DD237235A1 - Verfahren zur erhoehung der konzentrierbarkeit von in atomkraftwerken anfallenden radioaktiven abfalloesungen - Google Patents

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DD237235A1
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Tibor Balint
Mihaly Kristof
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Gyula Simon
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Jozsef Viszlay
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Magyar Asvanyolaj Es Foeldgaz
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhoehung der Konzentrierbarkeit von in Atomkraftwerken anfallenden radioaktiven Abfalloesungen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Behandlung der nach der Entfernung der Oxalsaaeure und/oder Oxalate, Citronensaeure und/oder Citrate, Permanganate und sonstiger Dekontaminierungsmittel erhaltenen Abfalloesung, die neben sonstigen anorganischen Salzen in erster Linie Borsaeure und/oder Borate Nitrate und/oder Salpetersaeure und Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid enthaelt. Im Sinne der Erfindung wird abhaengend von der Zusammensetzung der Loesung durch Zusatz von Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid beziehungsweise - wenn die Loesung alkalischer als erwuenscht ist - durch Zusatz von Salpetersaeure das Molverhaeltnis zwischen Alkalihydroxid und Borsaeure unter Beruecksichtigung dessen, dass die Konzentration des sich durch die Saeure-Base-Reaktion bildenden Kaliumnitrates in dem nach dem Eindampfen erhaltenen Konzentrat unter 220 g/dm3 liegen muss, auf einen Wert zwischen 0,8 und 1,5, zweckmaessig auf 1 eingestellt und dann durch einen Konzentrierungsprozess, zweckmaessig durch Eindampfen ein 310-900 g/dm3 Salze enthaltendes Konzentrat hergestellt. Das erfindungsgemaess hergestellte Konzentrat ist bei einer Temperatur von wenigstens 20C lagerfaehig, es scheiden sich weder Kristalle noch sonstige Feststoffe aus.

Description

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird nach Eliminierung von Oxalsäure und/oder Oxalaten, Citronensäure und/oder Citraten, Weinsäure und/oder Tartraten, Permanganaten und sonstiger Dekontaminierungsmittel in der zurückbleibenden Abfallösung beziehungsweise in der von vornherein von Dekontaminierungsmitteln freien Abfallösung, die neben sonstigen anorganischen Salzen in erster Linie Borsäure und/oder Borate, Nitrate und/oder Salpetersäure beziehungsweise Kaiium- und/oder Natriumhydroxid enthält, abhängig von der Zusammensetzung der Lösung durch Zusatz von Alkalihydroxiden, vorzugsweise Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid beziehungsweise, wenn die Lösung alkalischer als erwünscht ist, durch Zusatz von Salpetersäure das M öl verhältnis zwischen Alkalihydroxid und Borsäure auf einen Wert zwischen 0,8 und 1,5, vorzugsweise 1 eingestellt, wobei zu berücksichtigen ist, daß in dem aus dieser Lösung mittels eines Konzentrierungsprozesses, vorzugsweise mittels Verdampfen, hergestellten, 310-900 g/dm3 Salze enthaltenden Konzentrat die Konzentration des durch die Säure-Base-Reaktion gebildeten Kaliumnitrates unter 220g/dm3 liegen muß. In kaliumhaltigen Lösungen wird dementsprechend das Molverhältnis zwischen Alkalihydroxid und Borsäure durch Zusatz von Natriumhydroxid eingestellt. Die Entfernung der Dekontaminierungsmittel kann vorzugsweise gemäß der ungarischen Patentanmeldung 1876/82 vorgenommen werden. Nach Eliminierung der Dekontaminierungsmittel wird das Molverhältnis zwischen Alkalihydroxid und Borsäure vor dem Aufkonzentrieren der Abfallösung und/oder während des Aufkonzentrierens, zweckmäßig Eindampfens, im Eindampfer eingestellt. Das Molverhältnis im Eindampfer wird dauernd kontrolliert, und — zweckmäßig durch Eindampfen—wird aus der Abfallösung ein 310-900 g/dm3 Salze enthaltendes stabiles Konzentrat hergestellt. Infolge der chemischen Behandlung, d. h. der Entfernung der Dekontaminierungsmittel und der Einstellung des Molverhältnisses zwischen Alkalihydroxid und Borsäure, scheiden sich bei der Konzentrierungstemperatur und bei einer Lagerungstemperatur von wenigstens 20°C weder Kristalle noch sonstige Feststoffe aus, d.h. erfindungsgemäß kann ein bei 20°C stabiles, 310 bis 900g/dm3 Salze enthaltendes Konzentrat hergestellt werden.
