DE1592228C3 - Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von gereinigten und konzentrierten Plutoniumlösungen - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von gereinigten und konzentrierten PlutoniumlösungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von gereinigten und konzentrierten
Plutoniumlösungen aus verdünnten, verunreinigten, Plutonium (IV) enthaltenden Lösungen.
Es ist bekannt, daß Plutoniumlösungen nicht nur gereinigt, sondern in Hinblick auf die spätere Verwendung
dieses Elements auch konzentriert werden müssen; die Lösungen, die man schließlich erhält, müssen
im allgemeinen wenigstens 10 g Plutonium pro Liter enthalten. Die am häufigsten benutzten Verfahren zur
Herstellung von mit Plutonium angereicherten Lösungen bestehen darin, entweder die Ausgangslösungen
durch Verdampfen zu konzentrieren oder das Plutonium aus diesen Lösungen auszufällen und den Niederschlag
wieder in einer Säure zu lösen. Diese Verfahren weisen, abgesehen davon, daß eine Reinigung des
Plutoniums dabei nicht erfolgt, die folgenden Nachteile auf:
Die Plutoniumlösungen können beim Verdampfen polymerisieren, und es kann ein Niederschlag von
Plutoniumhydroxyd ausfallen;
die Kontrolle der Wertigkeit der Plutoniumionen, insbesondere bei Benutzung des Verfahrens, bei dem die Lösungen verdampft werden, ist schwierig; die Plutoniumionen neigen nämlich dazu, zu einer Wertigkeit von 6 zu oxydieren, so daß im Anschluß an die Verdampfung eine Reduktion erforderlich ist, um das Plutonium in eine Wertigkeit von 4 zurückzuführen; ferner ist es schwierig, einen Verdampfer zu konstruieren, der mit guter Leistung arbeitet, da die Plutoniummengen in dem Verdampfer unterhalb der kritischen Masse liegen müssen;
die Kontrolle der Wertigkeit der Plutoniumionen, insbesondere bei Benutzung des Verfahrens, bei dem die Lösungen verdampft werden, ist schwierig; die Plutoniumionen neigen nämlich dazu, zu einer Wertigkeit von 6 zu oxydieren, so daß im Anschluß an die Verdampfung eine Reduktion erforderlich ist, um das Plutonium in eine Wertigkeit von 4 zurückzuführen; ferner ist es schwierig, einen Verdampfer zu konstruieren, der mit guter Leistung arbeitet, da die Plutoniummengen in dem Verdampfer unterhalb der kritischen Masse liegen müssen;
schließlich ist die Apparatur, die zur Durchführung des Verfahrens erforderlich ist, um das Plutonium
durch Ausfällen aus Mutterlösungen zu konzentrieren, sehr kompliziert.
Aus der Literaturstelle Proceedings of the Second
U. N. Int. Conf. on Peacefal Uses of Atomic Energy, 1958, Bd. 17, S. 291 bis 323 ist ein Verfahren zur Gewinnung
von gereinigten und konzentrierten Plutoniumlösungen bekannt, bei dem man das Plutonium
in einer ersten Stufe mittels einer im Gegenstrom geführten organischen Lösung extrahiert, im Anschluß
daran mit einer getrennt von der Ausgangslösung eingeleiteten sauren Waschlösung wäscht; in einer zweiten
Stufe aus dieser organischen Lösung im Gegenstrom mittels einer sauren wäßrigen Lösung reextrahiert und
einen Teilstrom der hierbei anfallenden, mit Plutonium angereicherten wäßrigen Phase in die erste
Extraktionsstufe zurückleitet. Wie sich aus dem Artikel ergibt, ist dabei eine strenge Kontrolle erforderlich,
um zu vermeiden, daß sich kritische Mengen an Spältprodukten in den Kolonnen lokal anhäufen. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dies zu vermeiden. Ausgehend von dem vorstehend erwähnten
Verfahren, besteht die Erfindung darin, daß der Teilstrom zusammen mit der Ausgangslösung in die
Extraktionsstufe eingeleitet wird.
Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren wird also die verdünnte und verunreinigte, das Plutonium
enthaltende Ausgangslösung mit Plutonium angerei-
chert, bevor sie der Extraktion mit der organischen Phase unterworfen wird, die im Gegenstrom zu der
Ausgangslösung geführt wird. Diese Anreicherung mit Plutonium führt zu einer relativen Vergrößerung der
Konzentration der Ausgangslösung an Plutonium gegenüber den Spaltprodukten, wodurch die Selektivität
der organischen Lösung für das Plutonium vergrößert wird.
Bei dem bekannten Verfahren wird die verdünnte und verunreinigte, das Plutonium enthaltende Ausgangslösung
nicht vorher mit Plutonium angereichert. Folglich werden durch die organische Phase mehr
Spaltprodukte extrahiert als bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, so daß die organische Phase,
die das extrahierte Plutonium enthält, einer gründlicheren Wäsche unterworfen werden muß, als es hier
der Fall ist.
Die Unterschiede gegenüber dem bekannten Verfahren und die Vorteile der Erfindung lassen sich wie
folgt zusammenfassen:
a) Die zu reinigende, Plutonium enthaltende Ausgangslösung enthält bei dem Verfahren gemäß der
Erfindung relativ viel mehr Plutonium als bei dem bekannten Verfahren, so daß in der Extraktionsstufe
eine höhere Selektivität für das Plutonium gegenüber den Spaltprodukten erzielt wird.
b) Die Anreicherung der verdünnten und verunreinigten Ausgangslösung mit einer großen Menge Plutonium,
das aus der organischen Phase in der zweiten Stufe des Verfahrens extrahiert wird, vermeidet mit
Sicherheit das Risiko einer kritischen Anhäufung, da die Menge der behandelten Ausgangslösung sehr viel
größer ist als die Menge der Waschlösung für die organische, mit Plutonium angereicherte Phase, die
in der ersten Stufe des Verfahrens anfällt.
c) Bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung besteht die Waschlösung für die organische Phase, die
mit Plutonium angereichert ist, aus einer geeigneten wäßrigen Lösung, die rein ist, d. h. weder Plutonium
noch Spaltprodükte enthält. Die Regulierung der Mengen der wäßrigen Phasen, die mit Plutonium angereichert
sind, und der organischen Extraktionsphase, ist sehr viel leichter, wenn die wäßrigen Phasen nur an
einer Stelle der Gegenstromkolonne eingeführt werden, als wenn die wäßrigen Phasen an zwei verschiedenen
und voneinander entfernten Punkten der Kolonne zugeführt werden. Es ist ferner sehr viel leichter, das
Verfahren so durchzuführen, daß das gesamte Plutonium, das in der wäßrigen Phase enthalten ist, in die
organische Phase extrahiert wird.
d) Die Regulierung der Arbeitsbedingungen an den Einrichtungen, die bei dem Verfahren gemäß der
Erfindung benutzt werden, ist sehr viel einfacher. Insbesondere besteht bei der Regulierung der Eingabe
der Reextraktionslösung für das Plutonium in die Ausgangslösung nicht die Gefahr, daß die in Zusammenhang
mit dem bekannten Verfahren erwähnten Schwierigkeiten auftreten, selbst wenn die konzentrierte
Lösung nicht völlig rein sein sollte. Die restlichen Verunreinigungen verändern das relative Verhältnis
der Plutoniummenge gegenüber der Menge an Spaltprodukten, die in der Ausgangslösung vorhanden
sind, nicht wesentlich. Im Gegensatz dazu verschmutzen die Verunreinigungen bei dem bekannten Verfahren
die Waschlösung für die organische, mit Plutonium beladene Phase.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung besteht also die Möglichkeit, die nicht ausreichende Reinheit
der wäßrigen Lösungen für die Reextraktion des Plutoniums zu vermeiden, indem man auf eine sehr
viel geringere Anzahl von Parametern einwirkt, als es bei dem bekannten Verfahren der Fall ist, so daß sich
die Regulierung insgesamt einfacher gestalten läßt.
Die Erfindung sieht vor, daß die wäßrige Extraktionslösung aus einer Lösung von Schwefelsäure und
Salpetersäure (Nitriersäure) mit einer Konzentration von 0,05 Mol Schwefelsäure und 0,1 Mol Salpetersäure
besteht.
