DE2842050A1

DE2842050A1 - Entfernung von radionukliden aus wasser

Info

Publication number: DE2842050A1
Application number: DE19782842050
Authority: DE
Inventors: Gary Lee Silver
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1978-09-27
Publication date: 1979-04-05
Also published as: IT7828113A0; JPS5455299A; FR2403978A1; GB2004857A; US4120933A; GB2004857B; IT1099185B; CA1090018A

Description

KARL H. WAGNER " 6000 MÖNCHEN 22

GEWORZMOHLSRASSE 5 POSTFACH 246 2 8 4 2 O 5

27. September 1978 78-R-3316

United States Department of Energy, Washington, D.C 20545, V.St.A.

Entfernung von Radionukliden aus Wasser

Zu den Hauptproblemen der Kernindustrie gehört die normale oder durch einen Unfall hervorgerufene und unbeabsichtigte Erzeugung großer Volumina an flüssigem Abfall, der biologisch gefährliche Radionuklide enthält. Eine sehr kleine Menge vorhandener Radionuklide kann eine sehr teure Reinigung oder Entfernung erforderlich machen. Einige Radionuklide sind besonders gefährlich während ihrer langen physikalischen oder biologischen Halbwertszeiten. Andere Radionuklide sind besonders gefährlich, weil sie durch lebende Organismen innerhalb einer Nahrungskette konzentriert werden können.

Zur Überwindung der genannten Probleme und Nachteile hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, ein verbessertes,verhältnismäßig einfaches und wirtschaftliches Verfahren vorzusehen, um Radionuklide aus wässrigen Lösungen zu entfernen. Die Erfindung bezweckt ferner, ein Verfahren anzugeben, um diese Radionuklide aus wässrigen Lösungen zu entfernen, die eine Affinität für die Gewebe lebender Organismen haben können. Ferner bezweckt die Erfindung, ein Verfahren zur Entfernung dieser Radionuklide aus wässrigen Lösungen vorzusehen, die biologisch gefährlich sein können infolge ihrer langen physikalischen oder biologischen Halbwertszeit oder deshalb, weil sie in einer Nahrungskette konzentriert werden können.

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TELEFON: (089) 298527 TELEGRAMM. PATLAW MÜNCHEN TELEX: 5-22039 patw d

Die Erfindung sieht vor, daß eine ein Radionuklid enthaltende wässrige Lösung mit Chitin kontaktiert wird, bis ein 'i'eil des Radionuklids mit dem Chitin absorbiert oder in anderer-Weise assoziiert wird, worauf dann das Chitin von der wässrigen Lösung getrennt wird.

Weitere Vorteile, Zieleund Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung, die eine Strömungsdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

In der das Verfahren darstellenden Zeichnung sieht man, wie das verunreinigte Wasser in Kontakt gebracht wird mit frischem Chitin, und zwar in einer Kontaktvorrichtung, um darauffolgend getrennt zu werden, was ein gereinigtes Wasserprodukt und ein verunreinigtes Chitin-Produkt ergibt.

Das radioaktiv verseuchte Wasser kann irgendein wässriger Abfallstrom sein, wie er in der Kernindustrie erzeugt wird, beispielsweise im Bergbau, beim Vermählen, bei der Anreicherung, bei der Brennstoffherstellung, in Kernreaktoren, in der Brennstoffwiederauf bereitung und bei der Abfallaufbewahrung. Diese Abfallströme können Radionuklide oder Aktiniden und Spaltprodukte in entweder saurem, neutralem oder basischem Medium enthalten. Von besonderer Wichtigkeit sind diejenigen Radionuklide, die biologisch aktiv sind und daher in lebendem Gewebe und Nahrungsketten konzentriert werden.

Plutonium ist ein Radionuklid von besonderer Wichtigkeit, wegen seiner hohen Gefahrenklasse. Andere Elemente der Aktinidenreihen des periodischen System besitzen erwartungsgemäß ähnliches chemisches Verhalten und können daher gleichfalls dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden.

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Chitin ist der Hauptbestandteil der Schalen bestimmter Schalen- oder Krustentiere (Crustacea und Insekten). Es ist ein Polysaccharid, ein langkettiges, nicht verzweigtes Polymer aus N-Acetyl-2-Amino-2-Deoxy-/£ -D-Glucopyranose-Einheiten. Strukturell ist Chitin analog der Zellulose aufgebaut, wobei die Hydroxyl-Gruppen am C-2 Kohlenstoff ersetzt wurden durch Acetylamino- oder Amino-Gruppen. Chitin kommt in seiner reinen Form nicht in der Natur vor, kommt aber normalerweise zusammen mit beträchtlichen Mengen an Protein und anorganischen Salzen, wie beispielsweise Kalziumkarbonat vor. Diese Verunreinigungen können durch eine Reihe von milden chemischen Trennungen entfernt werden, was ein festes flockenförmiges, in etwa weißes Produkt von ungefähr 99 % Reinheit ergibt. Chitin ist im Handel von verschiedenen Herstellern erhältlich, beispielsweise der Firma Hercules Incorporated in Wilmington, Delaware, USA. Es sei bemerkt, daß Chitin normalerweise in Verbindung mit lebenden Organismen gefunden wird, und es ist daher zu erwarten, daß sich geänderte Eigenschaften ergeben, wenn es aus der Umgebung biologischer Prozesse entfernt ist.

