DE2625355C2

DE2625355C2 - Verfahren zum diskontinuierlichen Herstellen von Americiumdioxid

Info

Publication number: DE2625355C2
Application number: DE19762625355
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 8755 Alzenau Koch; Knut Dr.-Ing. 7514 Leopoldshafen Scheffler
Original assignee: Alkem 6450 Hanau De GmbH; Alkem GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1976-06-04
Publication date: 1985-09-19
Also published as: FR2353488B1; JPS52149294A; ES459153A1; FR2353488A1; JPS611375B2; BE855368A; DE2625355A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Ein solches Verfahren ist aus den Seiten 290 und 291 aus J. Inorg. NucL Chem, 7 (1958) bekannt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausfällgeschwindigkeit des Americiumoxaiats zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfinuungsgemäß durch die Verfahrensschritte nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst.

Aufgrund der Vorneutralisierung der Americiumnitratlösung und der pH-Werteinstellung der Reduktionsflüssigkeit nach dem Zusetzen der Oxalsäure fällt Americiumoxalat praktisch sofort aus.

Dieser Verfahrensablauf ist schematisch in F i g. 1 dargestellt Die F i g. 2 zeigt schematisch eine mögliche Anordnung von Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Anhand dieses Beispieles wird nachstehend auf weitere Einzelheiten dieses Verfahrens eingegangen.

Im Vorratsbehälter I befindet sich eine beispielsweise bei der Plutoniumkonversion zu Plutoniumdioxid gewonnene Americiumnitratlösung. Diese Lösung enthält je Liter etwa 35 Gramm Americium. In einem weiteren Vorratsgefäß 2 befindet sich die für die Ausfällung des Americiums benötigte Oxalsäure. Die zur Vorneutralisation und Einstellung des pH-Wertes benötigten Stoffe NH₃ und NH4OH befinden sich in der Druckflasche 41 bzw. dem Vorratsbehälter 42.

Der eigentliche Reaktionsbehälter ist mit 3 bezeichnet, er ist mit einer Heiz- und Kühleinrichtung 33 zur Konstanthaltung der Temperatur sowie einem Rührwerk 31 mit Antriebsmotor 32 ausgerüstet

In diesem Reaktionsbehälter 3 wird zunächst eine vorbestimmte Menge an Americiumnitrat aus dem Vorratsbehälter 1 eingelassen. Sodann wird diese Lösung mit Hilfe von Ammoniak aus der Druckflasche 41 bis auf ca. 1 Mol HNO₃/Liter vorneutraüsiert. Damit wird eine Zersetzung infolge Reaktion der Oxalsäure mit konzentrierter Salpetersäure bei höheren Temperaturen, die bei der exothermen Reaktion zwischen NH₃ und HNO₃ entstehen, verhindert.

Anschließend wird die zur Ausfällung von Americiumoxalat notwendige stöchiometrische Menge fester oder

flüssiger Oxalsäure aus dem Vorratsbehälter 2 hinzugegeben. Das Rührwerk 31 sorgt dabei für eine rasche und gleichmäßige Mischung der Reaktionspartner. Zur Ausfällung des Americiumoxaiats wird nunmehr N H4OH aus dem Vorratsbehälter 42 solange der Reaktionsflüssigkeit zugegeben bis diese auf einen pH-Wert von 2,5 ± 0,1 eingestellt ist.

Die ursprüngliche Reaktionsflüssigkeit wandelt sich nunmehr durch das ausgefällte, kristalline Americiumoxalat in eine Suspension um, die nunmehr noch für etwa 1 Stunde weiter durch Umrühren bewegt wird. Dieses Umrühren kann selbstverständlich auch auf andere Weise geschehen, so z. B. durch Einblasen von Luft Außerdem könnte zum Gefäß 3 eine Bypassleitung mit Umwälzpumpe vorgesehen werden. Während dieser Umwälzzeit wird die Ausfällung des Americiumoxaiats vollständig abgeschlossen und die ausgefällten Teilchen in ihrer Korngröße vergleichmäßigt. Nach Beendigung dieses Verfahrensschrittes wird die Suspension in den Filterapparat 5 übergeleitet, die Americiumoxalatteilchen verbleiben dort z. B. auf dem Filterboden 51 aus Sintermetall. Die Restflüssigkeit dagegen gelangt in den Zwischenbehälter 52 und von dort in den Verdampfer 53, der mit einer Heizeinrichtung 54 ausgestattet ist. Dabei wird die Lösung zum Verdampfen gebracht der Dampf im Kondensator 56 wieder verflüssigt und im Sammelbehälter 57 aufgefangen und steht, dort zur weiteren Verwendung bereit. Im Sammelbehälter 55 dagegen sammeln sich nach Öffnung des Ablaßventils des Verdampfers 53 die aufkonzentrierte Verunreinigungen, die noch als radioaktiver Abfall in üblicher Weise beseitigt werden müssen.

