DE2126208B2 - Verfahren zum Trennen von Neptunium und Plutonium - Google Patents

Description

— Die Anwesenheit von Sulfationen in den Abwäs-

sern stört bei den folgenden Verfahrensgängen

²⁵ (Extraktion des Plutoniums nach P.ückoxydation

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen und anschließende Lagerung der Abwässer);

von Ne_Ptunium^gvon Plutonium durch Flüssig-Flüssig- " »S™^™SnT$?££%£$

Extraktion, das insbesondere fur d.e Gewinnung von Komplexbildung, gestaltet also die Reduktion des Neptunium 237 aus Ablaugen von Fabriken zur 30 _Pi_utoiii_{ums (}iv) in der wäßrigen Phase schwieriger Behänd ung bestrahlter Kernbrennstoffe und zur als in reinem salpetersaurem Milieu;

«-Strahlenquellen bestimmte Neptunium muß von noch

vorhandenen Spuren störender Plutoniumisotope be- Aus diesen Gründen empfiehlt es sich, die Gegenwart

freit werden. von Sulfationen zu vermeiden.

Die Trennung des Neptuniums von Plutonium erfolgt 40 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in

im allgemeinen nach Auflösung in stark saurem Milieu salpetersaurem reduzierendem Milieu ablaufendes

durch selektive Extraktion des einen dieser Elemente Trennverfahren zu schaffen, das einen wesentlich

mittels eines organischen Lösungsmittels, insbesondere höheren Dekontaminierungsfaktor des Neptuniums an

mittels tertiärer Amine, welche eine starke Affinität für Plutonium erreicht

die löslichen Nitratkomplexe der 4wertigen Elemente 45 Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren der

aufweisen. Um die Extraktion selektiv zu gestalten, wird im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art,

entweder das Plutonium zur 3wertigen Stufe reduziert das dadurch gekennzeichnet ist, daß man der organi-

oder das Neptunium zur 5wertigen Stufe oxydiert, da sehen Phase vor dem Waschen mit der wässerigen

diese Elemente in solcher Form nicht mehr extrahierbar Eisen(l I)-SaIz als reduzierendes Agens enthaltenden

sind. 50 Lösung Dekansäure zusetzt.

Die selektive Extraktion des Plutoniums in oxydieren- Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteran-

dem Milieu erfordert schwierig durchzuführende Sprüchen angegeben.

Maßnahmen zur Einstellung des Milieus, und es ist auf Der Zusatz von Dekansäure der Formel

diese Weise kaum möglich, eine gute Dekontaminierung CHtiCH ) COOH

des Plutoniums und Neptuniums zu erreichen. 55 * ²'⁸

Daher ist bereits bisher die selektive Extraktion des zur das Neptunium und einen geringen Teil des Neptuniums in reduzierendem Milieu bevorzugt wor- Plutoniums enthaltenden organischen Phase ermöglicht

den. Diese führt jedoch zu einem noch unbefriedigenden die Herabsetzung des Verteilungskoeffizienten des

Dekontaminierungsfaktor des Neptuniums an Plutoni- 4wertigen Plutoniums in der Waschstufe, was die

um, der im allgemeinen zwischen 10 und 150 liegt bo Rückextraktion eines erheblichen Teils des im organi-

Die Schwierigkeit liegt darin, die geringe Menge sehen Lösungsmittel vorhandenen Plutoniums durch die Plutonium selektiv rückzuextrahieren, die mit dem wässerige Waschlösung und eine wirksame Reduktion Neptunium in das organische Lösungsmittel mitgerissen des Plutoniums durch das in dieser wässerigen Lösung

wurde. Diese Schwierigkeit der Rückextraktion beruht enthaltene Reduktionsmittel ermöglicht,

auf der starken Affinität der Alkylammoniumnitrate für 65 Die folgenden Beispiele erläutern die Arbeitsweise

die 4wertigen Elemente, die eine sehr ungünstige des erfindungsgemäßen Verfahrens und zeigen die

Wirkung auf die Kinetik der Reduktion des Plutoniums gegenüber den bisherigen Verfahren erreichte Verbes-

/T\/\ ^iio^K Ata Cican /)I\ Cilia K·»* Pc cinri ZWCϊ 55Π1Π*^Τ uSf ΧΓ£ΠΓΪϋΠ^ίΤ (JCS N C^lUH JU ΓΪΪ5 uHu PHi**"*!!'¹"**·¹

Im Beispiel 1 wurde der Einfluß der Dekansäurekonzentration auf die Verteilungskoeffizienten des Neptuniums und Plutoniums in einer 10 Volumenprozent Trilaurylamin (TLA) in tert Butylbenzol enthaltenden Lösung untersucht

Das Beispiel 2 beschreibt die Durchführung des Verfahrens in einer Misch-Dekantierbatterie gemäß der schematischen Zeichnung.

