DD217190A1 - METHOD FOR SEPARATING STRONTIUM AND CAESIUM FROM REPRODUCTION SOLUTIONS - Google Patents

METHOD FOR SEPARATING STRONTIUM AND CAESIUM FROM REPRODUCTION SOLUTIONS Download PDF

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DD217190A1 DD25397383A DD25397383A DD217190A1 DD 217190 A1 DD217190 A1 DD 217190A1 DD 25397383 A DD25397383 A DD 25397383A DD 25397383 A DD25397383 A DD 25397383A DD 217190 A1 DD217190 A1 DD 217190A1
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DD25397383A
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Ernst-Juergen Langrock
Helmut Langguth
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Adw Ddr
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen und selektiven Abtrennung von Sr und Cs aus Wiederaufbereitungsloesungen abgebrannter Kernbrennelemente durch Extraktion mit Kronenethern und loest die Aufgabe, die Wiederverwendung des Kronenethers zu ermoeglichen. Die waessrige Abfalloesung wird auf einen p H-Wert zwischen 2 und 4 eingestellt und mit Picrat versetzt. Die Extraktion erfolgt mit Kronenethern vom Typ R-18-Krone-6 in Chloroform oder n-Alkanen, die Rueckextraktion von Sr und Cs aus der organischen Phase mit 2-4 N HCl oder HNO3. Danach kann das organische Extraktionsgemisch sofort wieder eingesetzt werden.The invention relates to a process for the rapid and selective removal of Sr and Cs from spent nuclear fuel element reprocessing solutions by extraction with crown ethers and has the object of enabling the reuse of the crown ether. The aqueous waste solution is adjusted to a p H value between 2 and 4 and mixed with Picrat. The extraction is carried out with crown ethers of the type R-18-crown-6 in chloroform or n-alkanes, the back extraction of Sr and Cs from the organic phase with 2-4 N HCl or HNO3. Thereafter, the organic extraction mixture can be used immediately.

Description

Verfahren zurAbtrennung von Strontium und Cäsium aus Wiederaufbereitungslösungen ' . ' ; Process for the separation of strontium and cesium from reprocessing solutions '. ';

Anwendungsgebiet der Erfindung · << \ Field of application of the invention · <<

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen und selektiven Abtrennung von Strontium und Cäsium aus Wiederaufbereitungslösungen abgebrannter Kernbrennelemente durch Extraktion mit Kronenethern.The invention relates to a process for the rapid and selective separation of strontium and cesium from spent nuclear fuel reprocessing solutions by extraction with crown ethers.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions

Von Kronenethern ist bekannt, daß sie gegenüber Alkali- und Erdalkalimetallen eine hohe Komplexbildungskonstante aufweisen. Es wurden deshalb Untersuchungen zum Einsatz von Kronen-.ethern für die Extraktion von Strontium und Cäsium durchgeführt« Als organische Phase dienten z.B. 24-Krone-8~Lösungen •(Bezeichnungen nach C«J· Pedersen, J.^Am· Chem. Soc· (1967), 7017) in QCl4 oder Kerosin mit unterschiedlichen Zusätzen von Tributylphosphat bzw· Di-2ethyl-hexylphosphorsäure« Die wäßrigen Lösungen enthielten 0,001 M CsUO3 oder Sr(NO-J2 im Salpetersäure unterschiedlicher ,Stärke· In einigen Fällen wurde.außerdem KNOp zugefügt (Separation Science and Technology ü (1979) 395). Auch der Einsatz von Picrat wurde untersucht (J. Am· Chem. Soc. £3 (1971) 4674), doch waren die Verteilungskoeffizienten für die Alkalimetalle extrem klein. Pur die Extraktion der Erdalkalimetalle aus salpetersaurer Lösung wurde Dicyclohexyl-18-Krorie_6 in Dichlorethan eingesetzt (Radiochimija Nr* 2/1-982, 214)· Das Maximum der ExtraktionCrown ethers are known to have a high complexing constant over alkali and alkaline earth metals. Investigations were therefore carried out on the use of crown ethers for the extraction of strontium and cesium. As the organic phase, for example, 24-crown-8 solutions were used (designations according to C.J. Pedersen, J. Am. Chem. Soc (1967), 7017) in QCl 4 or kerosene with different additions of tributyl phosphate or di-2-ethyl-hexylphosphoric acid. "The aqueous solutions contained 0.001 M CsUO 3 or Sr (NO-J 2 different in nitric acid, strength · in some cases In addition, KNOp was added (Separation Science and Technology (1979) 395). Also, the use of picrate was studied (J. Am. Chem. Soc., 3, 4674 (1971)), but the distribution coefficients for the alkali metals were extremely small. The extraction of alkaline earth metals from nitric acid solution was carried out using dicyclohexyl-18- theory _6 in dichloroethane (Radiochimija Nr * 2 / 1-982, 214). · The maximum of the extraction

100480100480

wird bei 1,5 - 2 M HNO, erreicht. Die Rückextraktion erfolgte mit Wasser im Überschuß bei erhöhter Temperatur·is achieved at 1.5 - 2 M HNO. The back extraction was carried out with excess water at elevated temperature.

