DE1619763B1

DE1619763B1 - Verfahren zur Fluessig-Fluessig-Extraktion

Info

Publication number: DE1619763B1
Application number: DE1967C0041563
Authority: DE
Inventors: Andre Grienelsen
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1966-03-08
Filing date: 1967-02-20
Publication date: 1970-10-29
Also published as: SE328558B; FR1479328A; GB1131578A; US3523765A; CH499623A; IL27499A; LU53100A1; ES337731A1; NL6702677A; BE694165A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extraktion durchgeführt wird, in der das von der wäßrigen Wascheines in einer wäßrigen Lösung enthaltenen Elements, lösung mitgeführte Element mittels weiterem organiinsbesondere von Uran oder Plutonium, wobei nach- sehen Lösungsmittel extrahiert wird,
einander das Element mit organischem Lösungsmittel Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses extrahiert und das erhaltene beladene Lösungsmittel 5 Verfahrens wird das Waschen des beladenen organimittels einer wäßrigen Waschlösung gewaschen und sehen Lösungsmittels in zwei aufeinanderfolgenden diese wäßrige Waschlösung anschließend zusammen Stufen mittels der im Gegenstrom strömenden wäßrimit der wäßrigen Ausgangslösung zur Extraktion mit gen Waschlösung durchgeführt und das durch die dem organischen Lösungsmittel zurückgeführt wird. zweite Extraktion beladene Lösungsmittel dem Lö-

Bei der Aufbereitung bestrahlter Kernbrennstoffe io sungsmittel zwischen den aufeinanderfolgenden Waschist es für die Entfernung der Spaltprodukte erforder- stufen beigemischt wird.

lieh, bestimmte Extraktionsbedingungen genau einzu- Außerdem kann das Verfahren leicht durch Verhalten, damit der Trennfaktor günstig liegt. Insbeson- tauschen der Ausdrücke »wäßrige Lösung« und dere sind die Aciditätsbedingungen entscheidend. »organisches Lösungsmittel« für die Extraktion des Außerdem führt man im allgemeinen nach der Extrak- 15 ursprünglich in einem organischen Lösungsmittel enttion eine Waschung der beladenen organischen Phase haltenen Elements eingerichtet werden,
mit einer wäßrigen sauren Lösung durch, um einen Im folgenden ist mit Bezug auf die einzige beigefügte soweit möglich von Spaltprodukten befreiten Extrakt Figur eine besondere Ausführungsform des erfindungsvon Uran und Plutonium zu erhalten. Die anfallende gemäßen Verfahrens beschrieben. Diese nur als Beikontaminierte wäßrige Lösung wird mit der zu be- 20 spiel angeführte Beschreibung betrifft die Extraktion handelnden wäßrigen Lösung zum Eingang der Extrak- von Uran und Plutonium,
tion zurückgeführt. Das beschriebene Verfahren ist in der beigefügten M

Dieses Verfahren bereitet in der Praxis Schwierig- Figur schematisch gezeigt. Der Kreislauf des organi- ™ keiten, wenn man gleichzeitig eine gute Extraktion und sehen Lösungsmittels zwischen den verschiedenen Vereine weitestgehende Entfernung der Verunreinigun- 25 fahrensstufen ist mit ausgezogenen Strichen, dagegen gen hier der Spaltprodukte, fordert. . der der wäßrigen Lösungen gestrichelt wiedergegeben.

Man kann den Reinigungsgrad nur durch Erhöhung Jede der Extraktions- oder Waschstufen wird auf

der Relativmenge an Waschlösung steigern, und diese übliche Weise durchgeführt, indem man die beiden

Erhöhung führt zu einer steigenden Rückführung der Phasen, die wäßrige und organische Phase, in einer

zu extrahierenden Elemente in die Extraktionsstufe. 30 Reihe von Misch-Dekantiereinrichtungen im Gegen-

Daraus folgt daß man entweder sorgfältig den Durch- strom führt.

satz des Extraktionslösungsmittels regeln, um nicht Das verwendete organische Lösungsmittel ist eine

nur die neu zugeführten Mengen an Elementen, son- Lösung von Trihutylphosphat in Dodecan.

dem auch die aus der Waschstufe zurückgeführten Die zu behandelnde Ausgangslösung ist eine im

Elemente zu extrahieren, oder einen erheblichen Über- 35 wesentlichen Plutonium, Uran und Spaltprodukte oder

schuß an Lösungsmittel verwenden muß. Verunreinigungen anderer Art enthaltende salpeter-

Im ersten Fall kann eine Störung der Regelung durch saure wäßrige Lösung. Diese Lösung 1 wird in die ungenügende Lösungsmittelzufuhr oder übermäßige Extraktionsstufe 2, die sogenannte Hauptstufe, einge-Zufuhr der die extrahierbaren Elemente enthaltenden führt. Sie wird dort mit dem eintretenden und im wäßrigen Lösung oder durch Zufuhr einer konzen- 40 Gegenstrom laufenden ersten Strom von organischem trierteren Lösung ein Entweichen der zu extrahierenden Lösungsmittel 3 in Berührung gebracht. Das Lösungs-Elemente in der abfließenden wäßrigen Phase bewir- mittel extrahiert vorzugsweise Uran und Plutonium, ken. Im zweiten Fall erhöht sich der Anteil der vom während die Spaltprodukte vorzugsweise in der ab- Λ Lösungsmittel extrahierten störenden Verunreinigun- fließenden wäßrigen Phase 10 verbleiben. ™ gen umso mehr, je größer der Überschuß des verwen- 45 Das die Extraktionshauptstufe verlassende organideten Lösungsmittels ist, da das ungenügend gesättigte sehe Lösungsmittel 4 ist mit Plutonium und Uran beLösungsmittel vorzugsweise Verunreinigungen extra- laden, enthält jedoch auch einen gewissen Anteil an hiert. Spaltprodukten. Zur Abtrennung der letzteren wäscht

Zu diesen Regelungsschwierigkeiten kommt noch, man es anschließend mit einer salpetersauren Waschwenn man Plutonium und Uran quantitativ extrahieren 50 lösung 5. Diese Waschung erfolgt in zwei Stufen, nämwill, ein selektiver Rückflußeffekt des Plutoniums, da lieh nacheinander in einer sogenannten zweiten Waschdieses weniger extrahierbar ist als Uran. Die wäßrige stufe 6 und einer Hauptwaschstufe 7. Die Wasch-Waschlösung rückextrahiert teilweise das Plutonium lösung 5 fließt aber in Gegenstrom, d. h. die frische das vom organischen Lösungsmittel weniger leicht Waschlösung tritt in die Hauptwaschstufe 7 ein und extrahierte Element, was zur Ansammlung von PIu- 55 gelangt von dort zur Waschstufe 6. Man erhält schließtonium beim Eintrittspunkt der Ausgangslösung in die lieh am Ausgang der Hauptwaschstufe 7 das mit Extraktion führt. Da es sich um spaltbares Material Plutonium und Uran beladene und von Spaltprodukten handelt, folgt daraus die Gefahr des Kritischwerdens, befreite organische Lösungsmittel 8.
wenn die Konzentration ausreicht, oder auch eine Erfindungsgemäß wird die aus der zweiten Waschübermäßige Sättigung des organischen Lösungsmittels, 60 stufe 6 austretende unreine wäßrige Lösung 9 einer was zu der Gefahr der Entmischung desselben führt. sogenannten zweiten Extraktion 11 unterworfen, bevor

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die An- sie zur Hauptextraktion 2 zurückgeführt wird. Diese

Sammlung von Plutonium zu verringern, dabei jedoch zweite Extraktion 11 erfolgt mittels eines zweiten

eine für eine optimale Reinigung des Plutoniums aus- Stroms von weiterem organischem Lösungsmittel 12.

reichende Waschung zu ermöglichen. 65 Die zweite Extraktion verhindert so die Rückkehr von

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein- weniger extrahierbaren Elementen zur Hauptextrakgangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch ge- tion. Das aus der zweiten Extraktion austretende belöst, daß vor der Rückführung eine zweite Extraktion ladene organische Lösungsmittel 13 wird anschließend

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im Gemisch mit dem aus der zweiten Waschstufe 6 zwischen den 9. und 15. Stufen dieser Batterie mit austretenden organischen Lösungsmittel zur Haupt- 14 cm³ einer 3 N-Salpetersäurelösung gewaschen,
waschstufe 7 geführt. Unter diesen Bedingungen, d. h. für ein Durchfluß-

Einer der Hauptvorteile dieses Verfahrens besteht mengenverhältnis der Waschlösung zum Lösungsdarin, daß die Anpassung der Lösungsmittelmenge an 5 mittel von 0,097 beträgt die Plutoniumkonzentration die Menge Ausgangslösung unabhängig von den Merk- der zur Extraktion gelangenden, d. h. die 9. Stufe vermalen der Waschstufe ist und man kleinere Schwan- lassenden wäßrigen Phase 321 mg/1,
kungen in der Menge der Ausgangslösung zulassen Es zeigt sich also, daß bei den üblichen Verfahren

kann, ohne daß dieses erhebliche Auswirkungen auf die und trotz einer verhältnismäßig geringeren Waschung Qualität des erhaltenen Endprodukts hat. Die Durch- io als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Menge flußmenge des in die Hauptextraktionsstufe 2 ein- an in die Extraktion zurückgeführtem Spaltprodukt tretenden ersten Lösungsmittels 3 wird in der Praxis sehr viel größer ist.
einzig entsprechend der Menge der in der eintretenden . .

Ausgangslösung 1 enthaltenen extrahierbaren Elemen- Beispiel

ten berechnet, ohne Berücksichtigung der durch das 15 A) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und in Waschen zurückgeführten Menge, da diese sehr gering einer der beigefügten Figur entsprechenden 16stufigen ist. Batterie von Misch- und Dekantiervorrichtungen wer-

Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele des den als Ausgangslösung 1 in die 8. Stufe 100 cm³ einer erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wobei die Rückextraktionslösung des ersten Kreislaufs einge-Durchfmßmengen in cm³/Std. angegeben sind. 20 führt, die unter Normaldruck durch Eindampfen kon-

. -I₁ zentriert wurde. Die Zusammensetzung dieser Lösung

^{B e} * ^s P^{x e} ^{l λ} ist wie folgt: U = 300 g/l, Pu = 700 mg/1 (davon

A) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und in 30 °/₀ ^mit der Wertigkeitsstufe VI, also weniger einer der beigefügten Figur entsprechenden Batterie extrahierbar als das mit der Wertigkeitsstufe IV) und von Misch-Dekantiereinrichtungen mit 18 Stufen führt 25 1,7 N HNO₃. Die Elemente U und Pu werden mit man in die 8. Stufe 100 cm³ einer Ausgangslösung 1 281 cm³ einer organischen Phase 3 extrahiert, die aus der folgenden Zusammensetzung ein: U = 150 g/l, 30°/₀ Volumenanteil Tributylphosphat in Dodecan Pu = 350 mg/1, Mo = 750 mg/1 und HNO₃ = 3 N. besteht und in die erste Stufe der Batterie eingeführt In die erste Stufe führt man 128 cm³ einer aus 30 % wird. Die mit Uran und Plutonium beladene organi-Volumanteil Tributylphosphat in Dodecan bestehen- 30 sehe Phase 4 wird anschließend in die 12. Stufe der den organischen Phase 3 ein. Die mit Uran und PIu- Batterie eingeführt. Diese organische Phase wird dann tonium beladene organische Phase 4 wird anschließend von der 12. bis zur 16. Stufe gewaschen. Das Waschen direkt in die 12. Stufe der Batterie eingeführt. Diese erfolgt im Gegenstrom mit 33 cm³ einer in der letzten organische Phase wird dann von der 12. bis zur 18. Stufe eingeführten 1,7 N-Salpetersäurelösung 5. Im Stufe gewaschen. Diese Waschung erfolgt mit 27 cm³ 35 Zusammenhang damit führt man in die 9. Stufe der einer 3 N-Salpetersäurelösung 5, die in die 18. Stufe Batterie 33 cm³ an weiterem organischem Lösungseingeführt werden. Im Zusammenhang damit führt mittel 12 (Tributylphosphat mit 30% Volumenanteil man in die 9. Stufe der Batterie 27 cm³ einer weiteren in Dodecan) ein, das den Hauptteil der in der zur organischen Phase 12 ein, die aus einer Lösung von 12. Stufe zurückkehrenden wäßrigen Waschphase 9 Tributylphosphat (30 Volumprozent) in Dodecan be- 40 enthaltenen extrahierbaren Elemente zurückextrahiert, steht und den Hauptteil der in der wäßrigen, von der Dieser zweite Lösungsmittelstrom 13 gelangt dann von 12. Stufe zurückkehrenden Waschlösung 9 enthaltenen der 11. zur 14. Stufe, wo er den 281 cm³ Lösungsmittel extrahierbaren Elemente zurückextrahiert. Dieser zweite beigemischt wird, die von der Hauptextraktion und Lösungsmittelstrom gelangt dann von der 11. Stufe der zweiten Waschung herkommen, und die Gesamtzur 14. Stufe, wo er den 128 cm³ des von der Haupt- 45 menge wird anschließend zwischen der 14. und der extraktion und der zweiten Waschung kommenden 16. Stufe zu Ende gewaschen. Nach dem Waschen verLösungsmittels beigemischt wird, und die Gesamt- läßt die beladene organische Phase 8 die Mischmenge wird dann zwischen der 14. und 18. Stufe der Dekantierbatterie. Während die abfließende wäßrige Schlußwaschung unterworfen. Am Ende verläßt die Phase 10 am anderen Ende der Batterie austritt. Unter beladene organische Phase 8 die Misch-Dekantier- 50 diesen Bedingungen, d. h. bei einem Durchflußmengenbatterie während die abfließende wäßrige Phase 10 verhältnis der Waschlösung zum Lösungsmittel von am anderen Ende der Batterie austritt. Unter diesen 0,105, beträgt die Plutoniumkonzentration in der nach Bedingungen, d. h. bei einem Durchflußmengenverhält- dem Waschen der organischen Phase, d. h. aus der nis der Waschlösung zum Lösungsmittel = 0,17 ist 9. Stufe der Batterie austretenden, in die Extraktion die Plutoniumkonzentration in der zur Extraktion 55 zurückgeführten wäßrigen Phase 9 mg/1,
zurückgeführten, d. h. die 9. Stufe der Batterie ver- B) Zum Vergleich wurde mit einer Lösung der lassenden wäßrigen Phase 9 gleich 0,3 mg/1. gleichen Zusammensetzung eine Gegenstromextrak-

B) Zum Vergleich wurde mit einer Lösung der tion unter den üblichen Bedingungen durchgeführt. In gleichen Zusammensetzung eine Gegenstromextrak- einer 16stufigen Batterie von Misch-Dekantiervorrichtion unter den üblichen Bedingungen durchgeführt. 60 tungen wurden in die 8. Stufe der Batterie 100 cm³

In eine aus 15 Stufen bestehende Misch-Dekantier- einer Uran und Plutonium enthaltenden wäßrigen Löbatterie werden auf der 8. Stufe der Batterie 100 cm³ sung eingeführt. Diese beiden Elemente wurden mit der das Uran und Plutonium enthaltenden wäßrigen 287 cm³ Lösungsmittel (Tributylphosphat in 30 °/₀ Ausgangslösung eingeführt. Diese beiden Elemente Volumenanteil in Dodecan) extrahiert, das in die erste werden mit 144 cm³ Lösungsmittel (30 °/₀ Volumen- 65 Stufe der Batterie eingeführt wurde. Dieses beladene anteil Tributylphosphat in Dodecan) extrahiert, das organische Lösungsmittel wurde anschließend zwirn die erste Stufe der Batterie eingeführt wird. Das be- sehen der 9. und 16. Stufe dieser Batterie mit 29 cm³ ladene organische Lösungsmittel wird anschließend einer 1,7 N-Salpetersäurelösung gewaschen.

Unter diesen Bedingungen, d. h. für ein Durchflußmengenverhältnis der Waschlösung zum Lösungsmittel von 0,101, betrug die Plutoniumkonzentration der in die Extraktion zurückgeführten, d. h. die 9. Stufe verlassenden, wäßrigen Waschphase 1170 mg/1. Es zeigt sich also, daß für ein Waschmengenverhältnis der gleichen Größenordnung der Anteil von in die Extraktion zurückgeführtem Spaltmaterial beim übfchen Verfahren viel größer ist.

IO

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Extraktion eines in einer wäßrigen Lösung enthaltenen Elements, insbesondere Plutonium oder Uran, wobei nacheinander das Element mit organischem Lösungsmittel extrahiert und das erhaltene beladene Lösungsmittel mittels einer wäßrigen Waschlösung gewaschen und diese wäßrige Waschlösung anschließend zusammen mit der wäßrigen Ausgangslösung zur Extraktion mit dem organischen Lösungsmittel zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Rückführung eine zweite Extraktion durchgeführt wird, in der das von der wäßrigen Waschlösung (9) mitgeführte Element mittels weiterem organischem Lösungsmittel (12) extrahiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschen des beladenen Lösungsmittels (4) in zwei aufeinanderfolgenden Stufen mittels der im Gegenstrom strömenden wäßrigen Waschlösung durchgeführt und das durch die zweite Extraktion beladene Lösungsmittel (13) dem Lösungsmittel (4) zwischen den aufeinanderfolgenden Waschstufen (6) und (7) beigemischt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen