SE505445C2 - Förfarande och anordning för inkapsling av skadligt, i synnerhet radioaktivt material - Google Patents

Description

505 445 _ 2 _ Genom CH, A, 549 265 är ett ñrfarande känt vid vilket det aktiva materialet avfuktas och därefter bringas att anta fast form. Detta fasta material blandas därefter genom sedimentering i t.ex bitumen i flytande tillstånd i ett kärl som försetts med en up- pvärmningsanordning i form av en värmespiral.

Känd teknik representeras även av bl. a. GB, A, 959 751 och FR, A, 2 289 034. I GB, A, 959 751 påpekas svårigheterna vid blandning av “mud-like sub- stances' med bitumen vid vilket forfarande dessa blandas tills dispersionen uppnår sin bryt- punkt, varvid dispersionen nppdelas i en vattenhaltig fas och en fast produkt innehållande det radioaktiva avfallet. Alldenstnnd detta förfarande är mycket känsligt för stömingar och dessutom den fasta produkten fortfarande innehåller för mycket vatten har man för att undanröja svårigheterna vid detta förfarande infört ytaktivt ämne i blandningen för att lösa uppkomna problem.

I FR, A, 2 289 034 beskrivs ett förfarande för kontinuerligt införande genom sedimentation av radioaktiva ochleller giftiga material, eller blandningar av desamma, företrädesvis i torrt eller torkat tillstànd, i vätskeformiga föreningar, företrädesvis bitumen, asfalt, tjära, termoplastiska material, där detta sker direkt i fötpackningsbehållaren. Det framgår dock att denna sedimentering innebär att det radioaktiva! giftiga materialet ansamlas på botten av behållaren, vilket inte är fallet vid förfarandet enligt uppfinningen.

Genom sökandens eget patent SE, A, 8504045-9 är ett ñrfarande känt för framställning av ett alster av fast bitumen med inkapslade kom- ochleller pulverfortnig radioaktivt kontaminerad jonbytarmassa. Vid detta förfarande sammantörs jonbytannassan med en emulsion av bitumen och vatten så att man till en given mängd emulsion sätter så mycket jonbytarmassa att emulsionens brytpunkt uppnås och blandningen övergår till en fast produkt i vilken jonbytarrnassan föreligger i svälld, vattenhaltig form.

Vid denna sökandens egen tidigare patenterade metod krävs att det radioaktiva materialet först torkas och därefter inblandas i bitumenemulsionen, vilket är ett omständligt förfarande och ett förfarande som kräver energi för torkningen, dessutom föreligger vid torkning av pulver alltid en risk för dammexplosioner.

Förfarandet kräver också ingående parameterbestämningar, eftersom vattenmängden i bitumenemulsionen i förväg måste anpassas till mängden restfukt som finns kvar i avfallet efter torkningen. Detta för att inte få ett överskott eller underskott av BNSDOCID: 505 445 vatten i emulsionen.

Vissa svårigheter föreligger även vid blandning av tom material och den blöta bitumenemulsionen och en mekanisk blandare krävs för att åstadkomma den önskade blandningsgraden.

De kända förfarandena enligt teknikens ståndpunkt medför således alla nackdelar. Utöver ovan nämnda problem som uppstår vid användning av intorkat material kan även nämnas följande risker.

För det första föreligger vid uppvärmning av bitumen och hantering av den heta bitumen en mycket stor brandrisk. Det föreligger även en risk att material som skall innehålla en viss mängd vatten i form av kristallvatten el.dyl. förlorar detta vatten och i ett senare skede under okontrollerade förhållande åter upptar vatten med åtföljande ovan nämnda risker. Detta gäller både jonbytare som torkat helt eller paniellt och även hygroskopiska salter och liknande, samt material, som innehåller vattenupptagande substanser. Ändamålet med uppfinningen är att åstakomma ett säkert och tillförlitligt inkapslingsförfarande för de ovan nämnda typerna av avfall, som är enkelt och lätt utförbart och med en härför avpassad anordning. Syftet med uppfinningen är också att undanröja de ovan nämnda problem, som sammanhänger med förfaranden och anordningar enligt den kända tekniken och att anvisa ett förfarande och en anordning för genomförande av förfarandet enligt det inledningsvis beskrivna slaget, vilket ger möjlighet till en säkrare och effektivare inkapsling och lagring av radioaktivt och annat skadligt material.

Det har nu överraskande visat sig att en samtidig tillförsel av de två komponen- terna, bitumenemulsionen och en punrpbar komponent innefattande det radioaktiva materialet medför en bättre blandning av dessa och att en värmeenergitillförsel på det sätt som avses enligt uppfinningen ger en i alla avseenden homogenare och jämnare slutprodukt både vad avser reglering och innehåll av fukt i de olika delarna av slutprodukten och kvaliteten i övrigt.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att en första pumpbar komponent innefattande ett vattenburet radioaktivt material sammanförs i en behållare med en andra komponent innefattande en bitumenemulsion och att den resulterande blandningen tillförs värmeenergi för avlägsnande av vatten ur blandningen tills blandningen uppnår en BNSDOCID: 505 445 -4_ förutbestämd vattenhalt vid vilken blandningen övergår i en väsentligen fast produkt. Det visar sig att vid detta nya förfarande kan en slutprodukt åstadkommas, vilken har ett helt valbart vatteninnehäll från noll till nära 100 procent. I det tidigare förfarandet måste det alltid fmnas en viss mängd vatten kvar i slutprodukten för att processen skulle fungera, eftersom vattnet inte som i det nya förfarandet torkas bort, utan absorbetades i den torra jonbytaxmassan.

Det har därutöver visat sig att en förbättring av förfarandet uppnås genom att värmeenergin tillförs i form av IR-strälning. Detta förfarande medför att man kan gjuta in icke absorberande material, s.k. indunstningskoncentrat eftersom vid förfarandet vattnet avdrivs ur blandningen i önskad grad genom lR-strâlnirigen.

En ytterligare aspekt på uppfinningen utgörs av att det vattenburna radioaktiva materialet tillförs i form av en pumpbar slurry. Enligt tidigare förfaranden finns det alltid risk att det radioaktiva materialet sprids till de utrymmen där torkningen av materialet sker.

Vid det tidigare förfarandet förelåg dessutom risk för proppbildning vid nedtömningen av det torkade materialet i bitumenemulsionen, vilket inte alls utgör något problem vid förfarandet enligt uppfinningen eftersom det här gäller inblandning av ett pumpbart material.

Ytterligare en aspekt på uppfinningen utgörs av att det vattenburna radioaktiva materialet tillförs i form av ett pumpbart indunstat koncentrat av radioaktivt avfall.

En ytterligare förbättring av förfarandet enligt uppfinningen uppnås genom att de ovan nämnda komponenterna tillñrs portionsvis i avpassad mängd och att värmeenergi tillförs i kontrollerad mängd, eventuellt intermittent.

En fördelaktig utiöringsform av uppfinningen utgörs av att blandningsbehällaren utgör den slutliga behållaren för förvar av den fasta produkten. l och med att blandning och torkning sker i slutlagringsbehållaren uppstår inte de besvärande rengöringsbehov som idag förekommer i samband med kontaminerade tork- och blandningskärl.

För genomförandet av förfarandet har även en anordning uppfunnits, vilken gör det möjligt att genomföra förfarandet pä ett enkelt och effektivt sätt, varvid en anordning för inkapsling av skadligt, företrädesvis radioaktivt material genom blandning av materialet med en bitumenemulsion i sådana proportioner att en fast produkt ästadkommes enligt det beskrivna förfarandet.

BNSDOCID: BNSDOCID: 505 445 _ 5 _ Anordning innefattar organ för tillförande av en första komponent innefattande ett vattenburet radioaktivt material och en andra komponent innefattande en bitumene- mulsion, till en behållare, organ för renspolning och organ för tillförande av värmeenergi.

I en föredragen utföringsform av anordningen utgörs detta organ för tillförande av värmeenergi, företrädesvis av minst ett organ för avgivande av Ill-strålning. l en föredragen utföringsforrn av uppfinningen är behållaren anordnad att tillslutas och utgöra lagringsbehållare ßr den slutliga fasta produkten.

I en ytterligare föredragen utföringsform av anordningen är dessa organ för tillförande av IR-strålning så anordnade, att vid ett tillslutande av behållaren för slutförvar- ing av blandningen, organen inneslutes tillsammans med blandningen, varvid för elektrisk anslutning av organen elektriska anslutningsdon är anordnade på utsidan av behållaren. l en ytterligare aspekt på uppfinningen innefattar den medel för styrning av till- förseln av de två komponenterna, samt medel för övervakning av den fasta produktens bildande.

E l _ . E. E I I. E _ Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen inmatas i en behållare en slurry av radioaktivt avfallsmaterial i vatten kontinuerligt eller interrnittent, samtidigt eller växelvis med en bitumenemulsion av typ bitumen i vatten i en behållare i vilken finns anordnat organ för avgivande av värmeenergi. Den tillförda energin används för att reglera vattenhalten i den uppkomna blandningen av avfalls-sluny och bitnmenemulsion.

Organen för avgivande av energi utgörs företrädesvis av ett eller flera IR- avgivarrde organ.

För att kunna reglera den slutliga halten av vatten i slufprodukten krävs att man känner till den ingående vattenmängden i de två komponenterna, att man kan styra tillförseln av värmeenergi och att kontrollorgan föreligger för konstaterande av under förfarandet från blandningen avgivet vatten.

Anordningen enligt uppfinningen beskrivs närmare med hänvisning till bifogade ritning, som visar en föredragen utföringsforrn av uppfinningen. _, 505445C2 _l _> 505 445 _ 6 _ Anordningen enligt fig. 1 för genomförande av förfarandet innefattar en behållare 20, som kan komma att utgöra en del av den slutliga lagringsbehållaren, ledning 1 fór tillförsel av en bitumenemulsion, ledning 2 för tillförsel av en slurry (uppslamning av t.ex. pulverformig jonbytare, indunstat koncentrat, etc) och 3 för renspolningsvatten. där ll, 12 och 13 betecknar ventiler för reglering av tillförsel till kärlet 20 av bitumenemelsion, slurry resp renspolningsvatten. Dessa ledningar förenas i denna urför- ingsform vid punkten A och leder de tillförda kornponenterna via en demistor l ned i behållaren 20. Aternativt kan naturligtsvis dessa ledningar var för sig mymia i kärlet. l behållaren finns anordnat infravärme 10 för uppvärmning av blandningen, varvid då denna uppvärms, vatten avgår ur densamma. l en föredragen utföringsform är det lll-strålning avgivande organet (20) elektriskt ansluten via utanpå behållaren placerade elektriska anslutningsdon. Då behållaren inför slutförvaring av blandningen försluts, innesluts det lR-strålning avgivande organet tillsammans med den fasta produkten.

Från behållaren 20 är anordnat en ledning 12 i vilken finns monterat organ för processreglering 5, termostat 6 samt brandlarmsterrnostat 7. l ledningen finns även en kylare 9 för utkondensering av forflyktigat vatten. I en ytterligare frånledning 25 finns en kondensatmätare anordnad.

Till behållaren 20 ñnns även nivå- och temperaturmätare 4.1 och 4.2 anordnade för kontroll och styrning av förfarandet, dvs dels av tillförseln av komponenterna, dels av tillförseln av värmeenergi.

Framförallt i de fall, då det radioaktiva eller på annat sätt skadliga materialet är vattenupptagande, dvs kan upptaga kristallvatten eller på armar sätt är hygroskopiskt, måste vid genomförandet av förfarandet tillses att inte för stor andel vatten avdrivs från blandningen, vilket skulle kunna innebära ett vattenupptagande och därmed medföljande svällning av slutprodukten. Kontroll av detta kan ske genom att, som sker i ovanstående anläggning, mäta mängden kondensat och korrelera detta med de ingående komponenternas sammansättning.

Denna styrning kan även ske genom att mäta temperaturen på den värme- behandlade delen av blandningen, varvid kan konstateras att om temperaturen stiger över l00°C, så är det inte enbart fritt vatten (dvs. vatten ur slurryn) som avgår utan om vatten BNSDOCID: BNSDOCID: 505 445 _ 7 _ avgår så är det det fastare bundna vattnet (Lex. kristallvatten) som avgår, vilket skall undvikas. Denna temperaturmäming kan med fördel utföras Lex. med en värmekamera.

Ett ytterligare sätl att uppskatta mängden avgivet vatten är naturligtvis genom Vägning av de ingående komponenterna och registrering av deras sammansättning samt vägning av den slutliga produkten i behållaren 1.

