DD153015A1 - Verfahren zur reinigung von borsaeure durch permeative abtrennung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Borsaeure durch permeative Abtrennung von Borsaeure aus waessrigen Loesungen. Es findet vorzugsweise Verwendung zur Rueckgewinnung der Borsaeure aus verunreinigten Waessern des 1. Kreislaufes von Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktoren und anderen borsaeurehaltigen Waessern dieser Kernkraftwerkstypen. Ausser der Reinigung borsaeurehaltiger Kernkraftwerksabwaesser besteht die Moeglichkeit eines Einsatzes des Reinigungsverfahrens zur Abtrennung von Borsaeure aus borsaeurehaltigen waessrigen Elektrolytloesungen. Es wird ein Verfahren beschrieben, das bei Raumtemperatur und hohen Durchsatzraten in Form eines Teilentsalzungsverfahrens effektiv Borsaeure von Salzen starker Elektrolyte aus waessrigen Loesungen abtrennt. Erfindungsgemaess wird dies dadurch geloest, dass die borsaeurehaltige waessrige Elektrolytloesung durch polymere Membrananordnungen mit umkehrosmotischen Eigenschaften unter Druck gepresst wird. Dabei kommt es zu einer Abreicherung der die Borsaeure verunreinigenden Salze im Permeat, da freie Borsaeure gut und Mineralsalze wenig durch Polymermembranen fuer Umkehrosmose permeieren.

Description

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Titel

Verfahren zur Reinigung von Borsäure durch permeative Abtrennung

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur permeativen Reinigung von wäßrigen Borsäurelösungen· Es findet vorzugsweise Verwendung zur Abtrennung der Borsäure aus Wässern, die Salze, Spaltprodukte und aktivierte Korrosionsprodukte in hochverdünnten Konzentrationen enthalten, wie sie z, B* in den ?rimärkreislaufwässern und Lagerbecken von Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktoren anfallen.

Ein weiteres Anwendungsgebiet des Verfahrens besteht in der Anreicherung der Borsäure aus borsäurehaltigen Salzlaugen von Mineralien und Abprodukten.

Charakteristik der "bekannten technischen Lösungen Pur die Behandlung radionuklidhaltiger Borsäureabwässer wurden verschiedene Verdampfungsverfahren entwickelt und eingesetzt, vorzugsweise mit dem Ziel der Volumenreduktion zur lagerung der Konzentrate in Behältern als Borat oder der weiteren Eindickung bis zum Peststoff und Abtransport in ein Lager für radioaktive Abfälle (DE 2705470, DS 1767184). Dabei wird auf eine Rückgewinnung der Borsäure von vornherein verzichtet und ein erheblich größeres Abfallaufkommen akzeptiert. Auch wurden Verdampfungsverfahren mit dem Ziel der Borsäurerückgewinnung beschrieben, wobei

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die Umsetzung der Borsäure mit !.!ethanol zu Borsäuremethylester und deren anschließende Verseifung genutzt werden (DE 2252712, DS 2723025). Obgleich das Verfahren hohe Ausbeuten an Borsäure bei hoher Reinheit liefern kann, handelt es sich um ein sehr aufwendiges, mehrstufiges; !Verfahren. Ionenaustauschverfahren unter Einsatz schwach und stark dissoziierender Karse sind nur für bestimmte nicht stark verschmutzte Borsäurewässer geeignet. Sehr nachteilig wirken sich auf die Wirtschaftlichkeit der Regenerienaittelbedarf und die sich daraus ergebenden Abfallmengen aus. Die Extraktion (DE 2607027), Fällung und Umkristallisation der Borsäure sind für kerntechnische Betriebsbedingungen nicht geeignet oder nicht zufriedenstellend.

Zweck der Erfindung;

Zweck der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu beseitigen·

Wesen der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung von Borsäure aus wäßrigen radionuklid- und salzhaltigen Lösungen durch Teilentsalsuiig zu schaffen, welches keine zusätzlichen Abfallstoffe schafft sowie die bei Umgebungstemperaturen für eine Wiederverwendung der Borsäure geforderten Reinigungsfaktoren liefert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels einer an sich bekannten scharfen mechanischen Filtration die zu reinigende Borsäure von nicht echt gelösten Anteilen ^ 5/^ befreit wird (Anschweumfiltration mit Cellulose).

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B3 erfolgt eine pH~\7ert-Kontrolle und gegebenenfalls eine Korrektur der Lösung auf pH G + 0,5.

