DE2631326A1

DE2631326A1 - Verfahren zum einbinden fluessigkeitshaltiger radioaktiver abfallstoffe und knetvorrichtung dafuer

Info

Publication number: DE2631326A1
Application number: DE19762631326
Authority: DE
Inventors: Anwer Dipl Ing Puthawala
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-07-12
Filing date: 1976-07-12
Publication date: 1978-01-26
Also published as: JPS6323520B2; BR7704539A; GB1547952A; US4289407A; ES460652A1; CH628458A5; JPS539999A; US4194842A; SE7707739L; FR2358731B1; FR2358731A1

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Verfahren zum Einbinden flüssigkeitshaltiger radioaktiver Abfallstoffe und Knetvorrichtung dafür.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbinden flüssigkeitshaltiger radioaktiver Abfallstoffe in thermoplastischem Kunststoff mit Hilfe einer Knetvorrichtung.

Aus der deutschen Offenlegungsschrlft 21 35 328 ist ein Verfahren der oben genannten Art bekannt, bei der die Knetvorrichtung, die als Schneckenpresse ausgebildet ist, auf einer Temperatur von beispielsweise 200⁰C gehalten wird. Dadurch soll erreicht werden, daß das in Kunststoff einzubindende Konzentrat wässriger radioaktiver Lösungen getrocknet wird, weil bei diesen Temperaturen eine Ausdampfung des Wassers stattfindet. Gleichzeitig soll der in Form von Pulver eingegebene Kunststoff verflüssigt werden, so daß er sich mit den Feststoffen vermischen kann.

Bei der Durchführung des bekannten Verfahrens haben sich jedoch Schwierigkeiten durch Verstopfen der Knetvorrichtung und wegen einer unerwünscht schwankenden Konsistenz des Endproduktes ergeben. Deshalb geht die Erfindung von der Aufgabe aus, das bekannte Verfahren so zu verbessern, daß Störungen im Betriebsablauf vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird das oben genannte Verfahren so ausgeführt, daß der Thermupiast bei Zimmertemperatur der Knetvor-

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richtung zugeführt wird, daß der Thermoplast in der Knetvorrichtung auf mindestens 100⁰C erwärmt wird, daß dem erwärmten Thermoplast die Abfallstoffe zugesetzt werden, daß Thermoplast und Abfallstoffe bei einer von 100 auf 200⁰C oder mehr steigenden Temperatur vermischt werden, daß die Mischling unter Beibehaltung der Temperatur in an sich bekannter Weise durch Ausdampfen getrocknet wird und daß die ausgedampfte Mischung mechanisch aus der Knetvorrichtung ausgetragen wird.

Die Erfindung unterscheidet sich mithin, vereinfacht gesagt, durch eine besondere Temperatursteuerung vom Bekannten. Dadurch wird die Handhabung des Kunststoffes störungsfrei gemacht und ein gewünscht gleichförmiges Endprodukt erhalten, das sich gut für die Endlagerung eignet. Jedenfalls hat sich die Erfindung bei Versuchen ausgezeichnet bewährt.

Die Abfallstoffe können vor dem Mischen auf etwa 70⁰C aufgeheizt werden. Dies bedeutet, daß sie vorzugsweise vor dem Eintritt in die Knetvorrichtung erwärmt werden.

Der beim Trocknen der Abfallstoffe in der Knetvorrichtung entstehende Dampf kann vorteilhaft durch Einleiten in ein Wasserbad kondensiert werden. Dies unterscheidet sich von bekannten Knetvorrichtungen, bei denen in der Auslaßleitung, au so praktisch an der Knetvorrichtung, ein Kühler vorgesehen ist. Durch das Einleiten in ein Wasserbad erreicht man nicht nur die zum Niederschlagen des Dampfes erforderliche Kühlung, sondern gleichzeitig das Auswaschen gegebenenfalls mitgeführter Bestandteile, die in Form einer flüssigen Lösung weiter behandelt werden können.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß nach einer bestimmten Betriebszeit die Zugabe der Abfallstoffe kurzzeitig durch die Zugabe von Wasser ersetzt wird und daß das Wasser in der Knetvorrichtung verdampft wird. Hierdurch wird eine Reinigung der gesamten Knet-rorrichtung erzielt, die die Strahlenbelastung im Bereich der Knetvorrichtung verringern hilft.

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Außerdem wird dadurch ein Anbacken von Kunststoff und/oder Abfallstoff vermieden, das schon mechanisch die Knetvorrichtung überbelasten könnte.

Das Trocknen kann gemäß der weiteren Erfindung bei verringertem Druck, vorzugsweise bei ca. 300 Torr, erfolgen. Dazu kann die Knetvorrichtung als Ganzes oder in Abschnitten unter verringerten Druck gesetzt werden.

Als Knetvorrichtung im Sinne der Erfindung sind zum Beispiel die bekannten Schneckenpressen gut geeignet, wie sie etwa in der österreichischen Patentschrift 266 268 angegeben sind. Bei solchen Schneckenpressen, bei denen üblicherweise Auslaßöffnungen für Dampf vorhanden sind, sind erfindungsgemäß im Bereich der Auslaßöffnungen Anschlüsse für die Zugaben einer Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Damit kann man die Auslaßöffnungen und die daran angeschlossenen Leitungen ohne Unterbrechung des Betriebes, insbesondere aber ohne den Einsatz von Personal reinigen, so daß die Strahlenbelastung denkbar gering bleibt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung, in der eine Anlage zum Einbinden flüssigkeitshaltiger radioaktiver Abfallstoffe schejintisch dargestellt ist.

Die flüssigen radioaktiven Abfallstoffe werden durch eine Leitung 1 in einen Konzentratbehälter 2 gegeben, wobei der Flüssigkeitsspiegel mit einer Regelvorrichtung 3 auf ein gewünschtes Maß gebracht wird. Im Konzentratbehälter 2 ist eine Rührvorrichtung 4 angeordnet, die das Absetzen der festen Abfallstoffe verhindern soll. Außerdem ist eine Umwälzleitung 5 vorhanden, durch die mit einer Pumpe 6 ein den gleichen Zweck dienender Flüssigkeitsumlauf geführt werden kann. An die Umwälzleitung 5 ist über ein Ventil 8 eine Dosierpumpe 9 angeschlossen, die von einer Meßeinrichtung 10 gesteuert wird, wie durch die Wirkungslinie 11 angedeutet ist. Dadurch wird die Eingabe des Konzen-

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trats in eine Zuführleitung 12 mit ausreichender Genauigkeit festgelegt.

Die Abfallstoffe sollen in thermoplastischem Kunststoff eingebunden werden, wie dies aus der eingangs genannten Offenlegungsschrift bekannt ist. Zu diesem Zweck kann Polyäthylen oder Polystyrol verwendet werden. Es sind aber auch andere thermoplastische Kunststoffe, etwa Polyacrylate zur Verwirklichung der Erfindung geeignet, bei der im Endzustand ein festes Produkt erwünscht ist, das eine Endlagerung ohne die Gefahr des Auswaschens ermöglicht. Ferner sollen alle Kunststoffe mit umfaßt sein, die gegebenenfalls noch entwickelt werden und ähnliche Eigenschaften wie die genannten Beispiele haben.

Der Kunststoff, beim Ausführungsbeispiel Polyäthylen, liegt in Form eines Granulats in einen Lagerbehälter 15 vor, in dem mit einer Regeleinrichtung 16 ein Mindeststand aufrecht erhalten wird. Beispielsweise kann der Behälter ein Volumen von 500 aufweisen. Das Kunststoffgranulat gelangt durch ein Loch in dem konischen Boden 17 des Behälters 15 über eine Förderschnecke 18 mit einem Antriebsmotor 19 zu einer Bandwaage 20, die zur Dosierung der Granulatmenge dient. Zu diesem Zweck steuert die Waage, wie durch die Wirkungslinie 21 angedeutet ist, die Drehzahl des Motors 19, so daß eine beistimmte Granulatmenge durch ein Fallrohr 22 zu der als Ganzes mit 25 bezeichneten Knetvorrichtung geführt wird. Im Fallrohr 22 ist ein Schauglas 26 vorgesehen, damit der Granulatfluß beobachtet werden kann. Wesentlich ist, daß das Granulat mit Zimmertemperatur, also etwa 20⁰C in die Knetvorrichtung 25 gelangt, damit es körnig (pulvrig) bleibt und nicht verklebt.

Die Knetvorrichtung 25 umfaßt elf Gehäuseteile, die zu einer zweiwelligen Schneckenpresse bekannter Bauart zusammengefaßt sind. Die Förderrichtung ist in der Figur von rechts nach links. Für den Antrieb der Schneckenpresse ist ein thyristorgesteuerter Gleichstromgetriebemotor 28 vorgesehen, der zum Beispiel bei einer Leistung zw_ichen 0 und 30 kW eine einstellbare Dreh-

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zahl im Bereich zwischen O und 300 Umdrehungen pro Minute aufweist. Der Motor 28 wirkt über eine nicht weiter gezeichnete Kupplung auf die Antriebswelle 29 der Knetvorrichtung 25.

Der erste Gehäuseteil 30 ist der Eingabeteil für den Kunststoff. Dieser Teil wird mit Hilfe von Kühlwasserleitungen ebenfalls auf Zimmertemperatur (20⁰C) gehalten. Dadurch wird das Einlaufen des Kunststoffgranulats in die Wellen der Schneckenpresse erleichtert.

Im anschließenden Gehäuseteil 32 steigt die Temperatur, weil die beim Verarbeiten in der Knetvorrichtung entstehende Wärme nicht mehr abgeführt wird und weil der daran anschließende Gehäuseteil 33 mit einer Heizung versehen ist. Es wird eine Endtemperatur von ca. 14O⁰C erreicht, so daß das Gehäuse 32 praktisch die Schmelzstrecke für das Granulat bildet. Am Ende des Gehäuses 32 liegt der Kunststoff also in zähflüssiger Form vor.

Zur Heizung der Knetvorrichtung 25 wird Sattdampf von beispielsweise 20 bar verwendet, der über eine Leitung 35 der Knetvorrichtung an verschiedenen, später näher beschriebenen Stellen zugeführt wird. Das bei der Heizung entstehende Kondensat wird über eine Leitung 36 zum Dampferzeuger zurückgefordert. An die Dampfleitung 35 sind motorisch stellbare Ventil 37 bis 42 angeschlossen, die von Thermoelementen 44 bis 49 gesteuert werden, wie durch die Wirkungslinien 50 bis 55 angedeutet ist. Der Kondensatauslaß erfolgt über Ventile 57 bis 62. In die gleiche Kondensatleitung 36 führt auch ein Auslaßventil 64, das den von einer Dampfleitung 65 beheizten Dampfdomen 66 bis 69 zugeordnet ist.

Im Gehäuse 33 wird durch die Beheizung eine Temperatur von etwa 140⁰C eingehalten. Dort ist eine motorisch betriebene Förderschnecke 70 für die Eingabe des Konzentrats aus der Leitung 12 vorgesehen.

Durch weitere Beheizung wird in dem anschließenden Gehäuse

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Ί ~ 76 P 9 3 4 9 BRD eine Temperatur von etwa 16O°C erreicht.

Die Beheizung im Gehäuseteil 72 wird so geregelt, daß eine Temperatur von etwa 175°C mit einem Streubereich von ± 20⁰C eingehalten wird.

Eine Abweichung in der gleichen Größenordnung gilt auch für die folgenden Sollwerte der Gehäusetemperaturen, und zwar von 200⁰C für den Gehäuseteil 73, 180⁰C für den Gehäuseteil 74, 200⁰C für den Gehäuseteil 75 und 215⁰C für die anschließenden Gehäuseteil 76, 77 und 78.