Wegen der hohen Kosten der Kronenether ist es jedoch zu keinem technischen Einsatz für die Abtrennung von Strontium und /oder Cäsium gekommen. νHowever, because of the high cost of the crown ethers, there has been no technical use for the separation of strontium and / or cesium. ν

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die schnelle und selektive Abtrennung von Strontium und Cäsium aus Abfallösungen der Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente.The object of the invention is the rapid and selective separation of strontium and cesium from waste solutions of spent fuel reprocessing.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abtrennung von Strontium und Cäsium aus solchen Lösungen anzugeben , das die Wiederverwendung der eingesetzten Kronenether ermöglicht.The invention has for its object to provide a method for the separation of strontium and cesium from such solutions, which allows the reuse of the crown ethers used.

Das erfindungsgeraäße Verfahren, das aus den SchrittenThe erfindungsgeraäße method consisting of the steps

- Einstellen der wäßrigen Lösung auf einen pH-Wert zwischen 2 und 4, 'Adjusting the aqueous solution to a pH between 2 and 4,

- Zugabe von Picrat und- Addition of Picrate and

- Extraktion mit Kronenether- Extraction with crown ether

besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel Kronenether vom Typ R-18-Krone-6 in Chloroform oder n-Alkaneij eingesetzt werden und die Rückextrakt ion von Strontium und Cäsium aus der organischen Phase mit 2-4 K anorganischen Säuren, vorzugsweise mit Salzsäure oder Salpetersäure erfolgt.consists, is characterized in that are used as extractants crown ether of the type R-18-crown-6 in chloroform or n-alkaneij and the Rückextrakt ion of strontium and cesium from the organic phase with 2-4 K inorganic acids, preferably hydrochloric acid or nitric acid takes place.

Überraschenderweise wurde gefundenl9 daß nur die Rückextraktion mit anorganischen Säuren in dem genannten Konzentrationsbereich sowohl zur vollständigen Rückextraktion von Strontium und Cäsium als auch zur sofortigen Wiedereinsetzbarkeit des organischen Ex tr ak ti ons gemisches führt· Bei Verwendung z.B. stärkerer Säuren ist die Wiederverwendbarkeit des organischen Extrak-Surprisingly, it was found l9 that only the back-extraction with inorganic acids in the aforementioned concentration range both leads to complete back-extraction of strontium and cesium as well as for immediate reusability of organic ex tr ac ti ons mixture used · When using eg stronger acids is the reusability of the organic extraction

tionsgemisches auch nach Behandlung mit Alkalien oder/ und Wasser nicht zu erreichen· Die vielfache Verwendbarkeit des Extraktionsmittels ,ist aber Voraussetzung für die praktische Anwendbarkeit der Extraktion mit Kronenethern. Die Konzentration der Kronenether im Lösungsmittel soll möglichst hoch sein; sie wird im allgemeinen durch ihre Löslichkeit begrenzt. Das Phasenverhältnis liegt bei 1:1, kann aber · auch davon abweichen. '· The multiple use of the extractant, but is a prerequisite for the practical applicability of the extraction with crown ethers. The concentration of the crown ethers in the solvent should be as high as possible; it is generally limited by its solubility. The phase ratio is 1: 1, but may · deviate from it. '

Strontium und Cäsium werden in einem Extraktions8chritt innerhalb weniger Sekunden in guter Ausbeute abgetrennt* Da auch die Rückextraktion sehr schnell von Statten geht, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für eine Schnellabtrennung« Die rückextrahierten Komponenten Strontium und Cäsium können in bekannter Weise aufgetrennt werden· .Strontium and cesium are separated in good yield within a few seconds in an extraction step. Since the reextraction also proceeds very quickly, the process according to the invention is suitable for rapid separation. The back - extracted components strontium and cesium can be separated in a known manner.

Eine elegante Variante des vorgeschlagenen Verfahrens ist die Durchführung als Membranprozeß: eine feste permeable Membran trägt auf einer Seite einen den Kronenether enthaltenden Lösungsmittelfilm, auf dieser Seite wird die wäßrige Lösung mit den zu extrahierenden Komponenten vorbeigeführt, die andere Seite der Membran steht dagegen mit einer-2-4 N anorganischen Säure in Kontakt« über die Membran werden Strontium und Cäsium in die Säure transportiert* Die weitere Auftrennung kann dann wieder in bekannter Weise erfolgen·An elegant variant of the proposed method is the implementation as a membrane process: a solid permeable membrane carries on one side a solvent containing the crown ether, on this side, the aqueous solution is passed with the components to be extracted, the other side of the membrane is with a 2-4 N inorganic acid in contact "strontium and cesium are transported into the acid via the membrane * The further separation can then again take place in a known manner.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die eingesetzten Kronenether ohne weitere Behandlung mehrfach für die Extraktion eingesetzt werden können« Das wird außerdem durch die Tatsache gefördert, daß sich Kronenether durch eine hohe Strahlenbeständigkeit auszeichnen·The advantages of the invention are that the crown ethers used can be used repeatedly for extraction without further treatment. "This is further promoted by the fact that crown ethers are distinguished by high radiation resistance.

