Abstract
The immobilization of nuclear waste by embedding into an aluminum-silicate based ceramic matrix has been studied by using real TRU-wastes, as well as simulated high-level and TRU-waste mixtures from the nuclear fuel cycle. The aluminum-silicate ceramic matrix is less sensitive to the chemical composition of the waste, than other waste forms such as glass or Synroc. Therefore, a wide spectrum of waste streams with loadings of > 20 wt.% can be immobilized. Mixtures of 34 wt.% clay minerals (kaolinite, bentonite) and 66 wt.% reactive corundum were selected as raw materials. Waste streams investigated were: 1. dissolver residues, 2. ashes from the dry incineration of burnable TRU-wastes, 3. TRU-slurries, precipitated from different TRU-bearing waste solutions, 4. slurries, precipitated from medium level waste solutions, dissolver residues, dry incinerator ashes and denitrated high-level waste. Fixation of radionuclides is achieved either by inclusion into the microstructure of the aluminum-silicate or oxide matrix phases or by incorporation into the crystal structure of host phases, depending each on the chemical composition of the waste and the matrix raw materials. Leach tests were performed with TRU-waste ceramics, according to the IAEA-test, by using a MgCl{sub 2}-rich salt brine. Leach rates were found to range between 5 E-3
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Loida, A, and Krause, H.
Evaluation of aluminium-silicate ceramics as a matrix for the solidification of radioactive wastes from the reprocessing and fabrication of nuclear fuels; Produktentwicklungen zur Verfestigung radioaktiver Abfaelle aus der Wiederaufarbeitung und Fertigung von Kernbrennstoffen in einer aluminiumsilikatischen keramischen Matrix.
Germany: N. p.,
1991.
Web.
Loida, A, & Krause, H.
Evaluation of aluminium-silicate ceramics as a matrix for the solidification of radioactive wastes from the reprocessing and fabrication of nuclear fuels; Produktentwicklungen zur Verfestigung radioaktiver Abfaelle aus der Wiederaufarbeitung und Fertigung von Kernbrennstoffen in einer aluminiumsilikatischen keramischen Matrix.
Germany.
Loida, A, and Krause, H.
1991.
"Evaluation of aluminium-silicate ceramics as a matrix for the solidification of radioactive wastes from the reprocessing and fabrication of nuclear fuels; Produktentwicklungen zur Verfestigung radioaktiver Abfaelle aus der Wiederaufarbeitung und Fertigung von Kernbrennstoffen in einer aluminiumsilikatischen keramischen Matrix."
Germany.
@misc{etde_10151221,
title = {Evaluation of aluminium-silicate ceramics as a matrix for the solidification of radioactive wastes from the reprocessing and fabrication of nuclear fuels; Produktentwicklungen zur Verfestigung radioaktiver Abfaelle aus der Wiederaufarbeitung und Fertigung von Kernbrennstoffen in einer aluminiumsilikatischen keramischen Matrix}
author = {Loida, A, and Krause, H}
abstractNote = {The immobilization of nuclear waste by embedding into an aluminum-silicate based ceramic matrix has been studied by using real TRU-wastes, as well as simulated high-level and TRU-waste mixtures from the nuclear fuel cycle. The aluminum-silicate ceramic matrix is less sensitive to the chemical composition of the waste, than other waste forms such as glass or Synroc. Therefore, a wide spectrum of waste streams with loadings of > 20 wt.% can be immobilized. Mixtures of 34 wt.% clay minerals (kaolinite, bentonite) and 66 wt.