VERFAHREN ZUR ENTSORGUNG EINES MIT MINDESTENS EINEM TOXIKUM, INSBESONDERE RADIOTOXIKUM, KONTAMINIERTEN GEGENSTANDES AUS KERAMIK, GRAPHIT UND/ODER KOHLESTEIN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung eines mit mindestens einem Toxikum, insbesondere Radiotoxikum kontaminierten Gegenstandes aus Keramik, Graphit und/oder Kohlestein.

[0002] Die Entsorgung mit Radiotoxika kontaminierter Gegenstände ist insbesondere im Zusammenhang mit dem Betrieb, der Stilllegung und der Beseitigung von kerntechnischen Anlagen ein bedeutender wirtschaftlicher Faktor. Um eine Belastung der Umwelt mit toxischen Materialien zu vermeiden bzw. möglichst gering zu halten, ist ein erheblicher technischer und damit finanzieller Aufwand notwendig. In kerntechnischen Anlagen werden Graphit, Kohlestein und solche Materialien mit keramischer Grundstruktur in vielfacher Weise verwendet, z.B. als Moderatoren oder als Struktur- und Isolationswerkstoffe. Zur radioaktiven Verunreinigung dieser Materialien kommt es durch Neutronenaktivierung vorhandener chemischer Verunreinigungen oder durch Adsorption bzw. Diffusion von Spaltprodukten. Die bekannte Entsorgung schwach radioaktiver Abfälle durch Versenken im Meer ist ökologisch bedenklich und wird seit vielen Jahren entsprechend dem diesbezüglichen Londoner Abkommen von den westlichen Ländern nicht mehr praktiziert.

[0003] Das Deponieren schwach radioaktiver Abfälle in Endlager oder Zwischenlager ist wegen der anfallenden hohen Mengen und der Brennbarkeit kohlenstoffhaltiger Materialien auf der einen Seite und den begrenzten Lagerkapazitäten auf der anderen Seite ebenfalls problematisch. So können bei einem stillgelegten kohlenstoffmoderierten Reaktor mehrere 100 Tonnen schwach radioaktiver Abfälle anfallen.

[0004] Das ebenfalls bekannte Verbrennen der schwach radioaktiven Abfälle ist insbesondere im Fall von Kohlenstoffstrukturen problematisch, da hierbei Radionuklide, wie Tritium und C¹⁴ in die Atmosphäre freigesetzt werden.

[0005] Aus der DE 197 37 891 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der zu entsorgende Gegenstand zunächst aufgeheizt wird, um ein Teil der Toxika durch Ausgasen oder thermische Zersetzung zu entfernen. Der entfernte Anteil des Toxikums wird aufgefangen und der zum Teil dekontaminierte Gegenstand und das aufgefangene Toxikum werden anschließend getrennt weiteren Entsorgungsschritten zugeführt. Die in hoher Konzentration vorliegenden aufgefangenen Toxika werden auf eine Weise entsorgt, wie sie bereits für stärker radioaktive Abfälle, z. B. Filter aus kerntechnischen Anlagen, bekannt ist. Der zum Teil dekontaminierte Gegenstand kann aufgrund der verminderten Konzentration der Radiotoxika unter geringeren Anforderungen gehandhabt sowie zwischen- oder endgelagert werden. Dabei kann zum Schutz gegen Brand und Auslaugen die Oberfläche des Gegenstandes behandelt werden, z. B. durch Reaktion mit flüssigem Silizium unter Bildung von SiC oder durch pyrolytische Abscheidung von Kohlenstoff zum verschließen der Poren. Außerdem wird auf diese Weise eventuell gespeicherte, durch strahlungsinduzierte Störung des Kristallgitters aufgebaute Energie (Wigner-Energie) und die damit verbundene Gefahr der Selbsterhitzung kontrolliert beseitigt.

[0006] Stammen die zu entsorgenden Gegenstände aus kerntechnischen Anlagen, handelt es sich dabei in der Regel um massive Blöcke mit Abmessungen von ca. 0,5 bis 1 m Höhe und Breite und bis ca. 2 m Länge, die erhebliche Mengen unterschiedlicher Radiotoxika enthalten. Sie fallen z.B. bei Stilllegung von graphitmoderierten Kernreaktoren oder auch bei Normalbetrieb gasgekühlter Reaktoren durch Austausch von keramischen Bauelementen, z. B. Brennelementhüllen oder in Form von Moderatorsäulen bei Materialtestreaktoren (MTR) oder in Form von keramischen oder kohlenstoffhaltigen Adsorbens aus Reinigungsanlagen aller Art an.

[0007] Das zu entsorgende Material ist in der Regel brennbar und stellt schon von daher für die Lagerung ein spezielles Problem dar. Zudem sind insbesondere Reaktorgraphit und Kohlestein sehr anfällig gegen chemischen Angriff und Auslaugung. Reaktorgraphit ist eine speziell für kerntechnische Anlagen verwendete Graphitform mit extrem hoher Porosität. Kohlestein ist ebenfalls hochporös.

[0008] Der hier betroffenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem die Ausnutzung gegebener Lagerkapazitäten optimiert werden kann und gleichzeitig ein effizienter Schutz vor Verbrennen und Auslaugen gegeben ist. Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der Gegenstand zu einem Granulat zerkleinert wird, der Gegenstand vor, während und/oder nach der Zerkleinerung zur Reduktion seiner Kontamination unter Inertgasatmosphäre oder Vakuum ausgeheizt wird und das Granulat anschließend entweder mit einer verflüssigten Hüllmasse umgossen wird, oder mit der Hüllmasse in Pulver- oder Körnerform vermengt und anschließend bis zur Verflüssigung der Hüllmasse erhitzt wird, wobei die verflüssigte Hüllmasse entweder selbst zu einer Keramik erstarrt oder mit dem Granulat chemisch zu einer Keramik reagiert.

[0009] Die Zerkleinerung des Gegenstandes ermöglicht eine Anpassung des zu entsorgenden Materials an vorgegebene Formen, z. B. die Form von Transportbehältern oder die Geometrie der Lagerstätte, und damit eine Optimierung der Raumnutzung. Eine Zerkleinerung zum Granulat mit Korngrößen von höchstens einigen cm erlaubt eine nahezu beliebige Formgebung. Im Falle einer verflüssigten Hüllmasse, die mit dem Material des Granulats chemisch reagiert, kann das Granulat bei entsprechenden Bedingungen vollständig durchreagieren. In der Regel werden zumindest die größeren Körner des Granulats lediglich im Bereich einer Oberflächenschicht von wenigen µm bis etwa 1 mm Dicke zu einer Keramik reagieren. Im Falle der Vermengung des Granulats mit der pulvrigen oder körnigen Hüllmasse kann diesem zusätzlich auch vor, während oder nach dem Erhitzen verflüssigte Hüllmasse beigefügt werden. In jedem Fall bewirkt die Zerkleinerung und das Umhüllen des Granulats mit der Hüllmasse zudem, dass sich die nach dem Ausheizen verbliebene Kontamination im wesentlichen im Volumen des Gebindes verteilt. Dies ist insbesondere von Vorteil bei zu entsorgenden Gegenständen, die eine hohe Oberflächenkontamination und keine oder nur geringe Volumenkontaminationen aufweisen. Die Überführung in eine volumenkontamination kann zu wesentlich geringeren Anforderungen an die Handhabung der Gebinde aufgrund der dann geringeren Oberflächendosisleistung und der gegebenen Selbstabschirmung führen. Somit ist es nicht erforderlich, nahezu die gesamte Menge der Toxika durch Ausheizen zu entfernen, wodurch die Dekontamination weniger aufwendig, z. B. bei relativ niedrigen Temperaturen, durchgeführt werden könnte. Ein weiterer Vorteil der Zerkleinerung ergibt sich, wenn das Ausheizen am Granulat selbst erfolgt, da wegen der kürzeren Diffusionswege ein effizienteres Ausheizen erreicht werden kann.

[0010] Weiterhin soll das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass die Zerkleinerung unter einer Inertgasatmosphäre erfolgt. Hierdurch wird das Entzündungs- und Verpuffungsrisiko gemindert und im Falle kohlenstoffhaltiger Gegenstände die Reaktion mit atmosphärischem Sauerstoff unter Bildung von CO oder CO₂ vermieden, welches in der Regel C¹⁴ enthalten würde und daher nicht entweichen darf. Geeignete Atmosphären sind z. B. Stickstoff und Argon.

[0011] Die im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Parameter, wie z.B. Temperatur, Verweilzeiten, Druck, Verhältnis der Masse der Hüllmasse zur Masse des Gegenstands, die Korngröße, sind jeweils abhängig von der Art der ursprünglichen Konzentrationen der Toxika sowie den angestrebten Eigenschaften des Gebindes. Sollte ein Toxikum aufgrund der hohen Stabilität seiner Bindung an den Gegenstand nicht oder nur über unwirtschaftlich lange Zeiträume hinweg durch Aufheizen des Gegenstandes im erforderlichen Maße ausgetrieben werden können, kann das entsprechende Toxikum durch chemische Reaktion mit einer geeigneten Substanz, z. B. einem Halogen, in eine thermisch aus dem Gegenstand entfernbare chemische Verbindung, z. B. einem Halogenid, überführt werden.

[0012] Die ausgeheizten Toxika werden - wie dies aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist - gesondert aufgefangen und entsorgt.

[0013] Das aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugte Gemenge kann zur Herstellung eines zwischen- oder endlagerfähigen Gebindes in einen geeigneten Behälter verfüllt werden. Dies kann im fließfähigen oder formbaren Zustand des Gemenges erfolgen, um den Behälter vollständig mit dem Gemenge auszufüllen. Bekannt ist die Verwendung metallischer Behälter. Diese weisen allerdings den Nachteil auf, dass sich aufgrund von Oxidation des Metalls in wässriger Lösung Wasserstoff bilden und im Endlager sammeln kann.

[0014] Es kann daher vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, dass das aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugte Gemenge in einen Behälter aus einer nicht kontaminierten Keramik vergossen wird. Hierdurch wird die oben beschriebene Wasserstoffbildung und damit eine Explosionsgefahr im Endlager vermieden.

[0015] Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass nach dem Vergießen des Gemenges der Behälter mit einer nicht kontaminierten, zur Keramik erstarrenden flüssigen Auffüllmasse vollständig gefüllt wird. Auf diese Weise wird der Behälter derart verschlossen. dass das Gemenge keinen Kontakt zur Umwelt hat. Die Auffüllmasse, die z. B. zu derselben Keramik erstarren kann, aus der der Behälter besteht, verschließt also letzteren.

[0016] Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch so ausgeführt werden, dass das aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugte Gemenge im fließfähigen oder formbaren Zustand zur Auffüllung der Zwischenräume in andere kontaminierte Abfälle enthaltenden, zwischen- oder endlagerfähigen Gebinden verwendet wird.

[0017] Auf diese Weise können die Kapazitäten der verwendeten Behälter und damit die gegebenen Lagerkapazitäten nahezu optimal genutzt werden. Die verbliebene Kontamination in den Gemengen ist so niedrig, dass durch das Verfüllen der Zwischenräume anderer endlagerfähiger Abfälle keine Grenzwerte überschritten werden können, die die Endlagerfähigkeit gefährden würden.

[0018] Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass zur Erzeugung eines zwischen- oder endlagerfähigen Gebindes das mit dem aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugten Gemenge im fließfähigen oder formbaren Zustand ein anderer kontaminierter Abfall vollständig umhüllt wird.

[0019] Das Gemenge kann ohne Zwischenraum die anderen kontaminierten Gegenstände umschließen und somit selbst einen optimal an den Inhalt angepassten Behälter bilden. Sollte die Restkontamination insbesondere im Bereich der Oberfläche des Gemenges hinreichend gering sein, kann das Gebinde ohne weitere Ummantelung zwischen- oder endgelagert werden. Hierzu kann ihm eine geeignete Form, z. B. eines Quaders oder Zylinders aufgegeben werden.

[0020] Werden die anderen Abfälle vollständig von dem Gemenge umschlossen, kann es sich dabei auch um solche handeln, die selbst erheblich stärker kontaminiert sind als das Gemenge, z. B. um hochradioaktive Abfälle, z. B. Brennelemente. Die Abschirmung durch die keramische Umhüllung kann zur Endlagerung völlig hinreichend sein. Anderenfalls sind weitere Abschirmmaßnahmen nach dem Stand der Technik zu ergreifen.

[0021] Sowohl das Verfüllen der Zwischenräume als auch das Umhüllen von Abfällen mit dem Gemenge kann vorteilhaft noch vor dessen vollständigem Erstarren durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, dieses in einem späteren Verfahrensschritt nach gesondertem Erhitzen des Gemenges vorzusehen.

[0022] Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass das aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugte Gemenge zu einem Behälter geformt, der Behälter mit weiterem kontaminiertem Abfall gefüllt, verschlossen und mit diesem Inhalt zwischen- oder endgelagert wird.

[0023] Das Gemenge wird somit zu einem Gebrauchsgegenstand verarbeitet, der zum Umhüllen selbst hochradioaktiver Abfälle geeignet sein kann. Der Behälter kann z. B. topfförmig sein. Auch Abdeckelemente, wie Deckel, können geformt werden. Ein Behälter aus zwei oder mehr Teilen kann z. B. mittels Silizium, das aus der Gasphase einer siliziumhaltigen Verbindung abgeschieden wird, oder durch Aufbringen von Siliziumcarbid, welches z.B. aus nicht kontaminierten Grundstoffen hergestellt wird, verschlossen werden. Es ist auch möglich, die Behälterteile mit einem Gewinde zu versehen.

[0024] Bei der Erzeugung keramischer Behälter können bei dessen Herstellung sowohl unter Verwendung des Gemenges als auch nicht kontaminierter Materialien Stoffe mit hohem spezifischen Gewicht, z. B. Barium, beigemengt werden, die die Abschirmungswirkung verbessern.

[0025] Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass bei kohlestoffhaltigen Gegenständen als Hüllmasse ein Carbidbildner eingesetzt wird.

[0026] Hierfür eignet sich insbesondere flüssiges Silizium, das mit Kohlenstoff SiC bildet. Das keramische SiC bildet um die Körner des Granulats eine feuerfeste und auslaugbeständige sowie abriebfeste Schutzschicht. Weitere geeignete Carbidbildner sind z. B. Bor und Zirkon.

[0027] Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgebildet werden, dass der Hüllmasse oder dem aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugten Gemenge verstärkende keramische Fasern zugefügt werden. Die Fasern können z. B. als gewickelte Fasern, Fasermatten oder Faserstücken von wenigen mm bis einigen cm Länge eingesetzt werden. Sie erhöhen die Duktilität und damit die Widerstandsfähigkeit des Gebindes gegen Rissbildung und Zersprödung, wenn sie im Behälter, in der keramischen Umhüllung oder auch im Behälterinhalt vorliegen. Zusätzlich können auch Phenolharze beigefügt werden. Bei ihrer Erhitzung werden sie zersetzt, und der entstehende Kohlenstoff kann mit dem Hüllstoff, z. B. Silizium zu SiC, reagieren. Alternativ zu keramischen Fasern sind auch Metallstrukturen zur Verstärkung der Keramik denkbar.

[0028] Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass das Umgießen mit der verflüssigten Hüllmasse oder das Erhitzen des Gemenges aus Hüllmasse und Granulat in einem Vakuum erfolgt. Hierdurch kann insbesondere vermieden werden, dass Gaseinschlüsse die vollständige Benetzung der Granulatoberfläche durch die verflüssigte Hüllmasse behindern. Des Weiteren kann das Vakuum bereits während der Zerkleinerung des Gegenstandes erzeugt werden, um die Gefahr einer Verpuffung sowie die der CO- oder CO₂-Bildung zu verringern.

[0029] Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass der Gegenstand und das entstehende Granulat während der Zerkleinerung mit einer nicht brennbaren Flüssigkeit befeuchtet werden.

[0030] Hierdurch ist ein weiterer Schutz gegen Brand oder Verpuffung gegeben. Zudem wird eine unerwünschte Verteilung von Stäuben vermieden.

[0031] Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass der Gegenstand zur Zerkleinerung in eine nicht brennbare Flüssigkeit getaucht wird.

[0032] Sowohl für die Befeuchtung als auch die Zerkleinerung in Flüssigkeit ist insbesondere Wasser geeignet. Wird das Material des zu entsorgenden Gegenstandes von Wasser nicht benetzt, kann diesem ein geeignetes Lösungsmittel zugegeben werden.

[0033] Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass während der Zerkleinerung des Gegenstandes entstehender und in der Flüssigkeit schwimmender Staub aufgefangen und zusammen mit dem Granulat mit der Hüllmasse umgossen wird. Der Staub kann mittels Filtern und/oder durch Verdampfen der Flüssigkeit aufgefangen werden. Der Staub wird somit wirkungsvoll der Entsorgung zugeführt.

[0034] Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass die Flüssigkeit aufgefangen und dem Verfahren erneut zugeführt wird. Somit wird die Flüssigkeit im Kreislauf geführt, womit die Umwelt entlastet wird.

[0035] Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass die Oberfläche des Gemenges oxidiert wird. In der Regel wird die Hüllmasse, soweit sie nicht bereits selbst eine verflüssigte Keramik ist, beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht durchgehend eine chemische Verbindung unter Bildung einer Keramik eingehen. Durch ein Oxidieren der gesamten Oberfläche des Gebindes, auch in den Poren und Rissen, wird diese gegen spätere Angriffe durch Brand, Auslaugen oder gegen chemische Angriffe resistent gemacht. Im Falle von Silizium als Hüllmasse wird eine widerstandsfähige Oberfläche aus keramischem, abriebfesten SiO₂ erzeugt. Das Oxidieren erfolgt durch Erhitzen des Gebindes in oxidierender Atmosphäre, z. B. O₂ oder Luft. Das gesonderte Erhitzen des Gebindes kann eingespart werden, wenn die oxidierende Atmosphäre möglichst zeitnah nach dem Umgießen des Granulats erzeugt wird. Eine hohe Abriebfestigkeit ist wünschenswert, um den unkontrollierten Verlust an Gebindematerial möglichst gering zu halten. Mohs'sche Härten größer oder gleich 4 wären vorteilhaft.

[0036] Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgebildet werden, dass Gebinde, die das aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugte Gemenge enthalten, derart geformt werden, dass sie mit flächigem Kontakt aneinander gestellt werden können. Beispielhafte Formen sind solche mit rechteckigem oder hexagonalem Querschnitt. Sie lassen eine lückenlose Aneinanderreihung und damit eine optimierte Raumausnutzung zu. Das flächige Aufeinanderwirken verhindert zudem, dass ein in Richtung der Seitenflächen wirkender, benachbarte Gebinde gegeneinander pressender Gebirgsdruck in Endlagern, nicht so schnell zu Rissen oder Zersprödungen im Gebinde führt wie dies bei zylinderförmigen Gebinden der Fall ist, die seitlich lediglich einen linienhaften Kontakt zueinander aufweisen.

[0037] Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, dass es am Einsatzort des Gegenstandes durchgeführt wird.

[0038] Auf diese Weise kann ein je nach Kontaminationsart mit Risiken verbundener Transport der zu entsorgenden Gegenstände vermieden werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, nur einzelne Verfahrensschritte, z. B. allein das Zerkleinern, am Einsatzort des zu entsorgenden Gegenstandes durchzuführen.

[0039] Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

[0040] Als Beispiel für einen zu entsorgenden Gegenstand wird von einem in einem Kernkraftwerk eingesetzten Moderatorelement aus Kohlenstoff ausgegangen. Derartige Moderatoren weisen eine sich aus hochreinem und porösem Graphit (Reaktorgraphit) und Kohlestein zusammensetzende keramische Struktur auf. Üblicherweise ist ein derartiger Moderator mit unterschiedlichen toxischen Stoffen kontaminiert. Um diese toxischen Stoffe möglichst weitgehend zu entfernen, wird das Moderatorelement in einem Hochtemperaturofen durch direkten Stromdurchgang erhitzt. Alternativ kann auch induktiv oder durch gesonderte Heizelemente geheizt werden. Das Aufheizen geschieht in Vakuum oder unter Schutzgas, um zu verhindern, dass beim Erhitzen durch Reaktion mit dem atmosphärischen Sauerstoff Kohlenmonoxid und Kohlendioxid entstehen, die das in bestrahltem Kohlenstoff in der Regel vorhandene radioaktive C¹⁴ enthalten und daher nicht unkontrolliert entweichen dürfen. Dieses Verfahren ist schon in der DE 197 37 891 A1 ausführlich beschrieben.

[0041] Der Gegenstand wird nach dem Ausheizen oder auch schon vorher oder währenddessen zerkleinert. Diese Zerkleinerung kann entweder außerhalb des Reaktordruckbehälters erfolgen oder innerhalb. Im letzteren Fall wird das Verbringen großer Blöcke und ein Öffnen der Umschließung vermieden. Zu diesem Zweck müsste die Zerkleinerungseinrichtung in den Reaktorbehälter eingebracht werden. Bei entsprechender Anbringung an einem Manipulatorarm ist es möglich, die Blöcke in-situ zu zerlegen und zu zerkleinern und dann nur das Stückgut oder Granulat abzuführen. Falls die thermische Behandlung erst anschließend erfolgt, kann diese ebenfalls innerhalb des Reaktordruckbehälters durchgeführt werden, da die erforderlichen Heizeinrichtungen sehr kompakt sein können.

[0042] Da bei der Zerkleinerung mit erheblichen Staubmengen zu rechnen ist, wird u. a. zur Vermeidung einer Verpuffung die Zerkleinerung unter Inertgas durchgeführt. Zusätzlich kann das Stückgut angefeuchtet oder komplett in Flüssigkeit, z. B. in Wasser, eingetaucht werden. Ein vorheriges thermisches Austreiben von Tritium sollte erfolgen, um die Flüssigkeit nicht damit zu versetzen. Der den Staub enthaltende Schlamm kann getrocknet dem Entsorgungsprozess wieder zugeführt und die Flüssigkeit nach Kondensation rezykliert werden.

[0043] Im Falle des Ausheizen des Granulats kann dieses kontinuierlich oder diskontinuierlich unter Inertgas erfolgen. Die Höhe der Temperatur richtet sich nach der Art der toxischen Stoffe und der angestrebten Dekontaminationsfaktoren. Hierbei kann im wesentlichen auf die in der Graphitindustrie bekannte Vorgehensweise zur Graphitreinigung zurückgegriffen werden. Leicht flüchtige toxische Stoffe, wie z. B. Tritium oder Cäsium werden bereits bei relativ niedrigen Temperaturen ausgetrieben. Chemisch an Kohlenstoff gebundene toxische Stoffe müssen bei höheren Temperaturen durch Pyrolyse von der keramischen Struktur abgelöst werden. Sind einzelne toxische Stoffe hierdurch nicht aus dem Moderatormaterial zu entfernen, z. B. schwer zersetzbare Carbide, können diese durch Zugabe und Infiltration gasförmiger Halogenverbindungen in flüchtige Halogenide umgewandelt werden. Die aus dem Moderatormaterial entfernten toxischen Stoffe werden an Kondensationsplatten abgeschieden oder mittels Fallen oder Filtern (z. B. für Tritium) aufgefangen, wo sie dann in einer erheblich höheren Konzentration als in Moderatormaterial vorliegen.

[0044] Das zum Teil dekontaminierte Moderatormaterial enthält nun allenfalls noch toxische Stoffe, die mit thermischer und/oder thermochemischer Behandlung nicht zu entfernen waren. Daraus folgt, dass ein Herausdiffundieren oder Auslaugen dieser toxischen Stoffe auch über extrem lange Zeiträume nicht stattfinden würde.

[0045] Das thermisch und/oder chemisch vorbehandelte zerkleinerte Moderatormaterial wird mit flüssigem Silizium durchsetzt, wobei unter entsprechend hoher Temperatur die Oberflächen des kohlenstoffhaltigen Granulats zu SiC reagieren und sich ein Gebinde aus Si und SiC mit eingelagerten Granulatstücken abgießen oder extrudieren lässt. Die Form, z. B. Zylinder, Quader oder flache aneinander reihbare Zylindersegmente richtet sich nach den Transport- und Lagerbehältergeometrien zur möglichst optimalen Raumnutzung.

[0046] Da ein Teil des Siliziums noch nicht mit Kohlenstoff reagiert haben kann, wird eine Nachbehandlung unter oxidierender Atmosphäre durchgeführt, wobei sich Siliziumdioxid an den für den Sauerstoff zugänglichen Stellen bildet, welches einen zusätzlichen Oxidationsschutz darstellt, der auch langfristigen Korrosionsangriffen widersteht.

[0047] Da aufgrund der Vorbehandlung davon ausgegangen werden kann, dass die Oberflächendosisleistung des Gebindes sehr niedrig ist und SiC auch die Herstellung komplexer Formen erlaubt, kann das Material auch zu kleinen Behältern abgegossen werden, die dann ihrerseits andere Gefahrstoffe aufnehmen können und vor Korrosion und Auslaugung schützen. Des weiteren kann das noch flüssige Gemenge zum Ausgießen von Zwischenräumen oder zum Umhüllen von ganzen oder zerlegten Reaktorbrennelementen verwendet werden. Dabei zeichnet sich Siliziumcarbid neben der vorzüglichen Korrosionsbeständigkeit auch durch gute Wärmeleitung aus.

[0048] Eine Umhüllung aus SiC ist wesentlich beständiger als aus Metall. Ein weiterer Nachteil des Metalls gegenüber dem SiC ist, dass bei der Oxidation von Metallen in wässriger Lösung große Mengen an Wasserstoff entstehen, die sich im Endlager anreichern und eine Gefahrenquelle bilden können.

Ansprüche

1. Verfahren zur Entsorgung eines mit mindestens einem Toxikum, insbesondere Radiotoxikum kontaminierten Gegenstandes aus Keramik, Graphit und/oder Kohlestein, bei dem

a) der Gegenstand unter Inertgasatmosphäre zu einem Granulat zerkleinert wird,

b) der Gegenstand vor, während und/oder nach der Zerkleinerung zur Reduktion seiner Kontamination unter Inertgasatmosphäre oder Vakuum ausgeheizt wird und

c) das Granulat anschließend entweder

aa) mit einer verflüssigten Hüllmasse umgossen wird, oder

bb) mit der Hüllmasse in Pulver- oder Körnerform vermengt und anschließend bis zur Verflüssigung der Hüllmasse erhitzt wird,
wobei die verflüssigte Hüllmasse entweder selbst zu einer Keramik erstarrt oder mit dem Granulat chemisch zu einer Keramik reagiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Granulat und der Füllmasse erzeugte Gemenge im fließfähigen oder formbaren Zustand in einen Behälter aus einer nicht kontaminierten Keramik vergossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Vergießen des Gemenges der Behälter mit einer nicht kontaminierten Keramik vollständig gefüllt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugte Gemenge im fließfähigen oder formbaren Zustand zur Auffüllung der Zwischenräume in andere kontaminierte Abfälle enthaltenden, zwischen- oder endlagerfähigen Gebinden verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines zwischen- oder endlagerfähigen Gebindes das mit dem aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugten Gemenge im fließfähigen oder formbaren Zustand ein anderer kontaminierter Abfall vollständig umhüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugte Gemenge zu einem Behälter geformt, der Behälter mit weiterem kontaminiertem Abfall gefüllt, verschlossen und mit diesem Inhalt zwischen- oder endgelagert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei kohlestoffhaltigen Gegenständen als Hüllmasse ein Carbidbildner eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllmasse oder dem aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugten Gemenge verstärkende keramische Fasern zugefügt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umgießen mit der verflüssigten Hüllmasse oder das Erhitzen des Gemenges aus Hüllmasse und Granulat in einem Vakuum erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand und das entstehende Granulat während der Zerkleinerung mit einer nicht brennbaren Flüssigkeit befeuchtet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand zur Zerkleinerung in eine nicht brennbare Flüssigkeit getaucht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zerkleinerung des Gegenstandes entstehender und in der Flüssigkeit schwimmender Staub aufgefangen und zusammen mit dem Granulat mit der Hüllmasse umgossen wird.

13. Verfahren nach einem der.Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aufgefangen und dem Verfahren erneut zugeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gemenges oxidiert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Gebinde, die das aus dem Granulat und der Hüllmasse erzeugte Gemenge enthalten, derart geformt werden, dass sie mit flächigem Kontakt aneinander gestellt werden können.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es am Einsatzort des Gegenstandes durchgeführt wird.

Claims

1. Method for the detoxification of an object made from ceramic, graphite and/or carbon contaminated with at least one toxic agent in particular radiotoxic agent, in which

a) the object is crushed to a granulate under an inert gas atmosphere,

b) the object is heated under an inert gas atmosphere or vacuum during and/or after crushing to reduce its contamination and

c) the granulate is then either

aa) recast with a liquefied encasing mass
or

bb) blended with the encasing mass in the form of powder or granulate and then heated, until the encasing mass liquefies,
in which the liquefied encasing mass either itself hardens into a ceramic or reacts chemically with the granulate to form a ceramic.

2. Method according to claim 1, characterised in that the mixture produced from the granulate and the encasing mass is poured in a free flowing or malleable state into a container made from a non-contaminated ceramic.

3. Method according to claim 2, characterised in that, after the mixture has been poured, the container is filled completely with a non-contaminated ceramic.

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterised in that the mixture produced from the granulate and the encasing mass is used in a free flowing or malleable state to fill up the gaps in other packing drums containing contaminated waste, which may be put into intermediate or final storage.

5. Method according to claim 1, characterised in that to produce a packing drum, which may be put into intermediate or final storage, other contaminated waste is encased completely with the mixture produced from the granulate and encasing mass.

6. Method according to claim 1 or 4, characterised in that the mixture produced from the granulate and the encasing mass is made into a container, the container is filled with other contaminated waste, closed and put into intermediate or final storage with this content.

7. Method according to one of claims 1 to 6, characterised in that a carbide creator is used as the encasing mass in the case of objects containing carbon.

8. Method according to one of claims 1 to 7, characterised in that reinforcing ceramic fibres are added to the encasing mass or the mixture produced from the granulate and the encasing mass.

9. Method according to one of claims 1 to 8, characterised in that recasting with the liquefied encasing mass or heating the mixture made from the encasing mass and granulate is done in a vacuum.

10. Method according to one of claims 1 to 9, characterised in that the object and the granulate produced are moistened with a non-combustible liquid during crushing.

11. Method according to one of claims 1 to 9, characterised in that the object is immersed in a non-combustible liquid for crushing.

12. Method according to claim 10 or 11, characterised in that dust produced whilst the object is crushed, which is floating in the liquid, is absorbed and recast together with the granulate with the encasing mass.

13. Method according to one of claims 10 to 12, characterised in that the liquid is absorbed and fed to the process again.

14. Method according to one of claims 1 to 13, characterised in that the surface of the mixture is oxidised.

15. Method according to one of claims 1 to 14, characterised in that packing drums, which contain the mixture produced from the granulate and the encasing mass, are made in such a way that they may be put next to each other with extensive contact.

16. Method according to one of claims 1 to 15, characterised in that it may be carried out at the place of use of the object.

Revendications

1. Procédé de mise au rebut d'un objet en céramique, graphite et/ou briques de carbone, contaminé par au moins une matière toxique, en particulier un radiotoxique, dans lequel

a) l'objet est broyé en un granulat sous une atmosphère inerte,

b) l'objet est, avant, pendant et/ou après le broyage, chauffé sous atmosphère inerte ou sous vide pour réduire sa contamination, et

c) le granulat est ensuite

aa) transvasé avec une masse d'enrobage liquéfiée, ou

bb) mélangé à la masse d'enrobage sous forme de poudre ou de grains et ensuite, chauffé jusqu'à liquéfaction de la masse d'enrobage,
où la masse d'enrobage liquéfiée prend en masse d'elle-même en une céramique ou réagit chimiquement avec le granulat en une céramique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange produit à partir du granulat et de la masse d'enrobage est coulé à l'état fluide ou moulable, dans un récipient en une céramique non contaminée.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la coulée du mélange, le récipient est complètement rempli avec une céramique non contaminée.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange produit à partir du granulat et de la masse d'enrobage est utilisé à l'état fluide ou moulable, pour remplir l'espace de récipients pour déchets pour stockage intermédiaire ou définitif, contenant d'autres déchets contaminés.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour produire un récipient pour déchets pour stockage intermédiaire ou définitif, le mélange produit à partir du granulat et de la masse d'enrobage à l'état fluide ou moulable, est enrobé complètement d'un autre déchet contaminé.

6. Procédé selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que le mélange produit à partir du granulat et de la masse d'enrobage est moulé dans un récipient, le récipient est rempli d'autres déchets contaminés, fermé et stocké de manière définitive avec ce contenu.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pour des objets contenant du carbone, on met en oeuvre un agent formant carbure comme masse d'enrobage.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la masse d'enrobage ou le mélange produit à partir du granulat et de la masse d'enrobage est additionné de fibres céramiques de renforcement.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le transvasement avec la masse d'enrobage liquéfiée ou le chauffage du mélange de la masse d'enrobage et du granulat est réalisé sous vide.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'objet et le granulé formé sont humidifiés pendant le broyage, avec un liquide non combustible.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'objet est immergé dans un liquide non combustible pour le broyage.

12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que pendant le broyage de l'objet, la poussière formée et en suspension dans le liquide est recueillie et transvasée avec le granulat avec la masse d'enrobage.

13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12,
caractérisé en ce que le liquide est recueilli et réalimenté dans le procédé.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la surface du mélange est oxydée.

15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les récipients pour déchets, qui contiennent le mélange produit à partir du granulat et de la masse d'enrobage, ont une forme telle qu'ils peuvent être mis en contact surfacique les uns avec les autres.

16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il est réalisé au site de mise en oeuvre de l'objet.