Ausführungsbeispielembodiment

250 ml einer Spaltproduktlösung, die neben anderen Spaltprodukt .ten-auch 4,9.1O"3 Mol/1 Cäsium und 2,8.10"3 Mol/l Strontium in250 ml of a cleavage product solution, which in addition to other cleavage product .ten-also 4.9.1O "3 mol / 1 cesium and 2.8.10" 3 mol / l strontium in

3 M KUOo enthält, werden mit Natronlauge auf einen pH-Wert von3 M KUOo contains, with sodium hydroxide solution to a pH of

'. : .. 4 '. : 4

2,8 eingestellt· Dann wird soviel Nätriumpicrat zugesetzt, daß die Lösung 0,2 molar an Pierat ist. Die Extraktion erfolgt mit 250 ml einer 0,1 M R-18-Krone-6-Lö3ung in;Chloroform durch Schütteln in einem Extraktor (Schüttelzeit 15 Sekunden). Wach'der Phasentrennung wird das organische Gemisch mit 200 ml 4 J HGl behandelt und somit Strontium und Cäsium rückextrahiert. Das organische Extraktionsgemisch wird danach ohne weitere Behandlung in den Sxtraktor rückgeführt. Die Auftrennung von Strontium und Cäsium wird in bekannter Weise vorgenommen· Die Extraktion ist sehr selektiv, die Anteile der anderen Spaltprodukte in der organischen Phase sind kleiner als 0,01 %*2,8 is added. Then enough natrium picrate is added so that the solution is 0.2 molar of Pierat. The extraction is carried out with 250 ml of a 0.1 M R-18-crown-6 solution in; chloroform by shaking in an extractor (shaking time 15 seconds). Wach'der phase separation, the organic mixture is treated with 200 ml of 4 J HGl and thus back-extracted strontium and cesium. The organic extraction mixture is then returned to the extractor without further treatment. The separation of strontium and cesium is carried out in a known manner · The extraction is very selective, the proportions of other cleavage products in the organic phase are less than 0.01% *

Claims (4)

Erfindungsanspruch, . .Claim of the invention,. , 1. Verfahren zur Abtrennung von Strontium und Cäsium aus Wiederaufbereitungslösungen abgebrannter Kernbrennstoffe, bestehend aus der Einstellung der wäßrigen Lösung auf einen pH-Wert zwischen 2 und 4»der Zugabe von Picrat und der Extraktion mit Kronenethern, dadurch gekennzeichnet, daß als Extraktionsmittel Kronenether vom Typ R-18-Krone-6 in Chloroform oder n-Alkanen eingesetzt werden und die Rückextraktion von Strontium und Cäsium mit 2-4 N anorganischer Säure erfolgt.1. A process for the separation of strontium and cesium from reprocessing solutions of spent nuclear fuel, consisting of the adjustment of the aqueous solution to a pH between 2 and 4 »the addition of picrate and the extraction with crown ethers, characterized in that the extractant crown ethers of the type R-18-crown-6 in chloroform or n-alkanes are used and the back-extraction of strontium and cesium with 2-4 N inorganic acid takes place. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rückextraktion Salzsäure oder Salpetersäure eingesetzt werden.2. The method according to item 1, characterized in that hydrochloric acid or nitric acid are used for the re-extraction. 3· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Gemisch nach der Rückextraktion ohne weitere Behandlung wieder als Extraktionsmittel eingesetzt wird.3 · Method according to item 1, characterized in that the organic mixture is used again after the re-extraction without further treatment as the extraction agent. 4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltproduktlösung auf einer Seite einer festen permeablen Membran, die mit dem kronenetherhaltigen Lösungsmittel beschichtet ist, und die 2-4 N,anorganische Säure an der anderen Seite dieser Membran vorbeigeführt wirdβ 4. The method according to item 1, characterized in that the cleavage product solution on one side of a solid permeable membrane, which is coated with the crown ether-containing solvent, and the 2-4 N, inorganic acid is passed to the other side of this membrane β
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2707416A1 (en) * 1993-07-08 1995-01-13 Cogema Process and installation for the decontamination of radioactive nitrate effluents containing strontium and sodium
WO1995002250A1 (en) * 1993-07-08 1995-01-19 Compagnie Generale Des Matieres Nucleaires Process and equipment for decontaminating strontium- and sodium-containing radioactive nitric effluents
US5702608A (en) * 1993-07-08 1997-12-30 Compagnie Generales Des Matieres Nucleaires Process and installation for the decontamination of radioactive nitric effluents containing strontium and sodium

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