ES2552856T3 - Dispositivo de agitación para mezclar materiales abrasivos con carga radioactiva - Google Patents

Dispositivo de agitación para mezclar materiales abrasivos con carga radioactiva Download PDF

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Abstract

Dispositivo de agitación que comprende al menos una herramienta de agitación (12, 14) para mezclar sustancias abrasivas con carga radioactiva, especialmente cemento (16), un dispositivo de accionamiento para girar al menos una herramienta de agitación (12, 14), así como dispositivos de conducción para el cemento, el agua y el residuo radioactivo, que se caracteriza por que al menos una parte de la superficie de la herramienta de agitación (12, 14) está recubierta con una capa protectora de PEEK y por que la capa protectora presenta un espesor de capa predominantemente en el ámbito de 500 μm hasta 750 μm.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de agitacion para mezclar materiales abrasivos con carga radioactiva
(0001) La invencion hace referencia a un dispositivo de agitacion para mezclar materiales abrasivos.
(0002) Es conocido, en general, que en instalaciones nucleares, por ejemplo, en centrales atomicas, conforme al funcionamiento, junto a los elementos combustibles quemados altamente radioactivos, tambien surgen residuos radioactivos mas debiles, que igualmente deben ser eliminados. Estos pueden ser por ejemplo residuos que se originan durante los trabajos de mantenimiento o reformas u otros materiales, que antes durante su tiempo en el funcionamiento estuvieron sometidos a altas radiaciones radioactivas, o bien, los mismos contienen materiales radioactivos. Ejemplos de esto son residuos de evaporacion, unos residuos condicionados por la corrosion, a ser eliminados en el marco de un mantenimiento de la pileta de agua u otros lodos. Segun el tamano del reactor, al ano se producen unos 10 m3 de semejantes residuos. Para conseguir que sean almacenables semejantes residuos radioactivos, los mismos se mezclan convencionalmente en una mezcla de cemento-agua. Despues, la mezcla de cemento radioactiva es fundida, por ejemplo, en respectivas formas, en las cuales entonces se endurece. Los bloques de cemento u hormigon radioactivos que se producen de este modo se conducen entonces a un almacenaje.
(0003) Por esta causa, las centrales atomicas disponen casi siempre de las denominadas instalaciones de cementado, en las cuales se lleva a cabo el proceso mencionado anteriormente, especialmente tambien el proceso de mezclado del residuo radioactivo con cemento y agua. Para ello, la mezcla se introduce en un recipiente de agitacion y alli se mezcla mediante dispositivos de agitacion. Los dispositivos de agitacion presentan habitualmente herramientas de agitacion similares a una espiral, las cuales entran en la mezcla a ser agitada y la agitan mediante un movimiento de giro. Como proteccion contra el desgaste, en mezcladoras de cemento industriales o en sus herramientas de agitacion se emplea a veces una capa de proteccion de PU (poliuretano).
(0004) Es desventajoso, en herramientas de agitacion usuales en el comercio para el mezclado de materiales abrasivos, que estos, a pesar de la capa de proteccion de PU, se someten a un alto desgaste, y durante su limpieza se produce normalmente una gran cantidad de materiales de residuos. Especialmente en el empleo en zonas radioactivas, todo material de residuo radiactivo debe ser eliminado. Igualmente, las herramientas de agitacion desgastadas por el uso deben ser eliminadas como residuo radioactivo.
(0005) Asi, se manifiesta en los documentos JP S52 81759 A y EP 0170995 A2 respectivamente un dispositivo de agitacion para sustancias con cargas radioactivas, que esta cubierto por una capa de proteccion, segun el concepto general de las reivindicaciones 1a y 2a. El documento DE 10 2004 034371 B3 manifiesta un dispositivo de agitacion para hormigon. Los documentos JP 2003 062548 A, DE 10 2005 004829 A1 y DE 10 2006 061940 manifiestan variantes de revestimientos anti-adherentes para utensilios de cocina y otros aparatos domesticos.
(0006) Partiendo de este estado de la tecnica, el objetivo de la invencion es proporcionar un dispositivo de agitacion que se caracteriza por un desgaste especialmente minimo al mezclar materiales abrasivos y con carga radioactiva, y porque es especialmente facil de limpiar y con el menor residuo de material posible. Tambien es objetivo de la invencion presentar un dispositivo de agitacion correspondiente, asi como una correspondiente utilizacion.
