DE1199748B - Verfahren zum Aufarbeiten von bestrahlten Kernbrennstoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

COIg

Deutsche KL: 12 η - 57/00

Nummer: 1199 748

Aktenzeichen: K 49749IV a/12 η

Anmeldetag: 15. Mai 1963

Auslegetag: 2. September 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufarbeiten von bestrahlten Kernbrennstoffen, die neben metallischem Molybdän Uran oder Uran und Plutonium enthalten. Das Molybdän kann im Falle metallischer Kernbrennstoffe als Legierungsbestandteil, im Falle keramischer Kernbrennstoffe, wie UO₂, PuO₂ od. dgl., als Strukturmaterial zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zugesetzt sein. Darüber hinaus kann das Molybdän auch als Hüllmaterial der Brennelemente vorliegen.

Für die Aufarbeitung bestrahlter Brennelemente ist die Anwesenheit von metallischem Molybdän insofern von Bedeutung, als bei den bisher bekannten Verfahren die Anwesenheit von Molybdän den Wiederaufarbeitungsprozeß der bestrahlten Brennelemente erheblich erschwert. Alle bisher bekannten Verfahren zur Aufarbeitung molybdänhaltiger Kernbrennstoffe gehen von der Verwendung konzentrierter oder verdünnter Säuren für den Aufschluß der Kernbrennstoffe aus. Gewöhnlich wird hierfür Salpetersäure eingesetzt. Das Molybdän wird dabei oxydiert und in Form von Molybdänsäure bzw. von Molybdänoxyd als weißer Niederschlag ausgefällt. Der voluminöse Niederschlag ist sehr störend, da er einen relativ großen Anteil des spaltbaren Materials adsorptiv festhält. Ein weiterer Nachteil beim sauren Aufschluß liegt darin, daß dem Molybdänanteil im Brennelement eine Grenze gesetzt ist. So ist die praktische Durchführung eines Aufschlusses nur bis zu einem Molybdängehalt von 10 % im Brennelement möglich. Bei Brennelementen bis zu 3% Molybdängehalt läßt sich das Molybdän mit Komplexbildnern, wie z. B. Eisen(III)-nitrat, gerade noch in Lösung halten. Doch hat auch dieses Verfahren erhebliche Nachteile, weil die erhaltene Endlösung durch eine gewisse Instabilität gekennzeichnet ist und für die weiteren Aufarbeitungsschritte, speziell für den sich anschließenden Extraktionsprozeß, zu großen Unsicherheiten führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufarbeitung von bestrahlten Kernbrennstoffen zu schaffen, das in weiten Grenzen unabhängig von der Art des Kernbrennstoffes und der Höhe des Molybdänanteiles ist und die Auflösung der Brennelemente mit wirtschaftlich vernünftigen Mitteln ermöglicht, wobei die Verluste an Kernbrennstoff auf ein Minimum herabgesetzt werden sollen.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung zum Aufarbeiten von bestrahlten, neben metallischem Molybdän Uran oder Uran und Plutonium enthaltenden Kernbrennstoffen wird erfindungsgemäß der bestrahlte Kernbrennstoff in einer oxydierenden alkalischen Schmelze aufgeschlossen. Anschließend wird der

Verfahren z,um Aufarbeiten von bestrahlten
Kernbrennstoffen

Anmelder:

Gesellschaft für Kernforschung mit
beschränkter Haftung,
Karlsruhe, Weberstr. 5

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. phil. Werner Bahr, Speyer

gewonnene Schmelzkuchen mit Wasser, Natronlauge od. dgl. ausgelaugt.

Ein vollständiger Aufschluß erfolgt bereits, wenn man z. B. nur Alkalinitrat einsetzt. Besonders gut eignet sich eine Alkalinitratschmelze der Alkalikarbonat zugesetzt ist. Daher kann man mit besonderem Vorteil eine Nitrat-Karbonat-Schmelze verwenden. Auch andere Oxydationsmittel, wie Peroxyde, Chlorate, Perchlorate, Persulfate od. dgl., können in Verbindung mit Alkalikarbonaten, Alkalihydroxyden usw. angewandt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl das Molybdän als auch die Kernbrennstoffe in die höchstmögliche Oxydationsstufe übergeführt. Dabei gibt das Verfahren nach der Erfindung die Möglichkeit, die Molybdänhülle zusammen mit dem Brennstoff aufzubereiten.

