DE2724954C2

DE2724954C2 - Verfahren zur Dekontamination von alpha- und beta-aktivem Prozeßwasser

Info

Publication number: DE2724954C2
Application number: DE2724954A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ing.(Grad.) 8756 Kahl Sondermann
Original assignee: Reaktor-Brennelement Union 6450 Hanau De GmbH; Reaktor-Brennelement Union 6450 Hanau GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-02
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1984-11-15
Also published as: DE2724954A1; SE429697B; SE7805498L; US4269706A; IT7823861A0; IT1096343B; BR7803398A; JPS541800A; JPS6136197B2; ES470372A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus »Atomkcrncncrgic«, Band 29 (1977) Nr. 1, Seiten 59 bis 61. bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird als Fällungsmittcl zum Ausfällen von Thorium aus Abwasser Kaliumpalmitat und Kaliumhydroxid verwendet. Das Thorium fällt im wesentlichen in Form von Thoriumpalmitai bei mittlcrem und niedrigem pH-Wert des Abwassers und in Form von Thoriumhydroxid bei hohem pH-Wert des Abwassers aus. Das Verfahren ist jedoch nur brauchbar bei einer Thoriumkonzentration im Abwasser bis hinunter zu 10-⁴ Mol/l. Bei niedrigeren Thoriumkonzcntrationen versagt das Verfahren, da sich Kristallisationskeime nicht mehr in ausreichendem Maße bilden können. Ferner macht sich an Luft der Einfluß von aus der l.ufi stammendem Kohlendioxid bemerkbar, das gut lösliche Thorium-Carbonatkomplcxe zuungunsten von Thoriumpalmitat bzw.Thoriumhydroxid bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bckannte Verfahren so weiterzubilden, daß auch in wesentlich kleineren Konzentrationen als 10 ⁴ Mol/l vorhandenes Thorium und außerdem auch noch vorhandenes Uran abgetrennt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Zum Erreichen einer angestrebten und äußerst nicdrigcn Endaktivität des Prozeßwassers ist es günstig, wenn mehrere derartige Verfahrcnsslufen kaskadenförmig nacheinander durchlaufen werden, wobei jeweils zu Beginn der nächsten Stufe der pH-Wert durch Salpcter-Säurezugabe auf ca. 5,8 eingestellt wird.

Beim Überschreiten der Löslichkeit des Cal/iumhydroxids im angesäuerten Prozeßwassor findet eine Mischkristallfällung stall von C'alziumhydrnxid, in dessen Kristallgitter das Schwermetall Thorium gerade auch bei geringster Konzentration bis hinab zu 10 -'" Mol/l im Prozeßwasser eingebaut ist. da Thorium und Cal/ium etwa den gleichen lonenradius haben.

Auch bindet CaO b/.w. Ca(OI I): Kohlensäure im Prozcßwasser unter Bildung schlecht löslichen Calziumcabonats ab und verhindert so die Bildung der gut löslichen Thorium-Carbonalkomplcxc. Im Prozeßwasser vorhandenes Uran fällt auch bei verhältnismäßig germ's ger Konzentration als Calz.iumuranat aus.

Bei der Herstellung von Urandioxidpulver anfallendes Prozeßwasscr kann also so weit gereinigt werden, daß es nicht mehr unter die Strahlenschutzverordnung fällt und unbedenklich in die Kanalisation abgeleitet werden kann.

Nach der US-Patentschrift 18 90 244 werden in verhältnismäßig großer Menge in einer uranhaltigen, Salpetersäuren Ixisung cnthalienc Kcrnspaltproduktc wie Palladium, Rhodium oder Ruthenium mit Hilfe von Kalk I¹S als entsprechendes Hydroxid ausgefällt

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist der Verfahrensablauf in der Figur funktionsschematisch dargestellt. Dieses Beispiel ist dabei zweistufig.

Jede Stufe hat ein Fällgefäß 1 bzw. 2, das mit einem >o Rührwerk R und einem pH-Meßgerät ausgerüstet ist. Der Ablauf dieser Gefäße ist mit einem Ventil V verschließbar und führt zu einer Zentrifuge Z1 bzw. Z 2.

In aas Fällgcfäß 1 wird zunächst Prozeßwasser P₁, eingefüllt und sodann über die Leitung H solange Salop's tersäurc zugegeben bis der pH-Wert von etwa 5,8 erreicht ist. Alsdann wird über die Leitung C bei laufendem Rührwerk R CaO oder Ca(OH)2 zugegeben bis der pH-Wert auf etwa 8,5 gestiegen ist. Die dadurch entstandene Suspension wird dann weiter noch für wenig-)o stens 5 Minuten gerührt und anschließend über das Ventil zur Zentrifuge Zl abgelassen. Diese Zentrifuge trennt die festen von den flüssigen Bestandteilen. Ersterc enihalten die Kontamination und werden als aktiver Niederschlag N1 einer weiteren Abfallbehandlung ji oder Verwertung zugeführt. Das verbleibende Prozeßwasser P 1, das noch schwach radioaktiv sein kann, wird nun der zweiten Vcrfahrcnsslufc, also dem Fällbchälter 2. zugeführt. Anschließend wird wieder über die Leitung // Salpetersäure zur Einstellung des pH-Wertes von 5,8 zugegeben und dann unter ständiger Bewegung des Rührwerkes R wiederum CaO bzw. Ca(OH)₂ bis zur Erreichung des pH-Wertes von 8.5 zugegeben. Nach Ablauf einer !'allzeit von wenigstens 5 Minuten wird, wie in der ersten Verfahrensstufc. wieder das Ventil V geöffnet, sodann werden über die Zentrifuge Z2 die Feststoffe von der Flüssigkeit abgeschieden. Die Feststoffe werden wieder als aktiver Niederschlag Λ/2 der Zentrifuge entnommen und wie der Niederschlag Ni einer weiteren Abfallbehandlung oder Verwertung zu-

V) geführt. Im Prozeßwasser P2 ist nunmehr praktisch die Thoriumaktivität unter den einzuhaltenden Grenzwert abgesunken.

Mit Hilfe der genannten Einstellung des pH-Wertes auf 8,5 in beiden Stufen ist es möglich, zunächst Th 234

Vt sowie die Th 234-Tochterproduktc zu entnehmen. Um Uran aus dem Prozeßwasscr abzutrennen, ist es notwendig, solange CaO bzw. Ca(OH)₂ zuzugeben bis der pll-Wcrl etwa 10 erreicht hat. Hei dieser Verfahrensweise wird also zuerst Thorium und dann Uran aus dem

hi Prozeßwasscr ausgefällt.

Einige Zahlenwene sollen nun die mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Dckontaminalionscffckle näher veranschaulichen:

b^r, Λ. Ein Prozeßwasscr halte eine Uran- .-!-Aktivität von 5500 pCi/ml. Nach der ersten Fällung betrug die Aktivität des Pro/eltwasscrs Pl noch l2pCi/ml und

nach der zweiten Fällung betrug die Aktivität des Prozeß wassers P 2 noch 7 pCi/ml.
B. Ein Pro/eßwasscr hatte eine Thoriun-/y-Aktivität von 8 500 000 pCi/ml. Nach der ersten Fällung betrug die ^-Aktivität von P1 10 000 pCi/ml. ■>

Nach der zweiten Fällung betrug die /f-Aktiviiäi im Prozeßwasser P 2 150 pCi/ml.

Nach der dritten Fällung betrug die Restaktivität nur noch 50 pCi/ml. i< >

Zum Vergleich dazu sei erwähnt, daß der natürliche Superphosphat-Dünger eine /!"-Aktivität von ca. 100 pCi/g besitzt.

Die Größe der Fällbehälter richtet sich nach der anfallenden Menge von Pro/.eüwässern, ihr Volumen kann i^r> durchaus in der Größenordnung von 1 Kubikmeter liegen. Die Menge des benötigten CaO bzw. Ca(OI l)_> liegt dabei in der Größenordnung von 1 — 10 g j? Liter Prozeßwasser.

Aus der Funktionsbeschreibung dieses Verfahrens geht hervcr, daß es sich besonders gut auch für niederaktive Prozeßwässer eignet. Durch entsprechende Wahl der Verfahrensstufen ist es leicht möglich, den gewünschten Dekontaminationsgrad einzustellen und zu erreichen. ><;

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Dekontamination von alpha- und beta-aktivem Prozeßwasser, insbesondere aus der Kernbrennstoffer/.eugung, bei dem Thorium mittels eines Metallhydroxids bei einem pH-Wert von mindestens 6 ausgefällt und die Suspension nach einer Standzeit in einer Zentrifuge in ihre flüssigen und festen Bestandteile /erlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Prozeßwassers auf ca. 5,8 eingestellt und anschließend unter ständigem Umrühren durch Zugabc von CaO oder Ca(0H)2 zunächst zur Abtrennung von Thorium und Tochtersubstanzen auf etwa 8,5 und dann zur Abtrennung von Uran auf etwa SO erhöht wird, und daß als Standzeit wenigstens 5 Minuten gewählt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere derartige Verfahrcnssiufen kaskadenförmig nacheinander durchlaufen werden, wobei jeweils zu Beginn der nächsten Stufe der pH-Wert durch Salpctersäurczugabc auf ca. 5.8 eingestellt wird.