Wenn die Ausgangslösungen des Plutoniums stark mit Sulfaten angereichert sind (die Sulfatkonzentration
verstärkt sich durch die Rückführung eines Teilstroms
der mit Plutonium angereicherten schwefel- und salpetersäurehaltigen Extraktionslösung), ist es notwendig,
deren Salpetersäurekonzentration zu vergrößern und/oder ein Aussalzmittel zuzusetzen, um
die auf die Anwesenheit der Sulfate zurückzuführende Verringerung des Verteilungskoeffizienteh zwischen
ao der wäßrigen und der organischen Phase zu kompensieren. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, der
wäßrigen Ausgangslösung eine Lösung von Aluminiumnitrat in Salpetersäure zuzusetzen. Die saure
Waschlösung für die mit Plutonium angereicherte organische Lösung ist erfindungsgemäß eine molare
Lösung.
Zur Behandlung einer verdünnten und unreinen Ausgangslösung, deren Konzentration an Sulfationen
unterhalb 0,2 Mol liegt, sieht die Erfindung vor, daß das in die organische Lösung extrahierte Plutonium
mittels einer Urannitratlösung, die im Gegenstrom zu der organischen Lösung umläuft, in seine niedrigere
Wertigkeit reduziert, das Plutonium aus dieser organischen Lösung durch eine Salpetersäurelösung extrahiert
wird, die Hydrazin enthält, und daß der zurückgeführte Teilstrom der Extraktionslösung einer Oxydationsbehandlung
unterworfen wird, bei der das darin enthaltene Plutonium wieder auf eine Wertigkeit von
4 gebracht wird, bevor es der Ausgangslösung zugemischt wird.
Das organische Extraktionsmittel besteht erfindungsgemäß aus einer 30%igen Lösung von Tributylphosphat
in Dodekan. Ferner sieht die Erfindung vor, daß die Salpetersäurelösung zur Extraktion des Plutoniums
aus der organischen Lösung einer zusätzlichen Wäsche mit der frischen organischen Lösung unterworfen
wird, um restliche Uranspuren aus der Salpetersäurelösung zu entfernen. Gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung enthält die aus Urannitrat bestehende Reduktionslösung zusätzlich Hydrazin.
Wenn die Konzentration an Sulfationen in der Ausgangslösung 0,2 Mol überschreitet (für diese Werte
muß die Konzentration an Salpetersäure in der Mutterlösung 5 Mol sein, um die nachteilige Wirkung der
Sulfationen auf den Verteilungskoeffizienten zu kompensieren), müssen die organischen Extraktionslösungen
der ersten Stufe, selbst stark sauer sein; dieser Säuregrad hemmt die Reduktion des Urannitrats in
der zweiten Stufe. Man hat festgestellt, daß das Plutonium, um es aus solchen Ausgangslösungen mittels
einer organischen Phase extrahieren zu können, in oxydiertem Zustand vorliegen muß, vorzugsweise mit
einer Wertigkeit von 4, während reduziertes Plutonium mit einer Wertigkeit von 3 nicht durch die.
6S organische Phase in der ersten Extraktionsstufe
herausgezogen werden kann. Dagegen ist es, um das Plutonium mittels einer Lösung von Hydrazinnitrat
in der zweiten Stufe in die wäßrige Extraktionslösung
zu überführen, notwendig, es zu einer Wertigkeit von 3 zu reduzieren.
Die Erfindung sieht vor, daß der zurückgeführte Teilstrom der Salpetersäurelösung, bevor er der Ausgangslösung
beigemischt wird, mit salpetersauren Dämpfen behandelt wird, um das Plutonium in eine
Wertigkeit von 4 zu oxydieren, wobei der Überschuß der salpetersauren Dämpfe, der in dem Teilstrom nach
• dieser Behandlung vorhanden ist, durch Umrühren in Anwesenheit von Luft entfernt wird.
An Hand der Zeichnung, auf der schematisch die einzelnen Stufen des Verfahrens zur Reinigung und
gleichzeitigen Konzentration von Plutoniumlösungen dargestellt sind, und von Ausführungsbeispielen wird
die Erfindung im folgenden näher erläutert.
Auf den Fig. 1 und 2 ist schematisch eine Anordnung mit zwei Misch-Scheide-Batterien dargestellt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Anordnung zur Durchführung der Ausführungsform der Erfindung, bei der
die wäßrige Extraktionslösung aus einer Lösung von so
Salpetersäure und Hydrazinnitrat besteht.