Der Gehäuseteil 78 ist als Auslaß ausgebildet. Dort ist eine Auslaßöffnung 80 vorgesehen, aus der das Gemisch aus thermoplastischem Kunststoff und Konzentrat in ein Normfaß 81 abgefüllt wird, wie durch den Pfeil 82 angedeutet ist. Wesentlich ist dabei, daß das Gemisch mechanisch bis zu der Auslaßöffnung gefördert wird, um Störungen durch e.ln Verkleben oder Verkrusten zu vermeiden.

Der bei der Trocknung des Konzentrats entstehende Dampf wird in den Dampfdomen 66 bis 69 abgezogen und durch eine Auslaßleitung 84 abgeführt, die in einem Wasserbehälter 85 endet. Der Wasserbehälter 85 wird mit einer Kühlschlange 86 auf einer niedrigeren Temperatur, beispielsweise auf Zimn= rtemperatur gehalten. Sein Wasserspiegel wird mit einer Regel einrichtung eingestellt. Eine Destillatpumpe 88 mit einer Saugleitung fördert erforderlichenfalls das Destillat in eine Abwasseraufbereitungsanlage, wie durch den Pfeil 90 angedeutet ist.

Die Figur zeigt, daß an die Dampfdome 66 bis 69 Leitungen 92, 93,94 und 95 angeschlossen sind, die über Ventile 97 bis zu einem Behälter 101 führen. Der Behälter 101 enthält eine Reinigungsflüssigkeit, evtl. mit geeigneten Zusätzen, zum Beispiel Dekontaminationsmittel, die über ein Stellventil 102 nachgefüllt werden kann. Mit Hilfe der Leitungsanschlüsse bis 95 ist es möglich, fernbedient und ohne strahlungsgefährdeten Personaleinsatz die Dampfdome 66 bis 69 zu reinigen und

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feste Rückstände abzuspülen. Zu dem gleichen Zweck kann der Dampf der Leitung 65 auf sogenannte Dampflanzen 103 gegeben werden, mit denen ein kräftiger Dampfstrahl gegen die Innenseite der Dome 66 bis 69 gerichtet werden kann.

Der Behälter 101 ist über eine Leitung 105 mit den Stellventilen 106 und 107 auch mit der Leitung IE verbindbar. Deshalb kann nach einer bestimmten Betriebszeit Reinigungswasser in die Leitung 12 gegeben werden, nachdem dort die Zugabe der Abfallstoffe gestoppt worden ist. Das Wasser wird in der Knetvorrichtung 25 verdampft und nimmt dabei Ablagerungen mit, die mit dem weiterhin eingegebenen Kunststoff zur Auslaßöffnung gefördert werden.

6 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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Patentansprüche ο -> ο -ι ο ο e*

/*\~ ^κ 2b 3 1326

/l.] Verfahren zum Einbinden flüssigkeitshaltiger radioaktiver ^—^/ Abfallstoffe in thermoplastischem Kunststoff mit Hilfe einer Knetvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast bei Zimmertemperatur der Knetvorrichtung zugeführt wird,

daß der Thermoplast in der Knetvorrichtung auf mindestens 100⁰C erwärmt wird,

daß dem erwärmten Thermoplast die Abfallstoffe zugesetzt werden,

daß Thermoplast und Abfallstoffe bei einer von 100 auf 200⁰C oder mehr steigenden Temperatur vermischt werden, daß die Mischung unter Beibehaltung der Temperatur in an sich bekannter Weise durch Ausdampfen getrocknet wird und daß die ausgedampfte Mischung mechanisch aus der Knetvorrichtung ausgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallstoffe vor dem Mischen auf etwa 70⁰C aufgeheizt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Trocknen entstehende Dampf durch Einleiten in ein Wasserbad kondensiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer bestimmten Betriebszeit die Zugabe der Abfallstoffe kurzzeitig durch die Zugabe von Wasser ersetzt wird und daß das Wasser in der Knotvorrichtung verdampft wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen bei verringertem Druck erfolgt, ca. 300 Torr.
6. Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit Auslaßöffnungen für den Dampf, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der AuslaßJffnungen (Dampfdome 66 bis 69) Anschlüsse (92 bis 95) für die Zugabe einer Reinigungsflüssigkeit vorgesehen sind.

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