Es ist zwar schon seit langem auf Grund allgemeiner chemischer Untersuchungen bekannt, daß Molybdän mittels oxydierender alkalischer Schmelze aufgeschlossen werden kann. Darüber hinaus ist auch schon seit Jahrzehnten vorgeschlagen worden, einen oxydierenden alkalischen Fluß bei der Abtrennung von Radium aus Uranerzen zu verwenden. Abgesehen davon, daß es sich bei dem bekannten Verfahren um die Aufbereitung von natürlichen, d. h. nicht bestrahlten Stoffen handelt, sind diesem Verfahren auch keinerlei Hinweise in Richtung auf die vorliegende Erfindung zu entnehmen, weil nämlich bei dem eigentlichen Trennungsgang für die beiden vorgenannten zu trennenden Stoffe wiederum auf den Säureaufschluß zurückgegriffen wird. Damit sind aber alle Vorteile, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angestrebt und erreicht werden, von vornherein ausgeschlossen. Folgerichtig ist daher die Fachwelt bei der Aufarbeitung molybdänhaltiger bestrahlter Kernbrennstoffe stets von konzentrierten oder verdünnten Säuren ausgegangen, die zu den eingangs genannten Nachteilen

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führen. Es ist die überraschende und nach dem Stande der Technik nicht voraussehbare Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, daß der geringe zusätzliche Anfall an radioaktiven Abfällen durch die wesentlich günstigeren Wiederaufarbeitungsmöglichkeiten nicht nur sämtliche scheinbaren Nachteile ausgleicht, sondern eindeutig das gesamte Verfahren wesentliche Vorteile gegenüber allen bekannten Verfahren erbringt. Es ergibt sich somit im Endergebnis daher eine wesentlich zweckmäßigere Aufarbeitung durch die Verwendung von alkalischen Schmelzen als durch die Verwendung von Säuren. Ein besonderer Vorteil liegt noch darin, daß man bei dem Verfahren nach der Erfindung die Molybdänhülle zusammen mit dem Brennstoff aufarbeiten kann. Hierdurch allein ist bereits ein entscheidender technischer Fortschritt bedingt. Aber auch die weiteren Behandluhgsstufen, wie z. B. das Auslaugen mit Wasser und das anschließende Auflöseverfahren für den Niederschlag, bringen so entscheidende Vorteile mit sich, daß damit das bisher bestehende Vorurteil eindeutig beseitigt werden konnte.

Beim Auslaugen des Schmelzkuchens mit Wasser geht das Molybdän gemeinsam mit den überschüssigen Salzen, insbesondere mit denen des Caesiums-137 und des Jods-131 und mit anderen Spaltprodukten, so daß gleichzeitig eine Vordekontamination des bestrahlten Kernbrennstoffes erreicht wird, in Lösung (Mutterlauge). Die Kernbrennstoffe selbst fallen als Niederschlag aus. Nach Trennung des Niederschlags von der Mutterlauge ist der Molybdängehalt des Niederschlags sehr gering und kann durch Waschen mit Wasser oder verdünnter Natronlauge auf ein Mindestmaß von 0,1 °/₀ des ursprünglichen Molybdängehaltes herabgesetzt werden. Der ausgewaschene Niederschlag läßt sich sodann sehr leicht mit der für das gewählte Extraktionsverfahren geeigneten Säure auflösen. Auf diese Weise gelingt es, die FeedlÖsung hinsichtlich der Brennstoff- und Säurekonzentration in jeder beliebigen Weise einzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in den folgenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

68,4 g U mit 19,6 g Mo werden in Form eines Pellets in eine oxydierende alkalische Schmelze eingesetzt, die aus 100 g Natriumnitrat und 52 g Natriumkarbonat besteht. Die Schmelze wird während der Reaktion auf einer Temperatur von etwa 500 bis 600⁰C gehalten. Nach erfolgtem Aufschluß wird der Schmelzkuchen erkalten gelassen und mit Wasser ausgelaugt. Nach der Trennung von Niederschlag und Mutterlauge wird der Niederschlag mit Wasser gewaschen. Die Urankonzentration in der Mutterlauge und im Waschwasser ist gleich Null. Die Molybdänkonzentration des Niederschlags beträgt 0,29 mg Molybdän pro Gramm Uran, d. h. also weniger als

ίο 0,1 °/₀ des Gesamtmolybdängehaltes im Pellet.

Beispiel 2

Es wird an Stelle von U-Mo-Legierung ein Pellet aus UO₂ und Mo eingesetzt. 4,15 g Pellet mit 3,32 g UO₂ und 0,83 g Mo werden genau wie im Beispiel 1 aufgeschlossen und behandelt. Die Ergebnisse sind praktisch gleich.

Beispiel 3

Ein Pellet aus Mo, UO₂ und PuO₂ wird in einer Schmelze von Natriumnitrat bei 350 bis 450⁰C aufgeschlossen. Die Schmelze enthält 0,38 g Mo, 1,24 g UO₂, 0,28 g PuO₂ und 5,3 g Natriumnitrat. Die Ergebnisse sind hinsichtlich der Mo-Konzentration des Niederschlags und der Spaltstoff konzentrat! on in der Mutterlauge gleich den Beispielen 1 und 2.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufarbeiten von bestrahlten, neben metallischem Molybdän Uran oder Uran und Plutonium enthaltenden Kernbrennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der bestrahlte Kernbrennstoff in einer oxydierenden alkalischen Schmelze aufgeschlossen und der gewonnene Schmelzkuchen anschließend mit Wasser, Natronlauge od. dgl. ausgelaugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschluß mittels einer Alkalinitratschmelze vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalinitratschmelze Alkalikarbonat zugesetzt wird.

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In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 440 691;
Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, 8. Auflage, Molybdän, 1935, S. 71, 72.

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