(0007) Este objetivo se cumple mediante un dispositivo de agitacion con las caracteristicas de las reivindicaciones 1a y 2a.
(0008) La idea fundamental de la invencion consiste, por un lado, en recubrir una herramienta de agitacion para materiales abrasivos con una capa de proteccion anti-adherente resistente, para asi reducir la cantidad de residuos que se adhieren y que han de ser eliminados en el caso de la limpieza. Sin embargo, el material adherente, por ejemplo, cemento fraguado o aun humedo, se elimina en un ciclo de limpieza, y ha de ser eliminado a continuacion a causa de su contaminacion como residuo contaminado. A causa de la adhesividad reducida del material en la herramienta de agitacion, se reduce el residuo que ha de ser eliminado, de forma ventajosa. La capa de proteccion anti-adherente facilita ademas el desprendimiento de forma autonoma, dado el caso, de acumulaciones ya endurecidas en la herramienta de agitacion.
(0009) Mediante una resistencia mecanica especialmente alta de la capa de proteccion, la duracion del empleo de la herramienta de agitacion aumenta de modo ventajoso, pues el desgaste mecanico se reduce notablemente gracias a ello. Mediante la seleccion de un material especialmente resistente radiologicamente, la duracion de la vida de semejante herramienta de agitacion, que tras su desgaste debe ser eliminada igualmente como residuo radioactivo, se prolonga de forma ventajosa. Los ciclos de mantenimiento que resultan, claramente menores, reducen de forma especialmente ventajosa la necesidad de intervenciones manuales del personal de mantenimiento, que en el caso del mantenimiento, a pesar de fuertes medidas de proteccion, aun estan sometidos a una carga de restos de radiacion. Ademas, habiendo un numero reducido de ciclos de limpieza, en caso de una limpieza con agua, por ejemplo, se reduce la utilizacion de agua en este contexto, habida cuenta que tras la limpieza el agua esta igualmente contaminada.
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(0010) PEEK designa el grupo quimico del polieteretercetona, que es resistente a una multitud de compuestos organicos e inorganicos. PEEK es empleado convencionalmente en la industria del automovil, como material de aislamiento en la tecnica de alta tension, como portador de plaquitas en la fabricacion de circuitos integrados o como portador de circuitos flexible en la electronica. PEEK se emplea tambien como material nuclear para cuerdas de instrumentos o de tenis. Un empleo para un revestimiento de herramientas, sin embargo, no es conocido hasta ahora. PEEK presenta otros subgrupos, por ejemplo, PEK, PEKK o PEEKEK, que han demostrado ser especialmente adecuados para la aplicacion conforme a la invencion.
(0011) Se ha demostrado que PEEK, ademas de su sobresaliente resistencia quimica y mecanica y de su muy pequeno coeficiente de friccion, presenta una alta resistencia radiologica. PEEK es adecuada de modo sobresaliente para el revestimiento de una herramienta de agitacion para el mezclado tambien de materiales abrasivos contaminados radioactivamente.
(0012) El material de revestimiento PTFE (politetrafluoretileno) conocido de otros ambitos de empleo, que se usa, por ejemplo, tambien para el revestimiento de teflon de sartenes, no es adecuado para el empleo en el ambito nuclear, habida cuenta que la radiacion ionizante del material radioactivo conllevaria la disolucion del plastico PTFE, y con ello, una herramienta de agitacion revestida de tal modo seria inutilizable en poco espacio de tiempo. Indicaciones correspondientes se encuentran, por ejemplo, en Dominghaus, H; Elsner, P.; Eyerer, P.; Hirth, T.: Plasticos - Propiedades y aplicaciones (2008); Edicion Springer Berlin, Heidelberg.
(0013) La invencion descrita, naturalmente, no esta limitada a herramientas de agitacion, mas bien, la invencion se puede extender a todas las herramientas, que estan en contacto directo con material abrasivo y, dado el caso, con carga radioactiva. El revestimiento de la herramienta de agitacion se conforma de tal modo que las zonas que entran en contacto durante el proceso de mezclado con el material que ha de ser mezclado son recubiertas completamente con el mismo. Asi, por ejemplo, en la zona superior de un agitador giratorio, donde esta previsto un punto de union a un dispositivo de accionamiento, puede prescindirse necesariamente de un revestimiento.
(0014) Alternativamente a un revestimiento con PEEK, ha demostrado ser ventajoso tambien un revestimiento de la herramienta de agitacion con poliaril, sulfono de polifenileno, o sulfuro de polifenileno. Poliaril, sulfono de polifenileno o sulfuro de polifenileno caracterizan el grupo quimico de los policondensados termoplasticos, que en la cadena fundamental de su elemento constituyente contienen atomos de azufre en la forma de sulfuro (S) o sulfono (SO2). Este grupo esta caracterizado por que el atomo de azufre siempre esta unido a los compuestos aromaticos que se encuentran en la cadena fundamental, como por ejemplo, en el grupo de difenilsulfono o el grupo de difenilsulfuro. Estos termoplasticos son resistentes a una multitud de compuestos organicos e inorganicos y presentan una alta resistencia frente a la radiacion ionizante. El grupo del sulfono de poliaril o del sulfuro de poliaril tiene una amplia utilizacion, por ejemplo, en la industria del automovil, en la electrotecnia, en la tecnica de la medicina, o en general, en la construccion de aparatos. Los plasticos se transforman, por ejemplo, en enchufes, cuerpos de carcasas, soportes o asientos de almacenamiento. Plasticos adecuados y de uso corriente, conforme a la invencion, del grupo del poliaril, sulfono de polifenileno, o sulfuro de polifenileno son, por ejemplo, polisulfono (PSU), polietersulfono (PESU) o sulfuro de polifenileno (PPS).
(0015) Se ha demostrado que el grupo del poliaril, sulfono de polifenileno, o sulfuro de polifenileno, junto a su sobresaliente resistencia quimica y mecanica, tambien presenta una alta resistencia radiologica. Ademas, el comportamiento de friccion y de desgaste del grupo poliaril, sulfono de polifenileno, o sulfuro de polifenileno puede ser modificado muy bien. Para la modificacion del comportamiento de friccion y de desgaste, se emplean convencionalmente materiales como fibras de vidrio o grafito.
(0016) Segun una ejecucion especialmente preferible, la capa de proteccion de PEEK o un polimero del grupo del poliaril, sulfono de polifenileno, o sulfuro de polifenileno presentan un espesor de capa predominantemente en el ambito de 100 pm hasta 250 pm. Una zona de espesor de capa semejante esta aumentada respecto a espesores de capa conocidos y conlleva una duracion de vida notablemente mayor (suponiendo una abrasion conforme al funcionamiento) y a las pequenas propiedades de anti-adherencia conforme a la invencion de la herramienta de agitacion conforme a la invencion. La zona de espesor de capa indicada puede aplicarse con un unico proceso de revestimiento, de manera que semejante capa protectora se puede fabricar de forma especialmente homogenea.
(0017) Conforme a la invencion, la capa de proteccion PEEK presenta un espesor de capa predominantemente en el ambito de 500 pm hasta 750 pm. Un espesor de capa semejante es proporcionalmente espeso frente a espesores de capa conocidos de otras capas de proteccion, sin embargo, esto debe verse desde el punto de vista de conseguir una duracion de vida lo mas larga posible de la herramienta de agitacion. Una abrasion marginal de la capa de proteccion por un largo periodo de tiempo de funcionamiento, por ejemplo, hasta varios anos, se compensa mediante un correspondiente espesor de capa de proteccion, sin que se produzca una perdida del efecto protector. Dado el caso, segun el caso de aplicacion, son adecuados tambien espesores de capa hasta 1000 pm o incluso mayores. En semejantes espesores de capa, sin embargo, debe tenerse en cuenta que una correspondiente capa protectora casi siempre debe aplicarse en varios recubrimientos, resultando tambien una cierta inhomogeneidad que actua parcialmente en contra de la ventaja de un espesor de capa aumentado.
(0018) Segun la invencion, la capa de proteccion de un polimero del grupo del poliaril, sulfono de polifenileno, o sulfuro de polifenileno presenta un espesor de capa predominantemente en el ambito de 250 pm hasta 750 pm. Se
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ha demostrado que tambien varias capas de este material pueden ser aplicadas unas sobre otras con una relativa alta homogeneidad, de manera que el efecto de la inhomogeneidad de un espesor de capa aumentado no se ve significativamente contrariado por un revestimiento multiple.
(0019) Segun otra variante de la invencion, la capa protectora se crea anteriormente mediante un recubrimiento de polvo electroestatico y un posterior secado al horno. Este es un metodo, mediante el cual se consigue un revestimiento muy homogeneo de la herramienta de agitacion, a la vez que se obtienen muy buenas propiedades mecanicas de la capa protectora, especialmente tambien respecto a coeficientes de friccion muy pequenos y una alta dureza de la superficie. La temperatura de secado esta en un ambito de aproximadamente 380° C hasta 420°C. Sin embargo, tambien otros metodos de revestimiento son utilizables, como el revestimiento de dispersion o la proyeccion a la llama.
(0020) Segun otra variante de la invencion, la herramienta de agitacion se compone en su nucleo interior de un material especialmente resistente, por ejemplo, acero fino. Segun otra variante de la invencion, se disponen dos herramientas de agitacion individuales giratorias contiguamente. De este modo se garantiza un proceso de mezclado especialmente efectivo.
(0021) La ventajas nombradas anteriormente de una herramienta de agitacion conforme a la invencion se trasladan a un dispositivo de agitacion conforme a la invencion. Junto a un dispositivo de accionamiento para al menos una herramienta de agitacion, son posibles componentes de un dispositivo de agitacion, como por ejemplo, tambien un recipiente de mezclado, dispositivos de conduccion para el cemento, el agua y el residuo radioactivo, asi como un dispositivo de descarga para el material mezclado. Segun otra ejecucion conforme a la invencion del dispositivo de agitacion, el mismo comprende una envoltura de seguridad nuclear, dentro de la cual esta dispuesto el propio dispositivo de agitacion. Semejante envoltura de seguridad sirve para limitar el espacio dentro del cual se procesa el material radioactivo. Manteniendo estrictas medidas de seguridad, habitualmente, el espacio solo puede ser alcanzado por un canal de transferencia, siendo controlados a distancia todos los procesos en el caso normal de funcionamiento, y llevandose a cabo sin intervencion local manual. Mediante esto, la seguridad de la instalacion y del personal es mejorada.
(0022) El objetivo conforme a la invencion tambien se cumple mediante la utilizacion de una herramienta de agitacion conforme a la invencion o un dispositivo de agitacion conforme a la invencion para mezclar materiales abrasivos cargados radioactivamente, por ejemplo, con una mezcla de cemento-agua, hormigon o materiales similares. Materiales o residuos con carga radioactiva pueden presentar, por ejemplo, una forma cristalina, similar al lodo, o tambien, condensada. Pero tambien, resinas intercambiadoras de iones, que se emplean casi siempre en una instalacion nuclear, deben ser eliminadas al acabar su duracion de vida como residuo radioactivo. Las resinas intercambiadoras de iones se presentan como sustancias solidas basadas en el plastico, por ejemplo, en forma de bola, o en forma de polvo y pueden mezclarse bien tambien con una mezcla de cemento-agua. Las ventajas correspondientes, que resultan de la mezcla del material contaminado, fueron anteriormente descritas.
(0023) Especialmente, en una variante de utilizacion preferible, la utilizacion del dispositivo de agitacion conforme a la invencion esta prevista en instalaciones nucleares, especialmente, en centrales nucleares. Precisamente alli se origina conforme al funcionamiento, residuos radioactivos que han de ser eliminados, y que de forma ventajosa, se mezclan, utilizando un respectivo dispositivo de agitacion o herramienta de agitacion, con una mezcla de cemento- agua. Respecto a los ciclos de limpieza que, conforme a la invencion, tienen lugar pocas veces, se produce especialmente poco residuo que ha de ser eliminado, demostrandose asi que la herramienta de agitacion es especialmente duradera.
(0024) Otras posibilidades de ejecucion ventajosas se extraen de las otras reivindicaciones dependientes.
(0025) En base a los ejemplos de ejecucion representados en los dibujos se detallan la invencion, otras formas de ejecucion y otras ventajas.
(0026) Se muestran:
Fig. 1 herramientas de agitacion, como ejemplo, en un recipiente de agitacion.
(0027) La Figura 1 muestra en una representacion (10) dos herramientas de agitacion (12, 14) que funcionan en sentidos opuestos en un recipiente de agitacion (20). Este se llena con una mezcla de cemento-agua (16) que ha de ser mezclada, la cual tiene una carga radioactiva, como se indica con la cifra (18). La carga radioactiva se lleva a cabo mediante la mezcla del residuo radioactivo, que luego debe ser almacenado de forma segura en el cemento que se endurece mas tarde. Tras la finalizacion de un respectivo proceso de mezclado o de agitacion, las herramientas de agitacion (12, 14) que han entrado en contacto con la mezcla de cemento-agua (16), deben ser preferiblemente sometidas a un proceso de limpieza. En el caso ideal, sin embargo, debe retrasarse lo mas posible un ciclo de limpieza semejante, es decir, no ejecutarlo despues de cada proceso de agitacion.
(0028) Mediante el revestimiento conforme a la invencion de la herramienta de agitacion con PEEK, la adhesion del cemento o similares materiales a ser mezclados en las herramientas de agitacion (12, 14) se reduce ventajosamente, de manera que el intervalo de mantenimiento se prolonga. La cantidad de los restos de cemento
que se adhieren a las herramientas de agitacion y que surgen en los respectivos ciclos de limpieza, que deben ser eliminados como residuo radioactivo, se reducen mediante esto de forma ventajosa. Especialmente, a causa de la alta resistencia radiologica de un revestimiento PEEK, una herramienta de agitacion (12, 14) revestida de este modo demuestra ser adecuada para el empleo a largo plazo en zonas con carga radioactiva, o para la mezcla de 5 materiales (16) cargados radioactivamente (18). Ademas, PEEK presenta una resistencia mecanica sobresaliente, de manera que una capa protectora PEEK contrarresta una alta carga abrasiva mediante las particulas de material de la mezcla de cemento (16) en el proceso de agitacion. Ademas, una capa protectora PEEK demuestra ser altamente resistente quimicamente, de manera que tambien un contacto con una sustancia acida, por ejemplo, no tiene consecuencias negativas que reduzcan la duracion de vida de la capa protectora.
10
Lista de referencias
(0029)
15 10
12 14 16 18
20 20
herramienta de agitacion, como ejemplo, en un recipiente de agitacion
primera herramienta de agitacion
segunda herramienta de agitacion
mezcla de cemento-agua contaminada
radiacion radioactiva
recipiente de agitacion

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
  2. 18.- Dispositivo de agitacion que comprende al menos una herramienta de agitacion (12, 14) para mezclar sustancias abrasivas con carga radioactiva, especialmente cemento (16), un dispositivo de accionamiento para girar al menos 5 una herramienta de agitacion (12, 14), asi como dispositivos de conduccion para el cemento, el agua y el residuo radioactivo, que se caracteriza por que al menos una parte de la superficie de la herramienta de agitacion (12, 14) esta recubierta con una capa protectora de PEEK y por que la capa protectora presenta un espesor de capa predominantemente en el ambito de 500 pm hasta 750 pm.
    10 28.- Dispositivo de agitacion que comprende al menos una herramienta de agitacion (12, 14) para mezclar sustancias
    abrasivas con carga radioactiva, especialmente cemento (16), un dispositivo de accionamiento para girar al menos una herramienta de agitacion (12, 14), asi como dispositivos de conduccion para el cemento, el agua y el residuo radioactivo, que se caracteriza por que al menos una parte de la superficie de la herramienta de agitacion (12, 14) esta recubierta de una capa protectora de un polimero del grupo del poliaril, sulfono de polifenileno, o sulfuro de 15 polifenileno y que la capa protectora presenta un espesor de capa predominantemente en el ambito de 250 pm hasta 750 pm.
  3. 38.- Dispositivo de agitacion segun una de las reivindicaciones 1a o 2a, que se caracteriza por que el mismo comprende una envoltura de seguridad nuclear, dentro de la cual se dispone el propio dispositivo de agitacion.
    20
    4a.- Dispositivo de agitacion segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la capa protectora del dispositivo de agitacion (12, 14) se crea mediante un recubrimiento de polvo electroestatico y un posterior secado al horno.
    25 5a.- Dispositivo de agitacion segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la herramienta
    de agitacion (12, 14) se compone esencialmente de acero fino.
    6a.- Dispositivo de agitacion segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que dos herramientas de agitacion individuales giratorias en sentidos contrarios (12 ^ 14) estan dispuestas contiguamente.
    30
ES12008254.0T 2011-12-16 2012-12-11 Dispositivo de agitación para mezclar materiales abrasivos con carga radioactiva Active ES2552856T3 (es)

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