Das auf dem Filterboden 51 zurückbleibende Americiumoxalat, das unter Umständen nochmals mit verdünnter, Oxalsäure enthaltender Salpetersäure gewaschen werden kann, wird alsdann in den Kalzinierofen 6 überführt und dort auf 400—800°C z. B. innerhalb einer Stickstoffatmosphäre aufgeheizt.

Im Kalzinierofen 6 wird das gewünschte Americiumdioxid nach folgender Gleichung gebildet:

N₂
Am(C₂O₄J₂, 6 H₂O > AmO₂ + 2 CO + 2 CO₂ + 6 H₂O

Nach Beendigung dieses Vorganges und Abkühlung des gebildeten Americiumdioxids wird dieses in das Zerkleinerungs- und Siebwerk 7 überführt. Dieses enthält ein Sieb 71 mit einer Maschenweite von z. B. 100 μ, auf dem sich z. B. elastische Kugeln 72 befinden. Durch einen Rüttelantrieb springen diese elastischen Kugeln und zerkleinern dabei das aus dem Kalzinierofen 6 eingebrachte Am O2. Selbstverständlich wäre auch die Anwendung einer andersartigen Siebhilfe möglich.

In feingesiebtem Zustand gelangt dieses anschließend an die Wäge- und Abfülleinrichtung 73, die nach an sich bekannten Prinzipien aufgebaut sein kann. Die Abfüllung erfolgt dabei in Behälter 8, die in einer weiteren Station 9 mit einem Deckel 81 dicht verschlossen werden. In einer weiteren Station 91 wird dieser Behälter äußerlich dekontaminiert und in der Station 92 mit einem äußeren Sicherheitsbehälter 93, dessen Deckel zugeschweißt wird (94), versehen. Der Zwischenraum zum Behälter 8 wird dabei z. B. mit Heliumgas gefüllt

Die nunmehr mit Americtumoxid gefüllten Behälter werden alsdann in einem abgeschirmten Lagerbehälter 10 abgestellt Die bei diesem Verfahrer, entstehenden Abgase, wie z. B. CO, CO₂ und NH₄NO3-Nebel werden der Abgasreinigungsanlage 37 zugeführt dort z. B. ausgewaschen, kondensiert und die gereinigte Abluft über die Leitung 38 abgeführt

Die ganzen für diesen Konversionsprozeß benötigten Apparaturen befinden sich innerhalb eines mit einer Abschirmung gegen die Gammastrahlung des Americiums versehenen Raumes, der gegenüber der Umgebung unter einem leichten Unterdruck steht Über Manipulatoren oder Handschuhen können die einzelnen Verfahrensschritte nacheinander eingeleitet und durchgeführt werden. Bleiglasfenster sorgen für eine optische Zugänglichkeit des Verfahrensablaufes. Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß sämtliche Behälter so mit neutronenabsorbierenden Einrichtungen versehen sind bzw. so dimensioniert sind, daß es auch bei irrtümlicher Einfüllung spaltbarer Materialien nicht zu einer nuklearen Exkursion kommen kann.

Um eine bessere Vorstellung von der möglichen Größenordnung der zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Apparatur zu geben, sei erwähnt daß das Reaktionsgefäß 3 einen Durchmesser von 15 cm und eine Höhe von 100 cm haben kann. Die darin einzufüllende Menge von Americiumnitrat beträgt etwa 3 Liter und der erzielte Americiumdioxidertrag dann etw* 113 Gramm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum diskontinuierlichen Herstellen von AmO₂ aus einer Americiumnitratlösung durch Zusetzen von Oxalsäure zum Ausfällen von Americiumoxalat welches abgetrennt und durch Kalzinieren bei 400⁰C bis 800⁰C in Americiumdioxid umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Americiumnitratlösung durch Zudosieren von Ammoniak bis aufl m H NO₃ZUtCr vorneutralisiert wird, daß anschließend der Reaktionsflüssigkeit die Oxalsäure in entsprechender Menge und vorzugsweise in fester Form zugesetzt wird und daß dann die Reaktionsflüssigkeit durch weitere Zugabe von NH3 bzw. NH4OH auf einen pH-Wert von 23 eingestellt und damit eine weitgehende Ausfällung des Americiumoxaiats erreicht wird, wobei während dieser Verfahrensschritte die Reaktionsflüssigkeit sowie anschließend die entstandene Suspension noch für etwa 1 Stunde umgewälzt wird.