Auf Fig. 1 ist mit / eine erste Misch-Scheide-Batterie für die Extraktion und mit // eine zweite
Misch-Scheide-Batterie dargestellt, die beispielsweise je zwölf Etagen enthalten, um die erste und zweite
Stufe des Verfahrens durchzuführen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die
wäßrige, Plutonium enthaltende Mutterlösung, die mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet ist, in die Misch-Scheide-Batterie
/ in der Mitte bei 1 eingeführt, beispielsweise in die sechste Etage, zusammen mit einem
Teilstrom der konzentrierten und gereinigten Plutoniumlösung, die in der Batterie // extrahiert wurde,
wobei der Rest dieser konzentrierten Lösung bei B gesammelt wird. Das Gemisch dieser in die sechste
Etage der Batterie / eingeführten wäßrigen Lösung läuft im Gegenstrom zu der organischen Extraktionslösung, die vorteilhafterweise aus in Dodekan gelöstem
Tributylphosphat besteht; diese kommt aus dem Behälter C und wird in die erste Etage am Kopf der Batterie
/ bei 2 eingeführt. Die erste Stufe der Gesamtextraktion des Plutoniums und eines Teils des Urans,
das in der Ausgangslösung vorhanden ist, erfolgt zwischen der Mitte und dem Kopf der Batterie I.
Die organische Lösung, die zwischen der ersten und der sechsten Etage mit Plutonium beladen wird, wird
zwischen der sechsten und der zwölften Etage mit einer sauren Lösung, vorzugsweise mit Salpetersäure,
gewaschen, die aus dem Behälter D kommt und bei 3 in die zwölfte Etage der Batterie / eingeführt wird.
Diese saure Lösung ebenso wie die Ausgangslösung, die von ihrem Gehalt an Plutonium befreit wurde,
verlassen die Batterie I durch die erste Etage bei 4. Die gewaschene und mit Plutonium beladene Lösung
verläßt die Extraktionsbatterie / über die zwölfte Etage bei 5 und gelangt bei 6 in die erste Etage der
Extraktionsbatterie //, in der sie im Gegenstrom mit einer Extraktionslösung, die aus Schwefelsäure und
Salpetersäure besteht, zusammentrifft, die aus dem Behälter E kommt und am Fuß der Batetrie // bei 7
in die zwölfte Etage eingeführt wird; die beladene Lösung gibt selektiv ihren Gehalt an Plutonium ab,
um schließlich die Batterie // bei 8 über die zwölfte Etage zu verlassen.
Im Gegensatz dazu wird die Schwefelsäure-Salpeter- 6S
säure-Lösung, die mit Plutonium angereichert ist, vom Kopf der Batterie // bei 9 abgezogen; ein Teil dieser
Lösung wird bei B aufgefangen, ein anderer Teil, der mit F bezeichnet ist, mit der verdünnten Ausgangslösung,
die aus dem Behälter A kommt, in die erste Extraktionsstufe eingeführt.
Die auf Fig. 2 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der beschriebenen im wesentlichen dadurch,
daß man im Kopf der Batterie // eine Zone vorsieht, in der die wäßrige Extraktionslösung mittels eines
Lösungsmittels gewaschen wird. Die übrigen Stufen sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie die
entsprechenden Stufen der Anordnung gemäß Fig. 1.
Die organische, das gesamte Plutonium enthaltende Lösung, die die Extraktionsbatterie / bei 5 verläßt,
wird nicht mehr in die erste Etage der Batterie // eingeleitet, sondern in eine weiter hinten liegende,
beispielsweise in die vierte Etage bei 11. Die Extraktion des Plutoniums aus dieser organischen Lösung erfolgt
daher in diesem Falle zwischen der vierten und der zwölften Etage der Batterie //.
Die bei 7 eingeführte Extraktionslösung wird zwischen der vierten und der ersten Stufe gewaschen, um
gegebenenfalls mit dem Plutonium extrahierte Spuren von Uran zu entfernen; dies geschieht zweckmäßigerweise mit dem gleichen organischen Lösungsmittel,
das zur Extraktion in der Batterie / benutzt wird. Dieses wird in die erste Stufe der Extraktionsbatterie //
bei 6 a eingeführt und tritt bei 8 aus der zwölften Stufe aus.
Im folgenden wird an Hand eines Beispiels die Reinigung einer Plutoniumlösung in der auf Fig. 2
schematisch dargestellten Anordnung beschrieben.