% reactive corundum were selected as raw materials. Waste streams investigated were: 1. dissolver residues, 2. ashes from the dry incineration of burnable TRU-wastes, 3. TRU-slurries, precipitated from different TRU-bearing waste solutions, 4. slurries, precipitated from medium level waste solutions, dissolver residues, dry incinerator ashes and denitrated high-level waste. Fixation of radionuclides is achieved either by inclusion into the microstructure of the aluminum-silicate or oxide matrix phases or by incorporation into the crystal structure of host phases, depending each on the chemical composition of the waste and the matrix raw materials. Leach tests were performed with TRU-waste ceramics, according to the IAEA-test, by using a MgCl{sub 2}-rich salt brine. Leach rates were found to range between 5 E-3 and 1 E-4 g/m{sup 2}d at room temperature after a duration of about one year of total leaching time. The stability of the ceramics against {alpha}-irradiation was studied by doping it with 20 wt.% of Pu(238)O{sub 2}. After three years an accumulated {alpha}-dose of 8,33 E 9 Gy (1 E 19 {alpha}-decays/g ceramic) was reached, which exceeds the maximum accumulated {alpha}-dose of the ceramics under investigation after 100 000 years. The lattice constants of the matrix phases mullite and corundum were found to be only slightly enlarged (<2%). There were no signs of metamictization and no changes in the microstructure. (orig./BBR). [Deutsch] Aluminiumsilikatische Keramiken eignen sich in besonderem Mass als Matrix zur Einbindung von TRU-Abfaellen. Hierdurch sind Abfallbeladungen von mindestens 20 Gew.%, in einigen Faellen bis zu 60 Gew.% moeglich. Als original TRU-Abfaelle fuer diese Experimente wurden verwendet: (1) Aufloeserrueckstaende aus der Wiederaufarbeitung von LWR- und SBR-Kernbrennstoff, (2) Aschen aus der trockenen Verbrennung von TRU-Abfaellen, (3) Schlaemme, ausgefaellt aus verschiedenen TRU-Abfalloesungen. Abfallgemische aus 1-3, gemeinsam mit denitrierten hochaktiven Spaltproduktloesungen wurden in Form inaktiver Simulate eingesetzt. Als Keramikbildner wurde ein Gemisch aus 34 Gew.% Tonmineralen (Kaolin und Bentonit) und 66 Gew.% reaktivem Korund verwendet. Die Immobilisierung der Radionuklide erfolgt sowohl durch Einschluss in das Gefuege inerter aluminiumsilikatischer und oxidischer Matrixphasen, aber auch durch isomorphen Einbau in die Kristallstruktur von geeigneten Wirtsphasen, entsprechend dem Stoffangebot aus Abfall und Matrix. Durch Gefuegeuntersuchungen konnte die feste Einbindung der Radionuklidphasen, hauptsaechlich TRU-Oxide und Edelmetalle und -oxide, in Form von Einschluessen in die feinkoernige Matrix (Korngroesse < 10 {mu}m) nachgewiesen werden. Auslaugtests an diesen TRU-Abfall-Keramiken in MgCl{sub 2}-reichen Salzlaugen (Q-Lauge) bei Raumtemperatur ueber ein Jahr haben TRU-Auslaugraten (Gesamt-Alphaaktivitaet) von 5 E -3 bis 1 E - 4 g/m{sup 2}d ergeben. Untersuchungen zur Bestaendigkeit der Keramik gegenueber der internen {alpha}-Strahlung zeigten, dass auch nach Erreichen einer ueber 3 Jahre akkumulierten {alpha}-Dosis von 8,3 E 9 Gy, hervorgerufen durch eine Dotierung mit 20 Gew.% {sup 238}PuO{sub 2}, keine Veraenderung im Gefuege und im Auslaugverhalten feststellbar waren. Ein Keramikprodukt mit 20 Gew.% LWR-FKS nimmt als maximal moegliche akkumulierte {alpha}-Dosis `lediglich` 2,0 E 9 Gy nach ca. 100 000 Jahren auf. (orig./BBR).}
place = {Germany}
year = {1991}
month = {Dec}
}
title = {Evaluation of aluminium-silicate ceramics as a matrix for the solidification of radioactive wastes from the reprocessing and fabrication of nuclear fuels; Produktentwicklungen zur Verfestigung radioaktiver Abfaelle aus der Wiederaufarbeitung und Fertigung von Kernbrennstoffen in einer aluminiumsilikatischen keramischen Matrix}
author = {Loida, A, and Krause, H}
