DE2838007B1 - Verfahren zur Aufarbeitung ammoniumnitrathaltiger Loesungen - Google Patents

Verfahren zur Aufarbeitung ammoniumnitrathaltiger Loesungen

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Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung ammoniumnitrathaltiger, insbesondere bei der Konversion von Uranyl- und Plutonylnitratlösungen entstehender wässerigen Lösungen, die noch eine geringe Menge von Schwermetall-Ionen enthalten können.
Bei diesen Lösungen handelt es sich im allgemeinen um Filtrate von Fällungen schwerlöslicher Metallverbindungen. Im Falle von Uran und Plutonium sind diese Filtrate schwach radioaktiv.
Für die Beseitigung radioaktiven Abfalls muß in bekannter Weise eine möglichst große Volumenreduzierung desselben vorgenommen werden, damit unter anderem der Raumbedarf für die Endlagerung so klein wie möglich wird. Andererseits ist es erstrebenswert, die in solchen Lösungen noch verwertbaren Stoffe, wie z. B. die Schwermetalle Uran und Plutonium sowie auch Salpetersäure vor der Endlagerung herauszuholen und ' einer Wiederverwendung zuzuführen. Bei der Behändlung solcher Lösungen muß die Explosionsgefährlichkeit von Ammoniumnitrat berücksichtigt werden, so daß sich die Aufgabe stellt, das Ammoniumnitrat vor E(x) -Q- VL < 0
gilt.
Dabeiist:
E(x) = die Feldstärke am Ort x,
G= Konzentration der zu entnehmenden Komponente /,
V/.= Strömungsgeschwindigkeit der Gegenstromelektrolyselösung.
• Zur näheren Erläuterung dieses Verfahrens sei auf die Figur verwiesen, wobei für eine als Beispiel dienende Lösung einige Zahlenwerte gegeben werden, die jedoch in keiner Weise für das vorliegende Verfahren einschränkend oder begrenzend zu werten sind.
Der Gegenstromelektrolyt kann an der Stelle 14 dosiert werden und aus der NH.jNCb-Lösung bestehen. Die ammoniumnitrathaltige Lösung kann jedoch auch als Teilstrom bei a zudosiert werden, wobei der Hauptstrom z. B. aus H2O besteht und ebenfalls bei 14 zugegeben wird.
Der elektrolytische Trog ist mit 1 bezeichnet, er ist durch eine Vielzahl von vertikal gestellten Wänden 15, die als Diaphragma wirken, in einzelne Kammern a bis / unterteilt. An den Enden des Troges befinden sich zur Stromzuführung die Elektroden 11 und 12, die mit einem regelbaren Stromversorgungsgerät 2 verbunden sind. Die Eingangslösung 3 wird in diesem Beispiel als Teilstrom der Kammer a, der Hauptstrom z. B. H2O bei 14 zugeführt, die Ausgangslösung 4 aus der Kammer /
abgezogen. Über der Kammer b ist ein Abzug 5 für das ausgetriebene Ammoniak NH3 vorgesehen. Der Gesamtbereich des Troges ist dazu mit einer Temperaturregeleinrichtung 6 ausgerüstet, mit der auch eine evtl. starke Wärmeentwicklung im Neutralbereich abgebaut werden kann. Dazu sind die Temperaturen in den einzelnen Trogbereichen individuell einstellbar. An den Kammern c, d, e sind Entnahmeleitungen 7 für die an Schwermetall-Ionen angereicherte Lösung in diesen Kammern vorgesehen.
Die zuzuführende Lösung 3 kann beispielsweise 500 mg SM/1, ca. 130 g/l Nitrate (NO3), ca. 100 g/l Gesamtammoniak (NH3 und NH4) sowie 80 g/l Carbonat als CO3 enthalten. Diese Lösung kann, wie in der Figur dargestellt, der Kammer a aber auch jeder anderen Kammer zugeführt werden. Nach Ausbildung eines Gleichgewichtszustandes wird der Troginhalt in einer Zone zur Kathode 11 hin alkalisch, wobei sich auch die Temperatur durch die Stromwärme erhöht. Zu dieser Kathode 11 wandernden Ammonium-Ionen werden nach dem Gleichgewicht
ΝΗ4+*=*ΝΗ3 + H+
unter Wasserbildung
H+ + OH **H2O
zerlegt und bei der erhöhten Temperatur das Ammoniak NH3 ausgetrieben und über die Leitung 5 abgeführt. Dieses Ammoniak wird in nichtdargestellter Weise dann einer Absorptionswäsche zugeführt und kann z. B. in den Konversionsprozeß für Uran oder Plutonium zurückgeführt werden.
Die Betriebsbedingungen werden dabei so eingestellt, daß die Konzentration der in den Trog gelangenden NH4+-Ionen in einer festzulegenden Kammer zur Anode 12 hin im stationären Betriebszustand auf Null abgeklungen ist. Im saueren Bereich des Troges, welcher durch einen Neutralbereich vom alkalischen getrennt ist, können die NO3"-Ionen des Ammoniumnitrates in Form von verdünnter HNO3 kontinuierlich abgezogen werden, wie durch die Leitung 4 dargestellt und in den Prozeß rückgeführt werden.
Die in der Lösung enthaltenen Schwermetallionen werden je nach den gewählten Betriebsparametern an verschiedenen Stellen des Troges abgezogen und können weiterverarbeitet werden. Durch die schematisch angedeuteten Entnahmestellen 7 in den Kammern c, d, e ist dies angedeutet. Da die Ionenwanderungsgeschwindigkeit von Uran und Plutoniumionen unterschiedlich ist, kann dabei beim Vorhandensein beider Ionenarten gleichzeitig eine getrennte Entnahme derselben aus verschiedenen Bereichen des Elektrolysetroges mit hohem Reinheitsgrad vorgenommen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Aufarbeitung ammoniumnitrathaltiger, insbesondere bei der Konversion von Uranyl- und Plutonylnitratlösungen entstehender wässerigen Lösungen, die noch eine geringe Menge von Schwermetallionen enthalten können, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Prinzip der Gegenstomelektrolyse eine räumliche Trennung von NHHonen einerseits und NCVIonen andererseits durchgeführt wird, NH3 durch Temperaturerhöhung ausgetrieben, NO3 als HNO3 sowie die sich sammelnden Schwermetallionen zur Weiterverarbeitung bzw. Rezyklierung abgezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich, also durch stetige Zugabe der Ausgangslösung sowie stetige Entnahme der Elektrolyseprodukte durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es diskontinuierlich, also durch Zugabe und Entnahme von Ausgangslösung bzw. Elektrolyseprodukten in zeitlichen Intervallen durchgeführt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem von einem geregelten Gleichstrom durchflossenen elektrolytischen Trog besteht, der in Stromrichtung gesehen durch mehrere Diaphragmen in eine Mehrzahl von Kammern unterteilt ist, aus denen die Elektrolyseprodukte entnehmbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gesamtbereich des Troges zur Austreibung von gasförmigem NH3 eine Temperaturregeleinrichtung vorgesehen ist, die für die einzelnen Trogbereiche individuell einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeit der Ausgangslösung je nach Problemstellung des Troges entsprechend der sich infolge der angelegten Spannung bildenden Ionenwanderungsgeschwindigkeit einstellbar ist.
oder während der Volumenverminderung dieser Lösungen zu zerlegen, und zwar in solche Produkte, die von dieser Seite her gesehen problemlos gehandhabt werden können.
Die für die Ammoniumnitratzersetzung bekanntgewordenen Verfahren, die chemothermischer Natur sind, haben jedoch neben dem benötigten großen apparativen Aufwand auch noch den Nachteil, daß die Wiedergewinnung der in den Lösungen enthaltenen Schwermetalle weitere besondere Verfahren benötigt.
Die spezielle, der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren zu finden, das einen möglichst geringen apparativen Aufwand benötigt und neben der Zersetzung des Ammoniumnitrates auch die Wiedergewinnung der in Lösung befindlichen Schwermetalle erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Prinzip der Gegenstromelektrolyse eine räumliche Trennung von NFU-Ionen einerseits und NO3-Ionen andererseits durchgeführt wird, NH3 durch Temperaturerhöhung ausgetrieben, NO3 als HNO3 sowie die sich sammelnden Schwermetall-Ionen zur Weiterverarbeitung abgezogen werden. Dieses Verfahren kann dabei kontinuierlich, also durch stetige Zugabe der Ausgangslösung sowie stetige Entnahme der Elektrolyseprodukte durchgeführt werden. Es ist jedoch auch ein diskontinuierlicher Verfahrensgang möglich, wobei also die Zugabe und Entnahme von Ausgangslösung bzw. Elektrolyseprodukten in zeitlichen Interval-Ien durchgeführt wird. Die Entnahme der Schwermetall-Ionen aus unterschiedlichen Trogbereichen wird dabei dadurch möglich, daß die Fließgeschwindigkeit der Ausgangslösung bzw. Gegenstromelektrolytlösung innerhalb des elektrolytischen Troges so einstellbar ist, daß sie kleiner als die infolge der angelegten Spannung bzw. des hindurchgeleiteten Stromes sich ausbildende Ionenwanderungsgeschwindigkeit ist bzw. im stationären Betriebszustand
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