Chitin kctiin zur Reinigung (Entgiftu;..<_;) oder Ej.-Lralii·.ru-.i'j von Radionukliden aus wässrigen Lösungen verwendet werden, und zwar unter Verwendung irgendeiner der Fest- Flüssig-Kontakteinheitsoperationen, die wohl bekannt sind. Eines der einfachsten Verfahren ist die Charge-Equilibration so wie sie im gezeigten Beispiel dargestellt ist. Der Fachmann erkennt, daß andere Mittel der Inkontaktbringung und Trennung höhere Entgiftungsniveaus erzeugen können. Zu diesem Verfahren gehören Operationen wie das mehrstufige Mischen-Absetzen und das Gegenstromverfahren oder das Verfahren mit stationärer Säule. Der gereinigte wässrige Strom und das verunreinigte Chitin können durch schwere Trennung oder Filterverfahren getrennt werden.

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Bei dem Verfahren der Lösungsmittelextraktion oder der Ionenaus tauschung ist das Konzept eines Verteilungs- oder Distributions-Koeffizienten bekannt. Dieser Koeffizient ist ähnlich dem Konzept eines Entgiftungsfaktors oder eines Gleichgewichtskoeffizienten und kann ausgedrückt werden als die Menge an (interessierenden) Species in der festen Phase dividiert durch die Menge der Species in der flüssigen Pnase. Sämtliche Radionuklide würden nach der Gleichgewichtsbildung eine charakteristische Verteilung zwischen der festen Phase (Chitin) und der flüssigen Phase (wässrige Lösung) zeigen. Mit einer richtig aufgebauten Ausrüstung, die genügend theoretische Stufen enthält, sollte jedes Radionuklid aus einer wässrigen Lösung durch Kontaktierung mit Chitin entfernbar sein. Natürlich sind diejenigen Radionuklide, die einen höheren Verteilungskoeffizienten mit Chitin zeigen, leichter als die mit einem niedrigeren Koeffizienten zu entfernen .

Nachdem die radioaktiven Verunreinigungen fc.-ini.ial aureii >iu> Chitin absorbiert oder in anderer weise mit diesem verbunden sind, können sie entweder in einer Aufbewahrung für radioaktiven Abfall angeordnet werden, oder aber zum erneuten Gebrauch wiedergewonnen werden. Diese darauffolgende wiedergewinnung kann die Auflösung in einer starken Mineralsäure oder aber die Verbrennung umfassen, gefolgt von weiteren Wiedergewinnungsschritten, die in der Kernindustrie bekannt sind. Man erkennt, daß Chitin, welches in seiner reinen Form nur Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff enthält, praktisch aschelos verbrannt werden kann und besonders für die Radionukleid-Wiedergewinnung geeignet ist, ohne in nicht notwendiger Weise die Masse des radioaktiv verunreinigten Materials zu vergrößern, die in Abfallaufbewährungsstätten gespeichert werden muß.

Beispiel

In mehrere loo ml Flaschen wurden gleiche Proben von sechswertigem Plutonium in einer solchen Menge gebracht, daß bei Verdünnung

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auf die volumetrische Markierung die Proben 13.ooo Desintegrationen pro Minute pro Millimeter Lösung enthielten. In jede Flaschen wurden abgewogen 387 ± 5 mg Chitin in zerkleinerter oder Flockenform eingebracht. Die Flocken waren unregelmäßige weiße Flocken mit einer Oberfläche von ungefänr 1 - Io mm² auf jeder Seite. Gleiche Volumina an ^atriumacetat/ Ammoniumnitrat-Pufferlösungen mit verschiedenen pll-tferten wurden jeder Flasche hinzugegeben und die Lösungen wurden auf loo ml mit destilliertem Wasser verdünnt. Nach einem einwöchigen STehenlassen mit häufigem Schütteln unter atmosphärischem Druck und Raumtemperatur wurde ein Aliquot an Flüssigkeit aus jeder Flasche entnommen und in einem Flüssigkeitsscintillationszähler ausgezählt.

Wie man aus Tabelle I erkennt, war das Chitin in der Entfernung von 5/6 bis 15/16 der anfänglichen Radioaktivität effektiv.

Flasche Nr.

ursprünglich 1 2 3 4 5 6 7

Tabelle I	Radioaktivi tat
£11	13.ΟΟΟ d/min/ml
neutral	8lo
4.94	1.125
6.65	2.363
8.1o	2.163
8.65	1.874
9.3o	2.192
9.75	2.33ο
1Ο.24

d = Disintegrationen

Dem Fachmann sind Abwandlungen der hier beschriebenen Erfindung gegeben.

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Claims

P a tent a. ns ρ rüc h ^

Verfahren zur Entfernung von mindestens einem Teil an Plutonium aus einer wässrigen das Plutonium enthaltenden Lösung, gekennzeichnet durch Kontaktierung der Lösung mit zerkleinertem Cnitin, Trennung der Lösung vom Chitin und Verbrennung de3 Cnitins zur Erzeugung einer einen Teil des Plutoniums enthaltenden Asche.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Radionukleid ein Aktinid ist.

Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung einen pli-tVert im Bereich von ungefähr 5 bis Io besitzt.

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ORIGINAL INSPECTED