DE2617968A1 - Verfahren zur aufarbeitung von bei der herstellung von brenn- und/oder brutstoffen fuer kernreaktoren anfallendem ammoniumnitrat - Google Patents

Description

Ksrnforschun&Sdnlags Julien Gesellschaft mit üuschränkter Haftun;

Vsrfanran zur Aufarbeitung von bei der Herstellung von Brenn- und/oder Drutatoffen für Kernreaktoren anfallen dam Ammoniumnitrat

Liia Erfindung bezieht sich auf sin Verfahren zur Aufarbeitung von LjI der Herstellung von Brenn- und/oder Brutatoffen für Kernreaktoren anfallendam Ammoniumnitrat.

:Jei einer Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von Kernbrennstoffen fällt als [Nebenprodukt Amirioniumnitrat an. So wird L-aispislawaisB samäB den nachfolgend angegebenen Reaktions^l jichun^an durch Atirnoniak aus LJranyInitrat - oder Thoriurnnitratlüsun^un - das sogenannte "Amrnoniumdiuranat" oder Thoriurnhydroxid aus^afällt.

2 UO₂CiJO₃)₂ + E NIl₄OH >- (NH₄J₂U₂O₇ +· 4 NH₄Nu₃ + 3 H₃O

TH(NO₃J₄ 4- 4 NH₄OH > TH(OH)₄ ^ 4 NH₄NO₃

Die ausjefälltan Uran- bzw. Thoriumverbindungen werden zu oxidinchen Brann- und/oder Srutstoff* η wsiterverarbeitet, wie siü für den Einagtz in Laistun^srüakturan erforderlich sind. [Jas bei djn vor anannten Reaktionün als ijubenprodukt sntote-

- 2 ¹T 1.33ο '

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hsniJt-j Ammoniumnitrat füllt dabei in radiuaktiv kuntaminiurl.-.r Form an, so C- aina in der Technik gebräuchliche Ver-■-. .ncunjj des Arnmüniu,.initrüts beispislew..jiBe als Liün^amittL.1 nijht m'"i",lich ist. Auch eins Ableitung djr Ammoniumnitrat -inthaltanrien Lönun-jn in aus Abwa3ü,".rnutz ia t ViJ₁₁Gn der Gbf''nrdun,, der Umwalt durch iiadiaaktivitüt nicht zulosai^. L¹ gi dfjr üblichan Dekantanination von radioaktiv verseuch-Ι:εγ,ι Vj₁' »Sijir uui-ch Verdampf an urm KonUGriäierün sturt zuqbm ..us Ärnrnoniur.miti-jt utu der Weitiärv^.rarjüi tun^ und Fixiurun_ i;üj Rück.-; cun..'.i.j dur Verdampf un_tJ, Jd jg unter bBstii:irn- z in LJm:. ^ind.in zu. ι üx^losiven Zerfall ru-ji^t uriü otari; oxi-■■-. J .-I^--J η J './irk I.

/.Hü J-.;r iJt-Oi; 1 ^r;21 1i.i1 i,:,t ein Vei'fanrün zur v-üit .:-.·ϊ r.Ljη, νηη Lui ;.lc;r Heratyllun^ van KGrrurenn^tof f en anfal 1 > -11 d G 1.1 Ann it. η ί uiiini trdt bükanrit, nach dein uüb Arrmiuniui.initra L tii.-.rr.-.iLieh zu Uaj::ur und Liiotickatoffhionoxid zareeezt wiru, ;iaä in .iiü Atmosphäre ai-j^ütjebün wird. Von uachtöil iut j ü-■ .:ouh, üa.l ns ijabüi zur uilduri^ ^ifti^er Stickstoffaxiüu küniiiit und da!3 nuiiardeni durch die thermische Zereüczunj diu

Aus "Chemistry anJ industry" 1GE4, Seite 2n1b ist ein Verfahren zur Weiterverarbeitung vun Ammoniumnitrat beKannt, Jas darin bestellt, J a Ij uas Ammoniumnitrat durch Linwirken von KiJTii 'S'.'Jaaser zerset::t wird. Auen hierbei entsteht JbuQc'i ein giftiges Gasgemisch, das ebenfalls an die Atmosphäre ab^e^eben wird. Aus US.-Report Y-UA-5ü1o (1974) ist ferner ein Verfahren bekannt, bei den durcn biolo₀isctie Denitrifikation das Anmoni uinni trat zersetzt VJird. rJacnteili^

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ist hierbei außer der sehr langsamen Reaktionsgeschwindigkeit, daß die Voraussetzung eines anaeroben Reaktionsmilieus gegeben sein muß. Allen bekannten Verfahren ist zudem der Nachteil gemeinsam, daß das Ammoniumnitrat in Abbauprodukte zerlegt wird, die nicht weiter verwendbar sind. Im Falle der Verfahren, in denen das Ammoniumnitrat auf chemische Weise zersetzt wird, kommt noch der laufende Verbrauch von Chemikalien hinzu.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Aufarbeitung von bei der Herstellung von Brenn- und/oder Brutstoffen für Kernreaktoren anfallendem Ammoniumnitrat zu schaffen, bei dem das Ammoniumnitrat auf wirtschaftliche Weise abgebaut wird, ohne daß schädliche Abfallprodukte an die Umwelt abgegeben werden müssen und wobei Produkte erhalten werden, die in Herstellungsverfahren für Brennstoffe wiederverwendbar sind.

Diese Aufgabe wird nach einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der das Ammoniumnitrat enthaltenden Lösung zur Bildung von Ammoniak ein basisches Metalloxid oder Metal!hydroxid unter Erhitzen der Lösung auf etwa 1OO°C zugegeben wird, wobei das gemäß einer der Reaktionsgleichungen

2 NH₄NO₃ + Me(OH)₂ —Y Me(NO₃J₂ + 2 NH₃ + H₃O oder

2 NH₄NO₃ + MeO > Me (NO₃) ₂ + 2 NH₃ + H₃O

gebildete Ammoniak durch Abdampfen von dem ebenfalls ge-

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bildeten Metallnitrat abgetrennt wird und im Anschluß daran die so gebildete Nitratlösung eingetrocknet und das Metallnitrat gemäß den formalen Reaktionsgleichungen

Me (NO₃)₂ > MeO + 2 NO₂ +

^ O₂ + 2 NO₂ > N₂O₅

thermisch zu Metalloxid und Stickoxiden zersetzt wird, worauf die Stiffoxide in an sich bekannter Weise zu Salpetersäure weiterverarbeitet werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist gefahrlos durchführbar. Denn das Ammoniumnitrat, das bei starkem Erhitzen zu explosionsartigem Zerfall neigt, wird gemäß der Erfindung bei der relativ niedrigen Temperatur von etwa 100 bis 110 C zu Metallnitrat umgesetzt, das völlig gefahrlos einer Kalzinierung bei hohen Temperaturen unterworfen werden kann. Hinzu kommt, daß alle bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung bei der Zersetzung des Ammoniumnitrats gewonnenen Produkte zur Herstellung oder Wxederaufarbextung von Kernbrenn- und/oder Brutstoffen verwendet werden können und das verwendete Metalloxid vollständig rezykliert wird. Denn während das als Zersetzungsprodukt anfallende Metalloxid wieder zur Zersetzung von Ammoniumnitrat verwendet wird, wird Ammoniak auf einfache Weise in Form einer wässrigen Lösung für die Herstellung von Brenn- und/oder Brutstoffen wiederverwendet, ir\jdem es für Fällungen von "Ammoniumdiuranat" und Tho-

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riumhydroxid eingesetzt wird. Auch die ebenfalls als Zersetzungsprodukt anfallende Salpetersäure wird zum Lösen von üranoxid beispielsweise bei der Wiederaufarbeitung von bestrahlten Kernbrennstoffen verwendet.

Ausführungsbeispiel

In ein mit einem Rührwerk ausgestattetes und beheizbares Reaktionsgefäß wurden 100 Liter einer wässrigen Ammoniumnitratlösung der Konzentration 250 g/l = 3,12 Mol/l eingefüllt. Zu dieser Lösung wurden anschließend 9,63 kg feingepulvertes Calciumoxid (0,55 Mol/Mol NH₄NO-.) portionsweise unter intensivem Rühren hinzugefügt. Die so erhaltene Suspension wurde sodann gleichfalls unter heftigem Rühren innerhalb einiger Minuten zum Kochen erhitzt, wobei Ammoniak gemeinsam mit Wasserdampf abgedampft wurde. Nach 25 bis 30 Minuten war Ammoniak quantitativ mit einer Ausbeute von 99,96 % des theoretischen Wertes aus der Lösung freigesetzt.

Die auf diese Weise entstandene etwa 6 molare wässrige Ammoniaklösung wurde in einem Sammelbehälter aufbewahrt. Die dabei gebildete Calciumnitratlosung, die eine geringe Menge an suspendiertem Calciumhydroxid enthielt, wurde durch Eindampfen bis zur beginnenden Fällung konzentriert. Die Temperatur der siedenden Lösung stieg dabei auf 150 C an. Dann wurde die heiße Schmelze zur Entfernung des restlichen Wassers (^s2,5 Mol H₂0/Mol Calciumnitrat} durch Sprühtrocknung behandelt. Das entwässerte Calciumnitrat wurde sodann einer Sprühkaiζinierung unterzogen und dabei innerhalb einiger Sekunden bei 75O°C thermisch zu Calciumoxid und Stickoxiden

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zersetzt. Das feinverteilte Calciumoxid wurde aus dem Reaktor abgezogen und dem Reaktionsgefäß zur Umsetzung mit wässriger Ammoniumnitratlösung neu zugeführt. Die Stickoxide wur den hierauf durch Einleiten in Wasser zu Salpetersäure verarbeitet.

Anstelle von Calciumoxid oder Calciumhydroxid kann selbstverständlich auch ein anderes eine starke Base bildendes Metalloxid oder Metallhydroxid wie beispielsweise LiOH verwendet werden.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims (2)

1. 2G179G3

   Patentanspruch

   Verfahren zur Aufarbeitung von bei der Herstellung von Brenn- und/oder Brutstoffen für Kernreaktoren anfallendem Ammoniumnitrat, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ammoniumnitrat enthaltenden Lösung zur Bildung von Ammoniak ein basisches Metalloxid oder Metallhydroxid unter Erhitzen der Lösung auf etwa 100 C zugegeben wird, wobei das gemäß einer der Reaktionsgleichungen
2. 2 NH₄NO₃ + Me(OH)₂ > Me (NO₃) ₂ + 2 NH₃ + H₃O

   2 NH.NO- + MeO * Me (NO-.) _o + 2 NH-+ H _n

   gebildete Ammoniak durch Abdampfen von dem ebenfalls gebildeten Metallnitrat abgetrennt wird und im Anschluß daran die so gebildete Nitratlösung eingetrocknet und das Metallnitrat gemäß den formalen Reaktionsgleichungen Me (NO₃)₂ h MeO + 2 NO₃+ ^ O₃

   1 O₂ + 2 NO₂ , N₂O₅

   thermisch zu Metalloxid und Stickoxiden zersetzt wird, worauf die Stickoxide in an sich bekannter Weise zu Salpetersäure weiterverarbeitet werden.

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   ORIGINAL INSPECTED