DE1443663B2

DE1443663B2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Plutoniumoxalat

Info

Publication number: DE1443663B2
Application number: DE19641443663
Authority: DE
Inventors: Pierre; Bouzou Georges; Bagnols Cäze Gard Auchapt (Frankreich)
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: 1970-04-02
Also published as: SE326698B; DE1443663A1; FR1378933A; ES304116A1; LU46892A1; GB1055412A; US3395988A; NL6410403A; BE653109A; CH431479A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine nen Verunreinigungen mitführen, nicht mehr mit der

Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Waschlösung vermengt werden. Die außerordentlich

Plutoniumoxalat. wirkungsvolle Abtrennung der Verunreinigungen, die

Plutoniumoxalat wird im allgemeinen durch Fäl- bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt wird, lung ausgehend von einer Lösung Plutoniumnitrat 5 ergibt sich beispielsweise daraus, daß man, aus-

und Oxalsäure hergestellt. Diese Fällung wird im all- gehend von einer 700 000 ppm Eisen enthaltenden

gemeinen, z. B. nach dem Verfahren der britischen Lösung, ein Plutoniumoxalat-Endprodukt mit einem

Patentschrift 882 950, in der Hitze vorgenommen, Eisengehalt von 300 ppm erhält. Erst durch die er-

und der in den Mutterlaugen aufgeschlämmte Nieder- findungsgemäße Vorschaltung einer Verfahrensstufe,

schlag wird anschließend mit einer wäßrigen Sal- ίο in der der zuerst gebildete Niederschlag dekantiert

petersäure/Oxalsäurelösung im Gegenstrom ge- und von den Mutterlaugen getrennt wird, kann üb-

waschen. Das so erhaltene Produkt ist aber, wenn rigens die Fällung überhaupt erst erfolgreich bei

man nicht von besonders vorgereinigten Plutonium- Raumtemperatur vorgenommen werden,

nitratlösungen ausgeht, nicht genügend rein und muß Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ange-

daher noch in weiteren Verfahrensschritten gereinigt 15 wandten besonderen Maßnahmen zur Weiterbefor-

werden. derung des Plutoniumoxalats von einer Behandlungs-

Erfindungsgemäß soll nun ein Verfahren geschaf- stufe zur nächsten erhöhen die Qualität des erhaltefen werden, das eine kontinuierliche Fällung bei nen Produkts, indem sie den Niederschlag fließfähig Raumtemperatur ermöglicht und unmittelbar ein und homogen halten. Dadurch wird auch jede Verhochreines Plutoniumoxalat liefert. Ferner soll durch 20 stopfung der Anlage verhindert. Dieser Gesichtsdie Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung punkt ist besonders wesentlich, da man bei dem stark dieses Verfahrens geschaffen werden. radioaktiven und giftigen Plutoniumoxalat ein völlig

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein einwandfreies und kontinuierliches Arbeiten des Ver-Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von PIu- fahrens und der Anlage erzielen und jede Gefahr toniumoxalat aus Plutoniumnitrat durch Vermischen 25 einer übermäßigen Ansammlung von radioaktivem einer Plutoniumnitratlösung mit einer Oxalsäure- Material sicher ausschalten muß. Die nach den einlösung und Waschen des gebildeten Plutonium- schlägigen Sicherheitsvorschriften zur Vermeidung oxalatniederschlags gelöst, das sich dadurch aus- des Auftretens einer kritischen Masse einzuhaltenzeichnet, daß man das Fällen bei Raumtemperatur den geometrischen Bedingungen können ohne weivornimmt, den Plutoniumoxalatniederschlag durch 30 teres gewährleistet werden, so daß bei keiner in der Dekantierung von den Mutterlaugen trennt und erst Apparatur möglicherweise vorhandenen Menge an anschließend mit einer sauren Lösung und schließ- Plutoniumoxalat die kritischen Bedingungen erreicht lieh mit Wasser wäscht, wobei man von dem konti- werden.

nuierlich anfallenden und in das Dekantiergefäß ge- Man fällt zunächst Plutoniumoxalat auf bekannte leiteten Plutoniumoxalatniederschlag jeweils einen 35 Weise ausgehend von einer Lösung von Plutonium-Teil schubweise nacheinander einer Säure- und einer nitrat und Oxalsäure. Dann wäscht man es sauer im Wasserwaschkolonne zuführt und den restlichen Teil Gegenstrom und vorteilhafterweise unter Verwenzwischen den Schüben jeweils in das Dekantier- dung einer Mischung von 2 η Salpetersäure und gefäß bzw. in die Säurewaschkolonne zurückführt. M/100 Oxalsäure. Diese Waschung bezweckt die Be-

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchfüh- 40 seitigung von in der Plutoniumnitratlösung enthalterung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, nen Verunreinigungen, insbesondere Eisen, Uran und daß sie aufeinanderfolgend einen von einer Oxal- verschiedenen Strahlern, z. B. Zirkon und Niob,
säurezuleitung und einer Plutoniumnitratzuleitung Anschließend wäscht man das Plutoniumoxalat im versorgten, mit einem Rührer und einer Überlauf- Gegenstrom mit Wasser, um die Nitrationen zu entleitung für den gebildeten Oxalatniederschlag ver- 45 fernen, die bei der späteren Fluorierung des Oxalats sehenen Mischer ein Dekantiergefäß, eine erste Korrosionserscheinungen bewirken können.
Säurewaschkolonne und eine zweite Wasserwasch- Schließlich enthält das erfindungsgemäß erhaltene kolonne aufweist, wobei das Dekantiergefäß und die Oxalat ungefähr 50 bis 70 % Wasser, bezogen auf das beiden Waschkolonnen untereinander durch Förder- Gewicht, und kann beispielsweise in einem Ofen mit vorrichtungen verbunden sind, daß ferner jede För- 50 endloser Schraube getrocknet werden,
dervorrichtung aus einer mit zwei pneumatischen i_m folgenden wird zur Erläuterung mit Bezug auf Ventilen gekoppelten Schlammpumpe besteht, wobei die Zeichnung ein Beispiel der Ausführung einer erdie Anordnung einen ein pneumatisches Ventil um- findungsgemäßen Vorrichtung gegeben, ohne die Erfassenden geschlossenen Kreislauf darstellt, in dem findung damit zu begrenzen,
der Niederschlag · umläuft und aus dem er während 55 ■
begrenzter Zeiten mittels eines in der Abzweigung

dieses geschlossenen Kreises liegenden pneumati- ρ . . ,
sehen Ventils abgeführt wird, und daß jede Wasch- Beispiel
kolonne aus einem oberen und einem unteren Dekantiergefäß mit einem dazwischenliegenden Kolon- 60 Ein Mischer 1 besteht aus einem zylindrischen nenteil besteht, der mit Innenleitflügeln ausge- Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 150 mm stattet ist. und einer Höhe von 300 mm, dessen Nutzvolumen

Der entscheidende und in diesem Ausmaß über- 5270 cm³ beträgt. Zwei Rohre 2 und 3 aus PoIyraschende Vorteil des erfiridungsgemäßen Verfahrens äthylen mit Innendurchmessern von 6 mm tauchen gegenüber dem obenerwähnten bekannten Verfahren 65 bis auf 20 mm vom Boden des Mischers 1 ein. Sie liegt darin, daß man auf diese Weise ein viel reineres liegen einander genau gegenüber und gestatten die Plutoniumoxalat erhalten kann, da nämlich die Einführung der Reaktionspartner am Boden der VorMutterlaugen, die die im Ausgangsmaterial enthalte- richtung. Das Rohr 2 ist mit einem die Oxalsäure

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enthaltenden Behälter 4 verbunden, wobei eine a) den Plutoniumoxalatniederschlag durch Schlie-

Pumpe 5 in der Nähe des Behälters für die Dosie- ßen des Ventils 16 und öffnen des Ventils 15 in

rung dieser Oxalsäure angeordnet ist. Das Rohr 3 ist das Dekantiergefäß zurückführen oder

mit einem die Plutoniumnitratlösung enthaltenden _{b) den} pjutoniumoxaiatnjederschlag durch Schlie-

Behälter 6 verbunden wobei eine Dosierpumpe 7 fur 5 _{ßen des Ventils 15 und öffnen} ⁵ _des Ventils 16

deren Umlauf vorgesehen ist _{vom Dekant}iergefäß 10 in die Kolonne 19 lau-

Em weiteres Rohr 8 aus Polyäthylen mit einem ^_n i_assen
Innendurchmesser von 10 mm ist gegenüber der Innenwand der Vorrichtung angeordnet und dient als Man kann beispielsweise den Plutoniumoxalatfester Überlauf. Sein oberes Ende befindet sich io niederschlag während 4 bis 5 Sekunden in die Ko-300 mm vom Boden des Mischers 1 entfernt. Im lonne 19 einleiten (obiger Verfahrensschritt b), und Mischer 1 ist ein Rührer 9 vorgesehen. Er trägt ge- zwar alle 3 Minuten [Verfahrensschritte a) und b)]. bogene Schaufehl (Propeller) und dreht sich mit un- Diese Kolonne 19 besteht aus drei Teilen: Die eigentgefähr 190 Umdrehungen pro Minute. Er gestattet, liehe Waschkolonne 19 a aus einem Glasrohr von die Reagenzien zu mischen und die Plutoniumoxalat- 15 40 mm Innendurchmesser und einer Gesamthöhe von suspension zu homogenisieren. 500 mm, in deren Inneren ein festes Rohr aus rost-

Diese Suspension läuft nach Mischung der Reagen- freiem Stahl von 35 mm Durchmesser, das an seinem

zien durch das Uberlaufrohr 8 in ein unterhalb des Umfang um 60° gegen die Waagerechte geneigte

Mischers 1 und in dessen Verlängerung angeordnetes Leitflügel 20 trägt, angeordnet ist. Diese Leitflügel

Dekantiergefäß 10 ab. Der Mischer 1 weist an seinem ao erzeugen Wirbel in der von unten nach oben in dem

unteren Ende einen mit einem Ventil 8' versehenen ungefähr 2,5 mm breiten Ringspalt strömenden

Rohrstutzen auf, um ihn gegebenenfalls leeren zu Waschflüssigkeit,

können. Der Niederschlag wird am Kopf der Kolonne ein-

Das Dekantiergefäß 10 hat eine zylindrisch- geführt und sinkt durch sein Gewicht in diesem Ringkonische Form und besteht aus Glas. Sein Innen- 25 raum herab, während die saure Waschlösung vom durchmesser beträgt 150 mm, seine zylindrische Vorratsgefäß 21 her mittels einer Pumpe 21' durch Höhe 300 mm, der Winkel an der Kegelspitze 60° die Leitung 22 am unteren Ende der Kolonne ein- und sein Nutzvolumen ungefähr 5900 cm³. Ein Glas- geführt wird und im gleichen Ringraum von unten rohr 11 von 10 mm Durchmesser taucht bis auf 6 cm nach oben strömt. Diese Waschlösung läuft durch von der Spitze des kegelförmigen Teils des Dekan- 30 ein über der eigentlichen Waschkolonne angeordnetiergefäßes 10 ein; man kann dadurch die Plutonium- tes Dekantiergefäß 23, das aus Glas in zylindrischoxalatsuspension am Boden des Dekantiergefäßes zu- konischer Form hergestellt ist. Sein Innendurchführen. Der Niederschlag sammelt sich in der Spitze messer beträgt 150 mm, seine zylindrische Höhe des Kegels, und die dekantierten Mutterlaugen werden 300 mm und seine Gesamthöhe ungefähr 400 mm; im oberen Teil des Dekantiergefäßes 10 durch eine 35 der Winkel an der Spitze des Konus ist 60° und das den Rand umgebende Sammelrinne 12 dekantiert Gesamtvolumen 5900 cm³. Dieses Dekantiergefäß und durch die Leitung 13 einer Rückgewinnungs- verhindert das Mitreißen von Niederschlag,
anlage zugeführt. Die Waschlösung wird von einer am oberen Teil

Eine Fördereinrichtung 14 ist im unteren Teil des des Dekantiergefäßes um dessen Umfang herum an-

Dekantiergefäßes 10 vorgesehen. Sie besteht aus 40 geordneten Überlaufrinne 24 aufgenommen und durch

Schlammpumpen, die sich mit einer Geschwindig- die Leitung 25 zur Rückgewinnunganlage geleitet,

keit von zwei bis drei Umdrehungen pro Minute Der in der Kolonne 19 a gewaschene Niederschlag

drehen und nach dem unten erläuterten Prinzip mit wird am Boden der Kolonne in einem kleinen zylin-

pneumatischen Ventilen 15 und 16 zusammen- drisch-konischen Glasdekantiergefäß von 100 mm

wirken. 45 Innendurchmesser, 150 mm zylindrischer Höhe und

Diese Ventile können entweder aus einem elasti- 200 mm Gesamthöhe aufgefangen. Der Konuswinkel

sehen Rohr, z. B. aus einem in ein zylindrisches Ge- beträgt 60° und das Gesamtvolumen des Aufnahme-

häuse aus rostfreiem Stahl eingesetzten Schlauch aus gefäßes 26 ungefähr 1800 cm³,

synthetischem Kautschuk bestehen (durch Zufuhr Der im Dekantiergefäß 26 befindliche Nieder-

von Druckluft flacht sich der Schlauch ab und ver- 50 schlag wird durch eine der Pumpe 14 entsprechende

hindert jeden Durchgang); oder aus einem elasti- Förderpumpe 27 weiterbefördert. Ventile 28 und 29

sehen, beispielsweise aus einem weichen Rohr aus spielen die gleiche Rolle wie die oben beschriebenen

synthetischem Kautschuk, das man über eine Länge Ventile 15 und 16. Der vom Dekantiergefäß 26 kom-

von ungefähr 15 mm mittels eines hydraulischen mende Niederschlag wird so durch die Leitung 30 in

Kolbens zusammendrückt. Diese Ventile ermöglichen 55 die Wasserwaschkolonne 31 geleitet. Diese Kolonne

eine dauernde Rückführung des Niederschlags in erhält in ihrem unteren Teil durch die Leitung 32

einem geschlossenen Kreislauf. vom Vorratsgefäß 33 mittels einer Pumpe 33' ent-

Tatsächlich saugt die Förderpumpe 14 den Nieder- salztes Wasser zugeführt. Sie entspricht in ihrem schlag am Boden des Dekantiergefäßes 10 an und Aufbau genau der Kolonne 19 und weist ein oberes, drückt ihn in die Leitung 17. Eine Abzweigleitung 18 60 mit einer um den Umfang laufenden Überlaufgestattet nur von Zeit zu Zeit einem Teil des Nieder- kalotte 35 und einer Ableitung 36 versehenes Deschlags den Durchtritt in die folgenden Einrich- kantiergefäß 34 und ein unteres Dekantiergefäß 37 tungen. auf, aus dem das gereinigte Plutoniumoxalat durch

Die Förderpumpe 14 arbeitet so auf kontinuier- eine der oben beschriebenen entsprechende Förderliche Weise, wobei die zwei gegenläufig angeordneten 65 pumpe 38 abgezogen wird.

Ventile 15 und 16 mittels der dauernd laufenden For- Das Ausschleusen geschieht wie oben bei der derpumpe und der gegeneinander angeordneten Ven- Rückführung angegeben und findet dank der Ventile 15 und 16 entweder tile 39 und 40 während einer begrenzten Zeit statt.

Durch die Abführungsleitung 41 kann das gewaschene Plutoniumoxalat einer Trocknungsanlage zugeführt werden.

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

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verlaufen alle Verfahrensstufen, d. h. Fällung, Dekantieren, Weiterbeförderung des Niederschlags, Säure- ao wäsche und Wasserwäsche kontinuierlich, so daß man erhebliche Durchsatzleisrungen erhalten kann, obgleich das Volumen der Apparatur gering ist und unterhalb der kritischen Bedingungen für spaltbares Material 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 sei 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 Reinigungsfaktor ist so gut, daß man die vorherige Reinigung der Plutoniumnitratlösungen durch Ionenaustauscher weglassen kann. 3°.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Plutoniumoxalat aus Plutoniunmitrat durch Vermischen einer Plutoniumnitratlösung mit einer Oxalsäurelösung und Waschen des gebildeten Plutoniumoxalatniederschlags im Gegenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fällen bei Raumtemperatur vornimmt, den Plutoniumoxalatniederschlag durch Dekantierung von den Mutterlaugen trennt und erst anschließend mit einer sauren Lösung und schließlich mit Wasser wäscht, wobei man von dem kontinuierlich anfallenden und in das Dekantiergefäß geleiteten Plutoniumoxalatniederschlag jeweils einen Teil schubweise nacheinander einer Säure- und einer Wasserwaschkolonne zuführt und den restlichen Teil zwischen den Schüben jeweils in das Dekantiergefäß bzw. in die Säurewaschkolonne zurückführt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufeinanderfolgend einen von einer Oxalsäurezuleitung (2) und einer Plutoniumnitratzuleitung (3) versorgten, mit einem Rührer (9) und einer Uberlaufleitung (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 (14, 27 und 38) verbunden sind, daß ferner jede Fördervorichtung aus einer mit zwei pneumatischen Ventilen (15, 16) gekoppelten Schlammpumpe (14) besteht, wobei die Anordnung einen ein pneumatisches Ventil (15) umfassenden geschlossenen Kreislauf darstellt, in dem 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, und daß jede Waschkolonne (19, 31) aus einem oberen (23, 24) und einem unteren Dekantiergefäß (26, 37) mit einem dazwischenliegenden Kolonnenteil (19 a) besteht, der mit Innenleitflügeln ausgestattet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen