DE2838007C2

DE2838007C2 - Verfahren zur Aufarbeitung ammoniumnitrathaltiger Lösungen

Info

Publication number: DE2838007C2
Application number: DE19782838007
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr.-Ing. 6450 Hanau Herrmann; Thomas Ing.(Grad.) 8756 Kahl Sondermann
Original assignee: Alkem GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1980-08-21
Also published as: FR2435109B1; GB2029451A; GB2029451B; DE2838007B1; BE878492A; FR2435109A1; ES483731A1

Description

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50 oder während der Volumenverniinderung 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 Schwermetalie 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 Schvermetalle erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß nach dem Prinzip der Gegenstromelektrolyse eine räumliche Trennung von NHHonen einerseits und NOj-lonen andererseits durchgeführt wird, NHj durch Temperaturerhöhung ausgetrieben, NOj als HNOj 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 Intervallen durchgeführt wird. Die Entnahme der Schwennetallloncn aus unterschiedlichen Trogbereichen wird dabei dadurch möglich, daß die Fließgeschwindigkeit der Ausgangslösung bzw. Gegcnstroiiielekirolytlösung innerhalb des elektrolytischcn Troges so einstellbar ist, daß sie kleiner als die infolge der angelegten Spannung bzw. des hindurchgcleitcien Stromes sich ausbildende Ioncnwanderungspesehwindigkeit ist bzw. im stationären Betriebszustand

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung ammoniumnitralhalliger, insbesondere bei der Konversion von Uranyl- und Plutonylnitratlösungen entstehender wiisscrigen Lösungen, die noch eine geringe Menge von Schwernietull-Ioncn 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 se klein wie möglich wird. Andererseits ist es erstrebenswert, die in solchen Lösungen noch verwertbaren Stoffe, wie z. B. die Schwermetall Uran und Plutonium sowie auch Salpetersäure vor der Endlageriing herauszuholen und einer Wiederverwendung zuzuführen. Bei der Behänd- ^hl lung solcher Lösungen muß die Explosionsgcfährlichkcit von Ammoniumnitrat berücksichtigt werden, so daß sich die Aufgabe stellt, das Ammoniumnitrat vor E(x) ■ C₁ - V, < 0

Dabeiist:

E(x) = die Feldstärke am Ort v.

Ci= Konzentration der zu entnehmenden Komponente i,

V/,= Strömungsgeschwindigkeit der Gegenstromelektrolyseiösung.

Zur näheren Erläuterung dieses Verfahrens sei auf die Figur verwiesen, wobei für eine als Beispiel dienende Lösung einige Zahlenwerte gegeben werden, die jedooh in keiner Weise für das vorliegende Verfahren einschränkend oder begrenzend zu werten sind.

Der Gcgens'.romeleklrolyt kann an der Stellt' 14 dosiert werden und aus der NII₄NO|-Lösung bestehen. Die ammoniiimnitratlwltige Lösung kann jedoch auch als Teilstrom bei :i zudosiert werden, wobei der Hauptstrom /.. B. aus ll>() besteht und ebenfalls bei 14 zugegeben wird.

Der elektrolytisch^ Trog ist mit 1 bezeichnet, er ist durch eine Vielzahl von vertikal gestellten Wanden 15, die als Diaphragma wirken, in einzelne Kammern ;) bis / unterteilt. An den Enden des Troges befinden sich zur Stromzuführung die F.leklroden 11 unit 12. clic η,it einem regelbaren Siromversorgungsgerät 2 verbunden sind. Die Hingangslösung 3 wird in diesem Beispiel als Teilstro'ii der Kammer .7. der I laiintstrom /. H. 11.0 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 Neutralbeteich 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 Lösu.ig 3 kann beispielsweise 500 mg SM/I, ca. 130 g/l Nitrate (NO₃), ca. 100 g/l Gesamtammoniak (NH₃ und NH4) sowie 80 g/1 Carbonat als CO₃ enlhalien. 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 H wandernden Ammonium-Ionen werden nach dem Gleichgewicht

NH₄ ⁺^NH₁ + H<
unter Wasserbildung

H+ + OH **U₂O
zerlegt und bei der erhöhten Temperatur das Ammoniak NH₃ ausgetrieben und über die Leitung 5 abgeführt. Dieses Ammoniak wird in nichtda'-gestellter Weise dann einer Absorptionswäsche zugeführt und kann z. B. in den Konversionsprozeß für Uran oder Plutonium zunickgeführt werden.

Die Betriebsbedingungen werden dabei so eingestellt, daß die Konzentration der in den Trog gelangenden NH₄ ⁺ -lonen 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 NOi" -Ionen des Ammoniumnitrates in Form von verdünnter HNOj kontinuierlich abgezogen werden, wie durch die Leitung 4 dargestellt und in den Prozeß rückgeführt werden.

Die in der Lösung enthaltenen Schwermeiallionen werden je nach den gewählten Betriebsparametern an verschiedenen Stellen des Troges abgezogen und können weiterverarbeitet werden. Durch die sehematisch angedeuteten Entnahmesiellen 7 in den Kammern c. d, c ist dies angedeutet. Da die lonenwanderungsgeschwindigkeit von Uran und Pluioniumionen unterschiedlich ist. kann dabei beim Vorhandensein beider lonenarten gleichzeitig Line getrennte Entnahme derselben aus verschiedenen Bereichen c!es Elektrolysctroges mit hohem Reinheitsgrad vorgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufarbeitung ammoniumnitrathaiiiger, insbesondere bei der Konversion von Uranyl- und Plutonylnitratlösungen entstehender wässerigen Lösungen, die noch eine geringe Menge von Schwermetallionen enthalten können, d a durch gekennzeichnet, daß nach dem Prinzip der Gegenstomelektrolyse eine räumliche Trennung von NHU-Ionen einerseits und NCh-Ionen 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 Zugabs der Ausgangslösung sowie stetige Entnahme der Elektrolyseprodukte durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß es diskontinuierlich, also durch Zugabe und Entnahme von Ausgangslösung bzw. Elektrolyseprodukten in zeitlichen Intervallen durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren;, nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem von einem geregelten Gleichstrom durchflossenen elektrolytischen Trog besteht, der in Siromrichtung 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 Gesamtbcrcich des Troges zur Austreibung von gasförmigem NHj 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 lonenwanderungsgcschwindigkeit einstellbar ist.

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