Die Batterien / und II bestehen aus je zwölf Etagen. In die Etage 6 der Batterie / werden pro Stunde 5 Liter
einer Ausgangslösung mit folgender Zusammensetzung gegeben:
Pu 0,2 g/l
Spaltprodukte 10 mCi/1
(mCi = Millicurie)
U 0,5 g/l
Fe 1 g/l
SO4 0,15MoI
HNO3 (frei) 1 Mol
Wegen des ziemlich hohen Gehalts dieser Ausgangslösung an Sulfat-Ionen führt man bei 1 zusammen
mit der Mutterlösung pro Stunde 5 Liter einer 2-molaren Lösung von hydratisiertem Aluminiumnitrat und
2-molarer Salpetersäure ein; die Zugabe des Aluminiumnitrats erfolgt zu dem Zweck, die Aussalzung des
in der wäßrigen Ausgangslösung enthaltenen Plutoniums in die organische Lösung zu begünstigen.
In die erste Stufe der Mischbatterie / gibt man bei 2 pro Stunde 4 Liter einer organischen Lösung, die aus
30% Tributylphosphat und 70% Dodekan besteht. · ,
Diese organische Lösung, die das Plutonium zwischen der ersten und der sechsten Etage der Batterie /
extrahiert, wird zwischen der sechsten und der zwölften Etage der gleichen Batterie mit einer molaren Lösung
von Salpetersäure gewaschen, von der bei 3 1,5 Liter pro Stunde zugeführt werden. Die organische Lösung,
die aus der Batterie /extrahiert und bei 11 in die vierte Etage der Batterie // eingeführt wird, trifft im Gegenstrom
zwischen der vierten und zwölften Etage der Batterie // auf eine wäßrige Extraktionslösung, die
aus einem Gemisch von 0,1-molarer Salpetersäure und
0,05-molarer Schwefelsäure besteht, das bei 7 in die
zwölfte Stufe der Batterie II mit einer Geschwindigkeit
von 1,6 l/h eingeführt wird. ,
Diese Extraktionslösung wird zwischen der vierten und der ersten Etage der Batterie // mit einer organischen
Lösung gewaschen, die aus 30% Tributylphosphat und 70% Dodekan besteht und bei 6 a in die
erste Etage der Batterie // eingeleitet und bei 9 abgezogen wird.
Von dieser Lösung werden pro Stunde 1,5 Liter in die erste Extraktionsstufe zusammen mit der verdünnten
Ausgangslösung zurückgeführt; 0,1 l/h der konzentrierten und gereinigten Plutoniumlösung werden
bei B abgezogen.
Die Ausbeute der Extraktion des Plutoniums beträgt 99,99 %, die Konzentration der Extraktionslösung
an Plutonium 10 g/l.
Die bei 10 aufgefangene Lösung enthält noch 0,05 Millicurie Spaltprodukte pro Liter (was einem
Dekontaminationationsfaktor von 1000 im Verhältnis zum Plutonium entspricht) und 0,025 g/l Uran, entsprechend
einem Dekontaminationsfaktor von 1000 im Verhältnis zum Plutonium, wobei der Dekontaminationsfaktor
definiert ist durch das Verhältnis der Mengen an Spaltprodukten oder an Uran, die in 1 g
Plutonium enthalten sind, vor und nach der Reinigung dieser Lösung.
Das Waschen der organischen Extraktionslösung mit einer sauren Lösung in der Batterie / ist von großer
Bedeutung, weil dadurch in äußerst wirksamer Weise die Dekontamination des Plutoniums verbessert und
die Abtrennung des gesamten Rutheniums ermöglicht wird.
Die andere Ausführungsform des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung, bei der die wäßrige Extraktionslösung
aus einer Lösung von Salpetersäure und Hydrazinnitrat besteht, wird vorzugsweise mit einer
Anordnung durchgeführt, wie sie schematisch auf den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, auf denen Teile, die schon
auf den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, entsprechende Bezugszeichen erhalten haben.
Die Anordnung gemäß den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich im wesentlichen von der auf den Fig. 1 und 2
dargestellten dadurch, daß man hinter dem Austritt der wäßrigen Extraktionslösung für das Plutonium
aus der Batterie //, die dieses Element mit einer Wertigkeit von 3 enthält, zwei Behälter 12 und 13
vorsieht, durch die der Teilstrom der mit Plutonium angereicherten Lösung geschickt wird, der wieder in
die Batterie / gelangt. Dieser Teilstrom wird in dem Gefäß 12 mit salpetersauren Dämpfen behandelt, die
man in die Lösung einleitet, um das Plutonium in eine Wertigkeit von 4 zu überführen, worauf der
Teilstrom in Anwesenheit von Luft in dem Behälter 13 gerührt wird, um den Überschuß an salpetersauren
Stoffen zu entfernen; anschließend gelangt der Teilstrom bei 1 zusammen mit der Ausgangslösung aus
dem Behälter A in die Batterie /, in der er mit einer organischen Lösung extrahiert und dann, wie in Zusammenhang
mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, mit Salpetersäure gewaschen wird.
Die das gesamte Plutonium und Uran enthaltende organische Lösung, die die Extraktionsbatterie / bei 5
verläßt, wird bei 6 wieder in die Batterie // eingeführt,
in der sie im Gegenstrom mit einem Gemisch einer Lösung von Salpetersäure und Hydrazin und Urannitrat
zusammentrifft. Die Hydrazin enthaltende salpetersaure Extraktionslösung wird bei 7 am Fuß in
die Batterie // eingeführt, während die Urannitratlösung annähernd in der Mitte eingeführt wird.
Man führt das Urannitrat in der Mitte der Batterie ein, weil es extrahierbar ist und von seinem Eintritt ab
teilweise absorbiert würde; diese würde folglich einen erhöhten Verbrauch an Urannitrat nach sich ziehen.
Das Urannitrat reduziert das Plutonium-IV zu PIutonium-IIl,
in der Nähe der Stelle, an der es eintritt. Diese Plutonium-lII-Lösung geht in die wäßrige,
ίο salpetersaure Extraktionslösung über. Es ist notwendig,
einen Überschuß an Uran-IV zu benutzen, um sicher zu sein, daß das Plutonium IV vollständig
reduziert wird. Dieser Überschuß findet sich in dem Lösungsmittel in Form von Uran-IV wieder. Man
erhält schließlich am Ausgang 9 der Batterie // eine wäßrige Extraktionslösung, die das gesamte Plutonium
und häufig noch Spuren von Uran enthält. Das bei 14 in die Batterie // eingeführte Uran, das eine
Wertigkeit von 4 hat, wird durch die organische Lösung extrahiert, die bei 6 in die Batterie // eintritt;
das zu Uran-VI oxydierte Uran, das sich während der Reduktion des Plutoniums zu Plutonium-III gebildet
hat, verteilt sich zwischen den beiden die Batterie verlassenden Lösungen, so daß ein Teil des Uran-VI die
anderenfalls reine und mit Plutonium angereicherte Lösung vergiften kann.
Man sieht daher vorteilhafterweise eine Endwaschstufe der wäßrigen Plutoniumextraktionslösung mit
einem frischen Lösungsmittel vor, um das restliche Uran zu entfernen. Es wird daher, wie bei der Anordnung
gemäß Fig. 2 und wie auch auf Fig. 4 dargestellt,
einerseits bei 11 die mit Plutonium beladene Phase, die die Batterie / verläßt, einige Etagen unterhalb der
Kopf stufe der Batterie // und andererseits eine Charge
frischen Lösungsmittels bei 6a in die erste Etage, der Batterie II eingeführt, um im Gegenstrom in den
ersten Etagen die wäßrige Lösung von den letzten Uranspuren zu befreien, bevor sie bei 9 die Batterie //
verläßt.
Das Hydrazin scheint in der zweiten Extraktionsstufe des Verfahrens in der Hauptsache die Wirkung
zu haben, das Uran und das Plutonium in ihren unteren Wertigkeiten zu stabilisieren.
Im folgenden werden zwei Beispiele von weiteren Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, von
denen sich das erste auf die Anordnung gemäß Fig. 3, das zweite auf die Anordnung gemäß Fig. 4 bezieht.
Beispiel .2
(siehe Fig. 3)
(siehe Fig. 3)
In zwei Misch-Scheide-Batterien mit je 16 Etagen führt man bei 1 in die achte Etage der Batterie / pro
Stunde 5 Liter einer Lösung ein, die aus einer Anlage zur Behandlung bestrahlter Brennstoffe kommt und
einer Reinigung durch selektive Reduktion des Plutoniums mittels Urannitrat unterworfen wurde. Diese
Lösung, die die folgende Zusammensetzung hat:
, Pu 0,5 g/l
Spaltprodukte 10 mCi/1
U 0,275 g/l
HNO3 3,5 Mol,
wird mit salpetersauren Dämpfen oxydiert. Gleichzeitig führt man in die gleiche Etage pro Stunde
0,275 Liter einer Lösung ein, die 20 g pro Liter Plutonium enthält, die aus der Batterie // kommt. In
die Kopfstufe oder die erste Etage der Batterie / gibt
609 642/309
man bei 2 pro Stunde zwei Liter einer 30 %igen Lösung Gleichzeitig leitet man in die gleiche Etage pro
von Tributylphosphat in Dodekan. Stunde 0,275 Liter einer Lösung ein, die auf 20 g/l
In die 16. Stufe wird bei 3 pro Stunde 1 Liter einer Plutonium angereichert ist und aus der Batterie//
molaren Lösung von Salpetersäure eingeführt, die kommt. In die erste Etage der Batterie / gibt man bei 2
dazu dient, die mit Plutonium angereicherte orga- 5 pro Stunde 2 Liter einer 30%igen Lösung von Trinische Lösung zu waschen. Diese wird bei 6 in die butylphosphat in Dodekan. In die zwölfte Etage wird
erste Etage der Batterie // gegeben, wo sie im Gegen- bei 3 pro Stunde 1 Liter einer molaren Lösung von
strom auf eine wäßrige Lösung trifft, die einerseits Salpetersäure gegeben, die dazu dient, die beladene
aus einer Lösung von 100 g/l Urannitrat mit zusätzlich organische Lösung zu waschen. Die organische Lösung
9,5 g/l Hydrazinnitrat, wovon bei 14 16 Liter pro Stunde io wird in die dritte Etage der Batterie // eingeführt, wo
in der achten Stufe der Batterie // zugegeben werden, sie im Gegenstrom mit einer wäßrigen Lösung zusam-
und andererseits aus einer molaren Lösung von SaI- menkommt, die einerseits aus einer Lösung von
petersäure und einer 0,1-molaren Lösung von Hydra- 100 g/l Urannitrat mit zusätzlich 9,5 g/l Hydrazinnitrat,
zinnitrat besteht, die mit 0,24 Liter pro Stunde bei 7 von der bei 14 in die achte Etage der Batterie //
in die 16. Stufe der Batterie // eingeführt werden. 15 0,16 l/h eingeführt werden, und andererseits aus einer
Diese wäßrige Lösung extrahiert das Plutonium, das molaren Lösung von Salpetersäure und einer 0,1-in
der organischen Lösung enthalten ist; man zieht molaren Lösung von Hydrazinnitrat besteht, die bei 7
bei 9 aus der ersten Etage der Batterie // pro Stunde in die zwölfte Etage der Batterie //in einer Menge von
0,4 Liter einer Lösung ab, die 20 g Plutonium pro Liter 0,24 I/h eingeführt wird. Diese wäßrige Lösung extraenthält.
Von dieser Lösung werden pro Stunde 0,12 Li- 20 hiert das in der organischen Lösung enthaltene PIuter
bei 10 gesammelt, während 0,275 Liter pro Stunde tonium. Nach einer Wäsche mit einem Lösungsmittel,
dieser Lösung im Kreislauf in die achte Etage der das bei 6a der ersten Etage der Extraktionsbatterie //
Batterie / zurückgegeben werden, nachdem sie vorher zugeführt wird, erhält man pro Stunde 0,4 Liter einer
in den Behältern 12 und 13 oxydiert wurde. Lösung, die 20 g Plutonium pro Liter enthält.
Die konzentrierte Lösung hat folgende Zusammen- 25 Diese teilweise im Kreislauf geführte Lösung hat
setzung: folgende Zusammensetzung:
Pu 20 g/l
U 0,1 g/l (was einem Dekont- fT u 2° nn„ S(J , , , .
aminationsfaktor von U °'002 ^1 (entsprechend einem
110 im Verhältnis zum 3° Dekontarninationsfak-
Pu entspricht) l°\ von 10°0? im Ver"
Spaltprodukte 0,1 mCi/1 (was einem Dekont- o , Jt ftl haltms zum Plutonium)
aminationsfaktor von Spaltprodukte 0,1 mCi/1 (entsprechend einem
2000 im Verhältnis Dekontaminationsfak-
zum Pu entspricht) 35 ** v.on 200O im .Ver"
haltnis zum Plutonium)
(siehe Fi2 4) ^s er§ibt sich, daß, obschon Beispiel 2 schon sehr
T ,. , ., ... . „ , ., ' . T , TT ., zufriedenstellende Ergebnisse gezeigt hat, die zusatz-
In die beiden M.sch-Scheide-Battenen / und // gibt 40 ]iche Wäsche der ^n Ext*aktionslösung mit dem
man bei 1 in die sechste Etage der Batterie / pro Stunde f rischen organischen Lösungsmittel unmittelbar nach
5 Liter einer verdünnten Losung von Plutonium-lV der Extrakfion sich sehr vorteilhaft auswirkt und zu
mit folgender Zusammensetzung: einem hohen Reinheitsgrad der mit Plutonium ange-
Pu 0,5 g/l reicherten Endlösungen führt. Tatsächlich steigt der
U 0,5 g/l 45 Dekontaminationsfaktor im Verhältnis zum Pluto-
HNO3 3,5 Mol nium bezüglich der Spaltprodukte von 200 auf 2000
Spaltprodukte 10 mCi/1 und bezüglich des Urans von 110 auf 10000.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von gereinigten und konzentrierten Plutoniumlösungen
aus verdünnten, verunreinigten, Plutonium (IV) enthaltenden Lösungen, bei dem man das
Plutonium in einer ersten Stufe mittels einer im Gegenstrom geführten organischen Lösung extrahiert,
im Anschluß daran mit einer getrennt von der Ausgangslösung eingeleiteten sauren Waschlösung
wäscht, in einer zweiten Stufe aus dieser organischen Lösung im Gegenstrom mittels einer
sauren wäßrigen Lösung reextrahiert und einen Teilstrom der hierbei anfallenden, mit Plutonium
angereicherten wäßrigen Phase in die erste Extraktionsstufe zurückleitet, dadurch gekennzeichnet,
daß der Teilstrom zusammen mit der Ausgangslösung in die Extraktionsstufe eingeleitet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Extraktionslösung aus
einer Lösung von Schwefelsäure und Salpetersäure (Nitriersäure) mit einer Konzentration von 0,05
Mol Schwefelsäure und 0,1 Mol Salpetersäure besteht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wäßrigen Ausgangslösung
eine Lösung von Aluminiumnitrat in Salpetersäure zugesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die saure Waschlösung für die mit
Plutonium angereicherte organische Lösung eine molare Lösung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 zur Behandlung einer verdünnten und unreinen Ausgangslösung,
deren Konzentration an Sulfationen unterhalb 0,2 Mol liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das in
die organische Lösung extrahierte Plutonium mittels einer Urannitratlösung, die im Gegenstrom zu
der organischen Lösung umläuft, in seine niedrigere Wertigkeit reduziert, das Plutonium aus dieser
organischen Lösung durch eine Salpetersäurelösung extrahiert wird, die Hydrazin enthält, und daß der
zurückgeführte Teilstrom der Extraktionslösung einer Oxydationsbehandlung unterworfen wird, bei
der das darin enthaltene Plutonium wieder auf eine Wertigkeit von 4 gebracht wird, bevor es der
Ausgangslösung zugemischt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das organische
Extraktionsmittel aus einer 30%igen Lösung von Tributylphosphat in Dodekan besteht.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Salpetersäurelösung
zur Extraktion des Plutoniums aus der organischen Lösung einer zusätzlichen Wäsche mit
der frischen organischen Lösung unterworfen wird, um restliche Uranspuren aus der Salpetersäurelösung
zu entfernen.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Urannitrat bestehende Reduktionslösung
zusätzlich Hydrazin enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückgeführte Teilstrom der
Salpetersäurelösung, bevor er der Ausgangslösung beigemischt wird, mit salpetersauren Dämpfen
behandelt wird, um das Plutonium wieder in eine Wertigkeit von 4 zu oxydieren, wobei der Überschuß
der salpetersauren Dämpfe, der in dem Teilstrom nach dieser Behandlung vorhanden ist, durch
Umrühren in Anwesenheit von Luft entfernt wird.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR978831A FR90703E (fr) | 1964-06-19 | 1964-06-19 | Procédé de purification et de concentration simultanées du plutonium et plutonium obtenu selon ce procédé |
FR978831 | 1964-06-19 | ||
DEC0036001 | 1965-06-01 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1592228A1 DE1592228A1 (de) | 1971-01-14 |
DE1592228B2 DE1592228B2 (de) | 1975-10-16 |
DE1592228C3 true DE1592228C3 (de) | 1976-05-26 |
Family
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