DE1097424B

DE1097424B - Verfahren zur Aufbereitung von mit Neutronen beschossenem Kernbrennstoff

Info

Publication number: DE1097424B
Application number: DEU5356A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey John Ashworth; Peter George Minchin Brown; John Molyneux Fletcher; Arthur Wain
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1958-05-20
Filing date: 1958-05-20
Publication date: 1961-01-19

Description

Verfahren zur Aufbereitung von mit Neutronen beschossenem Kernbrennstoff Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufarbeitung von Kernbrennstoffen und betrifft besonders die Isolierung von Spaltstoffen und die Rückgewinnung von nicht verbrauchtem Kernbrennstoff aus dem Brennstoff eines Kernreaktors.
Bei derartigen Verfahren besteht die erste Stufe nach dem Lösen des Brennstoffs in einem geeigneten Lösungsmittel im allgemeinen in der Beseitigung der Spaltprodukte, um so die nächsten Stufen ohne Schwierigkeit durchführen zu können. Es wurde nun für diese Stufe ein Lösungsmittelextraktionsverfahren mit hohen Reinigungsfaktoren in bezug auf den Brennstoff für die meisten Spaltprodukte entwickelt, bei dem Tributylphosphat, gelöst in einem inerten Verdünnungsmittel, z. B. Kerosin, als Extraktionsmittel verwendet wird und von einer wäßrigen Ausgangslösung ausgegangen wird, die den bestrahlten Brennstoff enthält, der in 1- bis 5mo1. Salpetersäure gelöst und mit wäßriger 1- bis 5mol. Salpetersäure gewaschen worden ist. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Entfernung des Rutheniums in nicht vorteilhafter Weise gelöst ist, und aus dem Grunde bezweckt auch das vorliegende Verfahren, eine Abänderung zu schaffen, um eine verbesserte Rutheniumentfernung zu erreichen.
Erfindungsgemäß enthält das Verfahren zur Aufarbeitung von Kernbrennstoff, der in einem Kernreaktor mit Neutronen beschossen wurde, folgende Verfahrensschritte: Lösen des beschossenen Brennstoffs in Salpetersäure, Einstellen der Lösung auf 1 bis 5 Mol/1 Salpetersäure und Einfügen einer Zwischenstufe vor der Behandlung der Lösung mit Tributylphosphat, die darin besteht, daß die Lösung mindestens 1 Stunde bei 50 bis 80° C mit salpetriger Säure behandelt und auf Zimmertemperatur abgekühlt wird, erst dann erfolgt die Extraktion der Lösung mit verdünntem Tributylphosphat. Die Extraktion wird bevorzugt nach dem Gegenstromprinzip vorgenommen, indem die bei der Extraktion entstandene Tributylphosphatphase mit 1- bis 5mol. Salpetersäure gewaschen wird.
Es ist bekannt, daß Ruthenium in Lösungen, die durch Lösen von bestrahltem Kernbrennstoff in Salpetersäure erhalten sind, als Nitrosyl-Ruthenium-Komplexe, die Nitratgruppen enthalten, vorliegen, und es wird angenommen, daß unter den besonderen Bedingungen von Temperatur und Säuregrad, die in der erfindungsgemäßen Zwischenstufe herrschen, die Nitrosyl-Ruthenium-Komplexe aus der Nitratform in die Nitritform übergeführt werden, was wiederum dazu führt, daß weniger Ruthenium extrahiert wird, als dieses der Fall sein würde, wenn die Komplexe in der Nitratform bestehenblieben. Es wurde dabei festgestellt, daß für den Entfernungsfaktor für Ruthenium,. d. h. den Faktor, um welchen die Rutheniummenge, die in der aus der Gegenstromextraktion stammenden T ributylphosphatphase vorliegt, im Vergleich zur ursprünglichen Menge in der dem Extraktor zugeführten Salpetersäure, verringert worden ist, einen Wert in der Größenordnung von 4000 hat, wenn das Verfahren erfindungsgemäß durchgeführt wird, dagegen ungefähr den Wert von 100 erreicht, wenn die Behandlungsstufe mit salpetriger Säure weggelassen ist.
Man kann die salpetrige Säure in Form von Stickoxyd oder -dioxyd oder deren Gemisch (im allgemeinen nitrose Gase genannt) einführen, oder sie kann auch durch Zusatz von Natriumnitrit an Ort und Stelle erzeugt werden. Es genügt, die Lösung mit nitrosen Gasen zu sättigen, um dadurch eine verdünnte Lösung salpetriger Säure zu bilden.
Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche zur Extraktion von Nitrosyl-Ruthenium-Komplexen bei verschiedenen Temperaturen mit Tributylphosphat aus wäßrigen, salpetersauren Lösungen, die einen fTberschuß an Nitrationen enthielten und mit salpetriger Säure gesättigt waren, zeigten, daß bei Temperaturen von über 80° C beträchtliche Mengen von Nitratkomplexen vorhanden sind und in die Tributylphosphatphase gehen, daß aber bei Temperaturen unter 80° C die Nitratkomplexe- durch die salpetrige Säure in die Nitritkomplexe übergeführt werden, welche in viel geringerem Maße in die Tributylphosphatphase gehen. Es wurde außerdem gefunden, daß sich die Geschwindigkeit, mit der die Nitratkomplexe unterhalb 80" C in die Nitritkomplexe übergehen, mit der Temperatur ändert: so genügen bei 65° C 45 Minuten um diese Verwandlung zu vollziehen, wogegen bei 50° C 1 Stunde, bei 35° C über 2 Stunden und bei 20° C ein längerer Zeitraum erforderlich ist.
WeitereVersuche mit der Gegenstromextraktion bei ähnlichen Lösungen von bestrahltem Uran in wäßriger Salpetersäure, die mit salpetriger Säurebehandelt war, mit Tributylphosphat und anschließender Gegenstromabtreibung der Tributylphosphatphase mit wäßriger Salpetersäure zeigt das folgende Beispiel. Beispiel Das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten der Ausgangslösung zum Lösungsmittel lag bei 1: 3,5, und das der Eluierlösung zum Lösungsmittel lag in beiden Fällen bei 1:5,4. Nach etwa 5 Stunden Betriebsdauer enthielt das abgetriebene Lösungsmittelprodukt im wesentlichen alles Uran sowohl aus A und aus B. Bei A enthielt das Lösungsmittelprodukt noch so viel Ruthenium, daß es zu einem Zerfall von 7800 pro Minute und Milliliter Lösung kam. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten von Ausgangslösung und Lösungsmittel entspricht dieses einem Entfernungsfaktor von 40. Bei Ausgangslösung B enthielt das Lösungsmittelprodukt nur so viel Ruthenium, daß es zu einem Zerfall von 56 pro Minute und Milliliter Lösungsmittel kam, was einem Entfernungsfaktor von 4300 gleichkommt.
Dieses Beispiel zeigt also, daß der Faktor zur Entfernung von Ruthenium durch das erfindungsgemäße Verfahren von 40 auf 4300 verbessert werden kann. Es wurden zwei ähnliche' Lösungen A und B aus mit Neutronen beschossenem Uran verwendet, die jede 200 g/1 Uranylnitrathexahydrat in 3mo1. Salpetersäure enthielten. Die Lösung A enthielt außerdem radioaktives iosRu in solcher Menge, daß es zu einem Zerfall von etwa 10s pro Minute und Milliliter der Lösung kam, während Lösung B eine solche Menge enthielt, daß es zu einem Zerfall von etwa 0,86 - 10s pro Minute und Milliliter der Lösung kam. Beide Lösungen wurden als Ausgangsmaterial für die Gegenstromextraktionskolonne genommen; dabei wurde A schnell in Abwesenheit von salpetriger Säure und B langsam in Gegenwart von nitrosen Gasen innerhalb von 2 Stunden von 100 auf 65° C heruntergekühlt, um so. eine im wesentlichen vollständige Überführung der Nitratkomplexe des Nitrosyl-Rutheniums in die Nitritkomplexe sicherzustellen. Das Extraktionsmittel bestand aus 20°/o Tributylphosphat in geruchlosem Kerosin, und die Eluierlösung bestand aus lmo1. Salpetersäure.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Aufarbeitung von mit Neutronen beschossenem Kernbrennstoff durch Lösen desselben in Salpetersäure und Extraktion mit Tributylphosphat, dadurch gekennzeidinet, daß die 1- bis 5mo1. salpetersaure Lösung bei 50 bis 80° C zumindest 1 Stunde mit verdünnter, salpetriger Säure behandelt, abgekühlt und mit Tributylphosphat extrahiert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 717 696.