalb eines festgelegten Grenzwerts liegt, wird die Mutterlösung wieder in den Vakuumverdampfer zurückgeführt. Andernfalls wird die Mutterlösung über den betrieblichen Entsorgungsweg für radioaktive Abwässer entsorgt.
  • Die feuchten Borsäurekristalle mit einem Wasseranteil zwischen 5 und 50 Gewichts-Prozent werden in bevorzugter Ausgestaltung anschließend einem Trockner zugeführt. Dort werden die Borsäurekristalle chargenweise getrocknet. Dabei haben sich Temperaturen zwischen 35°C und 90°C als geeignet erwiesen. Um den Trocknungsprozess zu befördern, ist ein leichter Unterdruck in einem Bereich von 600 mbar bis 980 mbar vorteilhaft.
  • In den nunmehr endgetrockneten Borsäurekristallen können Verklumpungen entstehen. Um die Handhabung der Borsäurekristalle zu vereinfachen, werden sie in einem Brecher, bevorzugt einem Knollenbrecher, homogenisiert. Dadurch werden der Transport der getrockneten Borsäurekristalle zu einer Abfüllstation und deren Abfüllen in Fässer oder andere Behälter vereinfacht. Dieser Transport kann beispielsweise pneumatisch erfolgen.
  • In der Abfüllstation werden die getrockneten Borsäurekristalle in geeignete Behälter abgefüllt und diese dann verschlossen. Es hat sich als praktisch erwiesen, wenn die Borsäurekristalle in standarisierte Stahlfässer (mit einem Fassungsvermögen von zum Beispiel 200 l) abgefüllt werden. Die gefüllten Fässer werden anschließend verschlossen und können gelagert werden. Die getrockneten Borsäurekristalle können, abhängig von der Beschaffenheit des Borsäure-Wasser-Gemisches noch radiologisch verunreinigt sein. Gemäß Strahlenschutzverordnung (StrlschV) ist eine uneingeschränkte Freigabe für feste und flüssige Stoffe nach Spalte 3 oder eine spezifische Freigabe für festen Stoff bis zu 100 Mg/a nach Spalte 8 zur Beseitigung/Lagerung auf einer Deponie vorstellbar. Es ist aber auch eine uneingeschränkte Wiederverwertung der getrockneten Borsäurekristalle oder eine Verwendung in anderen kerntechnischen Anlagen möglich.
  • Um die Radioaktivität der in der erfindungsgemäßen Anlage und/oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeschiedenen Borsäurekristalle weiter zu verringern, ist in vorteilhafter Weiterbildung vorgesehen, nachdem die eigentliche Verdampfung durchgeführt wurde, die erhaltenen Borsäurekristalle noch einmal aus deionisiertem Wasser umzukristallisieren und zwar in der vier- bis zwanzigfachen Leichtwassermenge bei Temperaturen zwischen 20 und 80 °C. Alternativ kann nach Abschluss der Vakuumverdampfung einmal oder bevorzugt in mehreren Schritten deionisiertes Wasser in den Vakuumverdampfer gegeben werden, wobei für einen einzigen Schritt die sechsfache Menge deionisierten leichten Wassers geeignet ist, bezogen auf die Menge der im Vakuumverdampfer befindlichen Menge an Borsäurekristallen, die nach Auflösung der Borsäure bei 70 °C wieder durch erneute Verdampfung abgezogen wird. Alternativ können auch mehrfach geringere Mengen an leichten deionisierten Wassers zugegeben werden jeweils gefolgt von der Verdampfung der zugegebenen Menge deionisierten Wassers bei 70 °C, wobei der mehrfach durchgeführte Gesamtschritt "Wasserzugabe und Vakuumverdampfung" bis zu zehnmal wiederholt wird. Es kann aber auch ausreichend sein, diesen Gesamtschritt nur zweimal, dreimal oder fünfmal zu wiederholen.
  • Durch die erfindungsmäße Zugabe deionisierten leichten Wassers kann die Tritiumaktivität der Borsäure durch Verschiebung des bestimmenden Verteilungsgleichgewichts gesenkt werden. Anders ausgedrückt: Nach Umkristallisation der Borsäure aus deionisiertem Wasser oder alternativ nach Zugabe mehrerer geringerer Mengen deionisierten Wassers in den Vakuumverdampfer jeweils gefolgt von Vakuumverdampfung der zugegebenen Leichtwassermengen ist die Tritiumaktivität der Borsäurekristalle geringer als zu Beginn, so dass die Radioaktivität der Borsäurekristalle verringert wird. Im Idealfall kann die Radioaktivität der Borsäurekristalle so weit abgesenkt werden, dass die Borsäurekristalle auf einer gewöhnlichen Deponie gelagert werden dürfen, oder dass bei Erreichung einer Radioaktivität, die geringer ist als der durch den Grenzwert bestimmten Wert, der eine uneingeschränkten Freigabe erlaubt, die kristallisierte Borsäure auch weiteren Verwendungen zugeführt werden kann.
  • Die Zugabe von deionisiertem leichten Wasser kann mit Hilfe einer Leitung und einem Wegeventil, bevorzugt einem 2/2-Wegeventil, erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zugabe des deionisierten leichten Wassers manuell vorzunehmen, indem der Vakuumverdampfer geöffnet und die gewünschte Menge von deionisiertem leichten Wasser in den Vakuumverdampfer geschüttet wird.
  • Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch das Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch 9.
  • Die Verfahrensansprüche 9 ff. umfassen die Verfahrensschritte, welche in der Anlage gemäß der Vorrichtungs-Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt werden. Daher sind die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch gleichzeitig die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage.
  • Ausgehend von einem Borsäure-Wasser-Gemisch wird ein Teil des Wassers durch Vakuum-Verdampfen abgezogen und dadurch die Konzentration der Borsäure erhöht (Verdampfungs-Kristallisation). Anschließend erfolgt eine weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen der Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen auf eine Temperatur von weniger als 50°C und mindestens 10°C. Durch die Abkühlung der Suspension sinkt die Sättigungsgrenze und infolgedessen werden weitere Borsäurekristalle gebildet (Kühlungskristallisation).
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verdampfungskristallisation bei einem Druck von 50 mbar bis etwa 500 mbar und bei Temperaturen von 60°C bis 150°C erfolgt. Dadurch werden die Entstehung von Aufpanzerungen an der Innenwand des Verdampfers und die Bildung von Agglomeraten von Borsäurekristallen auf einfache und wirkungsvolle Weise unterdrückt. Die Dauer der Verdampfungs-Kristallisation beträgt, abhängig von den o. g. Parametern und der Größe des Verdampfers zwischen 7 und 13 Stunden.
  • Die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen der Suspension erfolgt bevorzugt innerhalb des gleichen Druckbereichs und über eine Dauer von 0,5 bis 3 Stunden.
  • Bei der oben beschriebenen Verdampfungskristallisation bilden sich nach einer gewissen Zeit Borsäure-Agglomerate, welche die Vakuumverdampfer durch Anhaftung an den Innenwänden zusetzen (Aufpanzerungen). Diese Aufpanzerungen entstehen, da die Borsäurekonzentration bei der Verdampfung immer weiter ansteigt. Durch die Aufpanzerungen können Borsäure-Agglomerate entstehen, die ggf. den Vakuumverdampfer, sowie ein Zusetzen der Messtechnik (Füllstandgrenzschalter, Temperatursensoren, ...) bewirken, die Rohr- und Schlauchleitungen verstopfen und zum Abbruch des automatischen Prozesses führen. Die Ausfällung von Borsäure verstärkt sich nochmals bei der Kühlungskristallisation.
  • Zu große Borsäure-Agglomerate können nicht aus dem Vakuumverdampfer und zum Separator gefördert werden. Außerdem ist der Separator auf die Behandlung bzw. Trennung der flüssigen und festen Phase der Borsäuresuspension ausgelegt.
  • Durch die oben genannten Parameter (Temperatur, Druck und/oder Zeit) kann ein Anhaften der sich bildenden (feuchten) Borsäurekristalle an der Innenwand des Vakuumverdampfers und den Heizeinrichtungen wirkungsvoll verhindert werden.
  • Anschließend wird die Suspension in eine feste Phase, nämlich Borsäurekristalle, und eine flüssige Phase (Mutterlösung) getrennt. Die Mutterlösung kann in der Regel in den Vakuumverdampfer zurückgeführt werden. Die Borsäurekristalle weisen noch eine gewisse Rechtfeuchtigkeit auf, die in einem nachgelagerten optionalen Trocknungs-Schritt weiter reduziert werden kann.
  • Die Trennung der Suspension in Mutterlösung und eine feste Phase, nämlich den Borsäurekristallen, erfolgt bevorzugt durch Zentrifugieren. Dekanter haben sich als besonders geeignet erwiesen. Allerdings können auch andere Bauarten von Zentrifugen eingesetzt werden.
  • Um das Verfahren möglichst effektiv und ohne dass Reststoffe anfallen durchführen zu können, wird die bei der Separation anfallende Mutterlösung wieder in den Vakuumverdampfer zurückgeführt, wenn ihre Dosisleistung unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt. Wenn die Dosisleistung oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, kann die Mutterlösung nicht wieder in den Vakuumverdampfer zurückgeführt werden, sondern muss gesondert entsorgt werden. Dies ist jedoch in der Regel nicht der Fall.
  • Das Endprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfüllt in der Regel die Kriterien zur uneingeschränkten radiologischen Freigabe oder zur spezifischen radiologischen Freigabe zur Entsorgung auf der Deponie.
  • Zur Trocknung der Borsäurekristalle haben sich Temperaturen zwischen 35°C und 90°C sowie Drücke in einem Bereich zwischen 600 mbar und 980 mbar als geeignet erwiesen. In der Regel ist die Trocknungsdauer mit 7 bis 14 Stunden anzusetzen. Dadurch wird die Neigung der Borsäurekristalle reduziert, sich an den Innenwänden des Trockners anzulagern und/oder große Klumpen zu bilden.
  • Die feste Phase der Borsäure fällt nach der Separation aufgrund der Schwerkraft in den Trockner. Im Rahmen von Versuchen kam es im Trockner zu einer starken AgglomeratBildung und zu Aufpanzerungen am Rührwerk nach der prozessbedingten Zuführung von Reinigungswasser in den Trockner. Grund für die Agglomerate und Aufpanzerungen sind physikalische Wechselwirkungen in einem Borsäure-Wasser-Gemisch bei einem Wasseranteil zwischen 5-25 Ma% auf atomarer Ebene, die dazu führen, dass die Mischung sehr klebrig ist.
  • Zwischen Dekanter und Nachtrockner ist ein im Wesentlichen vertikaler Fallschacht. In diesem Fallschacht ist möglichst weit unten eine steuerbare Klappe angeordnet.
  • Die Borsäure fällt beim Dekantieren durch den Fallschacht (bei geöffneter Klappe) in den Trockner. Dabei ist es nicht zu vermeiden, dass Borsäureflocken an der Wand des Fallschachts hängen bleiben. Diese müssen in regelmäßigen Abständen entfernt werden.
  • Hierzu wird die Klappe zwischen Dekanter und Trockner geschlossen und der oberhalb der Klappe befindliche Bereich des Fallschachts über eine (Spül-)Düse mit Wasser gespült. Das Spülwasser mit den Borsäureflocken sammelt sich auf der Klappe. Dort ist eine Spülwasserleitung, bevorzugt mit einem schaltbaren 2/2-Wegeventil, angeschlossen. Über die Spülwasserleitung wird das Spülwasser bei Bedarf von einer Pumpe in einen kleinen beheizbaren Behälter mit Rührwerk gefördert.
  • Im nächsten Dekantierschritt, wird das in dem Behälter befindliche Spülwasser in einen Verdampfer gefördert und dadurch in den Prozess zurückgeführt.
  • Der Trockner umfasst bevorzugter Weise ein Rührwerk, um die Bildung von Agglomeraten und Aufpanzerungen/Anhaftungen an der Innenwand des Trockners zu verhindern.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Rührwerk mit Polterringen ausgestattet wird. Sie tragen dazu bei, dass sich aufbauende Anhaftungen von Borsäurekristallen entfernt werden. Die Polterringe sind Ringe, meist aus Metall, welche auf der Welle des Rührwerks im Betrieb mitlaufen. Durch das Mitlaufen werden die Polterringe bewegt und schlagen Aufpanzerungen von Borsäurekristallen an der Welle des Rührwerks ab.
  • Die getrockneten Borsäurekristalle werden anschließend in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung in einem Brecher, bevorzugt einem Knollenbrecher, zerkleinert und in einer Abfüllanlage abgefüllt. Dieses Abfüllen kann beispielsweise in am Markt verfügbaren 200-Liter-Fässern erfolgen, die in einer normalen Deponie gelagert werden können.
  • Zur Verringerung der Radioaktivität der Borsäurekristalle am Ende des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen sein, dass der nach der Kristallisation von Borsäure durch Vakuumverdampfen entstandenen Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen deionisiertes leichtes Wasser zugegeben wird. Anschließend wird die Vakuumverdampfung fortgesetzt.
  • Dies bedeutet, dass nach dem ersten erfindungsgemäßen Verdampfungsschritt das deionisierte leichte Wasser zugegeben wird. Alternativ ist es auch möglich, nach dem zweiten Verdampfungsschritt, nämlich der weiteren Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen der Suspension aus Mutterlösung und Borsäurekristallen deionisiertes leichtes Wasser zugegeben wird.
  • Anschließend wird dann die Vakuumverdampfung fortgesetzt. Es ist auch möglich, sowohl nach dem Vakuumverdampfen als auch nach der weiteren Kristallisation von Borsäure in zwei verschiedenen Schritten das deionisierte leichte Wasser zuzugeben.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zugabe von deionisiertem leichten Wasser und die anschließende Verdampfung mehrfach durchgeführt werden. Es ist effektiver im Sinne einer Verschiebung der Tritiumaktivität der Borsäurekristalle, wenn nicht die gesamte Menge an deionisiertem leichtem Wasser auf einmal zugegeben wird, sondern wenn immer wieder in kleinen Mengen deionisiertes leichtes Wasser zugegeben und anschließend wieder verdampft wird.
  • Es konnte bei Versuchen festgestellt werden. dass die Radioaktivität der Borsäurekristalle von mehr als 200 Becquerel/Gramm durch die Zugabe von leichtem Wasser in einem oder mehreren Schritten auf unter 200 Becquerel/Gramm Tritium (H3; leichtes Wasser) verringert werden konnte. Gleichzeitig wird auch die Radioaktivität von des vorhandenen Kobalts 60 (Co-60) reduziert.
  • Die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass sie relativ einfach in der Durchführung sind. Sie benötigen keine Hilfsstoffe und es entstehen keine Sekundärabfälle. In der Regel wird die Mutterlösung vom Separator wieder in den Vakuumverdampfer zurückgeführt. Beim Verdampfen und bei der Trocknung entsteht nur Kondensat bzw. Wasser. Am Ende des Trocknungsprozesses liegen darüber hinaus trockene Borsäure-Kristalle vor. Diese können in Fässer abgefüllt werden.
  • Daneben zeichnen sich die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren auch durch relativ geringe Investitions- und Betriebskosten aus. An die Apparate (Vakuumverdampfer, Separator, Trockner, Brecher und Abfüllstation) werden nur relativ geringe Anforderungen gestellt. Borsäure ist nicht sehr aggressiv. Daher können die Apparate mit Standardwerkstoffen gebaut werden. Beim Betrieb entstehen keine hohen Temperaturen und Drücke, so dass auch unter dem Gesichtspunkt der Unfallverhütung und Sicherheit die Anforderungen an die Apparate relativ gering sind.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
    • Zeichnung
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    Eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage;
    Figur 2:
    ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Figur 3:
    Eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage und
    Figur 4:
    ein Ablaufdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
  • Die erfindungsgemäße Anlage umfasst mehrere Apparate. In entsprechender Weise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren verschiedene Schritte. Diese werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert.
  • In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage als Blockschaltbild dargestellt. Das zu behandelnde Borsäure-Wasser-Gemisch durchläuft die Anlage in der Figur 1 von links nach rechts.
  • In einem ersten Schritt I wird das Borsäure-Wasser-Gemisch in einem Vakuumverdampfer 1 aufkonzentriert. Beispielsweise kann eine 4,5%-ige Borsäurelösung/ein 4,5%-iges Borsäure-Wasser-Gemisch in den Vakuumverdampfer 1 gefördert werden. Dort wird es unter einem leichten Vakuum unter Zuführung von thermischer Energie erhitzt. Ein Teil des Wassers aus dem Borsäure-Wasser-Gemisch verdampft und wird abgezogen. Der Abzug des Wasserdampfs bzw. des Kondensats ist in der Figur 1 mit dem Pfeil 3 gekennzeichnet. Das Kondensat ist frei von Verunreinigungen oder Borsäure und kann daher als entweder in die Umgebung abgegeben oder als Reinigungsflüssigkeit weiterverwendet werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Vakuumverdampfer 1 parallel zueinander angeordnet, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist. Die Vakuumverdampfer 1 werden zeitversetzt betrieben, so dass sie abwechselnd einen Separator 5 mit einem aufkonzentrierten Borsäure-Wasser-Gemisch beschicken. Dadurch behindern sich die Vakuumverdampfer 1 nicht gegenseitig und der Separator 5 wird gleichmäßiger ausgelastet.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn beide Vakuumverdampfer 1 in einem Zyklus mehrfach, zum Beispiel dreimal, mit Borsäure-Wasser-Gemisch befüllt und über den Separator 5 gefahren werden.
  • Der oder die Vakuumverdampfer 1 werden mit einer Zeitsteuerung bevorzugt so betrieben, dass zunächst die Temperatur des Borsäure-Wasser-Gemischs auf eine Temperatur zwischen 60° und 150° angehoben wird. Das geschieht durch geeignete Heizeinrichtungen. Durch das Absenken des Drucks auf 50 bis 500 mbar, wird die Verdampfung von Wasser gefördert. Entsprechend der Masse des abgezogenen Dampfs kann Borsäure-Wasser-Lösung in den Vakuumverdampfer 1 gefördert werden. Dieser Schritt wird als "Verdampfungs-Kristallisation" bezeichnet. Dabei bilden sich erste Borsäurekristalle.
  • Sobald eine gewisse Aufkonzentration der Borsäure erfolgt ist, wird die Temperatur im Inneren des Vakuumverdampfers 1 abgesenkt auf Temperaturen unterhalb von 50°C. Dadurch wird die Sättigungsgrenze für die Borsäurekristalle in der Suspension reduziert und es werden weitere Borsäurekristalle gebildet. Dieser Schritt wird als "Kühlungs-Kristallisation" bezeichnet.
  • Um zu verhindern, dass sich die Borsäurekristalle zu großen Brocken agglomerieren oder sich an der Innenfläche des Vakuumverdampfers anhaften, ist es vorteilhaft, wenn die Suspension bzw. zu Beginn das Borsäure-Wasser-Gemisch innerhalb des Vakuumverdampfers kontinuierlich bewegt wird. Dies kann durch ein Rührwerk erfolgen. Wenn nämlich die Borsäurekristalle zu große Agglomerate bilden, dann können diese die Rohrleitungen und Schlauchleitungen verstopfen oder gar nicht aus dem Vakuumverdampfer 1 herausgefördert werden.
  • Es hat sich bei praktischen Versuchen herausgestellt, dass das Problem von zu großen Agglomeraten und Anhaftungen der Borsäurekristalle minimiert wird, wenn die Verdampfungskristallisation bei Temperaturen zwischen 60° bis 150° und Drücken zwischen 50 mbar und 500 mbar erfolgt. Die Zeitdauer ist dann letztendlich eine Frage der Größe des oder der Vakuumverdampfer 1 und der Heizleistung. Außerdem wird die Zeitdauer auch von dem gewünschten Maß an Feststoffen in der Suspension bestimmt.
  • In praktischen Versuchen haben sich 7 bis 13 Stunden als geeignet erwiesen. Die anschließende Kühlungskristallisation erfolgt bevorzugt bei Temperaturen unterhalb von 50°C bis 10°C. Der Druck bei der Kühlungskristallisation ist in der Regel der gleiche wie bei der Verdampfungskristallisation. Die Zeitspanne der Kühlungskristallisation ist deutlich geringer. In der Praxis haben sich Werte zwischen 0,5 bis 3 Stunden als geeignet erwiesen.
  • Vorteilhafterweise wird das Borsäure-Wasser-Gemisch in den Vakuumverdampfern 1, zum Beispiel mittels eines Rührwerks, turbulent durchmischt. Es können verschiedene Bauarten von Rührwerken zum Einsatz kommen.
  • Anschließend wird die Suspension in den Separator 5 gefördert. Der Separator 5 dient dazu, die Suspension in Mutterlösung und eine feste Phase (Borsäurekristalle) zu trennen. Am Ende des Separators 5 liegen also Mutterlösung und feste Borsäurekristalle vor. Die Mutterlösung kann über eine Rückführleitung 7 in einen der Vakuumverdampfer 1 zurückgeführt werden.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Vakuumverdampfer 1 parallel zueinander. Beide Vakuumverdampfer 1 sind mit einem Separator 5 verbunden; es können auch drei oder mehr Vakuumverdampfer 1 parallel angeordnet werden.
  • Außerdem können die drei oder mehr Stränge von Vakuumverdampfern 1 und Separatoren 5 zeitlich versetzt zueinander betrieben werden, so dass in relativ kurzen und gleichmäßigen Intervallen die Borsäurekristalle aus den verschiedenen Strängen einem Trockner 9 zugeführt werden können.
  • Die Borsäurekristalle, die am Ende der Separation vorliegen, haben noch einen relativ hohen Restfeuchtegehalt von 5 bis 50 Gewichts-Prozent (Ma-%). Sie werden anschließend in einem optionalen Trockner 9 getrocknet.
  • Wenn sich in dem Trockner 9 noch Flüssigkeit befindet, dann entstehen sehr große Agglomerate und Anhaftungen am Rührwerk des Trockners. Daher sollte vermieden werden, dass Wasser in den Trockner 9 gelangt.
  • Um die Agglomeration und das Anhaften von Borsäurekristallen während der Trocknung zu verhindern, ist in bevorzugter Ausgestaltung des Trockners 9 ein Rührwerk vorgesehen. Das Rührwerk ist bevorzugt mit Polterringen ausgestattet. Polterringe tragen dazu bei, die sich aufbauenden Borsäurekristalle zu zerschlagen, so dass relativ kleine Agglomerate im Inneren des Trockners 9 vorliegen.
  • Die Polterringe sind metallische Ringe, welche auf einer Welle des Rührwerks mitlaufen. Durch das Mitlaufen werden die Polterringe bewegt und schlagen die sich bildenden Aufpanzerungen aus Borsäurekristallen an der Welle des Rührwerks ab.
  • Die Trocknung findet in der Regel bei Temperaturen zwischen 35°C und 90°C sowie einem leichten Unterdruck (600 mbar bis 980 mbar) statt.
  • Die Dauer des Trocknungsvorgangs hängt von der Trocknungsleistung, der Größe und Beladung des Trockners 9 und dem gewünschten Restfeuchteanteil ab. Dauern von 7 Stunden bis 14 Stunden haben sich in der Praxis als erforderlich herausgestellt. Am Ende des Trocknungsvorgangs werden Borsäurekristalle mit einem Restfeuchtegehalt von weniger als 1% aus dem Trockner 9 gefördert.
  • In einem optionalen Brecher 11 werden diese Borsäurekristalle noch zerkleinert, so dass sie - bevorzugt pneumatisch - zu einer Abfüllanlage 13 gefördert werden können. Dort können sie automatisch, halbautomatisch oder manuell in Fässer oder andere Behälter abgefüllt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr einfach in der Durchführung, es entstehen keine Sekundärabfälle und auch die Anforderungen an die Apparate sind relativ gering, weil nicht mit Überdrücken gearbeitet wird und auch die Temperaturen in Bereichen liegen, die einfach zu handhaben sind.
  • Selbstverständlich kann diese Anlage entsprechend den Anforderungen nahezu beliebig skaliert werden. Es können beispielsweise zwei oder mehr Vakuumverdampfer 1 und Separatoren 5 parallelgeschaltet werden.
  • Anhand der Figur 2 wird der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals illustriert und veranschaulicht. Auch hier werden zwei parallelgeschaltete Vakuumverdampfer und ein Separator zugrunde gelegt.
  • In einem ersten Schritt 101.1 erfolgt die Aufkonzentration des Borsäure-Wasser-Gemischs durch eine Verdampfung und Abzug des Dampfs in den Vakuumverdampfern 1. Dieser erste Schritt 101.1 wird auch als Verdampfungskristallisation bezeichnet. Zeitlich nachgeschaltet erfolgt (ebenfalls in den Vakuumverdampfern) in einem Schritt 101.2 die Kühlungskristallisation. Das bedeutet, dass durch Abkühlen der Suspension aus Mutterlösung und festen Borsäurekristallen die Sättigungsgrenze reduziert und infolgedessen noch weitere Borsäurekristalle ausgeschieden werden. Die Verdampfungskristallisation und die Kühlungskristallisation erfolgen unter Rühren der Flüssigkeit, um das Anhaften von Borsäurekristallen zu verhindern sowie eine gleichmäßige Wärmeverteilung in den Vakuumverdampfern 1 herzustellen.
  • Das in den Vakuumverdampfern 1 aufkonzentrierte Borsäure-Wasser-Gemisch wird nach Erreichen einer bestimmten Konzentration über den Separator 5 gefahren.
  • Beide Vakuumverdampfer werden zeitlich versetzt betrieben, so dass sich eine gleichmäßige Auslastung des Separators 5 ergibt. Der zeitliche Versatz ist in der Figur 2 dadurch veranschaulicht, dass die Teilschritte 101.1 und 101.2 der beiden Vakuumverdampfern 1 auf verschiedenen Höhen dargestellt sind.
  • Die Zahl "n" der Befüllungen der Vakuumverdampfer 1 in einem Zyklus kann 1, 2, 3 4, oder auch mehr betragen, je nach den Größenverhältnissen und den sonstigen Prozess-Parametern. Nach jeder Befüllung eines Vakuumverdampfers 1 werden Teilschritte 101.1 und 101.2 in der oben beschriebenen Weise durchlaufen.
  • Anschließend wird in einem Schritt 105 die Suspension durch Zentrifugieren, bevorzugt in einem Dekanter, in Mutterlösung und Borsäurekristalle separiert.
  • Diese Schritte 101.1 und 101.2 können parallel in mehreren Strängen durchgeführt werden, wie dies in der Figur 2 angedeutet ist. Wenn die verschiedenen Stränge zeitlich versetzt zueinander betrieben werden, dann ergibt sich eine relativ gleichmäßige batchweise Beschickung des Separators 5 und eine relativ gleichmäßige Ausbringung an festen Borsäurekristallen aus dem Separator 5. Die festen Borsäurekristalle werden zunächst in einem Trockner 9 (siehe Figur 1) gesammelt und anschließend getrocknet.
  • Nach jeder Kristallisations- und Separationsphase aus einem der zwei Vakuumverdampfer (Teilbatches) wird der Trockner 9 mit feuchten Borsäurekristallen aus den Teilbatches befüllt und trocknet diese. Nachdem die je "n" Teilbatches, mit n = 1, 2, 3, 4, ..., je Vakuumverdampfer 1 abgeschlossen sind, ist der Trockner 9 gefüllt und es folgt die Endtrocknung.
  • In dem Verfahrensschritt "Trocknen" 109 wird der Feuchtegehalt der Borsäurekristalle herabgesetzt auf beispielsweise weniger als 1%.
  • Um dort zu verhindern, dass sich große Agglomerate bilden oder die trocken werdenden Flüssigkristalle an der Welle eines Rührwerks anhaften, ist das Rührwerk bevorzugt mit Polterringen versehen, die kontinuierlich dafür sorgen, dass an der Welle des Rührwerks keine Anhaftungen entstehen. Das Rührwerk wiederum führt dazu, dass auch an Innenseite des Trockners 9 (siehe Figur 1) keine Anhaftungen entstehen.
  • In einem Verfahrensschritt 111 werden die Borsäurekristalle aus dem vorangehenden Verfahrensschritt 15 zerkleinert. Dadurch werden der Transport und das Handling der Borsäurekristalle verbessert und vereinfacht.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 113 werden die Borsäurekristalle in geeignete Gebinde abgefüllt.
  • Anhand der Figuren 3 und 4 wird eine besonders vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
  • Die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 und 2 dargestellt wurde, betreffen den Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich das Verdampfen in dem Vakuumverdampfer 1. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, wie sie in der Figur 3 dargestellt wird, ist eine Leitung 4 vorgesehen, welche in den Vakuumverdampfern 1 endet. In der Leitung 4 ist vor jedem Vakuumverdampfer 1 eine Wegeventil 6 angeordnet.
  • Die Wegeventil6 6 sind bevorzugt in der Normalstellung geschlossen. Sie werden nur dann geöffnet, um die gesteuerte Zufuhr von deionisiertem leichten Wasser aus der Leitung 4 in einen oder beide der Vakuumverdampfer 1 zu ermöglichen. Wenn eine relativ kleine Menge von deionisiertem leichten Wasser in einen der Vakuumverdampfer 1 gegeben werden soll, wird das entsprechende Wegeventil 6 kurz geöffnet, bis die gewünschte Menge in den Vakuumverdampfer 1 gelangt ist.
  • Damit sind die apparativen Unterschiede dieses zweiten Ausführungsbeispiels zu dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe Figur 1) bereits erläutert.
  • Nachfolgend werden anhand der Figur 4 verschiedene Varianten der Verfahrensführung des zweiten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • Auch hier betreffen die Änderungen gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel den Prozess des Vakuumverdampfens. Es ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel möglich, nach dem ersten Verfahrensschritt des Vakuumverdampfens (101.1) eine kleine Menge von deionisiertem leichten Wasser in den Vakuumverdampfer zu geben. Dieser Verfahrensschritt ist durch den Block 102.1 dargestellt. Anschließend wird das Vakuum-Verdampfen 101.1 in dem Vakuumverdampfer 1 fortgeführt.
  • Die Zugabe von deionisiertem leichten Wasser und anschließendem Fortsetzen der Verdampfung in der Vakuumverdampfung kann ein- oder mehrfach wiederholt werden. Es ist im Sinne einer effektiven Verfahrensführung vorteilhaft, wenn kleine Mengen von deionisiertem leichtem Wasser zugegeben und anschließend wieder verdampft werden. Das mehrfache Durchlaufen dieser Abfolge von Verfahrensschritten ist durch den Index m = 1, 2, 3, 4, 5, ... in der Figur 4 dargestellt.
  • Es ist auch möglich, das deionisierte leichte Wasser im Anschluss an den Verfahrensschritt der weiteren Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) vorzunehmen. Dies ist in der Figur 4 durch den Block 102.2 angedeutet. Auch hier wird im Anschluss an die Zugabe von deionisiertem leichtem Wasser die Verdampfung im Vakuumverdampfer mit dem Schritt 101.1 (Vakuumverdampfung) fortgesetzt.
  • Es ist auch möglich, die Zugabe von deionisiertem leichtem Wasser sowohl nach der Vakuumverdampfung 101.1 als auch nach der weiteren Kristallisation von Borsäure 101.2 vorzunehmen.
  • Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel können zwei Vakuumverdampfer parallel, aber bevorzugt zeitlich versetzt, zueinander betrieben werden. An beiden Strängen des Ablaufdiagramms gemäß Figur 4 sind die zusätzlichen Verfahrensschritte "Zugabe von deionisiertem leichten Wasser" 102.1 und 102.2 dargestellt.
  • Eine Überschlagsrechnung soll den Vorteil und den Effekt der erfindungsgemäßen Ergänzung verdeutlichen. Wie bereits erwähnt, wird durch dem durch die Verdampfung des in dem Vakuumverdampfer entstandenen "Borsäurebreis" durch Zugabe von deionisertem leichten Wasser die Tritiumaktivität der Borsäure durch Verschiebung des bestimmenden Verteilungsgleichgewichts gesenkt.
  • Im Folgenden werden aus den bisher gewonnenen Daten die Parameter für eine Tritiumabreicherung abgeschätzt:
    Bei Beendigung der Vakuumverdampfung haben ca. 550 kg der Borsäurelösung den Verdampfer passiert. Unter der Annahme einer 4,5 %-igen Borsäurelösung befinden sich abschließend ca. 25 kg Borsäure im Vakuumverdampfer, ca. 525 kg Wasser wurden via Vakuumverdampfung dem System entzogen. Bevor nun dieser Borsäurebrei in den Dekanter transferiert wird, werden beispielsweise 5-mal 20 kg deionisiertes leichtes Wasser zugegeben und dieses in fünf Verdampfungsschritten wieder entfernt (d. h. Verdampft). Erst dann folgt der Transfer des Borsäurebreis in den Dekanter. Die mehrfache Zugabe kleinerer Mengen an deionisiertem leichten Wasser anstatt die gesamte Menge in einem Schritt zuzugeben, ist der Tatsache geschuldet, dass die fraktionierte Anwendung durch die mehrfache Zugabe tritiumfreien Wassers die Tritiumabreicherung entsprechend der Gesetze für Verteilungsgleichgewichte erheblich effektiver macht.
  • In erfinderischer Weiterbildung der Verfahren gemäß der Figuren 1 bis 4 ist optional vorgesehen, die Borsäurekristalle mit 80-90°% Feststoffgehalt enthält, welche den Separator 5 verlassen, durch die Zugabe von leichtem deionisiertem Wasser oder durch die Zugabe von Wasser wieder aufzulösen und die dadurch (wieder) entstandene Borsäurelösung einem der Verdampfer 1 zuzuführen. Dort wird sie erneut in der oben beschriebenen Weise verdampft und anschließend dem Separator 1 zugeführt.
  • In den Figuren 1 und 3 ist diese Option durch die Bezugszeichen 15 und 17 angedeutet. Mit 15 ist eine Leitung bezeichnet, welche die Rückführung von Borsäurekristallen in den Verdampfer ermöglicht. Mit 17 ist eine Leitung bezeichnet, welche die Zugabe von leichtem deionisiertem Wasser ermöglicht. In den Ablaufdiagrammen (Figuren 2 und 4) ist diese Option aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
  • Dieses auf den ersten Blick unsinnig erscheinende Auflösen der zuvor in zwei Schritten gewonnenen Borsäurekristalle hat einen überraschenden positiven Effekt: Die Tritiumaktivität der Borsäure/ der Borsäurekristalle sinkt nochmals drastisch. Es haben sich bei der Auswertung von Versuchen Aktivitäten von 2 bis 4 Becquerel ergeben. Das ist ein extrem niedriger Wert und erleichtert die Weiterwendung oder Endlagerung.

Claims (23)

  1. Anlage zum Abscheiden von Borsäure-Kristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch umfassend mindestens einen Vakuumverdampfer (1) zur Aufkonzentration des Borsäure-Wasser-Gemischs zu einer Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen und mindestens einen Separator (5) zur Separation der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen.
  2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vakuumverdampfer (1) eine Heizeinrichtung und/oder ein Rührwerk umfasst.
  3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (5) eine Zentrifuge oder ein Dekanter ist.
  4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführleitung (7) für Mutterlösung zwischen mindestens einem Separator (5) und mindestens einem Vakuumverdampfer (1) vorgesehen ist.
  5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Trockner (9) umfasst.
  6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Brecher (11) umfasst.
  7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vakuumverdampfer (1) Mittel zur Zufuhr von deionisiertem leichtem Wasser (11) umfasst.
  8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Zufuhr von deionisiertem leichtem Wasser (11) eine Leitung (4) mit einem Wegeventil (6) zur Steuerung der Zufuhr von deionisiertem leichtem Wasser (11) in den Vakuumverdampfer (1) umfasst.
  9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang des Separators (5) und einem Eingang des Trockners (9) eine Leitung (15) abzweigt, die zu einem der Verdampfer (1) führt, und dass in der Leitung (15) ein schaltbares Wegeventil vorgesehen ist.
  10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vakuumverdampfer (1) eine Leitung (17) mit einem Wegeventil zur Steuerung der Zufuhr von leichtem deionisiertem Wasser in den Verdampfer (1) oder in die Verbindungsleitung (15) zwischen Separator (5) und Verdampfer (1) umfasst.
  11. Verfahren zum Abscheiden von Borsäure-Kristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch umfassend die Verfahrensschritte:
    - Kristallisation von Borsäure durch Vakuum-Verdampfen (101.1) bei einer Temperatur von mindestens 60° C und höchstens 150° C unter Bildung von Borsäurekristallen,
    - weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen auf eine Temperatur von weniger als 50° C und mindestens 10° C und
    - Separation (105) der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallisation durch Vakuum-Verdampfen (101.1) bei einem Druck von 50 mbar bis 500 mbar und/oder über eine Dauer von 7 bis 13 Stunden erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2)) bei einem Druck von 50 mbar bis 500 mbar und/oder über eine Dauer von 0,5 bis 3 Stunden erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallisation von Borsäure durch Vakuum-Verdampfen (101.1) und die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) ein- oder mehrfach (n = 1, 2, 3, 4, ...) erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension während des VakuumVerdampfens (101.1) und der weiteren Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen turbulent gemischt wird.
  16. Verfahren nach einem der der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Separation der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen durch Zentrifugieren, bevorzugt durch Dekantieren, erfolgt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Separation anfallende Mutterlösung wieder in einen Vakuumerdampfer (1) rezykliert/zurückgeführt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsäure-Kristalle im Anschluss an die Separation (105) mit Wasser /deionisiertem Wasser aufgelöst und einem Verdampfer (1) zugeführt werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Borsäure-Kristalle im Anschluss an die Separation (105) getrocknet werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung (109) der Borsäure-Kristalle bei Temperaturen zwischen 35° C und 90° C, bei einem Druck von 600 mbar bis 980 mbar und/oder über eine Dauer von 7 bis 14 Stunden erfolgt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die getrockneten Borsäure-Kristalle zerkleinert und/oder abgefüllt werden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kristallisation von Borsäure durch Vakuum-Verdampfen (101.1) und/oder der weiteren Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) der Suspension aus Mutterlösung und Borsäure-Kristallen deionisiertes leichtes Wasser zugegeben wird (102.1, 102.2) und anschließend das Vakuum-Verdampfen (101.1) und/oder die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) fortgesetzt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von deionisiertem leichtem Wasser mehrfach erfolgt (m = 2, 3, 4, 5, ...) und dass nach jeder Zugabe das Vakuum-Verdampfen (101.1) und/oder die weitere Kristallisation von Borsäure durch Abkühlen (101.2) fortgesetzt wird.
EP21191100.3A 2020-08-13 2021-08-12 Anlage und verfahren zum abtrennen von borsäurekristallen aus einem borsäure-wasser-gemisch Pending EP3955264A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121367.0A DE102020121367A1 (de) 2020-08-13 2020-08-13 Anlage und Verfahren zum Abtrennen von Borsäurekristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch
DE102021107592.0A DE102021107592B3 (de) 2021-03-25 2021-03-25 Anlage und Verfahren zum Abtrennen von Borsäurekristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3955264A1 true EP3955264A1 (de) 2022-02-16

Family

ID=77316929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21191100.3A Pending EP3955264A1 (de) 2020-08-13 2021-08-12 Anlage und verfahren zum abtrennen von borsäurekristallen aus einem borsäure-wasser-gemisch

Country Status (1)

Country Link
EP (1) EP3955264A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0133505A2 (de) * 1983-08-02 1985-02-27 Bayer Ag Verfahren zur Aufarbeitung von Dünnsäuren
DE19626034A1 (de) * 1996-06-28 1998-01-02 Materias Primas Magdalena S A Verfahren zur Herstellung von gereinigtem, synthetischem Calciumborat
ES2171111A1 (es) * 2000-03-06 2002-08-16 Sinae En Y Medio Ambiente S A Procedimiento y planta para el tratamiento de purines.
DE102006060117A1 (de) * 2006-12-20 2008-06-26 Evonik Oxeno Gmbh Verfahren zur Trennung von Feststoffen
DE102017105004A1 (de) * 2017-03-09 2018-09-13 Siempelkamp NIS Ingenieurgesellschaft mbH Aufbereitung einer borhaltigen Flüssigkeit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0133505A2 (de) * 1983-08-02 1985-02-27 Bayer Ag Verfahren zur Aufarbeitung von Dünnsäuren
DE19626034A1 (de) * 1996-06-28 1998-01-02 Materias Primas Magdalena S A Verfahren zur Herstellung von gereinigtem, synthetischem Calciumborat
ES2171111A1 (es) * 2000-03-06 2002-08-16 Sinae En Y Medio Ambiente S A Procedimiento y planta para el tratamiento de purines.
DE102006060117A1 (de) * 2006-12-20 2008-06-26 Evonik Oxeno Gmbh Verfahren zur Trennung von Feststoffen
DE102017105004A1 (de) * 2017-03-09 2018-09-13 Siempelkamp NIS Ingenieurgesellschaft mbH Aufbereitung einer borhaltigen Flüssigkeit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2166061B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung von Biomasse
DE2929294C2 (de)
DE102012209818A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Abtrennen von Schleiföl aus Schleifschlämmen
DE2515795A1 (de) Verfahren zur behandlung radioaktiver konzentrate
DE2851231C2 (de) Verfahren zur Behandlung eines wäßrigen radioaktiven Abfalls
EP0028726A2 (de) Verfahren und Einrichtung zum Trocknen von radioaktiven Abwasserkonzentraten aus Verdampferanlagen
DE69605927T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung von asbest enthaltenden abfallstoffen
DE102021107592B3 (de) Anlage und Verfahren zum Abtrennen von Borsäurekristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch
DE2619883A1 (de) Verfahren zur entfernung von quecksilber aus schlaemmen
EP3955264A1 (de) Anlage und verfahren zum abtrennen von borsäurekristallen aus einem borsäure-wasser-gemisch
EP0013986B1 (de) Verfahren zum Abtreiben von Ammoniak aus ammoniakhaltigen Lösungen, insbesondere Kokereiabwässern
DE102020121367A1 (de) Anlage und Verfahren zum Abtrennen von Borsäurekristallen aus einem Borsäure-Wasser-Gemisch
DE2724423A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum entsaeuern von most oder wein
DE2536699A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen einbringung radioaktiver oder toxischer materialien in behaelter
EP0508986B1 (de) Verfahren zum reinigen von organisch belastetem abwasser
DE2531584A1 (de) Verfahren zum beseitigen von strahlenden kunststoffabfaellen und einrichtung dafuer
DE102019200360A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Desintegration von organischen Substraten
EP0237520B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Äthanol aus zuckerhältigen Rohstoffen sowie Anlage zur Durchführung des Verfahrens
DE202022100185U1 (de) Anlage zur Herstellung eines Voranstrichmaterials
DE1916753A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur halbkontinuierlichen Aufloesung von verbrauchtem Kernkraftreaktorbrennstoff
DE102015016870A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, die mit Fremdstoffen versehen sind
DE102010037607A1 (de) Behandlung zur Entfernung von Asche aus Kohle unter Vermeidung großer Mengen von Fluorwasserstoff an Ort und Stelle
DE2152101C3 (de) Kondenswasser-Entchlorvorrichtung
DE3029147C2 (de)
DE3017547C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220725

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS