DE4427179A1 - Verfahren zur Verwertung von Metallteilen, die durch Uran radioaktiv kontaminiert sind - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Me­ tallteilen, die durch Uran radioaktiv kontaminiert sind, wo­ bei die Metallteile aufgeschmolzen werden, so daß sich eine Schmelze und eine Schlacke bilden, und wobei den Metallteilen und/oder der Schmelze und/oder der noch nicht erstarrten Schlacke an U 235 verarmtes Uran beigemischt wird.

Beim Abbau und auch beim Betrieb kerntechnischer Anlagen fällt in großem Umfang kontaminierter metallischer Schrott an, der beseitigt oder verwertet werden muß. Es ist üblich, diesen Schrott der sogenannten Schmelzdekontamination zu un­ terziehen. Dabei wird das Metall aufgeschmolzen. Einige die Kontamination verursachenden radioaktiven Stoffe, die sich vor dem Aufschmelzen auf der Oberfläche der Metallteile be­ funden haben, werden während des Schmelzdekontaminationspro­ zesses in die sich bildende Schlacke eingebunden. Die sich außerdem bildende Schmelze, deren Volumen deutlich größer ist als das Volumen der Schlacke, bleibt weitgehend frei von ra­ dioaktiven Stoffen.

Die Schlacke muß in der Regel als radioaktiver, kernbrenn­ stoffhaltiger Abfall eingestuft werden, was besondere Sicher­ heitsvorkehrungen bei der Handhabung und bei der Entsorgung erfordert. Sofern die Kontamination durch Uran-Kernbrennstoff hervorgerufen worden ist, der beispielsweise 3,1% U 235 ent­ hält, kann eine Schmelzdekontamination nur eingeschränkt an­ gewandt werden, falls in 100 kg Schlacke mehr als ungefähr 3 Gramm U 235 zu erwarten sind. Weil beim Schmelzprozeß das Uran in die Schlacke übergeht und dort aufkonzentriert wird, wird dieser Grenzwert in der Regel überschritten, sofern keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen werden.

Ein Überschreiten des Grenzwertes könnte vermieden werden, indem der Schlacke, die Uran enthält, eine andere Schlacke, die kein Uran enthält, beigemischt wird. Mit einer ausrei­ chend großen Menge uranfreier Schlacke könnte die Urankonzen­ tration im notwendigen Ausmaß verkleinert werden. Die notwen­ dige Schlackenmenge wäre aber so groß, daß die Gesamt­ schlackenmenge unwirtschaftlich erhöht würde. Es müßte deut­ lich mehr Schlacke als zuvor verwertet werden.

Es ist auch schon ein Verfahren vorgeschlagen worden, das ei­ ne Renaturierung des Urans, das die Kontamination verursacht, vorsieht. Es kommt dabei darauf an, daß die Iso­ topenzusammensetzung des Urans, das in die Schlacke eingebun­ den werden soll oder bereits eingebunden ist, derart verän­ dert wird, daß sie der Isotopenzusammensetzung des natürli­ chen Urans entspricht. Das bedeutet, daß der Anteil des U 235 im Uran nicht größer als ungefähr 0,7% sein darf. Uran, das in seiner Isotopenzusammensetzung dem natürlichen Uran gleichkommt, braucht nicht den Sicherheitsbestimmungen unter­ worfen zu werden, die für Uran-Kernbrennstoff gelten.

Es ist bereits bekannt, daß zur Verringerung des Isotopenan­ teils des U 235 den Metallteilen, der Schmelze und/oder der noch nicht erstarrten Schlacke an U 235 verarmtes Uran beige­ mischt wird. Dadurch erhält man, wenn das Verfahren durchge­ führt ist, eine Schlacke, in die Uran eingebunden ist, dessen U 235-Isotopenanteil dem U 235-Isotopenanteil von natürlichem Uran entspricht oder diesen sogar unterschreitet.

Bisher war es üblich, das an U 235 verarmte Uran in der Form von UO₂ oder U₃O₈ beizumischen. Diese Oxide liegen als Pulver vor. Ein solches Pulver wird erfahrungsgemäß nicht gleichmäßig in der Schmelze oder in der Schlacke verteilt. Folglich kann es dazu kommen, daß eine Schlackenprobe nicht den gewünschten niedrigen U 235-Isotopenanteil hat. Beim Zumischen dieses Pulvers gelangt Staub in die Umgebungsluft.

Der Staub muß dann zum Schutz des Personals durch Filter entfernt werden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verwertung von Metallteilen, die durch Uran radioaktiv kontaminiert sind, anzugeben, mit dem eine zuverlässige und vollständige Renaturierung des Urans möglich ist, so daß dann die gebildete Schlacke in einfacher Weise zu handhaben und zu entsorgen ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das an U 235 verarmte Uran in der Form von Uranglas beigemischt wird.

Damit wird der Vorteil erzielt, daß das an U 235 verarmte Uran während des Schmelzdekontaminationsprozesses homogen mit dem Uran, das die Kontamination verursacht hat, vermischt werden kann. Man erzielt den gleichen Vorteil, wenn man das Uranglas, das das an U 235 verarmte Uran enthält, dem noch unbehandelten, metallischen Schrott, und/oder der Schmelze und/oder der noch flüssigen Schlacke, wenn diese bereits von der übrigen Schmelze abgetrennt ist, beimischt.

Durch die homogene Vermischung und Einbindung des Urans aus dem Uranglas wird der Vorteil erzielt, daß die Isotopenzusam­ mensetzung des Urans in der Schlacke ebenfalls homogen ist. Es kann keine einzelnen Zonen in der Schlacke geben, die eine zu hohe U 235-Konzentration haben. Folglich braucht die ge­ samte Schlacke, da ihr Urananteil hinsichtlich der Isotopen­ zusammensetzung dem natürlichen Uran entspricht, nicht als kernbrennstoffhaltiger Abfall behandelt zu werden. Man kann vorteilhafterweise die Schlacke in einfacher Weise handhaben und entsorgen.

Das an U 235 verarmte Uran wird beispielsweise in der Form von Uranglasgrieß, Uranglasperlen, Uranglasstäben und/oder Uranglasstücken beigemischt. Derartige Teile aus Uranglas sind mit bekannten Verfahren herzustellen und können bevorra­ tet werden.

Beispielsweise wird ein bei niedriger Temperatur schmelzendes Uranglas beigemischt. Dabei kommt es darauf an, daß das Uran­ glas ein bei der Schmelztemperatur des Metalls der Metall­ teile dünnflüssiges Glas ist. Damit wird der Vorteil erzielt, daß allein durch das Glas, unabhängig von dessen Urananteil, eine verbesserte Schlackenverflüssigung erzielt wird. Diese führt dann zu einer noch besseren homogenen Verteilung des beigemischten Urans.

Beispielsweise wird Uranglas des Typs Alkalioxid/SiO₂/UO₂ beigemischt. Ein solches Glas kann 50% Uran enthalten. Das Alkalioxid kann z. B. Na₂O sein.

Beispielsweise wird Uranglas, dessen Uran einen U 235 Iso­ topenanteil unter 0,7%, z. B. ca. 0,2%, hat, beigemischt. Man erreicht dann bei ausreichender Zugabe vorteilhafterwei­ se, selbst falls der U 235 Isotopenanteil des Urans, das die Kontamination verursacht hat, 3,1% betragen sollte, einen U 235-Isotopenanteil in der Schlacke, der kleiner als 0,7% ist.

Im folgenden wird an einem Beispiel erläutert, wieviel Uran­ glas für das Verfahren nach der Erfindung benötigt wird:

Bei einer Schmelzdekontamination von kontaminierten Metall­ teilen sind 55,4 kg Schlacke gebildet worden, die 69,25 g U 238 und 2,21 g U 235 enthalten. Das entspricht einem U 235 Isotopenanteil von 3,09%. Zur Renaturierung soll der U 235- Isotopenanteil von 3,09% auf 0,5% erniedrigt werden. Dieser Anteil liegt unterhalb des U 235 Isotopenanteils von natürli­ chem Uran. Um die gewünschte Erniedrigung zu erzielen, wird an U 235 verarmtes oder abgereichertes Uran eingesetzt. Der U 235 Isotopenanteil dieses verarmten Urans beträgt z. B. 0,2%. Von diesem verarmten Uran sind 620 g notwendig, um eine Schlacke mit 0,5% U 235 Isotopenanteil zu bekommen.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird das verarmte Uran in der Form von Uranglas beigemischt. Dieses Uranglas enthält beispielsweise 10% Uran, dessen U 235 Isotopenanteil 0,2% ist. Dann sind vorteilhafterweise nur 6,2 kg Glas erforder­ lich, um den U 235 Isotopenanteil von 55,4 kg Schlacke soweit zu erniedrigen, daß die Schlacke leicht handhabbar und mit einfachen Mitteln zu lagern und zu entsorgen ist.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß die bei einer Schmelzdekontamination entstehende Schlacke, die Uran enthält, leicht zu entsorgen ist. Die Belastung des Personals und von Staubfiltern mit Uranstaub wird weitgehend vermieden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Verwertung von Metallteilen, die durch Uran radioaktiv kontaminiert sind, wobei die Metallteile aufgeschmolzen werden, so daß sich eine Schmelze und eine Schlacke bilden, und wobei den Metallteilen und/oder der Schmelze und/oder der noch nicht erstarrten Schlacke an U 235 verarmtes Uran beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das an U 235 verarmte Uran in der Form von Uranglas beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Uranglas die Form von Grieß und/oder Perlen und/oder Stäben und/oder Stücken hat.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Uranglas ein bei der Schmelztemperatur des Metalls der Metallteile dünnflüssiges Glas ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Uranglas ein Glas des Typs Alkalioxid/SiO₂/UO₂ ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der U 235-Isotopenanteil im Uran des Uranglases unter 0,7% beträgt.