DE2923053A1

DE2923053A1 - Verfahren und einrichtung zum ausscheiden von quecksilber aus hochradioaktiven abfalloesungen

Info

Publication number: DE2923053A1
Application number: DE19792923053
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Gattys
Original assignee: FRANZ JOSEF GATTYS INGENIEURBU
Current assignee: FRANZ JOSEF GATTYS INGENIEURBU
Priority date: 1979-06-07
Filing date: 1979-06-07
Publication date: 1980-12-11
Also published as: DE2923053C2

Description

Verfahren und Einrichtung zum Ausscheiden von Quecksilber aus hochradioaktiven Abfallösungen Bei der Kernenergie gewinnung entstehen in den Reaktor -Brennelementen als Abfall Spaltprodukte, die zum zarten Teil radioaktiv sind. Diese Spaltprodukte gehören überwiegend zu den mittelschweren Elementen mit Ordnungszahlen zwischen 30 (Zink) und 64 (Gadolinium). Solange die Brennelemente intakt sind, bleiben die Spaltprodukte in den Brennelement - Hüllrohren eingeschlossen. Erst beim Zerlegen und Auflösen der Brennelemente im Head - End einer Wiederaufbereitungsanlage werden sie freigesetzt.
Einige Spaltprodukte, wie z. B. Krypton und Jod, treten vorwiegend gasförmig auf und müssen durch besondere Vorrichtungen aus dem Abgas entfernt werden. Die meisten Spaltprodukte fallen jedoch als Feststoffe an; diese werden zusammen mit dem Uran und den im Reaktor neben den Spaltprodukten entstehenden transuranen beim Behandeln der abgebrannten Brennelemente mit heißer Salpetersäure gelöst Nach der Abtrennung von Uran und Plutonium durch ein Flüssig - Flüssig - Verfahren (Extraktionsmittel: Tributyln - phosphat) enthalt die zurückbleibende wässrig - salpetersaure Phase praktisch alle Spaltprodukte und die übrigen Transurane. Außerdem befinden sich in der wässrigen Lösung noch Korrosionsprodukte und Prozeßchemikalien der iederaufbereitung.
Es gibt auch Kernreaktoren, in denen die Brennstoffelemente wegen der notwendigen großen Neutronendichte aus einer Uranium - Aluminium - Legierung in Form von aluminiumplattierten Platten oder Rohren verwendet werden müssen.
Die Aluminium - und Uranium - Anteile der abgebrannten Brennelemente werden gleichzeitig bei der Wiederaufarbeitung in heißer Salpetersäure aufgelöst; daher haben diese Lösungen einen großen Anteil an Aluminiumsalzen. Um dabei die Auflösung des Aluminiumanteils zu beschleunigen, wird für diesen Vorgang Quecksilber als Katalysator zugesetzt.
Die Abfallösung enthält daher sehr lästige und giftige Quecksilberverunreinigungen, die zwar keinatomares Zerfallprodukt sind, aber bei husscheidungsprozessen stets stark kontaminiert sind.
In diesem usammenhang wird das Ausscheiden des Quecksilbers bisher im heißen Bereich durch eines der beiden folgenden Verfahren durchgeführt: 1) husscheiden von Quecksilbermetall in der Denitrationsstufe Ces Verfestigungsvorganges unter Ausnutzung des elektrochemischen potentials, 2) Abdampfung von flüchtigen Quecksilbersalzen und Quecksilbermetall bei der Aufarbeitung der Brennstoffelemente unter Ausnutzung der an sich bekannten Neigung von uecks ilberverbindungen zur Verflüchtigung sowie Ausscheidung des wuecksilberrqetalls an Kupferfüllungen.
In beiden Fallen ist das Verfahren sehr zeitraubend, kompliziert und führt auch nicht zur vollkommenen Ausscheidung des Quecksilbers. Ferner wird die ganze Apparatur mit Quecksilber verunreinigt. Im übrigen ist das dabei anfallende endprodukt nur sehr schwer zu handhaben.
Nach der Quecksilberausscheidung wird die Abfallösung eingetrockmet und nach Zugabe geeigneter zuschläge semikontinuierlich oder vollkontinuierlich zu einer glasartigen Masse verschmolzen.
Zum Unterschied von den vorerwähnten Verfahren besteht die Erfindung darin, daß in einer chemischen Fällungsreaktion ausgeschiedenes Quecksilbersulfid (HgS) mittels eines aus einer feinporösen glasartigen Struktur bestehenden Filters von der Einsatzlösung getrennt und anschließend zusammen mit diesem Filter in einem Ofen, gegebenenfalls gemeinsam mit anderen radioaktiven Abfallstoffen, zu einer homogenen Masse aufgeschmolzen wird, aus der dann in an sich bekannter Weise glasartige Blöcke hergestellt werden0 Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich auf die zur Durchführung des Verfahrens dienende Einrichtung; diese ist dadurch gekennzeichnet, daß das zum Trennen des Quecksilbersulfids von der Linsatzlösung dienende Filter als Zwischenboden in einem ebenfalls aus Glas bestehenden unterteilten Gehäuse fest verleimt angeordnet ist, daß das das Filter enthaltende Gehäuse einen in den unterhalb des filters liegenden Raum führenden frnschllnß zum Zuführen der Einsatzlösung und einen aus dem oberhalb des Filters liegenden Raum führenden Anschluß zum Abführen der vom Quecksilbersulfid getrennten Lösung aufweist, daß das Filter aus mehreren, z. B. zwei übereinanderliegenden Glasschichten bestehen kann, die sich in der Durchströmrichtung der Lösung gegen je ein metallsieb abstutzen, daß das Filter mittels einer außenliegenden Anpreßvorrichtung zwischen den Gehäuseteilen zusätzlich eingespannt ist und aaß das Filter nach Aufnahme von Quecksilbersulfid mittels einer außenliegenden schleusenartigen Ausziehvorrichtung kontaminationsfrei entfernbar ist0 Die gemäß der Erfindung vorzunehmende chemische Ausfällung des Quecksilbers hat den Vorteil, daß sie sehr schnell verläuft und im ergebnis vollkommen ist. Es findet dabei folgende Reaktion statt: Hg (NO3)2 + H2S = HgS + 2 H2S wird als Gas oder in Form von Salzen in die Abf@llösung unter intensivem Rühren bei einer Temperatur von ca. 60 C von außen zugeführt. Das dabei entstehende HgS hat ein ungewöhnlich extremes Löslichkeitsprodukt von 3.10-54 Mol/l es findet also praktisch totale Ausscheidung des Quecksilbers statt. Außerdem löst sich HgS nur in Königswasser (HN03 + HC1) unter Bildung von HgCl2 und Ausscheidung von Schwefel, Die anderen sich bildenden Sulfide sind in Salpetersäure löslich. Der Schmelzpunkt von HgS liegt bei 4000 C und ist somit um etwa 500 C höher als der Schmelzpunkt für Quecksilbermetall.
Die Linsatzlösung mit dem Quecksilbersulfid wird nach intensivem burchmischen mittels einer embranpumpe oder unter Stickstoffdruck huber eine kastenförmige glasartige Einrichtung gepumpt, die in der Zeichnung in einer Aus führungsform beispielsweise dargestellt ist.
Diese Einrichtungbesteht aus einem unterteil 1 und einem Oberteil 2; der @nnenraum ist durch einen horizontalen Zwischenboden 3 unterteilt, der ebenso wie der unterteil 1 und der Oberteil 2 aus Fhosphatglas oder einer ähnlichen Glassorte, z. w. Borosilikatglas, hergestellt ist Zum Unterschied von den beiden anderen genannten Eauteilen stellt der Zwischenboden 3 ei feinporöses Filter mit einer - orenweite von etwa 10 likronen dar. Dieses Filter Bann aus einer Schicht oder auch aus mehreren, z. . zwei übereinanderliegenden Schichten estehen, die sich in der Durchflußrichtung der Lösung von unten nach oben gegen siebartige Metallflächen abstützen.
In den @ilter schlägt sich das mit der Einsatzlösung vermischt durch einen unteren Anschluß 4 zugeführte Quecksilbersulfid nieder, während die gereinigte Lösung in den oberen @aum eintritt und von dort über einen Austrittsanschluß 5 abgeführt wird.
Das Filter 3 ist zwischen dem Unterteil 1 und dem Oberteil 2 des kastenförmigen Gehäuses mit Verwendung besonderer Leimschichten 6 abdichtend befestigt; es wird durch eine außenliegende Anpreßvorrichtung 7 zusätzlich eingespannt.
Nach Aufnahme des Quecksilbersulfids wird das Gehäuse 1, 2 - vorher sind die Anschlüsse 4, 5 von den mit ihnen verbundenen @eitungen zu trennen und dichtzusetzen - zusammen mit dem Filter 7 mittels einer nicht dargestellten, an einem Griff 8 des Gehäuses anschließbaren Ausziehvorrichtung in einen Schutzsack gezogen, Auf diese Weise wird das durch Quecksilbersulfid verunreinigte Fi lt er 3 zusammen mit dem Gehäuse 1, 2 kontaminationsfrei für die Umgebung in einen Schmelzofen transportiert.
Dort wird die ganze Glasstruktur (Teile 1, 2, 3) zunächst zu einer homogenen Masse aufgeschmolzen0 Dazu können gegebenenfalls auch noch andere radioaktive Abfallstoffe hinzukommen. Aus dieser Schmelzmasse werden dann in einer aus der Glastechnik grundsätzlich bekannten Weise feste Glasblöcke hergestellt, in denen sowohl das Quecksilbersulfid ala auch die etwaigen sonstigen radioaktiven Stoffe für die Umgebung unschädlich eingeschlossen sind.
Inzwischen ist ein neues Gehäuse 1, 2 mit einem neuen Filter 3 mittels der zugehörigen Anschlüsse 4, 5 für Eintritt bzw. Austritt an die entsprechenden zeitungen angeschlossen, so daß der gleiche Vorgang wiederholt werden dann L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Ausscheiden von Quecksilber aus hochradioaktiven Abfallösungen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer chemischen Fällungsreaktion ausgeschiedenes Quecksilbersulfid (FgS) mittels eines aus einer feinporösen glasartigen Struktur bestehenden filters (3) vor der Einsatzlösung getrennt und anschließend zusammen mit diesem Filter in einem Ofen, gegebenenfalls gemeinsam mit anderen radioaktiven Ahfallstoffen, zu einer homogenen Masse aufgeschmolzen wird, aus der rann in an sich gekannter Weise glasartige Blöcke hergestellt werden.
2) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Trennen des Quecksilbersulfids vor der Einsatzlösung dienende Filter (3) als zwischenboden in einer elenfalls aus Glas testehenden unterteilten Gehause (1, 2) fest verleimt angeordnet ist.
3) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da? das das filter (3) enthaltende Gehause (1, 2) einen ir aen unterhalb des filters liegenden Paum führenden Anschluß (4) zum Zuführen der Einsatzlösung und einen aus dem oberhalb des Filters liegenden Raum führenden Anschluß (5) zum Abführen der vom Quecksilbersulfid getrennten Lösung aufweist,
4) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3) aus mehreren, z. B. zwei übereinanderliegenden Glasschichten besteht, die sich in der Durchströmrichtung der Lösung gegen äe ein Metallsieb abstützen.
5) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3) mittels einer außenliegenden Anpreßvorrichtung (7) zwischen den beiden Gehäuseteilen (1, 2) zusätzlich eingespannt ist0 6) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (3) nach Aufnahme von Quecksilbersulfid zusammen mit dem Gehäuse (1, 2) mittels einer außenliegenden schleusenartigen Ausziehvorrichtung kontaminationsfrei entfernbar ist0