Beispiel 1
Die organische Phase, 0,16 M Trilaurylaminnitrat und

10 Konzentration, die mit Neptunium (IV) und Plutonium (III) beladen ist, wird in Berührung gebracht mit einer wäßrigen Phase der folgenden Zusammensetzung:

IN an HNO₃
0,lManFe(SO3NH2)2
0,1 M an NH₂ -NH₂

In der folgenden Tabelle I ist die Veränderung der Verteilungskoeffizienten des Neptuniums (IV), der Mischung Plutonium (HI)-Phitonium (IV), sowie die

KdNp

daraus folgende Veränderung des Trennfaktors

KdPu

Dekansäure in einer zwischen 0 und 0,5 M veränderten angegebea Tabelle I

(Organische Phase: TLA 10% und verschiedene Konzentrationen Dekansäure)

Dekansäure
OM

0,125 M 0,25 M

0,J75 M

0,5 M

KdNp
KdPu
_KdNp
KdPu

37
7,15

5,18

6,6 0,228

29 2,15
0,054

39,8 1,12
1,53·10~²

73,2

0,58
21Ο"³

290

Wäßrige Lösung:

40

Organische Phase:

45

Die gemeinsame Wirkung der Reduktionskraft des Fe(II) und der Herabsetzung der Verteilungskoeffizienten der 4wertigen Stufen der Elemente durch Zusatz von Dekansäure zum Trilaurylamin bewirkt, daß sich der Verteilungskoeffizient des Plutoniums deutlich 35 Tabelle II rascher verringert als der des Neptuniums, so daß der Ί rennfaktor dieser beiden Elemente ansteigt

Tabelle I zeigt, daß eine leichte Trennung mit einem Trennfaktor über 50 bei einer Dekansäurekonzentration gleich oder über 0,3 M möglich ist

Beispiel 2

Eine 4,8 g/l Plutonium und 0,64 g/l Neptunium enthaltende Lösung wurde im Gegenstrom in einer 20-Stufen-Misch-Dekantierbatterie behandelt

Die Lösung wurde zuvor zwei Stunden bei 6O⁰C mit Hydrazin (0,05 M/l) behandelt um das Plutonium zur Stufe III zu reduzieren. Das Neptunium wird nicht reduziert und bleibt bei der Wertigkeitsstufe IV. Unmittelbar vor der Verwendung werden der Lösung 0,05 Mol/I Eisen-II-Sulfamat zugesetzt wobei das Verhältnis Fe²+/Fe³+ dann den Wert des Verhältnisses Pu (IliyPu (IV) in der wäßrigen Lösung festlegt

Die Extraktion wird in 10 Stufen mittels einer Lösung von 0,16 M Trilaurylaminnitrat in tert. Butylbenzol durchgeführt.

Das Waschen wird in 10 Stufen mittels einer wäßrigen Lösung der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:

HNO₃:2 N
Fe(SO₃NH₂)₂:0,05 M

In den letzten 6 Stufen wird die organische Phase auf einen Gehalt von 0,16 M Trilaurylamin und 0,31 M Dekansäure eingestellt, indem auf der vierten Waschstufe ein kleines Volumen 2M Dekansäure in Lösung in der 10%igen Trilaurylaminlösung im tert Butylbenzol zugesetzt wird. Das Flüssig-Flüssig-GegenstromextraknsuSCn in ucr iigur Die Arbeitsbedingungen sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt:

Waschlösung:

Organische
Waschphase:

HNO₃

NH₂-NH₂

Fe(SO₃NH₂)₂

Np

Pu

Durchsatz

TLAHNO₃0,16Mim

tert Butylbenzol

Durchsau =

HNO₃

Fe(SO₃NH₂)₂
Durchsatz =

2N

0,05 M 0,05 M 0,64 g/l 4,8 g/l 59 ml/Std.

19,7 ml/Std. 2N 0,05 M 5,9 ml/Std.

TLAHNO₃
Dekansäure 2 M
im tert Butylbenzol

= 0,16 M

Durchsatz

= 3,6 ml/Std.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III zusammengefaßt:

Tabelle III
Konzentration des Extrakts:

Konzentration des Raffinats:

₆₅ Ausbeute an Np: FD an Pu:

Np-= 1,64 g/l

Pu = O,125xlO-³-g/l

Np < 0,006 g/l Pu = 4,1 g/l 0,99
10⁵

tigcL/iiia

Verhältnis der
Aktivität

Np/Pu

FD (Dekontaminierungskator)

1	131	1
2	133	2,03
3	65,4	3,32
4	19,7	2,5
5	7,8	3
6	2,6	5,3
7	0,49
10	0,114
	0,07

Es sei bemerkt, daß der Dekontaminierungsfaktor noch verbessert werden kann, entweder durch Erhöhung des Durchsatzes der Waschlösung oder durch Erhöhung der Zahl der Waschstufen.

Der Gesamtdekontaminierungsfaktor von ungefähr 10⁵ (0,98-10⁵) wurde ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen weder hinsichtlich der vorangehenden Reduktior des Plutoniums und der Festlegung des Verhältnisse! Plutonium (III)/Plutonium (IV) (durch Zugabe vor handelsüblichem Eisen(l I)-SuIfamat) noch hinsichtlich des Alters der reduzierenden Waschlösung erreicht.

Durch Anwendung von Maßnahmen, um das Verhältnis Fe²⁴VFe³⁺ auf den geringstmöglichen Wert festzulegen, kann die Trennung Np/Pu mit Gewißheit mit einen-Dekontaminierungsfaktor wesentlich über 10⁵ durchgeführt werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen vor allem in folgendem:

— wesentliche Verbesserung des Dekontaminierungsfaktors (iö⁵ gegenüber bestenfalls iö³ bei den bisherigen Verfahren);

— Einfachheit der Bedingungen der Herstellung der Lösungen und Festlegung der Werte;

— Abwesenheit jedes Komplexbildungseinflusses auf das nicht extrahierte Plutonium (III), was alle folgenden Behandlungen erleichtert;

— kein Einfluß der Dekansäure auf den extrahierten Teil des Gegenstroms.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Methoden bekannt, um die selektive Rückextraktion des Patentansprüche: Plutoniums zu verbessern. Die erste Methode besteht darin, die organische

1. Verfahren zum Trennen von Neptunium und Phase mit Neptunium zu sättigen, welches den Plutonium, die in salpetersauren Lösungen enthalten 5 Verteilungskoeffizienten der 4wertigen Elemente hersind, wobei man die Ausgangslösung mit Eisen(ll)- absetzt und damit eine Erhöhung der Kinetik der Salz reduzierend einstellt, aus dieser mit einer Reduktion des Plutonium (IV) ermöglicht Diese organischen Phase, die aus Trilaurylamin gelöst in Methode ist nur anwendbar für die Behandlung von einem inerten Lösungsmittel besteht, das Neptunium bestrahlten Targets, wo die Konzentration an Neptuniin der 4wertigen Stufe extrahiert und anschließend 10 mn und Plutonium in der Speiselösung hoch ist

die organische Phase mit einer wäßrigen Eisen(II)- Die zweite Methode besteht darin, das organische

Salz als reduzierendes Agens enthaltenden Lösung Lösungsmittel durch Berührung mit einer wäßrigen wäscht, dadurchgekennzeichnet, daß man reduzierenden Schwefel-Salpetersäure-Lösung zu wader organischen Phase vor dem Waschen mit der sehen, wobei der Zusatz von Sulfationen die Komplexwäßrigen Eisen(II)-Salz als reduzierendes Agens 15 bindung des Plutoniums und seinen teilweisen Obergang enthaltenden Lösung Dekansäure zusetzt in die wäßrige Phase, #0 es reduziert wird, bewirkt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Die Gegenwart von Sulfationen in der wäßrigen zeichnet, daß die Dekansäurekonzentration in der Phase erleichtert also ebenso wie die Sättigung der organischen Phase mindestens 0,3 M beträgt organischen Phase die Reduktion von Plutonium (IV) zu

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 20 Plutonium (III) durch Herabsetzung der Verteilungskogekennzeichnet, daß das Eisen(II)-Salz Eisen(II)- effizienten. Diese Methode weist jedoch zahlreiche Sulfamat ist Nachteile auf: