DE2619089A1 - METHOD OF DIGITATING PLUTONIUM DIOXYDE - Google Patents

METHOD OF DIGITATING PLUTONIUM DIOXYDE

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Description

US ENERGY RESEARCH AND DEVELOPMENT ADMINISTRATION Washington, DC 20545, USAUS ENERGY RESEARCH AND DEVELOPMENT ADMINISTRATION Washington, DC 20545, USA

Verfahren zum Auflösen von PlutoniumdioxydProcess for dissolving plutonium dioxide

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Auflösung von Plutoniumdioxyd bei der Kernbrennstoffaufbereitung, und zwar insbesondere auf die Salpetersäureauflösung von Plutoniumdioxyd unter der Katalysewirkung von Fluorwasserstoffsäure .The invention relates generally to the dissolution of plutonium dioxide in the preparation of nuclear fuel, in particular on the nitric acid dissolution of plutonium dioxide under the catalytic action of hydrofluoric acid .

Einer der üblicherweise verwendeten Kernbrennstoffe ist Plutonium in der Form des Dioxyds. Das Dioxyd ist zur Verwendung in Kernbrennstoff deshalb geeignet, weil es eine hohe Feuerfestigkeit besitzt und von Natur aus inert ist. Für Kernbrennstoffanwendungsfälle wird PuO_ im allgemeinen mit UO _ in Zusammensetzungen von 15 - 30 % PuO3 gemischt. Bei Kernreaktoren, insbesondere solchen der Brüterbauart, wird der verbrauchte Brennstoff periodisch entfernt und wieder aufbereitet, um die Abfallmaterialien von den brauchbaren Produkten zu trennen. Es sind dabeiOne of the most commonly used nuclear fuels is plutonium in the form of dioxide. The dioxide is suitable for use in nuclear fuel because it has high fire resistance and is inherently inert. For nuclear fuel applications, PuO_ is generally mixed with UO_ in compositions of 15-30% PuO 3. In nuclear reactors, particularly those of the breeder type, the spent fuel is periodically removed and reprocessed in order to separate the waste materials from the usable products. There are

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Verfahren verfügbar, um das Plutonium wiederzugewinnen und zu reinigen, nachdem das Material in einer wässrigen Nitratlösung aufgelöst ist. PuO2 ist jedoch relativ schwer in reiner konzentrierter Salpetersäure aufzulösen.Methods available to recover and purify the plutonium after the material is dissolved in an aqueous nitrate solution. However, PuO 2 is relatively difficult to dissolve in pure concentrated nitric acid.

Die Schwierigkeit der Auflösung hängt von dem Brennstoff herstellungsverfahren ab. Brennstoffe, die hohe Sintertemperaturen erfahren, ergeben eine feste Lösung der gemischten Oxyde und sind in 10-12 M Salpetersäure löslich. Mechanisch vermischte Brennstoffe von hohem PuOp-Gehalt, die bei einer relativ niedrigen Temperatur gesintert wurden, enthalten gesonderte PuO^ und UOp-Phasen und sind schwer in 10-12 M Salpetersäure löslich. Die bevorzugte Auflösung von U0_ erfolgt normalerweise bei diesen Brennstoffen, was schwer lösliche Reste mit hohem PuO~-Gehalt zurückläßt. Zudem wurden bestimmte Formen von PuO2 bei sehr hohen Temperaturen gebrannt, um maximale Dichte zu erhalten, wie beispielsweise Mikrokügelchen mit einer theoretischen Dichte von 96 - 98 % und sie sind daher durch bekannte Mittel nur langsam auflösbar. Die Ansammlung von Plutonium enthaltenden Resten in Brennstoffaufbereitungs-Fabriken ist außerordentlich unerwünscht und kritisch. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei der Auflösung derart schwer lösbaren PuO2 anwendbar.The difficulty of dissolution depends on the fuel preparation process. Fuels that experience high sintering temperatures result in a solid solution of the mixed oxides and are soluble in 10-12 M nitric acid. Mechanically mixed fuels of high PuOp content that have been sintered at a relatively low temperature contain separate PuO ^ and UOp phases and are sparingly soluble in 10-12 M nitric acid. The preferred dissolution of U0_ normally takes place with these fuels, which leaves behind poorly soluble residues with a high PuO ~ content. In addition, certain forms of PuO 2 have been fired at very high temperatures in order to obtain maximum density, such as microspheres with a theoretical density of 96-98% and are therefore only slowly dissolvable by known means. The accumulation of residues containing plutonium in fuel processing plants is extremely undesirable and critical. The present invention is particularly applicable to the dissolution of PuO 2 that is difficult to dissolve.

Das Problem der Auflösung von Plutoniumdioxyd ist auf dem Gebiet der Kernbrennstoff-Aufbereitung bekannt. Bekannte Verfahren lassen sich im allgemeinen in zwei Gruppen unterteilen: die oxydative Auflösung und die nicht-oxydative Auflösung. Bei den oxydativen Auflösungsverfahren besteht der Hauptmechanismus, durch den das Plutoniumdioxyd in Lösung geht, in der Oxydation von Pu(iv) in festem PuO2 in einen besser löslichen OxydationszustandThe problem of dissolving plutonium dioxide is well known in the field of nuclear fuel processing. Known processes can generally be divided into two groups: oxidative dissolution and non-oxidative dissolution. In the oxidative dissolution process, the main mechanism by which the plutonium dioxide dissolves is the oxidation of Pu (iv) in solid PuO 2 to a more soluble oxidation state

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wie beispielsweise Pu(VI). Bei der nicht-oxydativen Auflösung geht Plutoniumdioxyd in Lösung ohne Oxydation von Pu(IV)/ wie beispielsweise durch die Bildung eines löslichen Pu(IV)-Komplexes.such as Pu (VI). In the non-oxidative dissolution, plutonium dioxide goes into solution without oxidation from Pu (IV) / such as through the formation of a soluble Pu (IV) complex.

Ein Beispiel für die oxydative oder .oxydierende Auflösung ist im US-Patent 3.005.682 enthalten. Das dort beschriebene Verfahren verwendet die Hinzufügung von Cerionen (stark oxydierende Agentien) zu 4 M Salpetersäure oberhalb 115°C. Die Hinzufügung von Cerionen unterstützt die Auflösung von festem PuO2 durch die Oxydierung des schwer löslichen PuO0 in das löslicheAn example of oxidative or oxidative dissolution is contained in U.S. Patent 3,005,682. The process described there uses the addition of cerium ions (strongly oxidizing agents) to 4 M nitric acid above 115 ° C. The addition of cerium ions supports the dissolution of solid PuO 2 by oxidizing the poorly soluble PuO 0 into the soluble one

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Plutonylion (PuO2 ), indem das Plutonium den Oxydationszustand von (VI) zeigt. Ein Nachteil dieses oxydierenden Auflösungsverfahrens bei der Kernbrennstoffaufbereitung besteht in dem beobachteten Verhalten von Ruthenium. Ruthenium ist stets als ein Spaltprodukt in bestrahlten Brennstoffen vorhanden. Beispielsweise enthält eine typische 1.000 kg-Charge von bestrahltem flüssigem Metall eines Schnellen-Brüter-Reaktors (nach 10 % Abbrand) 200 - 250 kg Plutonium (als PuO2) und ungefähr 6^ kg Ruthenium, wobei der Rest Uran und andere Spaltprodukte sind. Infolge seiner Vielfalt an verfügbaren Oxydationszuständen und seiner Tendenz, Komplexionen zu bilden, ist das Verhalten von Ruthenium (insbesondere beim Vorhandensein von oxydierenden oder reduzierenden Agentien) weitgehend unvoraussagbar und stets eine Hauptsorge bei Brennstoffaufbereitungsverfahren. Bei der oxydativen Auflösung mit Cerionen wird Ruthenium ebenfalls oxydiert (zu RuO.) und verflüchtigt sich, was außerordentlich ernste Handhabungsprobleme für die radioaktiven Materialien zur Folge hat. Darüberhinaus kondensiert sich ein Teil der flüchtigen Rutheniumarten und wird zu RuO2 zurückreduziert, tritt in die Auflösungslösung wieder ein und stört die PU-Oxydation, wobei die Reduktion von Ce (IV) zu Ce (III)Plutonyl ion (PuO 2 ), in which the plutonium shows the oxidation state of (VI). A disadvantage of this oxidizing dissolution process in the preparation of nuclear fuel is the observed behavior of ruthenium. Ruthenium is always present as a fission product in irradiated fuels. For example, a typical 1,000 kg batch of irradiated liquid metal from a fast breeder reactor (after 10% burn-up) contains 200-250 kg plutonium (as PuO 2 ) and approximately 6 ^ kg ruthenium, with the remainder being uranium and other fission products. Due to its variety of available oxidation states and its tendency to form complex ions, the behavior of ruthenium (especially in the presence of oxidizing or reducing agents) is largely unpredictable and has always been a major concern in fuel preparation processes. During the oxidative dissolution with cerium ions, ruthenium is also oxidized (to RuO.) And volatilized, which results in extremely serious handling problems for the radioactive materials. In addition, some of the volatile ruthenium types condense and are reduced back to RuO 2 , re-enter the dissolving solution and disrupt the PU oxidation, with the reduction of Ce (IV) to Ce (III)

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katalysiert wird, wodurch die Pu (IV) Oxydation verhindert wird. Die Furcht vor der Flüchtigkeit des Rutheniums spricht gegen Auflösungsverfahren, welche Oxydationsprozesse verwenden.is catalyzed, whereby the Pu (IV) oxidation is prevented. The fear of the volatility of the Ruthenium speaks against dissolution processes, which Use oxidation processes.

Das Problem der Verflüchtigung des Rutheniums wird in einem nicht-oxydativen Auflösungsverfahren vermieden. Es wurde ein gewisser Erfolg mit einer im wesentlichen nicht oxydativen, durch Fluorid katalysierten Auflösung erreicht. Bei diesem Verfahren wird PuO3 durch In-Kontakt-Bringen mit wässriger HNO_ (ungefähr 8 - 16M) bei Anwesenheit einer effektiven katalytischen Menge an Fluorid (ungefähr O,o5 - O,3o M) aufgelöst. Das Fluoridion katalysiert die PuO2-Auflösung ohne die Oxydierung von Plutonium. Das Fluoridion wird vorzugsweise als HF hinzugegeben, um Fremdionen zu vermeiden. Natürlich verhält es sich, unabhängig vom zugegebenen Fluorid in einem sauren Medium im wesentlichen als HF und wird im folgenden als ein HNO3-HF-Auflösungsmittel bezeichnet. Obwohl dieses durch Fluorid katalysierte, nicht oxydative Auflösungsverfahren sehr wirkungsvoll ist, um die Rutheniumverflüchtigung zu vermeiden, so wohnen eben doch gewisse Nachteile inne. Beispielsweise nimmt nach einer Zeitperiode die Auflösungsrate oder Geschwindigkeit ab und kommt nahezu zum Halten.Offensichtlich wird das Fluoridion in der Auflösungsreaktion verbraucht und die dauernde Hinzufügung von Fluorid ist erforderlich, um die Auflösungsrate aufrecht zu erhalten. In einigen Fällen wird das feuerfeste PuO „ nicht vollständig aufgelöst, und zwar selbst nach längeren Perioden der Aufarbeitung und der stöchiometrischen Hinzufügung von Fluorid. Es wäre natürlich bei jeder Brennstoffaufbereitung zweckmäßig, die Konzentrationen von HNO3 und des Fluoridions zu minimieren, um die korrodierende Eigenschaft der Auflösungslösung zu vermindern.The problem of volatilization of the ruthenium is avoided in a non-oxidative dissolution process. Some success has been achieved with essentially non-oxidative fluoride catalyzed dissolution. In this method, PuO 3 is dissolved by contacting it with aqueous HNO 3 (about 8-16M) in the presence of an effective catalytic amount of fluoride (about 0.05-0.3oM). The fluoride ion catalyzes the PuO 2 dissolution without the oxidation of plutonium. The fluoride ion is preferably added as HF in order to avoid foreign ions. Of course, regardless of the fluoride added, it behaves essentially as HF in an acidic medium and is hereinafter referred to as an HNO 3 -HF dissolving agent. Although this fluoride-catalyzed, non-oxidative dissolution process is very effective in avoiding the volatilization of ruthenium, it has certain disadvantages. For example, after a period of time the rate of dissolution or velocity decreases and almost comes to a halt. Obviously, the fluoride ion is consumed in the dissolution reaction and the constant addition of fluoride is required to maintain the rate of dissolution. In some cases, the refractory PuO "is not completely dissolved, even after lengthy periods of work-up and the stoichiometric addition of fluoride. It would of course be useful in any fuel preparation process to minimize the concentrations of HNO 3 and the fluoride ion in order to reduce the corrosive nature of the dissolving solution.

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Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zum Auflösen von PuO„ in Salpetersäure vorzusehen, wobei diese Auflösung im wesentlichen vollständig erfolgt. Die Erfindung bezweckt ferner die Auflösungsrate von PuOp in einer gemischten Salpetersäure-Fluorwasserstoffsäure zu erhöhen. Die Erfindung sieht ferner vor, die Fluoridkonzentration der Auflösungslösung zu vermindern, um dadurch die Korrosionswirkung der Lösung zu reduzieren. Die Erfindung bezweckt ferner den Verbrauch von Fluorid während der Auflösung von PuO_ in der Mischung aus Salpeter- und Fluorwasserstoffsäure zu eliminieren.The present invention has set itself the goal of a method for dissolving PuO "in nitric acid to be provided, this dissolution taking place essentially completely. The invention also aims at the rate of dissolution of PuOp in a mixed nitric acid-hydrofluoric acid to increase. The invention also provides for the fluoride concentration of the dissolving solution in order to reduce the corrosive effect of the solution. The invention also aims the consumption of fluoride during the dissolution of PuO_ in the mixture of nitric and hydrofluoric acids.

Erfindungsgemäß werden diese sowie weitere Ziele durch ein Verfahren zur Auflösung von PuO0 in einer wässrigen Auflösungsmischung erreicht, die PuO-, HNO3 und eine effektive katalytisch^ Menge an Fluorid aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß die Auflösungsrate dadurch erhöht wird, daß Oxydationsbedingungen in der Auflösungsmischung vorgesehen werden, um die aufgelösten Pu-Ionen zu oxydieren. Es wird angenommen, daß dann, wenn das aufgelöste Plutonium oxydiert wird, die Fluoridionen von einem löslichen Plutonium-Fluorid-Komplex freigegeben werden, und zwaf für die weitere katalytische Wirkung. Durch dieses Verfahren wird das Fluorid beim Auflösungsverfahren nicht mehr konsumiert und die Auflösungsrate nimmt mit der Zeit nicht mehr wesentlich ab. Urierwarteterweise verflüchtigte sich das aufgelöste Ruthenium nicht und stört die Oxydation der aufgelösten Plutoniumionen ebenfalls nicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Oxydation auf irgendeine effektive Weise ausgeführt werden, die die katalytische Wirkung des Fluorids nicht stört; vorzugsweise wird die elektrolytische Oxydation verwendet.According to the invention, these and other objects are achieved by a method for dissolving PuO 0 in an aqueous dissolution mixture which has PuO, HNO 3 and an effective catalytic amount of fluoride, the invention providing that the dissolution rate is increased by oxidizing conditions be provided in the dissolution mixture to oxidize the dissolved Pu ions. It is believed that when the dissolved plutonium is oxidized, the fluoride ions are released from a soluble plutonium-fluoride complex, and necessary for further catalytic action. With this method, the fluoride is no longer consumed during the dissolution process and the dissolution rate no longer decreases significantly over time. As expected, the dissolved ruthenium does not evaporate and neither does it interfere with the oxidation of the dissolved plutonium ions. According to the present invention, the oxidation can be carried out in any effective manner that does not interfere with the catalytic action of the fluoride; electrolytic oxidation is preferably used.

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Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:Further advantages, objectives and details of the invention emerge in particular from the claims and from the description of exemplary embodiments with reference to the drawing; in the drawing shows:

FIGUR 1 - eine graphische Darstellung der PuO -Auflösungsrate, abhängig vom Pu(IV)/F Molverhältnis, wobei die Abnahme der Auflösungsrate beim Anstieg der Konzentration des aufgelösten Pu(IV) dargestellt ist;FIGURE 1 - a graphical representation of the PuO dissolution rate as a function of the Pu (IV) / F molar ratio, where the decrease in the rate of dissolution as the concentration of the dissolved Pu (IV) increases;

FIGUR 2 - eine graphische Darstellung der PuO -Auflösungsrate, abhängig von der Zeit, wobei die Wirkung der Ag2O2-Hinzufügung dargestellt istfFIGURE 2 - a graph of the rate of PuO dissolution as a function of time, showing the effect of the addition of Ag2O 2

FIGUR 3 - eine graphische Darstellung der Gesamt-Plutoniumionen-Konzentration in der Lösung, abhängig von der Zeit für die Lösung mit und ohne periodische O--Hinzufügung;FIGURE 3 - a graph of total plutonium ion concentration in the solution, depending on the time for the solution with and without periodic addition of O;

FIGUR 4 - eine graphische Darstellung der Gesamt-Plutoniumionen-Konzentration in Lösung, abhängig von der Zeit für zwei Säurelösungen, mit und ohne elektrolytischer Oxydation.FIGURE 4 - a graph of the total plutonium ion concentration in solution as a function of time for two acid solutions, with and without electrolytic oxidation.

Im Rahmen der Erfindung wurden kinetische Untersuchungen der PuO_-Auflösung in einer wässrigen HNO3-HF-Lösung vorgenommen. Eine Untersuchung der PuO3-Auflösungsraten in Lösungen mit verschiedenen HNO-- und HF-Konzentrationen zeigte, daß die anfängliche PuO--Auflösungsrate für höhere HNO.,-Konzentrationen und für höhere HF-Konzentrationen höher ist. Ferner zeigten doppelt logarithmische Darstellungen die anfänglichen Auflösungsraten abhängig von der anfänglichen Fluorid-Konzentration in Lösungen von konstant saurer Aktivität, daß die Kinetik der Auflösungsreaktion im HNO--HF-System der erstenIn the context of the invention, kinetic studies of the PuO_ dissolution in an aqueous HNO 3 -HF solution were carried out. An investigation of the PuO 3 dissolution rates in solutions with different ENT and HF concentrations showed that the initial PuO dissolution rate is higher for higher ENT concentrations and for higher HF concentrations. Furthermore, double logarithmic representations showed the initial dissolution rates as a function of the initial fluoride concentration in solutions of constant acidic activity, that the kinetics of the dissolution reaction in the ENT - HF system were the first

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Ordnung bezüglich der HF-Konzentration folgt.Order with regard to the HF concentration follows.

Eine experimentielle Demonstration der Veränderung der anfänglichen Auflösungsrate bezüglich der Zeit ist in Figur 1 dargestellt. Dieses Experiment wurde wie folgt ausgeführt: ein halbes Gramm von PuO ~ Mikrokügelchen einer feuerfesten/ schwer lösbaren Art (diese Mikrokügelchen werden als nicht weniger schwer aufzulösen betrachtet, als die PuC^-Reste von Brennstoffstäben des Flüssigmetall-Schnellbrüter-Reaktors) wurden bei 100 C in einem Polytetrafluoräthylen-Behälter von 30 ml in einerLösung 10 M in HNO3 und 0,02 M HF aufgelöst.An experimental demonstration of the change in the initial dissolution rate with respect to time is shown in FIG. This experiment was carried out as follows: half a gram of PuO ~ microspheres of a refractory / difficult to dissolve type (these microspheres are considered to be no less difficult to dissolve than the PuC ^ residues from fuel rods of the liquid metal fast-breeder reactor) were at 100 ° C dissolved in a solution of 10 M in HNO 3 and 0.02 M HF in a 30 ml polytetrafluoroethylene container.

Die Daten sind in Figur 1 dargestellt, wobei der Anteil der maximalen Auflösungsrate abhängig vom Pu(IV)/Fluorid-Molverhältnis (der Konzentration des aufgelösten Pu(IV) bezüglich der anfänglichen Fluoridkonzentration) dargestellt ist. Die sich ergebende Kurve besitzt eine Neigung von minus. Eins, was anzeigt, daß die Abnahme der Auflösungsrate direkt proportional zum Anstieg des Pu(IV)/ F Molverhältnisses ist. Der Anteil der maximalen Auflösungsrate ist definiert als die Auflösungsrate zu einer gegebenen Zeit, geteilt durch die anfängliche Auflösungsrate (die sich als die maximale Auflösungsrate ergibt). Diese lineare Beziehung mit einer Neigung von minus Eins zeigt die Bildung eines Pu(IV)-Fluoridkomplexes mit einem 1:1 Molverhältnis an, wodurch die Abnahme der Reaktionsrate bewirkt wird, wenn das Fluoridion der Komplexbildung unterliegt. In der Praxis ergibt sich daraus, daß die Bildung dieses Komplexes die Gesamtmenge an Pu begrenzt, die in einer gegebenen Menge an HF aufgelöst werden kann. Es kann daher daraus geschlossen werden, daß der Auflösungsmechanismus von Pu0_ in HNO-HF-The data are shown in FIG. 1, the proportion of the maximum dissolution rate depending on the Pu (IV) / fluoride molar ratio (the concentration of dissolved Pu (IV) in relation to the initial fluoride concentration) is. The resulting curve has a slope of minus. One, which indicates that the decrease in the rate of dissolution is directly proportional to the increase in the Pu (IV) / F molar ratio. The fraction of the maximum rate of dissolution is defined as the rate of dissolution at a given time divided by the initial rate of dissolution (which results as the maximum rate of dissolution). This linear relationship with a slope of minus one shows the formation of a Pu (IV) fluoride complex at a 1: 1 molar ratio, causing the rate of reaction to decrease when the fluoride ion complexes subject. In practice it follows that the formation of this complex the total amount of Pu that can be dissolved in a given amount of HF. It can therefore be concluded that that the mechanism of dissolution of Pu0_ in ENT-HF-

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Lösungen die Bildung eines löslichen PuF -Komplexes umfaßt. Es sei bemerkt, daß Pu(IV) im PuO _ bei diesemSolutions involves the formation of a soluble PuF complex. It should be noted that Pu (IV) in PuO _ in this

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durch Fluorid katalysierten Auflösungsverfahren nicht oxydiert ist.is not oxidized by fluoride catalyzed dissolution processes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß die durch Fluorid katalysierte Auflösung von Plutoniumdioxyd in HNO_ in signifikanter Weise in der Rate oder Geschwindigkeit dadurch erhöht wird, daß man die aufgelösten Plutoniumionen oxydiert. Basierend auf kinetischen Untersuchungen wird angenommen, daß die Oxydierung aufgelösten Plutoniums Fluoridionen aus dem löslichen PuF -komplex freigibt, und zwar mit der gleich-In accordance with the present invention, it has been discovered that the fluoride catalyzed dissolution of plutonium dioxide in ENT_ in a significant way in the rate or Speed is increased by oxidizing the dissolved plutonium ions. Based on kinetic Investigations are believed that the oxidation of dissolved plutonium from the soluble fluoride ions PuF -complex releases, with the same-

+2 laufenden Bildung des löslichen Plutonylions PuO0 Unerwarteterweise störten die aufgelösten Rutheniumionen die Plutoniomoxydation nicht. Es sei bemerkt, daß das erfindungsgemäße Verfahren noch immer im wesentlichen ein nicht oxydatives Auflösungsverfahren ist, da das" Plutonium nicht während der Auflösungsreaktion oxydiert wird, sondern nur nach der Auflösung.+2 ongoing formation of the soluble plutonyl ion PuO 0 Unexpectedly, the dissolved ruthenium ions did not interfere with the plutoniome oxidation. It should be noted that the process of the invention is still essentially a non-oxidative dissolution process since the "plutonium is not oxidized during the dissolution reaction, but only after the dissolution.

Die Oxydationsbedingungen haben sehr wenig Wirkung auf die Auflösungsrate von PuO2 in HNO- beim Nichtvorhandensein von Flurid. Beispielsweise wurden nur 1,2 Milligramm PuO„ aufgelöst, nachdem 1,o gr. PuO- bei 100°C in 50 ml 8,o M HNO3 24 Stunden lang unter elektro-Iytischer Oxydation aufgearbeitet wurden. Die elektrolytische Oxydation erfolgte mit einem angelegten Potential von 2 V mit 100 Milliampere-Strom. Die gesamte aufgelöste Pu-Konzentration betrug 0,ooo1 Mol/Liter.The oxidation conditions have very little effect on the rate of dissolution of PuO 2 in ENT in the absence of fluoride. For example, only 1.2 milligrams of PuO "were dissolved after 1.0 gr. Of PuO- had been worked up at 100 ° C. in 50 ml of 8.0 M HNO 3 for 24 hours with electro-lytic oxidation. The electrolytic oxidation was carried out with an applied potential of 2 V with a current of 100 milliamps. The total dissolved Pu concentration was 0.001 mol / liter.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es lediglich erforderlich, PuO2 mit einer wässrigen HNO3-Auflösungslösung in Kontakt zu bringen, weichletztere eine effektive katalytische Menge an Fluorid unter Oxydierungsbedingungen enthält. Die richtigen Oxydierungsbedingungen können in der Auflösungslösung elektrolytischTo carry out the method according to the invention, it is only necessary to bring PuO 2 into contact with an aqueous HNO 3 dissolving solution, the latter containing an effective catalytic amount of fluoride under oxidizing conditions. The correct oxidizing conditions can be electrolytic in the dissolving solution

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oder durch irgendein, nicht störendes Oxydationsagens hergestellt werden. Die elektrolytische Oxydation kann durch irgendwelche üblichen Mittel des Hindurchleitens eines elektrolytischen Stroms durch die Lösung ausgeführt werden und zwar mit korrosionsbeständigen Elektroden, wie beispielsweise Platin-Elektroden.or by some non-interfering oxidizing agent. Electrolytic Oxidation can by any conventional means of passing an electrolytic current through the Solution are carried out with corrosion-resistant electrodes, such as platinum electrodes.

Zur Auflösung bestrahlter Brennstoffe durch elektrolytische Oxydation ist es zweckmäßig, das Standardpotential des Anolyten auf einen Wert zwischen den Standardpotentialen für die folgenden Reaktionen zu regulieren:For the dissolution of irradiated fuels by electrolytic By oxidation it is advisable to set the standard potential of the anolyte to a value between the standard potentials to regulate the following reactions:

Pu+4+2H2O --v PuO2 +2+4H++2e (-1,04V) RuO2+2H2O -*. RuO4+4H++4e (-1,39V)Pu +4 + 2H 2 O --v PuO 2 +2 + 4H + + 2e (-1.04V) RuO 2 + 2H 2 O - *. RuO 4 + 4H + + 4e (-1.39V)

Durch Aufrechterhaltung des Zellenpotentials zwischen ungefähr -1,15 V und -1,25 V (bezüglich einer Wasserstoffelektrode) wird aufgelöstes Plutonium ohne Verflüchtigung von aufgelöstem Ruthenium oxydiert. Das richtige angelegte Potential kann routinemäßig durch Messung des Standard-Zellenpotentials bestimmt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein nicht störendes Oxydationsagens ein solches (wie beispielsweise Ag2O3), welches das aufgelöste Plutonium oxydiert, ohne selbst verfügbare Fluoridionen zur Komplexbildung zu bringen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist Fluorid nicht mehr in stöchiometrischen Mengen bezüglich Pu erforderlich. Obwohl die Auflösungsgeschwindigkeit durch Hinzufügen größerer Fluoridmengen erhöht werden kann, besteht das einzig Erforderliche in einer effektiven katalytischen Menge, da das Fluoridion nunmehr in die Lösung zurückgebracht wird und nicht mehr im PuF -Komplexion gebunden ist. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist eine effektive katalytische Menge diejenige Menge, die unab-By maintaining the cell potential between approximately -1.15 V and -1.25 V (with respect to a hydrogen electrode), dissolved plutonium is oxidized without volatilization of dissolved ruthenium. The correct applied potential can be routinely determined by measuring the standard cell potential. For the purposes of the present invention, a non-interfering oxidizing agent is one (such as Ag 2 O 3 ) which oxidizes the dissolved plutonium without complexing available fluoride ions. According to the present invention, fluoride is no longer required in stoichiometric amounts with respect to Pu. Although the rate of dissolution can be increased by adding larger amounts of fluoride, the only thing required is an effective catalytic amount, since the fluoride ion is now brought back into the solution and is no longer bound in the PuF complex ion. For the purposes of the present invention, an effective catalytic amount is that amount which is independently

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hängig von der Pu-Stöchiometrie, in effektiver Weise die PuO2~Auflösung für die spezielle, verwendete HNO3-Konzentration bewirkt und routinemäßig für den gewünschten Anwendungsfall bestimmt werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfordern aufrechterhaltene Auflösungsraten nicht mehr hohe anfängliche Fluorid-Konzentrationen, und die notwendige Fluoridionen-Konzentration kann nunmehr auf weniger als 0,o1 M reduziert werden, um dem Korrosionswiderstand des Auflösgefäßes zu entsprechen.Depending on the Pu stoichiometry, the PuO 2 dissolution for the specific HNO 3 concentration used is effectively brought about and can be routinely determined for the desired application. In accordance with the present invention, sustained dissolution rates no longer require high initial fluoride concentrations, and the necessary fluoride ion concentration can now be reduced to less than 0.01 M to match the corrosion resistance of the dissolution vessel.

Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden Beispiele erläutert. Die erforderliche Oxydation des aufgelösten Plutoniums wird in den Beispielen I, II durch ein Oxydationsagens und in den Beispielen III und IV durch elektrolytische Oxydation erreicht. Die Auflösungen wurden an feuerfesten PuO3-Mikrosphären von 98 % theoretischer Dichte durchgeführt, d.h. einem Material, welches für das am schwierigsten lösbare PuO9 repräsentativ ist, welches mit Wahrscheinlichkeit bei der Kernbrennstoffaufbereitung eines Brüterreaktors auftritt.To illustrate the process according to the invention, the following examples are given. The required oxidation of the dissolved plutonium is achieved in Examples I, II by an oxidizing agent and in Examples III and IV by electrolytic oxidation. The dissolutions were carried out on refractory PuO 3 microspheres of 98% theoretical density, ie a material which is representative of the most difficult to dissolve PuO 9 , which is likely to occur in the preparation of nuclear fuel in a breeder reactor.

Beispiel IExample I.

Dieses Beispiel veranschaulicht den dramatischen Anstieg der Auflösungsgeschwindigkeit von PuO2 infolge der Ag3O3-Hinzufügung, wie dies graphisch in Figur 2 dargestellt ist. Ein halbes Gramm an refraktären (feuerfestem) PuO3-Mikrokügelchen wurde bei 100 C in einer Polytetra-Fluor-Äthylen-Ausrüstung in 30 ml einer 10 M HNO3-0,02 M HF-Lösung aufgearbeitet. Die anfängliche Auflösungsgeschwindigkeit für die Probe betrug annäherndThis example illustrates the dramatic increase in the rate of dissolution of PuO 2 as a result of the addition of Ag 3 O 3 , as shown graphically in FIG. Half a gram of refractory (refractory) PuO 3 microspheres was worked up at 100 ° C. in a polytetra-fluoro-ethylene equipment in 30 ml of a 10 M HNO 3 -0.02 M HF solution. The initial rate of dissolution for the sample was approximate

-4
10,4 χ 10 Mol pro Liter und pro Stunde. Nach Ablauf von 24 Stunden war genug Plutonium aufgelöst, um ein
-4
10.4 10 moles per liter and per hour. After 24 hours, enough plutonium had dissolved to produce a

609848/0603609848/0603

Pu(IV)/f"* Mol-Verhältnis von 0,75 vorzusehen. Die Auflösungsrate hatte dann auf ungefähr ein Viertel der Anfangsgeschwindigkeit abgenommen. Zu diesem Zeitpunkt wurden O,5o gr. Ag0O2 der Lösung hinzugegeben. Die Oxydation des aufgelösten Plutoniums geschah während der nächsten drei Stunden, wie sich durch die Analyse auf Pu(IV) und Pu(VI) ergab. Das Mol-Verhältnis von Pu(IV) in Lösung zum anfänglichen Fluorid nahm auf 0,25 ab und die Auflösungsrate stieg auf mehr als 85 % der Anfangsrate an.Pu (IV) / f "* molar ratio of 0.75. The rate of dissolution had then decreased to about a quarter of the initial rate. At this point, 0.5o grams of Ag 0 O 2 were added to the solution Plutonium happened over the next three hours as determined by analysis for Pu (IV) and Pu (VI), the molar ratio of Pu (IV) in solution to the initial fluoride decreased to 0.25 and the rate of dissolution increased more than 85% of the initial rate.

Beispiel IIExample II

Dieses Beispiel sieht einen Vergleich der PuO2-Auflösungen sowohl mit, als auch ohne Hinzufügung des Oxydationsagens vor. Ein halbes Gramm Proben aus Pu00-Mikro-Sphären wurde bei 100 C in einer Polytetra-Fluor-Äthylenausrüstung in 40 ml Volumina von 8 M HNO3 - 0,o2 M HF-Lösung mit und ohne Ag0O0 Hinzufügung bearbeitet. Die Daten in der Tabelle zeigen, daß nach 174 Stunden der Auflösung in 8 M HNO3-O,o2 M HF 51 ,ο % mehr Gesamtplutonium bei Ag2O2-Hinzufügung aufgelöst ist, als ohne diese Hinzufügung. Die Daten in der Tabelle zeigen, daß die Auflösung mit Ag0O0 zufolge hat, daß große Anteile desThis example provides for a comparison of the PuO 2 resolutions both with and without the addition of the oxidizing agent. One half gram samples of 0 Pu0 -Mikro spheres was heated at 100 C in a polytetra-fluoro-Äthylenausrüstung in 40 ml volumes of 8 M HNO 3 - edited 0, o2 M HF solution with and without Ag 0 O 0 addition. The data in the table show that after 174 hours of dissolution in 8 M HNO 3 -O, O 2 M HF 51, ο% more total plutonium is dissolved with the addition of Ag 2 O 2 than without this addition. The data in the table show that resolution with Ag 0 O 0 resulted in large proportions of the

+2 aufgelösten Plutoniums in den Plutonyl (PuO0 )-Zustand oxydiert sind. Obwohl eine gewisse Oxydation des aufgelösten Plutoniums ohne Ag 0 -Hinzufügung auftritt, entspricht der signifikante Anstieg der Auflösungsgeschwindigkeit der stark erhöhten Menge von Pu(VI) in der Lösung bei Ag0O -Hinzufügung.+2 dissolved plutonium are oxidized to the plutonyl (PuO 0 ) state. Although some oxidation of the dissolved plutonium occurs without the addition of Ag 0, the significant increase in the rate of dissolution corresponds to the greatly increased amount of Pu (VI) in the solution with the addition of Ag 0 O.

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5151 65,565.5 7575 204,3204.3 129129 247,8247.8 174174 325,0325.0

Auswirkung der Ag3O -Hinzufügung auf Plutonium Auflösung in 8 M HNO3-O,o2 M HF Auflösemitteln bei 10O0CEffect of the addition of Ag 3 O on plutonium dissolution in 8 M HNO 3 -O, O2 M HF solvents at 10O 0 C

Prozentsatz des Anstiegs Prozentsatz des AnstiegsPercentage of Increase Percentage of Increase

Zeit der Pu0_+2-Konzentration der Gesamt-Pu-Konzentra-Time of the Pu0_ + 2 concentration of the total Pu concentration

(Std ) a^~s F°l9® ^er Hinzufügung tion infolge der Zufügung(Std) a ^ ~ s F ° l9® ^ er addition tion owing to the addition

von Ag2O von Ag O3 of Ag 2 O of Ag O 3

' 8,0'8.0

10,1 28,7 51,010.1 28.7 51.0

Hinzufügung von 100 mg von Ag„O„ alle 24 StundenAdd 100 mg of Ag "O" every 24 hours

Die sich durch die Ag3O3-Hinzufügungen erhebenden erhöhten Plutonium-Auflösungsgeschwindigkeiten sind in Figur 3 dargestellt, wo Plutonium-Konzentrationen der Auflösungsmittel als Funktion der Auflösungszeit für Auflösungen mit und ohne Ag»O_-Hinzufügungen dargestellt sind. Die Kurven der Figur 3 zeigen, daß die anfänglichen Auflösungsraten die gleichen mit und ohne Ag?0„-Hinzufügungen sind, daß aber die Rate ohne Ag3O -Hinzufügung wesentlich schneller abnimmt, als dies die Rate mit Ag3O-Hinzufügung tut.The increased plutonium dissolution rates resulting from the Ag 3 O 3 additions are shown in FIG. 3, where plutonium concentrations of the dissolving agents are shown as a function of the dissolution time for dissolutions with and without Ag »O_ additions. The curves of Figure 3 show that the initial dissolution rates are the same with and without Ag ? 0 "additions, but the rate without the addition of Ag 3 O decreases much faster than does the rate with the addition of Ag 3 O.

Beispiel IIIExample III

Dieses Beispiel demonstriert die Wirkung der elektrolytischen Oxydation auf die PuO -Auflösung in HNO -HF-Lösungen. 1,2 gr. Proben von Pu03-Mikrosphären wurden bei 1000C in 30 ml Volumina von HNO3-HF-Lösungen mit und ohne elektrolytische Oxydation verarbeitet. Die Ergebnisse sind in Figur 4 dargestellt. Die elektrolytischen Oxydationen dieses Beispiels wurden dadurch aus-This example demonstrates the effect of electrolytic oxidation on the PuO dissolution in HNO-HF solutions. 1.2 gr. Samples of Pu0 3 microspheres were processed at 100 0 C in 30 ml volumes of HNO 3 -HF solutions with and without electrolytic oxidation. The results are shown in FIG. The electrolytic oxidations in this example were

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— 1 "J _- 1 "J _

Ij ~Ij ~

28190892819089

geführt, daß man Platindraht-Elektroden (0,2 cm 0) ungefähr 1,8 - 2, ο can voneinander mit Abstand eintauchte, und zwar direkt in die Auflösungslösungen auf eine Tiefe von 8 cm, und zwar innerhalb eines 2,3 cm Durchmesser Polytetrafluoräthylen-Zylinders. Das angelegte Potential betrug 2,ο V und der Stromfluß war 200 itiA. Die Kathode war von einer Polytetrafluoräthylen-Hülse umschlossen und gesondert belüftet. Die elektrolytische Oxydation erfolgte 28 Stunden lang in einem 8,ο M HNO--O,o85 M HF-Auflösungsmittel und ergab eine 75%ige Erhöhung der PuO2-AUflösung. Die relativen Effekte waren in einem 4,ο M HNO3-O,15 M HF-Auflösungsmittel noch deutlicher, denn dort wurde ein mehr als 800%iger Anstieg der Pu0„-Auflösung nach 72 Stunden festgestellt. Selbst nach 100 Stunden trat kein scharfer Abfall der Auflösungsrate auf.led that one dipped platinum wire electrodes (0.2 c m 0) about 1.8 - 2, ο can from each other at a distance, specifically directly into the dissolving solutions to a depth of 8 cm, within a 2.3 cm Polytetrafluoroethylene cylinder diameter. The applied potential was 2.0 V and the current flow was 200 itiA. The cathode was enclosed in a polytetrafluoroethylene sleeve and ventilated separately. The electrolytic oxidation was carried out for 28 hours in an 8.0 M HNO-O, 85 M HF dissolving agent and resulted in a 75% increase in the PuO 2 dissolution. The relative effects were even more pronounced in a 4, ο M HNO 3 -O, 15 M HF dissolving agent, because there a more than 800% increase in the Pu0 “dissolution was found after 72 hours. There was no sharp drop in the rate of dissolution even after 100 hours.

Beispiel IVExample IV

Dieses Beispiel zeigt, daß die erfindungsgemäße Oxydation von aufgelöstem Plutonium in der Gegenwart von Ruthenium ausgeführt werden kann, ohne die Verflüchtigung von Ruthenium. 0,5o gr. Proben von Pu02-Mikrokügelchen wurden in 40 ml Volumina von 8,0 M HNO3-O,10 M HF-0,10 M Ruthenium mit und ohne elektrolytische Oxydation wie beim Beispiel III aufgearbeitet. Die mit der elektrolytischen Oxydation aufgelöste Plutoniummenge war am Ende von 24 Stunden mehr als 100 % größer als ohne die Oxydation, und betrug 45 % in Plutonylzustand. Das Ruthenium in den Auflösungsmitteln wurde mit Ru markiert. Basierend auf Brutto-Gamma-und-Gamma-Abtast-Analysen änderte sich die Ruthenium-Konzentration in den Auflösungsmitteln nicht in signifikanter Weise währendThis example shows that the oxidation of dissolved plutonium according to the invention can be carried out in the presence of ruthenium without volatilization of ruthenium. 0.5o gr. Samples of Pu0 2 microspheres were worked up in 40 ml volumes of 8.0 M HNO 3 -O, 10 M HF-0.10 M ruthenium with and without electrolytic oxidation as in Example III. The amount of plutonium dissolved with electrolytic oxidation was more than 100% greater than without oxidation at the end of 24 hours, and was 45% in the plutonyl state. The ruthenium in the solvents has been marked with Ru. Based on gross gamma and gamma scan analyzes, the ruthenium concentration in the dissolvents did not change significantly during

609848/0603609848/0603

ü *rü * r

der Auflösungen, was anzeigt, daß keine Ruthenium-Verflüchtigung auftrat.of the dissolutions, indicating that no ruthenium volatilization occurred.

Die vorteilhafte Wirkung der Oxydationszustände auf die nicht-oxydative Fluorid-katalysierte Salpetersäureauflösung von PuO- war vollkommen unerwartet, und zwar insbesondere auch wegen der auf die Erfahrung des Erfinders mit verschiedenen Oxydationsagentxen mit diesem System.Die Hinzufügung von Natrium-Dichromat, einem starken Oxydationsmittel, zu einer Auflösungsmischung von refraktären PuO_-Mikrosphären (ungefähr 98% theoretische Dichte) in 8 M HNO -O,o2 M HF oxydierte das bereits in LösungThe beneficial effect of the oxidation states on the non-oxidative fluoride-catalyzed nitric acid dissolution from PuO- was completely unexpected, and in particular also because of the experience of the inventor with various oxidation agents with this system Addition of sodium dichromate, a strong oxidizing agent, to a dissolution mixture of refractory PuO_ microspheres (approximately 98% theoretical density) in 8 M HNO-O, O2 M HF this was already oxidized in solution

2+2+

befindliche Pu zu PuO- , erhöhte aber die Auflösungsrate des festen PuO „ nicht. In ähnlicher Weise bewirkte die Hinzufücfung von Ce (IV) Ionen, wie beim oxydativen Auflösungsverfahren gemäß dem Stand der Technik, zu einer ähnlichen Auflösungslösung nicht nur nicht die vollständige Auflösung der Mikrokügelchen, sondern verzögerte tatsächlich die Auflösung. Es war in noch höherem Maße unerwartet, daß die Oxydation die Auflösungsrate in Anwesenheit von Rutheniumionen erhöhen würde, wie sie in den Auflösungsmischungen für bestrahlte Brennstoffe gefunden werden. Die bisherige Erfahrung mit Cerium in HNO^-HF-Auflösungsmitteln, die aufgelöstes Ruthenium enthalten, bestand darin, daß die Auflösungsraten nicht erhöht wurden. Es wird angenommen, daß dies wahrscheinlich infolge der Fluorid-Komplexbildung erfolgte, und infolge der Tendenz des Rutheniums, bevorzugt gegenüber Plutonium oxydiert zu werden.located Pu to PuO-, but did not increase the rate of dissolution of the solid PuO ". In a similar way the addition of Ce (IV) ions, as in the oxidative dissolution process according to the prior art, to one Similar dissolution solution not only delayed the complete dissolution of the microspheres, but rather delayed it actually the resolution. It was even more unexpected that the oxidation would increase the rate of dissolution in the presence of ruthenium ions such as those found in the dissolution mixtures for irradiated fuels will. Previous experience with cerium in ENT dissolving agents containing dissolved ruthenium, was that the dissolution rates were not increased. It is believed that this is likely occurred as a result of the fluoride complex formation, and as a result the tendency of ruthenium to be oxidized in preference to plutonium.

Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Plutonium-Ausfällung durch die Oxydation der aufgelösten Plutoniumionen verhindert wird. Es wurde experimentie11 beobachtet, daß bei denAn additional advantage of the method according to the invention consists in preventing plutonium precipitation by oxidizing the dissolved plutonium ions will. It was observed experimentie11 that the

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höheren Fluorid-Konzentrationen (mehr als ungefähr 0,1 M), die .für höhere Auflösungsraten günstig sind, und beim Nichtvorhandensein von Oxydation, die Bildung eines un-higher fluoride concentrations (more than about 0.1 M), which are favorable for higher dissolution rates, and in the absence of oxidation, the formation of an un-

+2
löslichen PuF -Komplexes auftritt, wodurch die Gesamt-Plutonium-Auflösungsgeschwindigkeit verzögert wird. Wenn gemäß der Erfindung aufgelöste Piutoniumionen oxydiert werden, so tritt der unlösliche Komplex nicht auf.
+2
soluble PuF complex occurs, which retards the rate of total plutonium dissolution. When dissolved piutonium ions are oxidized according to the invention, the insoluble complex does not occur.

Die Erfindung wurde nunmehr anhand von experimentiellen Demonstrationen veranschaulicht, welche die Durchführbarkeit des Verfahrens darlegen. Diese Laboratoriumsbeispiele können ohne weiteres vom Fachmann industriell angewendet werden. Es wurde gezeigt, daß die HNO--Konzentration nicht kritisch für die Durchführbarkeit dieses Verfahrens ist (wobei gute Resultate selbst bei 4,ο M HNO- erhältlich sind), und das Verfahren kann nunmehr entsprechend dem Korrosionswiderstand der Ausrüstung zugeschnitten werden. Die elektroIytische Oxydation erscheint für Anwendungen im großen Maßstab am attraktivsten, aber chemische Oxydationsagentien, wie beispielsweise Ag9O5 können - ohne das erfindungsgemäße Konzept zu verlassen - auch verwendet werden. Es wird angenommen, daß der Grund dafür, daß die Cerionen und Natrium-Dichromat die HNO -HF-Auflösung nicht unterstützen darin besteht, daß die Ce- und Cr-ionen selbst mit Fluoridionen Komplexe bildeten. Andere Metallionen,-von denen festgestellt wurde, daß sie die Komplexbil-The invention has now been illustrated by means of experimental demonstrations which demonstrate the feasibility of the method. These laboratory examples can easily be used industrially by those skilled in the art. The ENT concentration has been shown not to be critical to the feasibility of this procedure (good results can be obtained even at 4, o M ENT) and the procedure can now be tailored according to the corrosion resistance of the equipment. Electrolytic oxidation appears to be the most attractive for large-scale applications, but chemical oxidizing agents such as Ag 9 O 5 can also be used without departing from the inventive concept. It is believed that the reason the cerium ions and sodium dichromate do not aid HNO-HF dissolution is that the Ce and Cr ions complexed with fluoride ions by themselves. Other metal ions -which have been found to be the complex formation-

+2 +3+2 +3

dung des Fluorids in HNO3-HF bewirken, sind Zn ,La ,effect the formation of fluoride in HNO 3 -HF are Zn, La,

Ca ,Al , Th und Zr . Ins Auge gefaßte Äquivalente von Ag2O„ in diesem Verfahren sind diejenigen oxydierungs -Agentien, welche in der Lage sind, in HN0_-HF-Lösungen aufgelöste Pu-Ionen zur Erhöhung der PuO_- * Auflösungsrate zu oxydieren, ohne selbst im wesentlichen die Komplexbildung der Fluoridionen zu bewirken.Ca, Al, Th and Zr. The equivalents of Ag 2 O "envisaged in this process are those oxidizing agents which are capable of oxidizing Pu ions dissolved in HNO_-HF solutions to increase the PuO_- * dissolution rate without essentially forming complexes themselves to effect the fluoride ions.

609848/0603609848/0603

Bei den gemäß der Erfindung verfügbaren erhöhten Auflösungsgeschwindigkeiten kann die Auflösung in wirkungsvoller Weise ausgeführt werden, und zwar selbst unterhalb der Siedetemperatur der Säure, wobei höhere Auflösungsraten bei erhöhten Temperaturen erreichbar sind. Die bevorzugte Temperatur der Auflösungsmischung ist nunmehr ungefähr 10O0C.At the increased rates of dissolution available in accordance with the invention, dissolution can be carried out efficiently, even below the boiling point of the acid, with higher rates of dissolution being achievable at elevated temperatures. The preferred temperature of the mixture resolution is now approximately 10O 0 C.

Zum Stand der Technik sei auf US-Patent 3.005.682 sow e Band 2 des "Plutonium Hand Book" von 0.J.Wick, Science Publisher, New York, London, Paris 1967, S. 732 verwiesen. Regarding the state of the art, see US Patent 3,005,682 and Volume 2 of the "Plutonium Hand Book" by 0.J.Wick, Science Publisher, New York, London, Paris 1967, p. 732.

6Q9848/06G36Q9848 / 06G3

Claims (4)

AnsprücheExpectations 1.) Verfahren zum Auflösen von PuO_ in einer wässrigen Auflösungsmischung, die PuO3, HNO- und eine wirksame katalytische Menge an Fluorid hält, dadurch gekennzeichnet , daß in der Auflösungsmischung Oxydationsbedingungen vorgesehen sind, um die Auflösungsrate von PuO9 zu erhöhen.1.) A method for dissolving PuO_ in an aqueous dissolution mixture which holds PuO 3 , HNO and an effective catalytic amount of fluoride, characterized in that oxidation conditions are provided in the dissolution mixture in order to increase the dissolution rate of PuO 9. 2.) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsbedingungen elektrolytisch vorgesehen sind.2.) Method according to claim 1, characterized in that the oxidation conditions are provided electrolytically are. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsbedingungen durch Hinzufügung von Ag5O_ zur Auflösungsmischung vorgesehen werden.3.) The method according to claim 1, characterized in that the oxidation conditions are provided by adding Ag 5 O_ to the dissolution mixture. 4.) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösungsmischung aufgelöstes Ruthenium enthält.4.) The method according to claim 1, characterized in that the dissolution mixture contains dissolved ruthenium. 609848/0603609848/0603
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0031067A1 (en) * 1979-12-20 1981-07-01 Alkem Gmbh Method for dissolving hardly soluble nuclear fuels
FR2562314A1 (en) * 1984-03-27 1985-10-04 Commissariat Energie Atomique PROCESS FOR RECOVERING PLUTONIUM FROM SOLID WASTE

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0031067A1 (en) * 1979-12-20 1981-07-01 Alkem Gmbh Method for dissolving hardly soluble nuclear fuels
FR2562314A1 (en) * 1984-03-27 1985-10-04 Commissariat Energie Atomique PROCESS FOR RECOVERING PLUTONIUM FROM SOLID WASTE
EP0158555A1 (en) * 1984-03-27 1985-10-16 Commissariat A L'energie Atomique Process for recovering plutonium contained in solid waste
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