DE1443663A1

DE1443663A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Faellung von Plutonium als Oxalat

Info

Publication number: DE1443663A1
Application number: DE19641443663
Authority: DE
Inventors: Pierre Auchapt; Georges Bouzou
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1963-09-19
Filing date: 1964-09-09
Publication date: 1968-10-24
Also published as: LU46892A1; GB1055412A; SE326698B; US3395988A; BE653109A; CH431479A; NL6410403A; FR1378933A; ES304116A1; DE1443663B2

Description

Patentanwalt
Dr. Hans Ulrich May

8M0nchen2 Ottostr. Ia-TeI. 593682

B. 1388.3
C-1-P-35/131

__ ι IMünchen, den _{0 c lee}.

Dr. Exj>Ü^{DrM/El1 9}·^{s p}- ^m

Commissariat ä !»Energie Atomique in Paris / Prankreich

Verfahren und Vorrichtung zvr kontinuierlichen Fällung von

Plutonium als Oxalat

Die Erfindung "bezweckt ein Verfahren zur kontinuierlichen Fällung von Plutonium in Form des Oxalats, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Plutoniumoxal&t wird im allgemeinen durch Fällung ausgehend von einer Lösung von Plutoniumnitrat und Oxalsäure hergestellt} J, diese Fällung wird im allgemeinen in der Hitze vorgenommen und erfordert eine spätere R inigung des so hergestellten Produkts.

Die Brfindung bezweckt eine kontinuie^iöh'e Herstellung von Plutoniumoxalat und eine efeenfaris -kontinuierliche Reinigung desselben.

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren führt man die Fällung von ι Plutonium in Form des (XaLats ausgeheand von einer Lösung von . Plutoniumnitrat und Oxalsäure durch Mischen dieser beiden Reaktionspartner bei Baumtemperatur aus, dekantiert anschließend das erhaltene Oxalat und wäscht den so abgetrennten Niederschlag im Gegenstrom mit einer Lösung von Salpetersäure und Oxalsäure; man sammelt den so gewaschenen Niederschlag in einem Dekantiergefäß und wäscht schließlich den .zuvor gewaschenen Niederschlag im Gegenstrom mit Wasser.

Die Erfindung betrifft in gleicher Weise die zur Durchführung des oben angegebenen Verfahrens notwendige Vorrichtung.

Diese Vorrichtung ist gekannzeichnet durch einen vorzugsweise aus Glas bestehenden Mischer zur Durchführung der !Fällung des Plutoniumoxalats, der mit einem Rührer zur Homogenisierung der Suspension des erhaltenen Oxalate versehen ist, ein zylindrischkonisches, gleichfalls aus Glas bestehendes Dekantiergefäß zur Abtrennung des Plutoniumoxalats aus der vom Mischer kommenden Suspension, eine mit pneumatischen Ventilen versehene Förderpumpe, eine erste Säurewaschkolonne, die die eigentliche Waschkolonne, am Kopf der Kolonne einen Dekantiertopf und am Boden der Kolonne ein Aufnahmegefäß für den gewaschenen Niederschlag aufweist, und" eine zweite Förderpumpe und eine weitere Waschkolönne für die · Wasserwaschung.

Mit dieser Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man ein bedeutendes Lösungsvolumen kontinuierlich behandeln, wobei stets die geometrischen Bedingungen beachtet

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werden, so daß die kritischen Bedingungen nicht erreicht werden.

Gemäß einem Merkmal der erfindungsgeniäßen Apparatur arbeiten die Fördervorrichtungen vom ersten Dekantiergefäß, zur Säurewaschkolonne und vom Aufnahmetopf dieser Säurewaschkolonne zur Wasserwaschkolonne unter dauerndem Rücklauf; der Niederschlag wird so in sich in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt und gelangt nur.während einer bestimmten Zeit des Zyklus in die stromabwärts gelegene Waschkolonne. Auf diese Weise verhindert man jede Verstopfung des Plutoniuinoxalats in dem einen oder anderen der Kreisläufe.

Erfindungsgemäß erhält man so dauernd eine im Hinblick auf kritische Bedingungen geometrisch sichere Einrichtung, unabhängig von der in der Apparatur vorhandenen Menge an Plutoniumoxalat.

Man fällt zunächst Plutoniumoxaict auf bekannte Weise ausgehend von einer Lösung von Plutoniumnitrat und Oxalsäure. Dann führt man die saure Waschung des Plutoniumoxalats im Gegenstrom und vorteilhafterweise unter Verwendung einer Mischung von 2 N Salpetersäure und M/100 Oxalsäure durch. Diese Waschung bezweckt die Ausschaltung von in der Plutoniumnitratlösung enthaltenen Verunreinigungen, insbesondere Eisen, Uran und verschiedene Strahler, z.B. Zirkon und Niob.

Man führt außerdem die Waschung des Plutoniumoxalats im Gegenstrom mit Wasser durch, um die Nitrationen zu entfernen, die bei der späteren Fluorierung des Oxalate Korrosionserscheinungen bewirken können. 8 0 9 8 0 5/1019

Schließlich enthält das erfindungsgemäß erhaltene Oxalat ungefähr 50 bis 70$ Wasser bezogen auf Gewicht und kann beispielsweise in einem Ofen mit endloser Schraube getrocknet werden.

Im folgenden wird zur Erläuterung mit Bezug auf die Zeichnung ein Beispiel der Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben, ohne die Erfindung damit zu begrenzen.

Ein Mischer 1 besteht aus einem zylindrischen Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 150 mm und einer Höhe von 300 mm, dessen Nutzvolumen 5270 cnr beträgt. Zwei Rohre 2 und 3 aus Polyäthylen mit Innendurchmeßsern von 6 mm tauchen biä auf 20 mm vom Boden des Mischers 1 ein. Sie liegen einander genau gegenüber und gestatten die Einführung der Reaktionspartner am Boden, der Vorrichtung. Das Rohr 2 ist mit einem die Oxalsäure enthaltenden Behälter 4 verbunden, wobei eine Pumpe 5 in der Nähe des Behälters für die Dosierung dieser .Oxalsäure angeordnet ist. Das Rohr 3 ist mit einem die Plutoniumnitratlösung enthaltenden Behälter 6 verbunden, wobei eine Dosierpumpe 7 für deren umlauf vorgesehen ist.

Ein weiteres Rohr 8 aus Polyäthylen mit einem Innendurchmesser von 10 mm ist gegenüber der Innenwand der Vorrichtung angeordnet und dient als fester Ablenk4er. Sein oberes Ende befindet sich 300 mm vom Boden des Mischers 1 entfernt. Im Mischer 1 ist ein Rührer 9 vorgesehen. Er trägt gebogene Schaufeln (Propeller.) und dreht sich mit ungefähr 190 Umdrehungen/Minute» Er gestattet, die Reagenzien zu mischen und die Plutoniumoxalatsuspension zu homogenisieren.

. 809805/1019. BAD owgi.al " _

Dieee Suspenaion xraläuft nach Mischung der Reagenzien durch das als Überlaufrohr wirkende Rohr 8 in ein unterhalb des Mischers 1 und in dessen Verlängerung angeordnetes Dekantier-

40,

gefäß/ab.

*Der Mischer 1 weist an seinem unteren Ende einen mit einem Ventil 8¹ versehenen Rohrstutzen auf, um ihn gegebenenfalls leeren zu können.

Das Dekantiergefäß 10 hat eine zylindrisch-konische Form und besteht aus Glas. Sein Innendurchmesser beträgt 150 mm, seine zylindrische Höhe 300 mm, der Winkel an der Kegelspitze 60° und sein Hutzvolumen ungefähr 5.900 cm . Ein Glasrohr 11 von 10 mm Durchmesser taucht bis auf 6 cm von der Spitze des kegelförmigen Teils des Dekantiergefäßes 10 ein; man kann dadurch die Plutoniumoxalatsuspension am Boden des Dekantiergefäßes zuführen. Der Niederschlag sammelt sich in d.er Spitze des Kegels und die dekantierten Mutterlaugen werden im oberen Teil des Dekantiergefäßes 10 durch eine den Rand umgebende Sammelrinne 12 dekantiert und äurc,h die Leitung 13 einer Rückgewinnungsanlage züge-

i *

führt.

g&g&tJrrehtang 14 ist im uateren Teil des Dekantierge- fäße» IQ "Vorgesehen. Si» besteht aus Sohlammpumpen vom Typ •TDetlasoo* ,oder ^w¥aat»*, die sich mit einer Geschwindigkeit von zwei "bis drei Um^ehungen/Minute drehen und nach dem unten erläuterten Brinzip mit pneumatischen Ventilen 15 und 16 zusammenwirken·

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Diese Ventile können entweder aus einem elastischen Rohr, z.B. • aus einem unter dem !Tarnen "Rodorail" bekannten und in ein zylindrisches Gehäuse aus rostfreiem Stahl eingesetzten Material bestehen (durch Zufuhr von Druckluft flacht sich der Schlauch ab und verhindert jeden Durchgang)? oder aus einem elastischen, "beispielsweise aus einem im Handel unter dem Hamen "Rodorail" oder "Neopren" verkauften Material "bestehendem weichen Rohr, das man über eine Länge von ungefähr 15 mm mittels eines hydraulischen Kolbens zusammendrückt. Diese Ventile ermöglichen eine dauernde Rückführung des Niederschlags in einem geschlossenen Kreislauf.

Tatsächlich saugt die Fördapumpe 14 den Niederschlag am Boden des Dekantiergefäßes 10 an und drückt ihn in die Leitung 17· Eine Abzweigleitung 18 gestattet nur von Zeit zu Zeit einem Teil des Niederschlags den Durchtritt in die folgenden Einrichtungen.

Die Förderpumpe 14 arbeitet so auf kontinuierliche Weise, wobei die zwei gegenläufig angeordneten Ventile 15 und 16 ο ο kann man mittels der dauernd laufenden Förderpumpe und der gegeneinander angeordneten Ventile 15 und T 6 entweder

a) den Elutaniumoxalatniederschlag durch. Schließen des Ventils

und öffnen des Ventils 15 in das Dekantiergefäß zurückführen oder ;

b) den Plutoniumoxalatniederschlag durch Schießen des Ventils 15 J und öffnen des Ventils 16 vom Dekantiergefäß 10 in die Kolonne

19 laufen lassen.

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Man kann beispielsweise den Plutoniumoxalatniederschlag während

4 "bis 5 Sekunden in die Kolonne 19 einleiten (obiger Verfahrensund schritt b) und zwar alle 3 Minuten (Verfahrensschritte a/b). Diese Kolonne T9 besteht aus drei Teilen: Die eigentliche Waschkolonne 19a aus einem Glasrohr von 40 mm Innendurchmesser und einer Gesamthöhe von 500 mm, in deren Innerem ein festes Rohr aus rostfreiem Stahl von 35 mm Durchmesser, das an seinem Umfang um 60° gegen die Waagerechte geneigte Leitflügel 20 trägt, angeordnet ist. Diese Leitflügel erzeugen Wirbel in der von unten nach oben in dem ungefähr 2,5 mm breiten Ringspalt strömenden Waschflüssigkeit.

Der Niederschlag wird am Kopf der Kolonne eingeführt und sinkt durch sein Gewicht in diesem Ringraum herab, während die saure Waschlösung vom Vorratsgefäß 21 her mittels einer Pumpe 21 ^% durch die. Leitung 22 am unteren Ende der Kolonne eingeführt wird und im gleichen Ringraum von unten nach oben strömt. Diese Waschlösung läuft durch ein über der eigentlichen Waschkolonne angeordnetes Dekantiergefäß 23, das aus Glas in zylindrischkonischer Form hergestellt ist. Sein Innendurchmesser beträgt 150· mm, seine zylindrische Höhe 300 mm und seine Gesamthöhe ungefähr 400 mmj der Winkel an der Spitze des Konus ist 60 und das Gesamtvolumen 5.900 cm . Dieees Dekantiergefäß verhindert das Mitreißen von Niederschlag.

, -Die Waschlösung wird von einer am oberen Teil dee Dekantiergefäßes um dessen Umfang herum angeordneten Überlaufrinne 24 auf .' genommen und durch die Leitung 25 zur Rückgewinnungsanlage ge-

. . BAD ORIGINAL

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-s- 14436Ö3

Der in der Ko~lonne 19a gev/aschene Niederschlag wird am Boden " ,. der Kolonne in einem kleinen zylindrisch-konischen Glasdekantiergefäß von 100 min innendurchmesser, 150 mm zylindrischer Höhe und 200 mm G-esamthÖhe. aufgefangen. Der Konuswinkel "beträgt 60 und das Gesamtvolumen des Aufnahmegefaßes 26 ungefähr 1.800 cm .

Der im Dekantiergefäß 26 befindliche Niederschlag-wird durch eine '.der Pumpe 14 entsprechende Förderpumpe 27 weiterbefordert. Ventile 28'und 29 spielen.die gleiche Rolle wie die oben be-

vom
schriebenen Ventile 15 und 16. Der am Dekantiergefäß 26 kommende Niederschlag wird so durch die Leitung 30 in die Wasserwaschkolonne 31 geleitet. Diese Kolonne erhält in ihrem unteren Teil durch die leitung 32 vom Yoratsgefäß 33,mittels einer Pumpe 33' entsalztes Wasser zugeführt. Sie entspricht in ihrem Aufbau genau der Kolonne 19 und weist ein oberes, mit einer um den Umfang laufenden Überlaufkalotte 35 und einer Ableitung 36 versehenes Dekantiergefäß 34 und ein unteres Dekantiergefäß 37 auf, aus dem das gereinigte Plutoniumoxalat durch eine den oben beschriebenen entsprechende Förderpumpe 38 abgezogen wird.

Das Ausschleusen geschieht wie oben bei der Rückführung angegeben und findet dank der Ventile 39 und 40 während einer begrenzten Zeit statt.

Durch die Abführungsledtung 41 kann das gewaschene Plutoniumoxalat einer !Trocknungsanlage zugeführt werden. *

Die gesamte beschriebene Anlage 'ist in einer Schatzkammer aufgestellt, die beispielsweise aus einer in der Figur strichpunktiert gezeigten Kammer mit eingesetzten Handschulifett besteht.

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verlaufen alle Verfahrenastufen, d.h. Fällung, Dekantieren, Weiterbeförderung dee Niederschlags) Säurewäsche und Wasserwäsche, kontinuierlich, so daß man erhebliche Durchsatzleistungen erhalten kann, obgleich das Volumen der Apparatur gering ist und unterhalb der kritischen Bedingungen liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung kommen außerdem ohne eine Filtrieranlage aus und vermeiden so die Gefahr von Verstopfungen,

Die Gestaltung der Fördervorrichtung gestattet außerdem eine gute Trennung der Mutterlaugen von den Waschlösungen.

Als- Beispiel eei angeführt, daß man in einer Versuchsanlage ausgehend von einer Lösung von unreinem Plutonium mit 560.000 ppm Eisengehalt ein gewaschenes Plutoniumoxalat erhielt, das nach der Titration nicht mehr als 160 ppm Eisen enthielt. Der ReinigungBfaktor ist so gut, daß man die vorherige Reinigung der Plutoniuoanitratlösungen durch Ionenaustauscher weglassen kann. ·

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur kontinuierlichen !fällung von Plutonium in Form des Oxalats, dadurch gekennzeichnet, daß·.eine Oxalsäurelösung und eine Plutoniumnitratlösung bei Raumtemperatur gemischt , der gebildete niederschlag von Plutoniumoxalat dekantiert, sauer und mit Wasser gewaschen und getrock-'e^pi; wird.

2.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufeinanderfolgend einen von einer Oxalsäurezuleitung (2) und einer Plutoniumnitratzuleitnng (3) versorgten, mit einem Rührer (9) und einer Überlaufleitung (8) für den gebildeten Oxalatniederschlag versehenen Mischer (1), ein Dekantiergefäß (10), eine erste Säurewaschkolonne (19) und eine zweite Wasserwaschkolonne (31) aufweist, wobei das Dekantiergefäß (10) und die beiden Waschkolonnen (19 und 31) untereinander durch Fördervorrichtungen (H»27 und 38) verbunden sind. .

3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Fördervorrichtung aus einer mit zwei pneumatischen Ventilen (15»16) gekoppelten Schlammpumpe (14) besteht, wobei die An-

(15) Ordnung einen ein pneumatisches Vent±1/ umfassenden geschlossenen Kreislauf darstellt, indem der Niederschlag umläuft und aus dem er während begrenzter Zeiten mittels eines in der Abzweigung (18) dieses geschlossenen Kreises liegenden pneumatischen Ventils (16) abgeführt -wird.

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4.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Waechkolonne (19) eine obere Dekantiervorriehtung (23) und ein unteres Dekantiergefäß (26) aufweist, die durch eine Innenleitflügel (20) aufweisende Kolonne (19a) verbunden sind«

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