Die Borsäurelösung wird einer an sich "bekannten typischen tTnikehrosraoseeinheit mit Permeatoren aus Celluloseacetat oder Polyamid zugeleitet. Bei entsprechendem Druck (p^¹ 3fach osmotischer Druck der Borsäurelösung) und max. Temperatur von 35 ⁰C entsteht als Permeat eine verdünnte Borsäure, die gegenüber der Ausgangslösung stark an Verunreinigungen abgereichert ist, XJm eine hohe Borsäurerückgewinnung bei hoher Reinheit zu erhalten, ist die Verschaltung der Permeatoren in einer Kaskade vorzunehmen, Trennfaktor und Zahl der Trennstufen hängen von der Leistungsfähigkeit der einge-' setzten Permeatoren, der Konzentration an Verunreinigungen und den Reinheitsforderungen des Betreibers ab. Geeignete Membranen sind solche, die ein Rückhaltevermögen für Borsaure von höchstens R_n. ^_n ^ 25 % und für Salze starker

Elektrolyte von mindestens H™-_a£^ — 85 % aufweisen. Die gereinigte 3orsäure v/lrd in herkömmlicher V/eise durch Verdampfung aufkonzentriert und das erhaltene Kondensat der Kondensatwirtschaft zugeführt. Das Konzentrat wird als Abfall behandelt,

Augführusgsbeispi e1

Die Erfindung soll am Beispiel der Reinigung eines mit Mineralsalzen und Uran-Spaltprodukten verunreinigten borsäurehaltigen Kondensats des 1, Kreislaufes eines Kernkraftwerkes mit Druckwasserreaktor näher erläutert werden. Das schmutzige Kondensat enthält beispielsweise 10 g/l HLBO-j, 0,05 g/l EaCl als Mineralsalz und 4 MBq/1 (10 . 10"⁵ Ci/1) natürliche Spaltprodukte.

Zur Vorreinigung des schmutzigen Kondensats zur Entfernung suspendierter Trübstoffe erfolgt eine Anschwemmfiltration mit Cellulose als Filtermittel in herkömmlicher Weise,

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Enthält das Kondensat freie Alkalisierungsmittel wie NH^OH LiOH, KOH, sind diese in herkömmlicher Weise durch Ionenaustausch mittels schwach saurer Carbonsäureharze, z. B, Wofatit CA-20, zu entfernen.

Anschließend erfolgt eine pH-Wert-Kontrolle und, falls erforderlich, eine Korrektur auf pH 6 + 0,5. Das Kondensat durchströmt ein Sicherheitsfilter mit Filterkerzen der Porenweite von 10 JJ .

Fach dieser Konditionierung wird das borsäurehaltige Kondensat Über eine Hochdruckpumpe auf einen hydrostatischen Druck von 2-3 IiPa gebracht und einer typischen Umkehrosmc-. seeinheit zugeführt. Die Anströmgeschwindigkeit des Permeators liegt bei 1200 l/h. Die Permeatmenge beträgt 100 l/h, Bei Betriebsbedingungen von 20 ⁰C und 2 MPa werden folgende Rückhaltegrade für ein Modul Typ Roga SW-4101 erhalten:

Rh₃BO₃ * ²⁰ *' Vci = ^{90 %}' ^RSpaltprodukte ^{s 93} *· Zur Erzielung einer Permeatausbeute von 60 - 80 % ist eine Kaskadenschaltung für die Konzentratseite erforderlich.

Die Ausbeute an gereinigter Borsäure hängt von der Stufenzahl und den Reinheitsforderungen ab. Um z. B. Borsäure aus borathaltigen Mineralsalzlösungen (Mutterlaugen) oder aus Abproduktauslaugungen (Braunkohlefilteraschen) abzutrennen, ist in gleicher Weise zu verfahren, wobei die freie Borsäure vor Permeation durch Entzug der Kationen mittels Ionenaustausch (Kationit H-Fona) erreicht wird.

Es ist zu beachten, daß die Gesamtkonzentration der Ausgangslösung 30 g/l wegen des begrenzten Betriebsdruckes nicht überschreitet.

Claims (5)

- 5- 223 731 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Reinigung von Borsäure durch permeative Abtrennung, gekennzeichnet dadurch, daß eine Teilentsalzung einer verunreinigten Borsäurelösung durch Sinsatz von Umkehrosmosepermeatoren im pH-Bereich 5-6,5 und Umgebungstemperatur erfolgt.

2, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die tfakehrosziosepermeatoren zu einer Trennkaskade verschaltet werden,

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in Vorbehandlung die verunreinigte Borsäurelösung durch Anschweinmfiltration von Trübstoffen und durch Filtration über schwach sauren Ionenaustauscher von freier Alkalität befreit wird.

4, Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die gereinigte Borsäurelösung durch Verdampfung oder Ionenaustausch aufkonzentriert wird,

5, Verfahren nach Punkten 1 bis 4» gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentrate der ünkehrosnose durch Verdampfung eingedickt und als radioaktiver Abfall beseitigt werden.