Experimentelle Untersuchungen zur Separation von Korngemischen in einem Stabmagnetfilter

Abstract

Der Rückbau von kerntechnischen Anlagen stellt eine große Herausforderung dar; zum einen wegen ihrer Komplexität, zum anderen wegen des Umfangs der zu planenden Ausführungsschritte. Bei der Vielzahl an Anlagen ist ein Hauptkriterium des sicheren und nachhaltigen Rückbaus der Schutz von Mensch und Umwelt. Dazu gehört auch die Reduzierung von radioaktivem Abfall, um eine sichere und kostengünstige Entsorgung zu gewährleisten. Bei der Zerlegung von hochaktiven Stahlbauteilen mittels Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidtechnik entstehen signifikante Sekundärabfälle. Mit der hier vorgestellten Entwicklung einer Separationsanlage mittels magnetischer Sortierung der entstehenden Korngemische wird ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung des radioaktiven Abfalls geleistet. Die hierzu entwickelte Separationsanlage trennt dabei die Stahlspäne (aktivierter Anteil) aus dem Korngemisch, wobei ein Stabmagnetfilter zur Anwendung kommt. Diese Art von Filter wird konventionell nicht für die Aufgabenstellung der magnetischen Sortierung von Korngemischen verwendet, verfügt jedoch über maßgebliche Vorteile für die Anwendung mit radioaktiven Korngemischen. Versuche mit dem entwickelten Separationsverfahren zeigen, dass je nach Parametereinstellung signifikante Unterschiede bei der Separation der Fraktionen aus dem Korngemisch entstehen. Fehlende Kenntnisse über diese Art von Magnetfilter machen daher eine genauere Untersuchung des Stabmagnetfilters zur Sortierung von Korngemischen unabdingbar, was Thema dieser Arbeit ist. Um eine Bewertung der Separationsmöglichkeiten sowie deren Versuchsergebnisse vorzunehmen, wurde eine detaillierte Charakterisierung des Korngemisches aus der Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidtechnik durchgeführt. Neben der Gewinnung von wertvollen Erkenntnissen über die Zusammensetzung des Korngemisches werden auch Partikelabrasion, Partikelformen und Eigenschaften der beinhalteten Elemente im Abrasiv betrachtet. Mithilfe eines Extinktionszählers konnte eine Messeinrichtung zur Partikelgrößenanalyse realisiert werden. Diese erlaubt eine schnelle und unkomplizierte qualitative Aussage über die Zusammensetzung des magnetisch abgeschiedenen Materials, womit eine Bewertung der Separation ermöglicht wird. Ergänzt werden die experimentellen Untersuchungen durch eine numerische Mehrphasenströmungssimulation des Stabmagnetfilters, um Rückschlüsse auf die Strömungsverhältnisse und ihre Auswirkung auf die Separation im Filter zu ermöglichen. Das hierbei entwickelte Separationsverfahren ermöglicht eine Separation des überwiegenden Stahlanteils im Korngemisch, wobei eine Effizienzrate von ca. 90 Massen-% erreicht wird. Bezogen auf die Problematik der radioaktiven Abfallreduzierung wird somit eine maßgebliche Reduktion des radiologischen Inventars im Korngemisch erreicht. Dies erleichtert signifikant die nachfolgende Handhabung, Konditionierung und Entsorgung. Gleichzeitig liefert die Arbeit die Grundlagen zu einer vertiefenden Verbesserung des Separationsverfahrens zur Fest/Fest-Sortierung von Korngemischen durch einen Stabmagnetfilter.