Verfahren zur Bestimmung von radioaktiven Verunreinigungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von radioaktiven Verunreinigungen in einem schüttfähigen Material, das auf einer Fördereinrichtung an zumindest einem Detektor zur Bestimmung von Gammastrahlung und/oder Alphastrahlung und/oder Betastrahlung vorbeigeführt wird.

Ein entsprechendes Verfahren ist der WO2015/135885 A1 1u entnehmen. Mit dem entsprechenden Verfahren wird das in dem Schüttgut vorhandene Verhältnis der Radionuklide unter Berücksichtigung unter zumindest einem Leitnuklid bestimmt Als Schüttgut werden insbesondere zerkleinerte kontaminierte Bauteile freigemessen.

Die DE 198 24 039 Al bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von Bauschutt und/oder Bodenaushub auf den Gehalt an Radionukliden. Dabei wird das Schüttmaterial auf einem Transportband gefördert und an Detektoren vorbeigeführt, um den Gehalt an Radionukliden zu messen.

In der Publikation von Bündnis 90/ Die Grünen, “Anwendungen von Phosphorgips als Ersatz für den zukünftigen Entfall von REA-Gips und Naturgips“, wird die Trennung von Phosphorgipsmaterial in Abhängigkeit vom Gehalt der Radionukliden erläutert.

Die DE 689 26 493 T2 bezieht sich auf ein System zum Unterscheiden von bestrahlungsverseuchten Bruchstücken und Geräten, um die Radioaktivität zu messen.

Ein Verfahren zum Sortieren kontaminierter Materialien wird in der US 2015/0 352 598 Al beschrieben. Das kontaminierte Material wird auf einem Förderband transportiert, oberhalb dessen ein Detektor angeordnet ist.

Die EP 3 722011 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Förderanlage zum Behandeln und Sortieren von potentiell mit radioaktiven Stoffen kontaminierten Materialien. Dabei wird mittels einer Fördereinrichtung in Form eines Förderbands unsortiertes Material unter einem Detektor hindurchgeführt.

Um die radioaktive Kontamination von zerkleinerten Materialien nach der JP 2014- 009998A zu ermitteln, werden diese auf einem Förderband transportiert, oberhalb dessen ein Sensor angeordnet ist Zur Erzielung genauer Messwerte, wird die Schichtdicke eingestellt

In BfS-SW-14/12, natürliche Radioaktivität in Baumaterialien und die daraus resultierende Strahlenexposition, werden die spezifischen Aktivitäten der Radionuklide Kalium, Radium und Thorium gemessen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art für Materialien zu verwenden, die natürliche radioaktive Verunreinigungen enthalten. Die Materialien sollen dabei in geeigneter Form auf einer Fördereinrichtung an einem oder mehrere Detektoren vorbeigeführt werden.

Zur Lösung der Aufgabe ist im Wesentlichen vorgesehen, dass als schüttfahiges Material Phosphorgips oder diesen enthaltend oder Phosphorit oder dieses enthaltend benutzt wird und dass in Abhängigkeit von der gemessenen Strahlung das schüttfahige Material klassifiziert wird, wobei zum Messen des schüttfahigen Materials dieses auf einen Feuchtigkeitsgehalt eingestellt wird.

Phosphorgips ist ein solcher, der in großen Mengen als Nebenprodukt in der Phopsphatindustrie anfallt. Da in den Ausgangsprodukten, das aus einem Gemenge von Apatit und organischen Komponenten bestehen kann, u.a. radioaktive Bestandteile enthalten sind, weist der Phosphorgips entsprechende Verunreinigungen auf, die dazu fuhren, dass der Phosphorgips auf Deponien gesammelt wird.

Dabei ist der Anfall an radioaktiven Bestandteilen von den Ausgangskomponenten abhängig.

Um den Anfall von radioaktiv belastetem Phosphorgips zu reduzieren und somit im erheblichen Umfang die Anzahl von Deponien zu reduzieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass entweder der Phosphorgips oder aber das Ausgangsgemenge in Bezug auf die von radioaktiven Elenenten entstehende Strahlung gemessen und in Abhängigkeit von der aus der Strahlung ermittelten Konzentration de* Radioaktivität eine Klassifizierung vorgenommen wird.

Dabei ist sichergestellt, dass das schüttfähige Material im gewünschten Umfang problemlos auf einer Fördereinrichtung wie Förderband an einem oder mehreren Detektoren vorbeitransportiert werden kann, um die Messung durchfuhren zu können. Um dies zu gewährleisten, wird das Material auf einen gewünschten Feuchtegehalt eingestellt, so dass das Material schüttfähig ist, ohne zu stauben bzw. dann, wenn es aufgrund der Feuchtigkeit z.B. zur Klumpenbildung neigt oder zu einer solchen geführt hat bzw. eine matschige Konsistenz aufweist oder zum Anbacken an der Fördereinrichtung wie -band neigt, getrocknet

Nach dem Trocknen ist es ggf. erforderlich, das Material zu zerkleinern, um sodann an dem oder den Detektoren vorbeigeführt zu werden.

Durch ein Anfeuchten wird sichergestellt, dass das zu messende Material nicht staubt, so dass sich auf den Detektoren eine Staubschicht nicht abscheiden kann, wodurch andernfalls ein unerwünschtes Rauschen auftreten würde.

Sollte das zu messende Material klumpenformig zur Verfügung stehen oder zur Klumpenbildung neigen, erfolgt ein Trocknen und gegebenenfalls ein Zerkleinern, so dass eine gewünschte Schichtdicke und somit reproduzierbare Ergebnisse erzielbar sind.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass das schüttfähige Material auf einen massebezogenen Feuchtigkeitsgehalt U _m mit U _m ≤ 30%, insbesondere mit U _m ≤ 25%, vorzugsweise 2,5% ≤ U _m ≤ 20%, besonders bevorzugt 5% ≤ U _m ≤ 20%, insbesondere 5% ≤ U _m ≤ 10%, eingestellt wird, sei es durch Zufuhren von Flüssigkeit, sei es durch Feuchtigkeitsentzug.

Der massebezogene Feuchtigkeitsgehalt ist de Quotient aus Masse H ₂ O und Masse des trockenen schüttfähigen Materials in %. Insbesondere bezieht sich der massebezogene Feuchtigkeitsgehalt auf das beim Phosphat Phosphatprodukte und/oder Gips produzierenden und/oder verarbeitenden Gewerbe anfallende Calciumsulfat Dihydrat (CaS0 ₄ . 2H ₂ O).

Sollte der Feuchtigkeitsgehalt des schüttfähigen Material einen vorgegebenen Wert überschreiten, erfolgt ein Entzug von Feuchtigkeit, insbesondere vor Aufgabe auf die Fördereinrichtung, bei der es sich insbesondere um ein Förderband handelt

Insbesondere ist vorgesehen, dass als Kriterium für die Bestimmung der Radioaktivität die Gammastrahlung gemessen wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Aktivitätskonzentration ermittelt und in Abhängigkeit von dieser das gemessene Material sortiert wird, wobei bei Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes das Material als Walstoff klassifiziert wird. Wertstoff bedeutet dabei, dass eine Weiterverarbeitung erfolgen kann, ohne dass für den Nutzar eine Gefährdung entsteht.

So kann Phosphorgips z.B. im Baubereich zur Herstellung von Gipsplatten, Gipskartonplatten, Gipswandbauplatten oder im Bereich der Zahntechnik eingesetzt werden, um rein beispielhaft einige Anwendungsfalle zu nennen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das gemessene schüttfähige Material in Teilströme in Abhängigkeit von der gemessenen Strahlung bzw. Aktivitätskonzentration unterteilt wird.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Gammastrahlung von zumindest einem der Radionuklide Radium, Thorium, Kalium gemessen wird.

Die Klassifizierung des gemessenen Materials kann in Abhängigkeit eines Konzentrationsindex I erfolgen, wobei der Konzentrationsindex I bestimmt wird durch: Dabei bedeutet:

C Aktivitätskonzentration in Bq * kg ^-1

Ra Radium

Th Thorium

K Kalium

Bq Becquerel

Ganz allgemein bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Freimessen von Radionukliden enthaltenen feinkörnigem Pulver, das auf eine Fördereinrichtung wie Förderband aufgegeben zugefuhrt wird, wobei das feinkörnige Pulver während des Transports an mehreren Messsensoren vorbeigeführt wird, mittels der Gammastrahlung und/oder Betastrahlung und/oder Alphastrahlung, insbesondere zumindest oder gegebenenfalls ausschließlich Gammastrahlung, gemessen wird.

Feinkörniges Material ist Phosphorgips oder Phosphorit oder diesen bzw. dieses enthaltend.

Die Korngröße der Pulverpartikel sollte kleiner als 4 mm sein, insbesondere zwischen 0,5 mm und 2 mm liegen.

Die Konsistenz des zu messenden Materials sollte feinkörnig bis krümelig sein, ohne dass eine Klumpenbildung entsteht.

Bei den zu messenden feinkörnigen Pulver handelt es sich insbesondere um Produkte aus dem Phosphat, Phosphatprodukte und/oder Gips produzierendes und/oder verarbeitendes Gewerbe.

Bei dem zu messenden Material kann es sich um ein Eingangsprodukte (Rohstoff), wie Phosphorit, ein Gemenge von Apatit und organischen Komponenten, handeln oder um ein bei der Produktion anfallendes Produkt, wie Phosphorgips, das bei der Produktion von Phosphorsäure oder Phosphordüngenittel als Nebenprodukt anfallt. Das anfallende Nebenprodukt muss nicht bereits als schüttfahiges Material, insbesondere feinkörniges Pulver, vorliegen. Vielmehr kann das Nebenprodukt in die zum Messen geeignete Stoffform gebracht werden.

Gleiches gilt in Bezug auf die Rohstoffe, die in der Phosphorindustrie benutzt werden.

Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer Produktionsanlage eingesetzt werden, in der das Nebenprodukt anfallt. Selbstverständlich kann ein Messen auch an einem zu der Produktion femliegenden Ort erfolgen.

Das Freimessen, also das erfindungsgemäße Verfahren, kann am Beginn des Produktionsprozesses durchgeführt werden, z.B. beim Verarbeiten von Phosphorit, in den Produktionsprozess integriert werden als auch am Ende des Produktionsprozesses, wie z.B. nach Düngerproduktion, stattfinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Freimessen kann auch bei der Überprüfung, Beseitigung und/oder Umsortierung von schüttfahigem Material, wie dem Phosphorgips, insbesondere von feinkörnigem Pulver erfolgen, das bereits produziert und in Lagerstätten, wie Deponien, gelagert ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt auf Grund der Freimessung eine Klassifizierung des zu messenden schüttfähigen Materials, vorzugsweise in Form von Phosphorgips, insbesondere bei einer Produktion anfallenden Produkts, in unterschiedlichen Nuklearklassen. Wird das Ausgangsgemenge gemessen, so kann bereits der Anteil für die weitere Nutzung ausgeschlossen werden, der einen zu hohen Anteil an Radioaktivität enthält.

Die Klassifizierung selbst kann auf Grund eines Nuklids, insbesondere jedoch mehrerer Radionuklide, insbesondere Radium, Thorium und/oder Kalium, erfolgen.

Die Bestimmung der Radioaktivität dient als Entscheidungsgrundlage für einen automatisierten Sortierungsprozess. In Abhängigkeit von der Zustandsart des zu messenden Materials kann dieses zunächst zerkleinert und sodann fein verteilt auf die Fördereinrichtung aufgegeben werden, bevor die Strahlenmessung erfolgt. So kann beim Messen von Phosphorgips, das in größeren Agglomeraten vorliegt, dieser zunächst zerbröselt werden, um den gewünschten feinkörnigen Zustand zu erreichen, der optimal für die Messung ist.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus dem der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel.

In der einzigen Figur wird über eine erste Fördereinrichtimg 1 ein Produkt 11, 12 einer Einrichtung 2 zugeführt, dessen Radioaktivität durch Messung von Strahlung ermittelt werden soll. Bei dem Produkt 11, 12 kann es sich um Phosphorgips oder Phosphorit oder ein Material handeln, das diesen bzw. dieses enthält. In der Einrichtung 2 wird die Zustandsart des zu messenden Materials eingestellt Einstellen schließt dabei auch ein gegebenenfalls Zerkleinern, insbesondere jedoch die Bestimmung und das Einstellen des Feuchtegehalts des zu messenden Materials ein.

Das in der gewünschten Zustandsart eingestellte schüttfähige Material 13, das feinkörniges Pulver sein sollte, wird von der Einrichtung 2 auf eine zweite Fördereinrichtung 3, wie Förderband, aufgegeben, um eine insbesondere gleichmäßig dicke Schicht 14 des zu messenden Materials durch einen Bereich zu fördern, in dem Messsensoren 5 vorhanden sind, um Gamma-Strahlung und/oder Alpha-Strahlung und/oder Beta-Strahlung zu messen, wobei insbesondere Gamma-Strahlung gemessen wird. Um die gewünschte Höhe der Schicht des zu messenden Materials zu erzielen, ist vor den Messsensoren 5 ein Abstreifer 4 vorgesehen.

Damit das schüttfähige Material nicht staubt bzw. im nicht gewünschten Umfang agglomeriert und z.B. dazu neigt, auf der Fördereinrichtung zu kleben, erfolgt vor der Messung eine Einstellung des massebezogenen Feuchtigkeitsgehalts, der nicht größer als 30%, insbesondere nicht größer als 25%, mindestens jedoch 2,5%, vorzugsweise zumindest 5% sein sollte. Einstellen bedeutet dabei, dass bei zu geringen Feuchtigkeitsgehalt Feuchtigkeit zugeführt und bei einem zu hohen Feuchtigkeitsgehalt Feuchtigkeit entzogen wird. Dabei kann nach dem Trocknen ein Zerkleinern des Materials erfolgen, um Partikel zu erhalten, die eine Korngröße von weniger als 4 mm aufweisen, insbesondere im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm liegen sollte.

Nach der Messung des Materials 14 erfolgt eine Klassifizierung 15, 16, 17 in Abhängigkeit von der aus der Strahlung ermittelten Radioaktivität, wobei Messzeitpunkt und Fördergeschwindigkeit des gemessenen Materials berücksichtigt werden, das mittels einer weiteren Fördereinrichtung 6 entsprechend der erfolgten Klassifizierung verteilt wird. Dies wird rein beispielhaft durch die Fördereinrichtungen 7, 8 und 9 symbolisiert. So kann z.B. über das Förderband 7 Material, das als unkritisch klassifiziert ist 16, 18, 19, 20, einem Produktionsbetrieb, z.B. zur Herstellung von Baumaterialien, zugeführt werden. Material mit zulässigen, radioaktiven Bestandteilen, ohne dass ein Einsatz im Baubereich erfolgen soll, wird über eine Fördereinrichtung 8 weggeführt, um das Material 17, 21, 22 z.B. im Straßenbau einzusetzen. Über eine Fördereinrichtung 9 wird das Material 15, 23, 24 weggeführt, das zur Weiterverarbeitung als ungeeignet klassifiziert worden ist