NL8401345A

NL8401345A - METHOD FOR ENCAPSULATION RESP. ENCLOSING RADIOACTIVE WASTE MATERIALS.

Info

Publication number: NL8401345A
Application number: NL8401345A
Authority: NL
Original assignee: Barrow Investments
Priority date: 1983-04-29
Filing date: 1984-04-26
Publication date: 1984-11-16
Also published as: IT8420746A0; EP0124825A2; GB2140194A; GB8410843D0; DE3415433A1; CA1226380A; IT1213161B; SE8402303D0; EP0124825A3; GB2140194B; FR2545258B1; JPS6040998A; ZA843148B; IL71682A; SE8402303L; FR2545258A1; CH654436A5

Description

? _ *ι? _ * ι

-JU-You

NO 32516 1NO 32516 1

Werkwijze voor het inkapselen resp. omhullen van radicractieve afvalmaterialenMethod for encapsulation or encapsulating radicractive waste materials

De uitvinding heeft betrekking op het inkapselen resp. omhullen van radio-actieve afvalmaterialen teneinde deze materialen in deze vorm op te slaan.The invention relates to encapsulation, respectively. encapsulating radioactive waste materials to store these materials in this form.

De tegenwoordig in het bijzonder uit kernreactoren afkomstige, min 5 of meer sterk radio-actieve afvalmaterialen leveren wat betreft de opslag steeds meer problemen op zonder dat tot dusver bevredigende oplossingen zijn gevonden.The at present more or less strongly radioactive waste materials, particularly from nuclear reactors, presently present more and more storage problems without satisfactory solutions being found so far.

Ein van de problemen betreft de keuze van de toe te passen techr niek voor het verpakken resp. omhullen van radio-actieve afvalmate-10 rialen.One of the problems concerns the choice of the technique to be used for packaging, respectively. encapsulating radioactive waste materials.

Onder "radio-actieve afvalmaterialen" verstaat men naast de stoffen, die radio-actieve produkten bevatten en bijvoorbeeld in de vorm van bolletjes uit ionenuitwisselend materiaal verkeren, welke met radio-actieve chemische produkten verrijkt zijn en met water nagenoeg 15 tot het verzadigingspunt (ongeveer 50%) gemengd zijn, eveneens radioactieve suspensies, welkè bijvoorbeeld uraanfluoraat of uraanfluoriet bevatten.The term "radioactive waste materials" is understood to mean in addition to substances which contain radioactive products and which, for example, are in the form of spheres of ion-exchanging material, which are enriched with radioactive chemical products and with water substantially 15 to the saturation point (approx. 50%), also radioactive suspensions, which contain, for example, uranium fluorate or uranium fluorite.

Twee van de belangrijkste oplossingen bestaan thans daarin, de radio-actieve afvalmaterialen, die bij voorkeur eerst in de vorm van 20 kleine bolletjes of parels worden gebracht, in te kapselen resp. te omhullen en wel met glas of een synthetisch cement.Two of the most important solutions currently exist in encapsulating or reacting the radioactive waste materials, which are preferably first introduced in the form of small spheres or pearls. to be covered with glass or a synthetic cement.

Voor de uitvoering van de laatstgenoemde werkwijze worden vaten van beton of metaal toegepast, waarin uiteindelijk de radio-actieve afvalmaterialen in de vorm van kleine bolletjes samen met het syntheti-25 sche cement "Synroc" worden gebracht. Het produkt "Synroc" werd in Australië door Prof. D. Ringwood aan de Nationale Universiteit van Australië ontwikkeld.Barrels of concrete or metal are used for carrying out the latter method, in which the radioactive waste materials are ultimately introduced in the form of small spheres together with the synthetic cement "Synroc". The product "Synroc" was produced in Australia by Prof. dr. D. Ringwood at the National University of Australia.