Den beskrivna anordningen innefattar inget blandningsorgan. Vid en föredragen utföringsform av förfarandet satsas den blöta pumpbara, vatteninnehållande slurryn växelvis eller samtidigt med bitumenemulsionen portionsvis, varvid uppvärmning sker av de satsade mängder som under satsningen blandas med varandra och då en tillräcklig vattenavgång skett, satsas nästa omgång av de två i blandningen ingående komponenterna.

I en anläggning av ovanstående utformning tillfördes: a) en bitumenemulsion med en torrsubstanshalt 50 %, temperatur 20 - 25°C doseringshastighet 26 kg/h samtidigt med b) en avfallsslurry med en torrsubstanshalt 20 % temperatur 20 - 4o°c doseringshastighet 41 kg/h.

Den utvecklade effekten på IR-ljuset var 40 kW. Vid avdrivningen av vattnet hålls torkningstemperaturen vid l00°C. En eftertorldiing skedde vid l30°C och under 140 timmar per avfallskolli, vilket resulterade i en slutlig vattenhalt i slutprodukten av 0 - 30 viktsprocent. Slutproduktens vikt uppgick i detta fall till 1600 kg.

Att den visade utföringsformen inte innefattar några medel för blandning innebär naturligtvis inte att dylika skulle kunna anordnas om så är önskvärt.

Uppñnníngen är inte begränsad till det ovan beskrivna utan de beskrivna särdragen kan med fördel kombineras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 505 445 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för inkapsling av skadligt, i synnerhet radioaktivt material, varvid det skadliga materialet ingår i en vattenuppslamning och tillföres en slutförvaringsbehàllare, varvid vattnet avlägsnas genom torkning medelst IR-strålning, varpå behållaren tillslutes för slutförvaring av det skadliga materialet, k ä n n e t e c k n a t a v att en första pumpbar komponent innefattande nämnda vattenuppslamning med det skad- liga materialet och en andra komponent innefattande en bitumen- emulsion tillföres nämnda behållare, att den resulterande blandningen torkas medelst IR-stràlningsorgan anordnade inuti behållaren och att den genom torkningen erhållna fasta pro- dukten innesluts tillsammans med IR-stràlningsorganen då behållaren tillslutes för slutförvaring.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda vattenuppslamning utgörs av ett pumpbart indunstat koncentrat av radioaktivt avfall.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda första och andra komponenter tillförs samtidigt i avpassad mängd och att IR-strålningen tillförs i kontrollerad mängd.

4. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda första och andra komponenter tillförs portions- vis i avpassad mängd och att IR-strålningen tillförs i kontrol- lerad mängd.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t a v att man under torkningen avleder vattenånga och mäter mängden avgivet vatten genom kondensatmätning.

6. Förfarande enligt nägot av kraven l-4, k ä n n e - t e C k n a t a V att mängden avgivet vatten mätes genom temperaturmätning eller Vägning. 45499kra: 1997-05-05 BNSDOCID; 2 sos 445

7. Anordning för inkapsling av skadligt, i synnerhet radio- aktivt material, omfattande organ (2) för tillförsel av en första, pumpbar komponent, innefattande en vattenuppslamning av nämnda skadliga material, till en slutförvaringsbehállare (20) 5 samt IR-stràlningsorgan (10) för torkning av vattenuppslam- ningen i slutförvaringsbehállaren, k ä n n e t e c k n a t a v att anordningen dessutom omfattar organ (l) för tillförsel av en andra komponent, innefattande en bitumenemulsion, till behållaren (20), och att nämnda IR-stràlningsorgan (10) är 10 anordnade inuti slutförvaringsbehàllaren (20), varvid IR- strálningsorganen (10) innesluts tillsammans med den fasta produkt, som bildats vid torkning av nämnda båda komponenter.

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v l5 att elektriska anslutningsdon till IR-stràlningsorganen (10) är anordnade pà behàllarens (20) utsida.

9. Anordning enligt krav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d a v att den innefattar medel (4.l, 4.2, S) för styrning av 20 tillförseln av de båda komponenterna, samt medel (6, 7, 8, 9) för övervakning av tillförseln av komponenterna och den fasta produktens bildande. 45499kra: 1997-0 BNSDOCID: