PROCESS FOR THE OXIDATIVE DISPOSAL OF CARBON PARTICLES CONTAMINATED BY NOXIOUS MATERIAL

Abstract: Die Erfindung betrifft ein Verfahren von mit Schadstof­ fen beaufschlagten Kohlenstoffpartikeln mit Hilfe von Oxida­ tion. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zu schaffen, mit welchem auch Pulver behandelt werden können, die aufgrund ihrer kleinen Partikelgröße und/oder ihrer kleinen Schüttdichte schwierig zu handha­ ben sind. Es soll eine praktisch vollständige Oxidation der Kohlenstoffpartikel und eine Reduzierung des zu beseiti­ genden Volumens auf das Volumen eines nicht weiter oxi­ dierbaren Schadstoffrückstandes durchführbar sein. Es sol­ len beispielsweise mit inaktiven Schadstoffen oder mit Ra­ dionukliden beladene Aktivkohlen, aber auch thoriumhalti­ ger Graphitruß beseitigt werden können. Dies wird erreicht durch a) Verrühren der Kohlenstoffpartikel mit Schwefel­ säure bei Raumtemperatur zu einer Masse von pastenarti­ ger Konsistenz oder zu einer fließfühigen Suspension, b) Einbringen der Paste oder der Suspension in auf 150 bis 250°C erhitzte Schwefelsüure bei gleichzeitigem Einleiten von Salpetersäure unter die Oberfläche der Schwefelsäure, c) Ableiten der entstehenden Gase und Dämpfe und Kon­ densieren des kondensierbaren Anteils, wobei das Konden­ sat durch weitere Aufarbeitung zur Herstellung der Paste bzw. Suspension verwendet wird und d) Abtrennen des Feststoff-Rückstandes und Rückführen der Säure in den Prozeß zur Herstellung der Paste bzw. Suspension.

Description: Verfahren zur Beseitigung von mit Schadstoffen beaufschlagten Kohlenstoffpartikeln mit Hilfe von Oxidation zur Beseitigung Die Erfindung betrifft ein Verfahren/von mit Schadstoffen beaufschlagten Kohlenstoffpartikeln mit Hilfe von Oxidation. Die Beseitigung von unbeladenen oder mit unschädlichen Stoffen beladenen Kohlenstoffpartikeln wirft kaum Probleme auf. Solches Material kann beispielsweise im Sauerstoffstrom verbrannt werden, ohne dass die Umwelt empfindlich beeinflusst wird. Enthalten jedoch Kohlenstoffpartikel, gleich welcher Art, Schwermetallionen oder andere giftige Stoffe oder sogar Radionuklide, wie z.B. Spaltprodukte oder Spaltstoffnuklide, dann ist eine Verbrennung im Sauerstoffstrom bzw. im Sauerstoffplasma als Beseitigungsverfahren von einer Reihe umweltschützender Massnahmen begleitet. Je nach der Feinheit des Kohlenstoffpulvers kann ein hoher Austrag von Feststoffpartikeln, bestehend aus nicht verbrannten bzw. nicht vollständig verbrannten Kohlenstoffpartikeln, nicht ausgeschlossen werden. Eine Rezyklierung dieser Partikel wäre unbedingt erforderlich und würde hohe Kosten verursachen. Beispielsweise fällt bei der Herstellung von thoriumhaltigem Kernbrennstoff für Hochtemperaturreaktoren als Abfall thoriumhaltiger Graphit in der Form von Russ an. Dessen Schüttdichte ist sehr gering, kleiner als 0,1 g pro cm3. Wegen des Thoriums bzw. seiner Folgeprodukte kann dieser Abfall nicht wie gewöhnliches Abfallmaterial aus häuslichem oder industriellem Bereich behandelt werden. Der thoriumhaltige Graphitruss ist aufgrund seiner kleinen Schüttdichte schwer zu handhaben und verursacht hohe Lagerkosten. Es wurde nun versucht, das Verfahren der Oxidation von gepresstem Graphit im Sauerstoffplasma, wie es zur Wiederaufarbeitung von kugelförmigen Hochtemperaturreaktor Brennelementen mit einer äusseren Hülle aus gepresstem Graphit bei hohen Temperaturen, beispielsweise 900 bis 9500 C,Verwendung findet, auf die Beseitigung des Graphitpulvers zu übertragen. Dieser Versuch schlug jedoch fehl aus den oben genannten Gründen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Beseitigung von mit Schadstoffen beaufschlagten Kohlenstoffpartikeln zu schaffen, mit welchem auch Pulver behandelt werden können, die aufgrund ihrer kleinen Partikelgrösse und/oder ihrer kleinen Schüttdichte schwierig zu handhaben sind. Unter weitgehender Geringhaltung des Aufwandes an Apparaturen, Raumbedarf, Bedienungspersonal und Kosten soll eine praktisch vollständige Oxidation der Kohlenstoffpartikel und eine Reduzierung des zu beseitigenden Volumens auf das Volumen eines nicht weiter oxidierbaren Schadstoffrückstandes durchführbar sein. Beispielsweise sollen mit dem Verfahren mit inaktiven Schadstoffen oder mit Radionukliden beladene Aktivkohlen, aber auch thoriumhaltiger Graphitruss, beseitigt werden können. Unter Schadstoffen sollen hier für den Biozyklus schädliche, insbesondere giftige, anorganische und organische Verbindungen und Radionuklide bzw. deren Verbindungen verstanden werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Verfahrensschritte a) Verrühren der Kohlenstoffpartikel mit Schwefelsäure bei Raumtemperatur zu einer Masse von pastenartiger Konsistenz oder zu einer fliessfähigen Suspension, b) Einbringen der Paste oder der Suspension in auf 1500 bis 2500 C erhitzte Schwefelsäure bei gleichzeitigem Einleiten von Salpetersäure unter die Oberfläche der Schwefelsäure, c) Ableiten der entstehenden Gase und Dämpfe und Kon densieren des kondensierbaren Anteils, wobei das Kondensat ohne weitere Aufarbeitung zur Herstellung der Paste bzw. Suspension. verwendet wird, d) Abtrennen des Feststoff-Rückstandes und Rückführen der Säure in den Prozess zur Herstellung der Paste bzw. Suspension. Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Durchführungsbeispiele näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele eingeschränkt. Beispiel 1: 10 g, das sind 100 ml, thoriumhaltiger Graphitruss einer Korngrössenverteilung von ca. 10 bis ca. 100 pm und einer Schüttdichte von ca. 0,1 g/cm3 wurden mit 10 ml Schwefelsäure (91 Gew.-%) zu einer Paste angerührt. Die Paste wurde anschliessend in 250 ml auf 2500 C erwärmte Schwefelsäure (91 Gew.-%) eingetragen, in die gleichzeitig Salpetersäure (65 Gew.-%) mit einer Dosierrate von ca. 4 ml/min zugegeben wurde. Nach einer Reaktionszeit von 40 min und Verbrauch von 180 ml Salpetersäure war der Graphitruss vollständig oxidiert. In der Schwefelsäure verblieb ein anorganischer Rückstand von ca. g 10 2 g und das Thorium als Sulphatokomplex voll- ständig. Mit dieser Oxidation wurde neben der vollständigen Uberführung der organischen Kohlematrix in C02 und die thermodynamisch stabilere und damit vorteilhaftere anorganische Matrix eine Volumenreduktion von ca. 200 erzielt. Beispiel 2: In diesem Beispiel wird die Eignung des Kondensats, welches aus den Brüden bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens niedergeschlagen wird, zur Herstellung der Paste bzw. Suspension nachgewiesen. 10 g, das sind 100 ml, thoriumhaltiger Graphitruss wurden bei Raumtemperatur in 10 ml Kondensat, welches aus einer etwa 14 molaren Säure (10 Mol Schwefelsäure, 4 Mol Salpetersäure) bestand, eingerührt. Während des Einrührvorgangs erhöhte sich die Temperatur der Paste nicht über 400 C und es wurden auch keine unerwünschten Stickoxide gebildet. Diese Paste wurde anschliessend gemäss Beispiel 1 behandelt. Die Oxidation des Russes verlief hinsichtlich der Qualität und Quantität der Produkte und der Reaktionszeit genauso, wie bei Verwendung einer reinen Schwefelsäure zum Zubereiten der Paste. Beispiel 3: 10 g thoriumhaltiger Graphitruss wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit 10 ml Schwefelsäure zu einer Paste angerührt und diese danach in 250 ml auf 2000C erwärmte Schwefelsäure eingetragen. Gleichzeitig wurde 65 Gew.-%ige Salpetersäure mit einer Dosierrate von ca. 2,4 ml/min. unter die Oberfläche der Schwefelsäure zugegeben. Nach einer Reaktionszeit von 100 Minuten und einem entsprechenden Verbrauch von 240 ml HN03 war die vollständige Oxidation des Graphitrusses zu beobachten, d.h. die Säure war wieder klar geworden. Das Versuchsergebnis war das gleiche wie in Beispiel 1

Claims: Patentanspruch: Verfahren zur Beseitigung von mit Schadstoffen beaufschlagten Kohlenstoffpartikeln mit Hilfe von Oxidation, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte a) Verrühren der Kohlenstoffpartikel mit Schwefelsäure bei Raumtemperatur zu einer Masse von pastenartiger Konsistenz oder zu einer fliessfähigen Suspension, b) Einbringen der Paste oder der Suspension in auf 1500 bis 250 0C erhitzte Schwefelsäure bei gleichzeitigem Einleiten von Salpetersäure unter die Oberfläche der Schwefelsäure, c) Ableiten der entstehenden Gase und Dämpfe und Kon densieren des kondensierbaren Anteils, wobei das Kondensat ohne weitere Aufarbeitung zur Herstellung der Paste bzw. Suspension verwendet wird, d) Abtrennen des Feststoff-Rückstandes und Rückführen der Säure in den Prozess zur Herstellung der Paste bzw. Suspension.

Inventors: OSER, BERNHARD, WIECZOREK, HERBERT, DR.
Applicants: KERNFORSCHUNGSZENTRUM KARLSRUHE GMBH
Application year: 1983
Main classification: G21F9
IPC codes: G21F9