abstractNote = {The immobilization of nuclear waste by embedding into an aluminum-silicate based ceramic matrix has been studied by using real TRU-wastes, as well as simulated high-level and TRU-waste mixtures from the nuclear fuel cycle. The aluminum-silicate ceramic matrix is less sensitive to the chemical composition of the waste, than other waste forms such as glass or Synroc. Therefore, a wide spectrum of waste streams with loadings of > 20 wt.% can be immobilized. Mixtures of 34 wt.% clay minerals (kaolinite, bentonite) and 66 wt.% reactive corundum were selected as raw materials. Waste streams investigated were: 1. dissolver residues, 2. ashes from the dry incineration of burnable TRU-wastes, 3. TRU-slurries, precipitated from different TRU-bearing waste solutions, 4. slurries, precipitated from medium level waste solutions, dissolver residues, dry incinerator ashes and denitrated high-level waste. Fixation of radionuclides is achieved either by inclusion into the microstructure of the aluminum-silicate or oxide matrix phases or by incorporation into the crystal structure of host phases, depending each on the chemical composition of the waste and the matrix raw materials. Leach tests were performed with TRU-waste ceramics, according to the IAEA-test, by using a MgCl{sub 2}-rich salt brine. Leach rates were found to range between 5 E-3 and 1 E-4 g/m{sup 2}d at room temperature after a duration of about one year of total leaching time. The stability of the ceramics against {alpha}-irradiation was studied by doping it with 20 wt.% of Pu(238)O{sub 2}. After three years an accumulated {alpha}-dose of 8,33 E 9 Gy (1 E 19 {alpha}-decays/g ceramic) was reached, which exceeds the maximum accumulated {alpha}-dose of the ceramics under investigation after 100 000 years. The lattice constants of the matrix phases mullite and corundum were found to be only slightly enlarged (<2%). There were no signs of metamictization and no changes in the microstructure. (orig./BBR). [Deutsch] Aluminiumsilikatische Keramiken eignen sich in besonderem Mass als Matrix zur Einbindung von TRU-Abfaellen. Hierdurch sind Abfallbeladungen von mindestens 20 Gew.%, in einigen Faellen bis zu 60 Gew.% moeglich. Als original TRU-Abfaelle fuer diese Experimente wurden verwendet: (1) Aufloeserrueckstaende aus der Wiederaufarbeitung von LWR- und SBR-Kernbrennstoff, (2) Aschen aus der trockenen Verbrennung von TRU-Abfaellen, (3) Schlaemme, ausgefaellt aus verschiedenen TRU-Abfalloesungen. Abfallgemische aus 1-3, gemeinsam mit denitrierten hochaktiven Spaltproduktloesungen wurden in Form inaktiver Simulate eingesetzt. Als Keramikbildner wurde ein Gemisch aus 34 Gew.% Tonmineralen (Kaolin und Bentonit) und 66 Gew.% reaktivem Korund verwendet. Die Immobilisierung der Radionuklide erfolgt sowohl durch Einschluss in das Gefuege inerter aluminiumsilikatischer und oxidischer Matrixphasen, aber auch durch isomorphen Einbau in die Kristallstruktur von geeigneten Wirtsphasen, entsprechend dem Stoffangebot aus Abfall und Matrix. Durch Gefuegeuntersuchungen konnte die feste Einbindung der Radionuklidphasen, hauptsaechlich TRU-Oxide und Edelmetalle und -oxide, in Form von Einschluessen in die feinkoernige Matrix (Korngroesse < 10 {mu}m) nachgewiesen werden. Auslaugtests an diesen TRU-Abfall-Keramiken in MgCl{sub 2}-reichen Salzlaugen (Q-Lauge) bei Raumtemperatur ueber ein Jahr haben TRU-Auslaugraten (Gesamt-Alphaaktivitaet) von 5 E -3 bis 1 E - 4 g/m{sup 2}d ergeben. Untersuchungen zur Bestaendigkeit der Keramik gegenueber der internen {alpha}-Strahlung zeigten, dass auch nach Erreichen einer ueber 3 Jahre akkumulierten {alpha}-Dosis von 8,3 E 9 Gy, hervorgerufen durch eine Dotierung mit 20 Gew.% {sup 238}PuO{sub 2}, keine Veraenderung im Gefuege und im Auslaugverhalten feststellbar waren. Ein Keramikprodukt mit 20 Gew.% LWR-FKS nimmt als maximal moegliche akkumulierte {alpha}-Dosis `lediglich` 2,0 E 9 Gy nach ca. 100 000 Jahren auf. (orig./BBR).}
place = {Germany}
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month = {Dec}
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