Die Löslichkeit der Borsäure in Wasser und den wäßrigen Lösungen neutraler Salze, zum Beispiel in der wäßrigen Lösung von Natriumnitrat, beträgt 48 g/dm3. Die Löslichkeit der Alkaliborate, Natrium- und/oder Kaliumborat, determiniert durch das erfindungsgemäß eingestellte Molverhältnis zwischen Alkalihydroxid und Borsäure, liegt jedoch bei 200C, als Borsäure ausgedrückt, bei 340g/dm3.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß zu seiner Durchführung keine besondere Vorrichtung erforderlich ist. Es kann in den in Atomkraftwerken üblicherweise vorhandenen Wasserbehandlungs- und Lagerungsvorrichtungen realisiert werden. Lediglich durch eine zweckmäßige chemische Behandlung der Abfallösungen sind 310-900g/dm3 Salze enthaltende Konzentrate herstellbar, die nach der vorgeschriebenen Zwischenlagerungszeit von einem Jahr ohne weiteres Eindampfen unmittelbar der Einbettung beziehungsweise der Zementierung zugeführt werden können. Dadurch wird ein technologischer Schritt — das Eindampfen vor dem Zementieren — überflüssig, gleichzeitig besteht die Möglichkeit, bei gleicher Lagerungskapazität wesentlich mehr aufgearbeitete Lösung in Konzentratform zu lagern.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Beispiel 1
Die auf Grund der technologischen Beschreibung eines Atomkraftwerkes errechnete Zusammensetzung der Abfallösung (Referenzlösung) ist ohne Angabe der radioaktiven Elemente und ihrer Aktivität die folgende:
g/dm3
Oxalatgehalt, ausgedrückt als Oxalsäure 1,80
Boratgehalt, ausgedrückt als Borsäure 8,04
Natriumnitratgehalt 13,60
Kaliumpermangatgehalt 0,32
Natriumhydroxidgehalt 0,80
Kaliumhydroxidgehalt 0,60
Zunächst wird die Lösung gemäß der ungarischen Patentanmeldung 1876/82 von den Dekontaminierungsmitteln befreit. Dann wird das Molverhältnis zwischen Alkalihydroxid und Borsäure auf 1:1 eingestellt. Anschließend wird durch Eindampfen ein 850g/dm3 Salze enthaltendes Konzentrat hergestellt.
Im einzelnen werden während des Verfahrens zunächst auf 1 Liter Referenzlösung 2,7 ml 65Gew.-%ige Salpetersäure und 0,95 g KMnO4 gegeben. Durch die Lösung wird eine Stunde lang Luft geleitet. Dann werden pro Liter Lösung 5,20g NaOH zugegeben. Die Lösung wird filtriert und das Filtrat durch Destillation zu einem 850g/dm3 Salze enthaltenden Konzentrat verarbeitet. Aus diesem Konzentrat scheiden sich bei einer Lagerungstemperatur von wenigstens 2ü°C weder Kristalle noch sonstige Feststoffe ab.
Wird die gleiche Referenzlösung nach der Lehre der ungarischen Patentanmeldung Nr. 1876/82 behandelt, also pro Liter Lösung 2,7 ml 65Gew.-%ige Salpetersäure und 0,85g NaMnO4 zugegeben, und eine Stunde lang Luft durch die Lösung geleitet, sodann pro Liter Lösung 0,23g NaOH zugesetzt und die Lösung filtriert, so kann aus dem Filtrat durch Destillation ein Konzentrat mit maximal 150 g/dm3 Salzgehalt erhalten werden, das bei 200C noch lagerstabil war, d.h. aus dem sich keine Kristalle oder sonstige , Feststoffe ausschieden.
Beispiel 2
Die chemische Zusammensetzung der radioaktiven Abfallösung eines arbeitenden Atomkraftwerkes ist ohne Angabe der radioaktiven Elemente und ihrer Aktivität die folgende:
g/dm3
Borsäuregehalt 1,7
Natriumnitratgehalt 0,8
Zu der Lösung werden pro Liter erfindungsgemäß 1,10g NaOH gegeben. Dann wird die Lösung zu einem 715g/dm3 Salze enthaltenden Konzentrat eingedampft. Das Konzentrat ist bei einer Temperatur von wenigstens 200C lagerstabil, d. h. es scheiden sich keine Kristalle oder sonstige Feststoffe aus.
Wird dagegen die gleiche Abfallösung gemäß der ungarischen Patentanmeldung 1876/82 behandelt, also pro ein Liter Lösung 0,23 g Natriumhydroxid zugesetzt, so enthält ein Konzentrat das bei 200C lagerstabil ist, und durch Eindampfen dieser Lösung nur 240g/dm3 erhalten wurde.
Beispiel 3
Die chemische Zusammensetzung der radioaktiven Abfallösung eines arbeitenden Atomkraftwerkes ist ohne Angabe der radioaktiven Elemente und ihrer Aktivität die folgende:
g/dm3
Borsäure 1,46
Natriumnitrat 0,16
Kaliumnitrat 1,95
Salpetersäure 1,33
Erfindungsgemäß werden der Lösung pro Kubikmeter 1,8 kg Natriumhydroxid zugesetzt. Durch Eindampfen wird ein Konzentrat mit 530g/dm3 Salzgehalt hergestellt. Aus dem Konzentrat scheiden sich weder im Eindampfer noch während der bei 200C erfolgenden Lagerung Kristalle oder sonstige Feststoffe ab.
Gemäß den technologischen Anweisungen des Atomkraftwerkes wird bisher aus der gleichen Lösung ein Konzentrat mit einem Salzgehalt von nur 60 bis 80g/dm3 hergestellt.

Claims (3)

Erfindungsanspruch:
1. Verfahren zur Erhöhung der Konzentrierbarkeit von in Atomkraftwerken anfallenden radioaktiven Abfallösungen, gekennzeichnet dadurch, daß man in der nach der Entfernung der Oxalsäure und/oder Oxalate, Citronensäure und/oder Citrate, Permanganate und sonstiger Dekontaminierungsmittel erhaltenen, neben sonstigen anorganischen Salzen in erster Linie Borsäure und/oder Borate, Salpetersäure und/oder Nitrate, Alkalihydroxide, in erster Linie Natrium- und/oder Kaliumhydroxid enthaltenden Abfallösung abhängend von der Zusammensetzung der Lösung durch Zusatz von Kalium- und/oder Natriumhydroxid beziehungsweise durch Zusatz einer starken Mineralsäure, vorzugsweise Salpetersäure, das Molverhältnis zwischen Alkalihydroxid und Borsäure auf einen Wert zwischen 0,8 und 1,5, vorzugsweise 1 einstellt, die Löslichkeit der Borsäure und/oder Borate auf einen in Borsäure ausgedrückten Wert von 340g/dm3 vergrößert und aus der chemisch behandelten Abfallösung durch einen Konzentrierungsprozeß, vorzugsweise durch Eindampfen, ein bei der Eindampftemperatur und einer Lagerungstemperatur von wenigstens 200C stabiles, d. h. von Kri.stallniederschlägen mit sonstigen Feststoffausscheidungen freies Konzentrat mit 310-900g/dm3 Salzgehalt herstellt.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man in der Lösung zuerst die Dekontaminierungsmittel eliminiert und dann unter Berücksichtigung dessen, daß die Konzentration des sich durch die Säure-Base-Reaktion bildenden Kaliumhitrates in dem nach dem Eindampfen erhaltenen Konzentrat unter 220g/dm3 liegen muß, durch Zusatz von Salpetersäure beziehungsweise Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid das Alkalihydroxid/Borsäure-Molverhältnis einstellt.
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß man das Alkalihydroxid/Borsäure-Molverhältnis in der Abfallösung und/oder im Eindampfer einstellt.
Anwendungsgebiet der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur chemischen Behandlung und zur Aufkonzentrierung der in Atomkraftwerken anfallenden radioaktiven Abfallösungen. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung der nach der Entfernung der Oxalsäure und/oder Oxalate, Citronensäure und/oder Citrate, Permanganate und sonstiger Dekontaminierungsmittel erhaltenen Abfallösung, die neben sonstigen anorganischen Salzen in erster Linie Borsäure und/oder Borate, Nitrate und/oder Salpetersäure und Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid enthält.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Gemäß Stand der Technik ist ein Verfahren bekannt, siehe spanische Patentschrift 8034397, bei denen die borsäurehaltige Abfallösung vor der endgültigen Verfestigung zur Trockne eingedampft wird, jedoch arbeiten die meisten Atomkraftwerke aus unterschiedlichen Gründen (Aspekte des Umweltschutzes, Verhinderung der Bildung radioaktiven Staubes, Automatisierbarkeit usw.) mit Naßverfahren, d.h. mit Lösungen.
Gemäß der sowjetischen Patentschrift 654010 wird die Borsäure und/oder Borate enthaltende Abfallösung mit Salpetersäure auf einen pH-Wert von 3,5 bis 4,0 eingestellt und bis zu einer Salzkonzentration von 130 bis 150 g/dm3 eingeengt. Gemäß der ungarischen Patentanmeldung 1876/82 erhält man bei der Aufarbeitung von borsäure- und/oder borathaltigen Abfallösungen mit einer K+-Konzentration von unter 10~2 Mol/dm3 Konzentrate mit einer Salzkonzentration von höchstens 310 g/dm3 und bei K+-Konzentration von über 10~2 Mol/dm3 erreicht die Salzkonzentration höchstens den Wert von 150 g/dm3. In den meisten Atomkraftwerken werden die Abfallösungen bis zum Zerfall der Isotope mit kurzer Halbwertzeit und zur endgültigen Aufarbeitung gelagert. Die Lagerung der flüssigen radioaktiven Abfallösungen ist, was die spezifische Lagerungskosten anbetrifft, um so günstiger, je konzentrierter das hergestellte Konzentrat ist. Aus den Abfallösungen geringerer Radioaktivität muß beim Konzentrieren ein möglichst konzentriertes Abfallösungskonzentrat hergestellt werden, weil die Lagerungskapazität eines Atomkraftwerkes begrenzt ist und durch verstärkte Konzentration auch die spezifischen Kosten der endgültigen Verfestigung und Entsorgung (Vergraben) geringer werden. Beim Konzentrierungsprozeß kann jedoch die Gleichgewichtskonzentration der Löslichkeit der einzelnen Komponenten nicht überschritten werden, weil die infolge Übersättigung eintretende Kristallabscheidung in der Eindampfvorrichtung, ferner beim Pumpen und Lagern Betriebsstörungen verursachen kann.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung der Konzentrierbarkeit von in Atomkraftwerken anfallenden radioaktiven Abfallösungen, damit die Kosten bei der endgültigen Verfestigung und Entsorgung geringer werden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Konzentrierbarkeit von in Atomkraftwerken anfallenden radioaktiven Abfallösungen zu schaffen, bei dem beim Konzentrierungsprozeß die Gleichgewichtskonzentration der Löslichkeit der einzelnen Komponenten nicht überschritten wird.
DD27645685A 1984-05-21 1985-05-17 Verfahren zur erhoehung der konzentrierbarkeit von in atomkraftwerken anfallenden radioaktiven abfalloesungen DD237235A1 (de)

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