Uit proeven is echter gebleken, dat er problemen met de stabiliteit van "Synroc" bestaan. Dit materiaal bezit de neiging gedeeltelijk 30 te worden ontleed en wel door de zuren, die als reactieprodukt van de straling van de radio-actieve afvalmaterialen en water, dat zich in het "Synroc" bevindt, wordt gevormd. Betere resultaten werden verkregen bij proeven, waarbij de bolletjes of parels van radio-actief materiaal in glasblokken werden geïmmobiliseerd. Omdat glas geen afzonderlijke kris-35 tallen bevat, zoals bijv. de gebruikelijke metalen, kunnen de radioactieve stoffen het glasblok, waarin ze zijn ingekapseld resp. dat voor 8401345 dr 'μ 4 2 de omhulling gebruikt is, niet naar de buitenzijde verlaten.However, tests have shown that there are problems with the stability of "Synroc". This material tends to be partially decomposed by the acids formed as a reaction product from the radiation of the radioactive waste materials and water contained in the "Synroc". Better results were obtained in experiments where the spheres or beads of radioactive material were immobilized in glass blocks. Since glass does not contain separate crystals, such as, for example, the usual metals, the radioactive substances can resp. The glass block in which they are encapsulated. that the enclosure was used for 8401345 dr 'μ 4 2, do not leave to the outside.

Voor het inkapselen van de radio-actieve deeltjes wordt als volgt gewerkt: Men voegt aan de radio-actieve afvalmaterialen, die bij voorkeur in de vorm van kogeltjes of parels aanwezig zijn, boorzuur toe, 5 verder zand en lithiumhydroxide. Deze massa wordt vervolgens op een temperatuur boven 1000°C verwarmd, daarna wordt de massa in de vorm van cilindrische lichamen afgekoeld resp. laat men ze afkoelen. Deze lichamen worden tenslotte ingesloten in vaten van metaal. Deze methode is echter niet met absolute zekerheid zonder gevaar en wel wat betreft het 10 moment, dat water op een of andere wijze in de verglaasde massa zou kunnen binnendringen.The procedure for encapsulating the radioactive particles is as follows: Boric acid, further sand and lithium hydroxide are added to the radioactive waste materials, which are preferably in the form of pellets or beads. This mass is then heated to a temperature above 1000 ° C, after which the mass is cooled in the form of cylindrical bodies, respectively. let them cool. These bodies are finally enclosed in metal barrels. However, this method is not without absolute certainty, with regard to the moment in which water could somehow penetrate into the vitrified mass.

Het probleem, dat in verband met de onderhavige uitvinding wordt gesteld, is het blokkeren in het inwendige van een beton van bollen resp. bolletjes van ionenuitwisselend hars, die met zeldzame, radio-15 actieve chemische stoffen verrijkt is en die nagenoeg tot het verzadigingspunt is gemengd met water (ongeveer 50%).The problem posed in connection with the present invention is the blocking in the interior of a concrete of spheres, respectively. spheres of ion exchange resin enriched with rare radioactive chemicals and mixed with water (approximately 50%) almost to saturation point.

Van het vat, dat deze microbolletjes moet opnemen, wordt een absolute dichtheid vereist omdat deze stoffen in sterke mate water opnemen en bij een zodanige absorptie van water eerder in volume toenemen.The vessel, which is to receive these microspheres, requires an absolute density, because these substances absorb water to a large extent and, upon such absorption of water, tend to increase in volume.

20 Daarbij ontstaan zodanige krachten, dat het beton van de vaten kan scheuren. Dit betekent weer dat radio-actieve produkten naar buiten kunnen komen.This creates forces such that the concrete can tear off the barrels. This in turn means that radioactive products can come out.

Thans zijn verscheidene werkwijzen bekend om radio-actieve stoffen in te kapselen, waarbij ofwel polymeren (Duitse werkwijze MOWA) of po-25 lystyreen (SETRAG-werkwijze) worden toegepast. Geen van deze bekende werkwijzen kan echter volledig bevredigen en wel wegens het gebrek aan stabiliteit·van de vorm of door uitlogen van in het bijzonder de cesiumionen.Several methods are now known for encapsulating radioactive substances, using either polymers (German method MOWA) or polystyrene (SETRAG method). None of these known processes, however, can fully satisfy because of the lack of stability of the shape or by leaching of the cesium ions in particular.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een werkwijze van een 30 nieuw type voor de inkapseling resp. omhulling van radio-actieve afvalmaterialen te verschaffen.The object of the present invention is a method of a new type for the encapsulation, respectively. provide coating of radioactive waste materials.

De werkwijze voor het inkapselen resp. omhullen volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat een mengsel van de radio-actieve afvalmaterialen, die tot het verzadigingspunt in water zijn gesuspendeerd, een 35 hars en een monomeer wordt gevormd teneinde met de radio-actieve afval- " materialen, het water ervan, de hars en het monomeer een emulsie te vormen, en dan aan deze emulsie een hydraulisch bindmiddel wordt toegevoegd om een beton te vormen.The method of encapsulation resp. encapsulation according to the invention is characterized in that a mixture of the radioactive waste materials, which are suspended to the saturation point in water, is formed into a resin and a monomer so as to combine with the radioactive waste materials, their water, the resin and the monomer to form an emulsion, and then a hydraulic binder is added to this emulsion to form a concrete.

De verzadigde hars is bij voorkeur een onverzadigde polyester.The saturated resin is preferably an unsaturated polyester.

40 Bijzonder geschikte emulsies zijn emulsies, die bijvoorbeeld wor- 8401345 3 den beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 4.115.336 en 4.204.988 alsmede de Australische octrooischriften 513.486 en 515.778. De werkwijze volgens de uitvinding heeft derhalve betrekking op de bereiding van een emulsie, bijvoorbeeld van een emulsie volgens de 5 Amerikaanse octrooischriften 4.115.336 en 4.204.988 of de Australische octrooischriften 513.486 en 515.778, onder toepassing van het water waarin de radio-actieve bolletjes zijn opgeslagen, waarna met deze emulsie een beton wordt bereid.Particularly suitable emulsions are emulsions, which are described, for example, in U.S. Pat. Nos. 4,115,336 and 4,204,988 as well as Australian Pat. Nos. 513,486 and 515,778. The process according to the invention therefore relates to the preparation of an emulsion, for example of an emulsion according to 5 US patents 4,115,336 and 4,204,988 or Australian patents 513,486 and 515,778, using the water in which the radioactive beads stored, after which a concrete is prepared with this emulsion.

Alleen het in de suspensie vrije water wordt voor de vorming van 10 de emulsie gebruikt, waarbij de microbolletjes steeds verzadigd blijven. Wanneer het mengsel van het cement wordt toegevoegd, wordt de emulsie vanzelf ontleed. Het polymeer omhult dan de microbolletjes en het daarin aanwezige water terwijl de rest van het water door het cement wordt geabsorbeerd. De ingekapselde resp. omhulde bolltjes kunnen 15 geen water meer verliezen en, omdat ze zich in verzadigde toestand bevinden, kunnen ook geen water meer opnemen.Only the water free in the suspension is used to form the emulsion, the microspheres always remaining saturated. When the cement mixture is added, the emulsion decomposes by itself. The polymer then envelops the microspheres and the water contained therein while the rest of the water is absorbed by the cement. The encapsulated resp. enveloped spheres can no longer lose water and, because they are in a saturated state, can also no longer absorb water.

De uitvinding wordt aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld nog nader beschreven.The invention is described in more detail with reference to an exemplary embodiment.

Voorbeeld •20 500 kg Van een volgens de Amerikaanse octrooischriften 4.115.336, 4.204.988 en de Australische octrooischriften 513.486 en 515.778 bereide hars worden in een vat gebracht.Example 20 500 kg of a resin prepared according to U.S. Pat. Nos. 4,115,336, 4,204,988 and Australian Pat. Nos. 513,486 and 515,778 are placed in a vessel.

Onder gelijktijdig mengen resp. roeren worden 600 kg radio-actieve afvalmaterialen samen met het water, waarin ze gesuspendeerd zijn, ge-25 leidelijk toegevoegd, waarbij een emusie wordt gevormd.With simultaneous mixing resp. While stirring, 600 kg of radioactive waste materials together with the water in which they are suspended are gradually added to form an emulsion.

Teneinde de zo gevormde emulsie te stabiliseren worden 5 kg van een colloïdale kiezelaarde ("Aerosil" van DEGUSSA) alsmede 10 kg titaanoxide en 3 kg antimoonoxide toegevoegd.In order to stabilize the emulsion thus formed, 5 kg of a colloidal siliceous earth ("Aerosil" from DEGUSSA) as well as 10 kg of titanium oxide and 3 kg of antimony oxide are added.

Het totale gewicht van dit mengsel bedraagt 1618 kg, waarbij de 30 eigenlijke emulsie slechts 650 kg weegt, omdat in het mengsel van de bolletjes van 600 kg slechts 150 kg vrij water aanwezig is om de emulsie te vormen (samenstelling van de 600 kg: 300 kg vaste bolletjes, 150 kg inwendig water, 150 kg vrij water.The total weight of this mixture is 1618 kg, the actual emulsion weighing only 650 kg, because in the mixture of the 600 kg spheres only 150 kg of free water is present to form the emulsion (composition of the 600 kg: 300 kg of solid spheres, 150 kg of internal water, 150 kg of free water.

Om een correct beton te vormen moet derhalve het hydraulische 35 bindmiddel slechts afhankelijk van de hoeveelheid van 650 kg van de emulsie worden toegevoegd.Therefore, in order to form a correct concrete, the hydraulic binder must be added only depending on the amount of 650 kg of the emulsion.

Bij het bovengenoemde voorbeeld, waarin de verhouding emulsie/ cement van 4/5 in aanmerking wordt genomen, worden 812 kg hydraulisch bindmiddel gevoegd, dat bestaat uit 567 kg Portland-cement en 245 kg 40 puzzolaan alsmede 26 kg katalysator (4 gew.% van de emulsie). Het meng- 8401345In the above example, taking into account the emulsion / cement ratio of 4/5, 812 kg of hydraulic binder, consisting of 567 kg of Portland cement and 245 kg of 40 pozzolane, as well as 26 kg of catalyst (4 wt% of the emulsion). It mixes 8401345

W- 'VW- 'V

Λ 4 sel van cement en puzzolaan werd bereid om bepaalde cesiumionen te blokkeren, omdat een dergelijke blokkerende werking van de cesiumionen door puzzolaan kan plaatsvinden.Sel 4 sel of cement and pozzolan was prepared to block certain cesium ions, because such a blocking action of the cesium ions can take place by pozzolan.

Aan het zo bereide beton kunnen toeslagstoffen worden toegevoegd, 5 bijvoorbeeld barytsulfaat of colemaniet, die wegens hun hoge molecuul-gewicht eveneens voor het blokkeren van bepaalde stralingen kunnen worden toegepast.Additives can be added to the concrete thus prepared, for example baryt sulphate or colemanite, which, because of their high molecular weight, can also be used to block certain radiations.

De verhoudingen resp. betrekkingen tussen de zuurindex en de OH-index van de hars alsmede de waarde van de speciale OH-index zijn 10 als volgt: OH-index tussen 45 en 100, zuurindex/OH-index 0,20 tot 0,50.The proportions resp. Relations between the acid index and the OH index of the resin as well as the value of the special OH index are as follows: OH index between 45 and 100, acid index / OH index 0.20 to 0.50.

84013458401345

Claims

2. Process according to claim 1, characterized in that the resin used is a polyester resin such as an unsaturated polyester resin.

Process according to claim 1 or 2, characterized in that an unsaturated monomer is used.

4. Process according to claim 1, characterized in that the hydratic binder comprises products which react hydraulically with water or a mixture of such products, such as lime, cement and pozzolan.

5. Process according to claims 1-4, characterized in that a stabilizer is additionally added to the emulsion. 2. sa »a = 8401345