DE1592440A1

DE1592440A1 - Verfahren zum Aufbereiten beschichteter Kernbrennstoffe

Info

Publication number: DE1592440A1
Application number: DE19651592440
Authority: DE
Inventors: Ottmar Prof Dr Knacke; Manfred Dr Laser; Erich Dr Merz; Hans-Juergen Dr Riedel
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1965-06-10
Filing date: 1965-06-10
Publication date: 1971-08-12
Also published as: US3403985A; BE682373A; DE1592440C3; DE1592440B2; GB1099331A; JPS4837959B1

Description

Kernforschungsanlage Julien

des Landes Nordrhein-Westfalen e. V.

Verfahren zum Aufbereiten beschichteter Kernbrennstoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zun Aufbereiten von beschichteten Kernbrennstoffen für Hochtemperaturreaktoren, insbesondere von beschichteten Kembrennstoffpartikeln, die unter der Bezeichnung »coated particles* bekannt sind. Diese bekannten Brennstoffpartikel haben eine Größe von einigen 100 H . Zur Beschichtung solcher Partikel hat man eine ganze Reihe von Stoffen verwendet. So werden diese Teilchen beispielsweise mit pyrolytischem Kohlenstoff und/oder Siliciumkarbid, Zirkoniumkarbid, Berylliumkarbid, Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Zirkoniumoxid oder dergleichen beschichtet.

Bisher war es erforderlich, vor dem Aufbereiten von Brennstoffpartikeln die Beschichtung in einer besonderen Verfahrensstufe zu zerstören. Diese Zerstörung wurde bei der Verwendung von pyrolytischem Kohlenstoff mittels Salpetersäure und zugeführtem Sauerstoff unter Druck durchgeführt. Es ist auch schon bekannt, die Beschichtung von Brennstoff partikeln durch Verbrennen mit Sauerstoff, Luft oder sauerstoffabgebenden Verbindungen, wie beispielsweise

illUt/UII

₂,zu zerstören. Zum Stand der Technik gehört ferner ein Verfahren, nach dem die Beschichtung elektrolytisch zerstört wird. Alle diese vorgenannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie auf Karbid- und Oxydbeschichtungen nicht anwendbar sind. Darüberhinaus ist die Behandlung von beschichteten karbidischen Brennstoffpartikeln mit Salpetersäure mit Gefahr 'verbunden, da in diesem Falle Kohlenwasserstoffe gebildet werden, die zu Explosionen führen können. Die Verbrennung von Brennstoff beschichtungen mit Sauerstoff, Luft oder sauerstoff abgebenden Verbindungen hat den weiteren Nachteil, daß eine große Menge von Abgasen entsteht, so daß weitere umfangreiche Maßnahmen zur Dekontaminierung dieser Gase notwendig sind. Man hat daher auch schon Brennstoffbeschichtungen aus Pyrokohlenstoff und/oder Siliciumkarbid mechanisch zerstört. Dazu sind jedoch zusätzliche gasdichte Apparaturen motwendig, die ein Entweichen der bei der Kernspaltung entstandenen gasförmigen, radioaktiven Stoffe verhindern sollen. Dies ist deshalb umständlich, weil es notwendig ist, die weitere für die Aufbereitung erforderliche Verfahrensstufe von der ersten Verfahrensstufe räumlich abzutrennen.

Man hat auch schon Beschichtungen aus Pyrokohlenstoff und/oder Siliciumkarbid in Alkalihydroxid- oder Alkalikarbonatschmelzen gegebenenfalls unter Zusatz von Sauerstoff zerstört. Dieses Verfahren erfordert jedoch wegen des langsamen Reaktionsablaufs einen großen Zeitaufwand. Hinzu kommt, daß die Reaktion in einigen Fällen nur unvollständig abläuft.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Aufbereitungsverfahren für beschichtete Brennstoffpartikel zu schaffen, bei dem die Nachteile der bisher bekannten Verfah-

BAD ORIGINAL

109833/U61

1592Λ40

ren vermieden sind, das auf einfache Weise ohne aufwendige Anlagen durchführbar ist und das mithin besonders wirtschaf tlich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß beschichtete Brennstoffpartikel, d. h. mit Pyrokohlenstoff-, Karbid-, Oxydbeschichtungen oder dergleichen versehene Partikel mit Hyperoxid- und/oder Peroxidschm^elzen oder auch mit Oxj'dschmelzen, in die in an sich bekannter Weise zusätzlich Sauerstoff eingeleitet wird, zur Reaktion gebracht werden. Diese Schmelzen sind gemäß der Erfindung in an sich bekannten Schmelzmitteln wie Natriumhydroxid oder dergleichen gelöst, wobei die Konzentration der Hyperoxid- und/oder Peroxidoder auch der Oxidschmelzen zwischen 25 und 70 Gewichtsprozent liegt. Das neue Verfahren wird bei Temperaturen zwischen

geführt.

zwischen 350 und 300° C, vorzugsweise bei 450 C, durch-

Der große Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich die als Brennstoff verwendeten Uranverbindungen ebenso wie die Beschichtungen in der zur Aufbereitung verwendeten Schmelze auflösen, so daß es leicht möglich ist, das Uran mittels eines der bekannten Verfahren aus der Schmelze wieder abzutrennen. Sehr vorteilhaft ist die Verwendung von Kaliurihyperoxid "KO₂, Natriumperoxid Na₀C₀, Bariumoxid BaO₀. Doch ist es selbstverständlich auch möglich, andere Hyperoxide oder Peroxide zu verwenden. Durch die erfindungsgemäße Sumischung von leicht schmelzenden Verbindungen, wie beispielsweise Natriumhydroxid oder Natriumkarbonat, ist die Ableitvin:; der Reaktionswärme in der gewünschten Yfeise beeinflußbar .

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßeu Verfahrens besteht darin, daß es in Gegenwart von überschüssiger: Kohlenstoff anwendbar ist, der beispielsweise in der

BAD ORIGINAL

109833/U61 -'--

Verwendung von Graphit als Moderator und Strukturmaterial eingebracht wird.

Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, das neue Verfahren zum Aufbereiten beschichteter Kernbrennstoffe in der Weise durchzuführen, daß man die Schmelze aus einem Vorratsbehälter über eine flache geneigte Rinne fließen läßt, an deren unterem Ende eine gekühlte Metallplatte so angeordnet ist, daß die abtropfende Schmelze zu Granulat erstarrt. Die Brennstoffpartikel werden am oberen Ende der Rinne der Schmelze kontinuierlich zugemischt . Die Rinne ist in an sich bekannter Weise heizbar ausgebildet. Dadurch ist es möglich, die über die Rinne abfließenden Reaktionspartner auf die gemäß der Erfindung erforderliche Reaktionsteriiperatur aufzuheizen. Durch die Wahl der Länge der Rinne und die ihr erteilte Neigung hat nan es in der Hand, den Reaktionsablauf den jeweils erforderlichen Bedingungen anzupassen. Die Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens ist in einem gasdichten ilaum so angeordnet, daß es ohne weiteres möglich ist, die frei werdenden Spaltgase abzuführen .

Vorteilhaft ist es auch, die Brennstoffpartikel gegebenenfalls in Gegenwart von überschüssigen Kohlenstoff in einen flachen Gefäß zur Rea-.tion zu bringen, dadurch wird die Möglichkeit eines unkontrollierten Reaktionsablaufes ausgeschlossen. Verwendet man gemäß der Erfindung anstelle von Hyperoxiden oder Peroxiden oder einer Mischung dieser beiden Verbindungen das entsprechende Oxyd unter Zuleitung von Sauerstoff in die Schmelze, so geschieht dies ebenfalls zweckmäßig in einem flachen Reaktionsgefäß. Der Sauerstoff wird dabei im Bedarfsfalle unter Druck eingeleitet.

Als Werkstoff für die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Reaktionsgefäße oder

1 09833/U61 bad

1592U0

für die Reaktionsrinne haben sich insbesondere Eisen oder Nickel oder auch Legierungen dieser beiden Metalle als vorteilhaft erwiesen. Statt dessen ist es auch zweckmäßig, Magnesiumoxid oder Thoriumoxid zu verwenden.

Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen außer in der Einfachheit und der Wirtschaftlichkeit darin, daß es auf Beschichtungen aus pyrolytischem Koklenstoff ebenso anwendbar ist wie auf Beschichtungen aus Karbiden oder Oxyden. Bei dem neuen Verfahren entstehen verhältnismäßig geringe Mengen an Gasen, die somit auch leicht zu dekontaminieren sind. Aufgrund der verhältnismäßig großen Reaktionsfähigkeit der Hyperoxid- und/oder Peroxidschmelzen wird der zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Zeitaufwand gegenüber den bisher bekannten Verfahren erheblich verringert. Ein ganz besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß die bei der Reaktion gebildeten Schmelzen unmittelbar im Anschluß an die erfindungsgemäße Behandlung in einer weiteren an sich bekannten Stufe des Aufbereitungsprozesses, beispielsweise nach Lösen in Wasser und anschließender Neutralisation mit Säure, einem der herkömmlichen Extraktionszyklen zugeführt werden können.

109833/U61

Claims

1592UÖ

Patentanspruch

Verfahren zum Aufbereiten von beschichteten Kernbrennstoffen für Hochtemperaturreaktoren dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Kernbrennstoffe mit Hyperoxid- und/ oder Peroxidschmelzen oder mit Oxydschraelzen unter Zuführung von Sauerstoff, die mit an sich bekannten Schmelzmitteln, wie Natriumhydroxid oder dergleichen, gemischt sind, wobei der Anteil der Hyperoxid- und/oder Peroxidschmelzen zwischen 25 und 70 Gewichtsprozent liegt, bei Temperaturen zwischen 350 und 300 C, vorzugsweise bei etwa 450° C, zur Reaktion gebracht werden.

⁸⁴⁰

109833/U61