DE2923870C2

DE2923870C2 - Extraktionskolonne zur Reinigung von Spalt- und/oder Brutstoffen

Info

Publication number: DE2923870C2
Application number: DE2923870A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 6457 Maintal Pirk; Korst Dipl.-Chem.Dr. Vietzke
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1979-06-13
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1982-10-28
Also published as: FR2458879B1; DE2923870A1; GB2056156A; GB2056156B; BR8003430A; SE8004392L; JPS562598A; JPH0146839B2; FR2458879A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Extraktionskolonne mit Siebboden und erweiterten Beruhigungszonen an beiden Enden für die Reinigung von Spalt- und/oder Brutstoffen in sicherer Geometrie.

In der Nukleartechnik, besonders bei der Wiederaufarbeitung von abgebrannten Brennelementen, wird die Reinigung von Uran und Plutonium durch FIüssig-Flüssig-Extraktion vorgenommen. Je nach Gehalt der Lösungen an U-235 und Plutonium darf ein gewisser Zylinderdurchmesser der dafür verwendeten Kolonnen aus Kritikalitätsgründen nicht überschritten werden. Durch die Einschränkung wird der Durchsatz der Extraktionskolonne begrenzt. Bei großen Anlagen muß man deshalb mehrere Extraktionslinien (eine Linie hat beispielsweise 3—6 Kolonnen) parallel anordnen, was einen hohen Investitionsaufwand erfordert. Eine wünschenswerte Erhöhung oder Verdoppelung des Kolonnendurchsatzes würde daher nicht nur die Kosten für weitere Extraktionslinien ersparen, sondern auch Produktionsraum, der z. B. in Wiederaufarbeitungsanlagen durch die stärkere Betonabschirmung nach außen besonders teuer ist.

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, eine heterogene Vergiftung der Kolonne mit Hafnium-Metall durchzuführen (Reaktortagung Düsseldorf 1976). Dabei ist vorgesehen, daß die Siebboden der Kolonnen aus ca. 2,5 mm starkem Hafniumblech bestehen sollen.

In der DE-OS 28 42 950 wird eine Extraktionskolonne beschrieben, bei der die Siebboden durch Abstandshalter aus metallischem, neutronenabsorbierendem Material getrennt sind. Die Abstandshalter sind als Spirale, Ringe oder Gitter ausgebildet und bestehen vorzugsweise aus Bor oder Gadolinium enthaltenden Stahl oder aus Hafnium.

Diese Extraktionskolonnen besitzen jedoch eine Reihe von Nachteilen. So läßt sich die Geometrie der Kolonnen nur gering erweitern, eine Verdoppelung des Durchsatzes ist damit nicht möglich. Weiterhin ist eine Spannungskorrosion nicht auszuschließen, da die Kolonnen selbst aus rostfreiem Stahl bestehen und sich dadurch Lokalelemente ausbilden können. Außerdem muß die Wandstärke der Siebboden bzw. der Abstandshalter häufig kontrolliert werden, weil eine Abnahme der Blechstärke stark in die Absörptionsrechnung eingeht und die Kritikalität erhöht. Dies kann jedoch nur geschehen, wenn die Kolonneneinsätze ausgebaut werden.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Extraktionskolonne mit Siebboden und erweiterten Beruhigungszonen an beiden Enden für die Reinigung von Spalt- und/oder Brutstoffen m sicherer Geometrie zu schaffen, die obige Nachteile nicht aufweist, insbesondere einen wesentlich erhöhten Durchsatz erlaubt, ohne daß Korrosionsprobleme auftreten, und die eine häufige Kontrolle mit Ausbau der Kolonneneinsätze entbehrlich macht.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zentral in der Kolonne über deren gesamten Länge ein die Siebboden tragender, aus einer Hülle und einem Kern zusammengesetzter, in den Beruhigungszonen der Kolonne mit Erweiterungen versehener und eine Leckanzeige aufweisender Rundkörper angeordnet ist wobei die Hülle aus dem gleichen Werkstoff wie die Kolonne und der Kern aus einem Neutronengift besteht und die Erweiterungen des Rundkörpers kleiner als der innere Durchmesser der Kolonne sind.

Da die Hülle des zentralen Rundkörpers aus dem gleichen Material besteht wie die Kolonne selbst, können sich keine Lokalelemente ausbilden, die zu einer verstärkten Korrosion führen. Die Leckanzeige zeigt einen Durchbruch der Extraktionssäure zuverlässig an und gestattet ein einfaches Auswechseln des zentralen Rundkörpers, ohne daß häufigere Kontrollen unter erschwerten (radioaktiven) Bedingungen notwendig sind.

Die Abüildung zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolonne.

In der Kolonne (1), versehen mit Zu- und Ableitungen für die verschiedenen Flüssigkeiten, beispielsweise Extraktionsmittel und zu extrahierende Lösung, befindet sich ein Rundkörper (2), der am Boden (3) und am Kopf (4) der Kolonne (1) einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Diese Beruhigungszonen der Kolonne (1) sind für die gute Trennung der Phasen sehr wichtig. Der zentralangeordnete Rundkörper (2) besteht aus einer Hülle (5), deren Kern (6) mit einem Neutronengift gefüllt ist. Weiterhin enthält die Kolonne Siebboden (7).

Die Hülle (5) des Rundkörpers (2) besteht aus dem gleichen Werkstoff wie die Kolonne selbst. Der mit Neutronengift gefüllte und allseitig geschlossene Rundkörper (2) läßt sich beliebig erweitern, so daß auch der Kolonnendurchmesser praktisch beliebig erweitert und ein wesentlich erhöhter Flächenquerschnitt und damit Durchsatz erreicht werden kann. In der Natururanreinigung sind Kolonnendurchmesser \on Im (ohne Rundkörper) bereits bekannt und können (mit zentralem Rundkörper) nunmehr auch für angereichertes Uran und Plutonium verwendet werden. Spannungskorrosion ist durch einheitliches Kolonnenmaterial ausgeschlossen. Als Nachweis, daß sich kein Neutronengift aus dem Rundkörper (2) herauslöst, wird in den Rundkörper (2) eine Leckanzeige eingebaut, die beim Eindringen von Flüssigkeit sofort Alarm gibt. Auf diese Weise werden aufwendige Kontrollen vermieden.

Als Neutronen-Absorptionsmaterial eignen sich beispielsweise Borkarbid (B₄C) in Form von dichtem Pulver oder Tabletten, Kadmium-Metall, auch in Form von Legierungen, oder Gadoliniumoxid (Gd₂Oj) und andere seltene Erden (Dy₂O₃, S1TI2O3 u. a.).

Am vorteilhaftesten ist das billige Borkarbid, nur in seltenen Fällen wird ein noch größerer Absorptionsquerschnitt des Materials für Neutronen verlangt. In gleicher oder kleinerer Wandstärke und aus gleichem Material wie die Kolonne selbst wird das Rohr des zentralen Rundkörpers hergestellt, mit beispielsweise

B₄C-Pulver gefüllt und dicht verschweißt. Dieser Rundkörper dient gleichzeitig zur Halterung der Siebböden, die ca. alle 5 cm über die ganze Kolonne angeordnet sind. Die erweiterten Beruhigungszonen am Boden und Kopf der Kolonne lassen sich in gleicher Weise durch den entsprechend erweiterten Neutronen-Absorptionskörper kritisch sicher machen. Man benötigt solche Erweiterungen (Beruhigungszonen), um die für die Steuerung der Kolonne wichtige Phasengrenze frei von Ausflockungen zu halten.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern:

Beispiel 1

Für Uranylnitratlösung mit einer Anreicherung von 4% an U-235 beträgt der sichere Kolonnendurchmesser 38,5 cm. Um den Durchsatz einer beliebigen Kolonne verdoppeln zu können, ist die doppelte Durchgangsfläche erforderlich. Der sichere Kolonnendurchmesser von 38,5 cm entspricht einer Durchgangsfläche von 1164 cm². Eine Verdoppelung der Durchgangsfläche auf .2328 cm² läßt sich erreichen, wenn der Kolonnendurchmesser auf ca. 58 cm Durchmesser weif.ert wird und der zentrale Neutronenabsorberkörper einen Durchmesser von 19,5 cm hat und beispielsweise mit Borkarbidpulver gefüllt ist.

Der Kolonnendurchmesser von 58 cm hat dann eine Durchgangsfläche von 2642 cm², die durch die Fläche des zentralen Absorberstabes um ca. 300 cm² vermindert wird, so daß eine Durchgangsfläche von 2342 cm² verbleibt, wodurch der Durchsatz in etwa verdoppelt werden kann.

Erweitert man an den Pnasengreiizflächen am Kopfoder Fußende die Kolonne auf die übliche ca. 3fache Durchgangsfläche, so haben die Kolonnenenden einen Durchmesser von 94,5 cm und der Absorberstab an diesen Stellen einen Durchmesser von 56 cm. Der Absorberstab ist daher in seinen dickeren Enden im Durchmesser immer noch dünner als der innere Durchmesser der Kolonne.

Beispiel 2

Für Plutoniumnitratlösungen beträgt der sichere Kolonnendurchmesser 15 cm. Eine Durchsatzverdoppelung erfordert die doppelte Durchgangsfläche in der Kolonne. Eine Kolonne von 15 cm Durchmesser hat eine Durchgangsfläche von 177 cm², so daß für eine Durchsatzverdoppelung eine Durchgangsfläche von 354 cm² benötigt wird.

Mit zentralem Absorberkörper (B-iC-Füllung) hat eine Kolonne für den doppelten Durchsatz folgende Masse:

Kolonnendurchmesser = 22,5 cm

mit F = 398 cm^?
B₄C-Stab-Durchmesser = 7,5 cm

mit F= 44 cm²
Ergibt eine freie Durchgangsfläche

von F = 354 cm²

Die erweiterten Kolonnenenden haben einen Durchmesser von 37 cm, die Absorberstabenden einen Durchmesser von 22 cm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch

Extraktionskolonne mit Siebbeden und erweiterten Beruhigungszonen an beiden Enden für die Reinigung von Spalt- und/oder Brutstoffen in ■; sicherer Geometrie, dadurch gekennzeichnet, daß zentral in der fColonne (1) über deren gesamten Länge ein die Siebboden (7) tragender, aus einer Hülle (5) und einem Kern (6) zusammengesetzter, in den Beruhigungszonen (3, 4) der Kolonne (1) mit Erweiterungen versehener und eine Leckanzeige aufweisender Rundkörper (2) angeordnet ist, wobei die Hülle (5) aus dem gleichen Werkstoff wie die Kolonne (1) und der Kern (6) aus einem Neutronengift besteht und die Erweiterungen des Rundkörpers (2) kleiner als der innere Durchmesser der Kolonne (1) sind.