DE1619763C - Verfahren zur Flussig Flussig Extrak tion - Google Patents

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 Extraktionsbedingüngen 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- so spiel angeführte Beschreibung betrifft die Extraktion handelnden wäßrigen Lösung zum Eingang der Exträk- von Uran und Plutonium,
tion zurückgeführt. Das beschriebene ,Verfahren ist in der beigefügten

Dieses Verfahren bereitet in der Praxis Schwierig- Figur schematisch gezeigt. Der Kreislauf des organikeiten, 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 rieu zugeführten Mengen an Elementen, son- Lösung von Tributylphosphat 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- 4° 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 abLösungsmittel 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 5° 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 lösung5 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. Mari erhält schließtonium beim Eintrittspunkt der Ausgangslösung in die lieh am Ausgang der... Hauptwaschstufe 7 das mit Extraktion führt. Dk es sich um spaltbares Material Plutonium und Uran beladene und von Spaltprodükten 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 Il 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 Hauptextrak-

gant^s be/cichnelcn Art erfindungsgemäß dadurch ge- tion. Das aus der zweiten Extraktion austretende be-

Jösl,, daß vor der Rückführung eine zweite Extraktion laderie organische Lösungsmittel 13 wird anschließend

im Gemisch mit dem aus der zweiten Wäschstufe 6 austretenden organischen Lösungsmittel zur Hauptwäschstufe 7 geführt. . "
''Einer der Hauptvorteile dieses Verfahrens besteht darin, daß die Anpassung der Lösungsmittejmenge an die Menge Ausgangslösurig unabhängig von den Merkmalen der Waschstufe ist und man kleinere Schwankungen in der Menge der Ausgangslösung zulassen _#kann, ohne daß dieses erhebliche Auswirkungen auf die Qualität des erhaltenen Endprodukts hat. Die Durchflußmenge des in die Hauptextraktionsstufe 2 eintretenden ersten Lösungsmittels 3 wird in der Praxis einzig entsprechend der Menge der in der eintretenden Äusgangslösung 1 enthaltenen extrahierbaren Elementen berechnet, ohne Berücksichtigung der durch das Waschen zurückgeführten Menge, da diese sehr gering

ist." ■ - ■ ' · ·■■■'· . '■.■',

Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wobei die Durchflußmengen in cm^a/Std. angegeben sind. . ,

B ei spiel 1

A) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und in einer der beigefügten Figur entsprechenden Batterie von Misch-Dekantiereinrichtungen mit 18 Stufen führt man in die 8. Stufe 100 cm³ einer Ausgangslösung 1 der folgenden Zusammensetzung ein: U = 150 g/l, Pu = 350 mg/1, Mo = 750 mg/1 und HNO₃ = 3 N. In die erste Stufe führt man 128 cm³ einer aus 30°/₀ Volumanteil Tributylphosphat in Dodecan bestehenden organischen Phase 3 ein. Die mit Uran und Plutonium beladene organische Phase 4 wird anschließend direkt in die 12. Stufe der Batterie eingeführt. Diese organische Phase wird dann von der 12. bis zur 18. Stufe gewaschen. Diese Waschung erfolgt mit 27 cm³ einer 3 N-Salpetersäurelösung 5, die in die 18. Stufe eingeführt werden. Im Zusammenhang damit führt man in die 9. Stufe der Batterie 27 cm³ einer weiteren organischen Phase 12 ein, die aus einer Lösung von Tributylphosphat (30 Volumprozent) in Dodecan besteht und den Hauptteil der in der wäßrigen, von der 12. Stufe zurückkehrenden Waschlösung 9 enthaltenen extrahierbaren Elemente zurückextrahiert. Dieser zweite Lösungsmittelstrom gelangt dann von der 11. Stufe zur .14. Stufe, wo er den 128 cm³ des von der Hauptextraktion und der zweiten Waschung kommenden Lösungsmittels beigemischt wird, und die Gesamtmenge wird dann zwischen der 14. und 18. Stufe der Schlußwaschung unterworfen. Am Ende verläßt die beladene organische Phase 8 die Misch-Dekantierbatterie während die abfließende wäßrige Phase 10 am anderen Ende der Batterie austritt. Unter diesen Bedingungen, d. h. bei einem Durchflußmengenverhältnis der Waschlösung zum Lösungsmittel = 0,17 ist die Plutoniumkonzentration in der zur Extraktion zurückgeführten, d. h. die 9. Stufe der Batterie verlassenden wäßrigen Phase 9 gleich 0,3 mg/1.

B) Zum Vergleich wurde mit einer Lösung der gleichen Zusammensetzung eine Gegenstromextraktion unter den üblichen Bedingungen durchgeführt.

In eine aus 15 Stufen bestehende Misch-Dekantierbatterie werden auf der 8. Stufe der Batterie 100 cm³ der das Uran und Plutonium enthaltenden wäßrigen Ausgangslösung eingeführt. Diese beiden Elemente werden mit 144 cm³ Lösungsmittel (30% Volumenanteil Tributylphosphat in Dodecan) extrahiert, das in die erste Stufe der Batterie eingeführt wird. Das beladene organische Lösungsmittel wird anschließend zwischen den 9. und 15. Stufen dieser Batterie mit 14cm³ einer 3 N-Salpetersäurelösung gewaschen.

Unter diesen Bedingungen, d. h. für ein Durchflußmengenverhältnis der Waschlösung zum Lösungsmittel von 0,097 beträgt die Plutoniumkonzentration der zur Extraktion gelangenden, d. h. die 9. Stufe verlassenden wäßrigen Phase 321 mg/1.

Es zeigt sich also, daß bei den üblichen Verfahren

und trotz einer verhältnismäßig geringeren Waschung

ίο als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Menge an in die Extraktion zurückgeführtem Spaltprodukt sehr viel größer ist.

B e i s pi el 2

A) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und in einer der beigefügten Figur entsprechenden löstufigen Batterie von Misch- und Dekantiervorrichtungen werden als Ausgangslösung 1 in die 8. Stufe 100 cm³ einer Rückextraktionslösung des ersten Kreislaufs einge-

ao führt, die unter Normaldruck durch Eindampfen konzentriert wurde. Die Zusammensetzung dieser Lösung ist wie folgt: U = 300 g/l, Pu = 700 mg/1 (davon 30% mit der Wertigkeitsstufe VI, also weniger extrahierbar als das mit der Wertigkeitsstufe IV) und 1,7 N HNO₃. Die Elemente U und Pu werden mit 281 cm³ einer organischen Phase 3 extrahiert, die aus 30% Volumenanteil Tributylphosphat in Dodecan besteht und in die erste Stufe der Batterie eingeführt wird. Die mit Uran und Plutonium beladene organisehe Phase 4 wird anschließend in die 12. Stufe der Batterie eingeführt. Diese organische Phase wird dann von der 12. bis zur 16. Stufe gewaschen. Das Waschen erfolgt im Gegenstrom mit 33 cm³ einer in der letzten Stufe eingeführten 1,7 N-Salpetersäurelösung 5. Im Zusammenhang damit führt man in die 9. Stufe der Batterie 33 cm³ an weiterem organischem Lösungsmittel 12 (Tributylphosphat mit 30% Volumenanteil in Dodecan) ein, das den Hauptteil der in der zur 12. Stufe zurückkehrenden wäßrigen Waschphase 9 enthaltenen extrahierbaren Elemente zurückextrahiert. Dieser zweite Lösungsmittelstrom 13 gelangt dann von der 11. zur I⁴ Stufe, wo er den 281 cm³ Lösungsmittel beigemischt wird, die von der Hauptextraktion und der zweiten Waschung herkommen, und die Gesamtmenge wird anschließend zwischen der 14. und der 16. Stufe zu Ende gewaschen. Nach dem Waschen verläßt die beladene organische Phase 8 die Misch-Dekantierbatterie. Während die abfließende wäßrige Phase 10 am anderen Ende der Batterie austritt. Unter diesen Bedingungen, d. h. bei einem Durchflußmengenverhältnis der Waschlösung zum Lösungsmittel von 0,105, beträgt die Plutoniumkonzentration in der nach dem Waschen der organischen Phase, d.h. aus der 9. Stufe der Batterie austretenden, in die Extraktion zurückgeführten wäßrigen Phase 9 mg/1.

B) Zum Vergleich wurde mit einer Lösung der gleichen Zusammensetzung eine Gegenstromextraktion unter den üblichen Bedingungen durchgeführt. In einer 16stufigen Batterie von Misch-Dekantiervorrichtungen wurden in die 8. Stufe der Batterie 100 cm³ einer Uran und Plutonium enthaltenden wäßrigen Lösung eingeführt. Diese beiden Elemente wurden mit 287 cm³ Lösungsmittel (Tributylphosphat in 30% Volumenanteil in Dodecan) extrahiert, das in die erste Stufe der Batterie eingeführt wurde. Dieses beladene organische Lösungsmittel wurde anschließend zwischen der 9. und 16. Stufe dieser Batterie mit 29 cm.³ einer 1,7 N-Salpetersäurelösung gewaschen.

Unter diesen Bedingungen, d. h. für ein Durchflußmengenverhältnis der Waschlösung zum Lösungsmittel von OjIOl, betrug die Plutoniumkonzentration der in die. Extraktion zurückgeführten, d. h. die 9. Stufe verlassenden, wäßrigen Waschphase 117Ö 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.

Claims (2)

. 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 Waschlcsung (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