DE2167115C3 - Kontinuierliches Verfahren zur Aufarbeitung von Uranylnitrat zu Urantetrafluorid - Google Patents

Kontinuierliches Verfahren zur Aufarbeitung von Uranylnitrat zu Urantetrafluorid

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DE2167115C3
DE2167115C3 DE19712167115 DE2167115A DE2167115C3 DE 2167115 C3 DE2167115 C3 DE 2167115C3 DE 19712167115 DE19712167115 DE 19712167115 DE 2167115 A DE2167115 A DE 2167115A DE 2167115 C3 DE2167115 C3 DE 2167115C3
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G43/00—Compounds of uranium
    • C01G43/04—Halides of uranium
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Description

Über Leitung 1 wird der Vorratsbehälter 2 für den Anolyten mit frischer Uranylnitratlösung versorgt. Über Leitung 3 kann ebenfalls der Vorratsbehälter 4 für den Katholyten mit Uranylnitratlösung versorgt werden. Die Leitungen 5 bzw. 6 ermöglichen die Versorgung des Anoden- bzw. Kathodenraumes der Elektrolysezelle 7 mit der Anolyt- bzw. Katholytlösung. Die Einspeisung frischer Uranylnitratlösung in die Elektrolysezelle erfolgt teilweise über den Anolyten, teilweise zusammen mit einem Teil der Mutterlauge aus der Urantetrafluoridfällung als Katholyt. In 7 erfolgt die elektrolytische Reduktion der Uranylnitratlösung. Die reduzierte Uran-(IV)-ionenhaltige Lösung wird in die Vorrichtung 8 übergeführt, wo mittels über 9 eingeführter Flußsäure die Fällung von Urantetrafluorid vorgenommen wird. Nach Überführen in die Filtriervorrichtung 10 wird dort UF4-Hydrat abgetrennt, in der Trockenvorrichtung 11 getrocknet, in der Kalciniervorrichtung 12 kalciniert und in dem Vorratsbehälter 13 gelagert. Von der bei der Filtration in 10 anfallenden salpetersauren und flußsäurehaltigen Mutterlauge der Urantetrafluoridfällung wird der eine Teil über Leitung 14 dem Katholytvorratsbehälter 4 zugeführt, der andere Teil über die Leitung 15 in eine Extraktionsanlage 16 geführt, in der nicht reduziertes Uranylnitrat extrahiert und über Leitung 17 in eine Eindampfvorrichtung 18 gelangt. Die bei der Extraktion in 16 zurückbleibenden sauren Abfall-Lösungen, die kein Uran mehr enthalten bzw. das beim Eindampfvorgang in 18 anfallende Wasser werden über Leitungen 19 bzw. 20 in eine Sammelvorrichtung 21 geführt. Extrahiertes, gereinigtes Uranylnitrat aus IfI kann über Leitung 22 dem Vorratsbehälter 2 für die Anolytlösung wieder zugespeist werden.
Als Elektrolysezelle wird vorzugsweise eine Elektrolysezelle gemäß DE-OS 2146 262 eingesetzt. Da erfindungsgemäß mit der in den Katholyten zurückgeführten Mutterlauge Flußsäure in den Katholyten eingeführt wird, müssen Kathode und Diaphragma flußsäurebeständig ausgebildet sein. Als Kathode geeignet ist Graphit. Als Diaphragma geeignet sind poröse Sinterkorundmaterialien oder organische poröse Membranen.
Als Elektronenmaterial für die Anode haben sich bisher ausschließlich Metalle der Platingruppe, bzw. mit diesen Metallen belegte Materialien, bewährt.
Der Katholyt muß einen Stabilisator gegen im Laufe der Reaktion gebildete mehr oder weniger geringe Mengen salpetriger Säure enthalten, da salpetrige Säure andernfalls gebildete Uran-(IV)-ionen reoxidieren würde. Vorzugsweise werden hierzu in bekannter Weise dem Katholyten Hydrazin oder Aminosulfonsäure zugesetzt
Die Zusammensetzung des Katholyten kann zwischen ca. 0,5 bis 6 Mol/l, vorzugsweise 1 bis 4 Mol/l Salpetersäure, 0,2 bis 2,0 Mol/l, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Mol/l Uran, 0 bis 1,0 Mol/l, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Mol/1 Fluorwasserstoffsäure und 0,1 bis 0,5 Mol/l Stabilisator schwanken.
Der Anolyt kann aus allen mit dem Katholyten
verträglichen Elektrolyten bestehen, soll jedoch möglichst kein Fluorid sowie Hydrazin enthalten. Er entspricht in seiner Zusammensetzung vorzugsweise der des Katholyten oder freier Salpetersäure. Es kann eine 0,1 bis 14 molare, vorzugsweise 0,5 bis 5 molare Salpetersäure verwendet werden.
Die Elektrolysezelle wird vorzugsweise mit Stromdichten zwischen etwa 3000 bis 4000 A/m2 Kathodenfläche betrieben, jedoch sind maximale Stromdichten von 5000 A/m2 Kathodenfläche ohne nennenswerte Wasserstoffabscheidung und einen Verbrauch von weniger als 0,02 Mol Hydrazin pro Mol Uran-(IV)-nitrat möglich.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Aufarbeitung von Uranylnitrat zu Urantetrafluorid durch Überführung von Uran-(VI)- j ionen in Uran-(IV)-ionen in salpetersaurer Lösung in einer Diaphragma-Elektrotysezelle, Fällung der Uran-(IV)-ionen mittels Flußsäure, Abtrennen des Urantetrafluorid-Hydrats, Trocknen und Kalzinieren, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Fällung und Abtrennung erhaltene Salpetersäure-, Flußsäure- und Uranylnitrat-haltige Mutterlauge zu einem Teil in den Katholyten der Elektrolysezelle zurückgeführt wird und zum anderen Teil in eine Extraktionsanlage geführt wird, in der nicht reduziertes Uranylnitrat extrahiert und nach Eindampfen der Extraktionslösung in den Anolyten zurückgeführt wird, wobei die bei der Extraktion anfallenden uranfreien sauren Abfall-Lösungen und das beim Eindampfen anfallende Wasser einem Sammler zugeführt werden.
    Uranylnitrat fällt bei der Aufarbeitung bestrahlter Kernbrennelemente an. Zur weiteren Aufarbeitung von Uranylnitrat zu Urantetrafluorid ist es bekannt, die Uran-(VI)-ionen zunächst durch elektrolytische Reduktion in Uran-(IV)-ionen gemäß der Reaktionsgleichung
  2. 2 UO2(NO3J2 + 4 HNO3-2 U(NO3J4 + 2 H2O + O2 (elektrolytische Gesamtreaktion)
    zu überführen und aus der erhaltenen Urannitratlösung durch Zugabe von Flußsäure Urantetrafluorid zu fällen.
    Zur Gewährleistung einer wirtschaftlichen Aufarbeitung wird die elektrolytische Reduktion mehrstufig durchgeführt, indem die Reduktion in der ersten Stufe beispielsweise nach 80%igem Umsatz abgebrochen wird und die Reduktion des restlichen Uran-(VI) in nachgeschalteten Stufen durchgeführt wird. Jedoch wird der Wirkungsgrad der Elektrolyse mit abnehmender Konzentration immer ungünstiger, so daß die nach Fällung und Abtrennung des Urantetrafluorids erhaltene Mutterlauge noch Uranylnitrat enthält, die weiter aufgearbeitet werden muß.
    Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Aufarbeitung von Uranylnitrat zu Urantetrafluorid durch Überführung von Uran-(VI)-ionen in Uran-(IV)-ionen in salpetersaurer Lösung in einer Diaphragma-Elektrolysezelle, Fällung der Uran-(IV)-ionen mittels Flußsäure, Abtrennen des Urantetrafluorid-Hydrats, Trocknen und Calcinieren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die bei Fällung und Abtrennung erhaltene Salpetersäure-, Flußsäure- und Uranylnitrat-haltige Mutterlauge zu einem Teil in den Katalyten der Elektrolysezelle zurückgeführt wird und zum anderen Teil in eine Extraktionsanlage geführt wird, in der nicht reduziertes Uranylnitrat extrahiert und nach Eindampfen der Extraktionslösung in den Anolyten zurückgeführt wird, wobei die bei der Extraktion anfallenden uranfreien sauren Abfall-Lösungen und das beim Eindampfen anfallende Wasser einem Sammler zugeführt werden.
    Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Figur näher erläutert. Die in der Figur angegebenen Ziffern kommt im einzelnen folgende Bedeutung zu:
    1 Uranylnitratzufuhr
    2 Anolyt-Vorratsbehälter
  3. 3 Speiseleitung für Katholyt-Vorratsbehälter
  4. 4 Katholyt-Vorratsbehälter
  5. 5 Anolyt-Zuleitung
  6. 6 Katholyt-Zuleitung
  7. 7 Diaphragma-Elektrolysezelle
  8. 8 UF4-Fällung
  9. 9 HF-Zuleitung
  10. 10 Filtriervorrichtung
  11. 11 Trockenvorrichtung
  12. 12 Kalciniervorrichtung
  13. 13 UF4-Lager
  14. 14 Mutterlauge zum Katholyt-Vorratsbehälter
  15. 15 Mutterlauge zur Extraktionsanlage
  16. 16 Extraktionsanlage
  17. 17 extrahiertes Uranylnitrat
  18. 18 Eindampfvorrichtung
  19. 19 saure Abfall- Lösungen
  20. 20 Wasser aus Eindampfung
  21. 21 Sammelvorrichtung
  22. 22 extrahiertes, gereinigtes Uranylnitrat
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