DE2936399C2 - Vorrichtung zum Gewinnen gelöster Wertstoffe aus Meerwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewinnen von in Meerwasser gelösten Wertstoffen, insbesondere von Uran, mit einem in einem Behälter untergebrachten Adsorberbett.

Die derzeit bekannten abbauwürdigen terrestrischen Vorkommen an Uran belaufen dch je nach Autor bzw. Quelle der Abschätzung auf 2 bis 4 Mio. Tonnen, wenn man von Lagerstätten mit geringfügigerer Urankonzentration, wie beispielsweise Phosphaten, absieht. Andererseits enthalten die Wertmeere 4,5 · 10⁹I Uran, allerdings mit der sehr geringen Konzentration von 33 ppb (mg/t). Es ist dakir vers>Endlich, daß seit einigen Jahren in verschiedenen Ländern Forschungsarbeiten zur Uran-Extraktion aus Meer· 'asser durchgeführt werden, wobei sich aus der Vielzahl der zunächst möglichen Vorgehensweisen inzwischen allgemein der Adsorptionsprozeß als am günstigsten erwiesen hat.

Hierbei wird Meerwasser mit einem geeigneten, normalerweise fein verteilten Adsorber in Kontakt gebracht, wobei das gelöste Uran auf den Adsorber übergeht und auf diesem angereichert wird. Dieser Vorgang wird insofern begünstigt, als im Gegensatz zu anderen, in Meerwasser vorkommenden Spurenelementen das Uran weltweit praktisch konstante Konzentrationsverhältnisse aufweist, was wahrscheinlich auf die hohe Stabilität des Tricarbonato-Komplexes [UO2 (CCh^}¹- zurückzuführen ist, in dem das gelöste Uran bei dem pH-Wert 8,2 in Meerwasser praktisch ausschließlich vorliegt.

Als geeignetes Adsorbermaterial ist ein Titan-Oxid-Hydrat gefunden worden, das in der Lage ist, bei Kontaktzeiten zwischen 10 und 50 Sekunden 30 bis 80 Prozent des im kontaktierten Meerwasser enthaltenen Urans aufzunehmen bei Beladungen bis zu 500 ppm und mehr. Neben der Entwicklung eines geeigneten Adsorbermaterials sind auch die Art und Weise des Kontaktierens von Meerwasser und Adsorber Gegenstand umfangreicher Untersuchungen, da wegen der o. a. geringen Konzentration des Urans in Meerwasser beträchtliche Wässermengen mit dem Adsorber in Kontakt zu bringen sind. So ist bei einem Adsorptionswirkungsgrad von 0,3 (definiert als adsorbierte Uranmenge bezogen auf die gesamte Uranmenge in dem durchgesetzten Wasservolumen) z. B. ein täglicher Seewasserdurchsatz von 0,28 · 10⁹m³ erforderlich, um eine Jahresproduktion von 100 t U zu erzielen.

Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um derartige große Wasservolumina mit dem Adsorber in Kontakt zu bringen:

— statische Bettanordnungen, in denen das granulierte Adsorbermaterial von über Leitungen mit Pumpen herangeführtem Meerwasser durchströmt wird,

— in Küstennähe angeordnete, den Gezeitenkraftwerken ähnliche statische Bettanordrungen, in denen das granulierte Adsorbermaterial aufgrund natürlicher Meeresströmungen bzw. Gezeitenströmungen mit Meerwasser in Kontakt gebracht wird,

— Misch- oder Rührbetten, in denen über Leitungen zugeführtes Meerwasser und Adsorbergranulat in

υ herkömmlichen Rührwerken oder Mischern kontaktiert werden,

— fluidisierte Adsorberbetten, in denen Meerwasser von unten nach oben gegen die Schwerkraft das Adsorbermaterial durchströmt und die Fluidisierung des Bettes bewirkt,

— von einem Mutterschiff gezogene halbtauchende Schiffskörper, die an seitlichen Auslegern Adsorberbetten tragen, welche bei relativ geringem Meerwasserduchsatz durch Relativbewegung von Schiff und Meeresströmung vom im wesentlichen horizontal strömenden Meerwasser durchflossen werden (DE-CS 25 50 751).

Die bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen zur Urangewinnung aus Meerwasser mittels durchströmter Adsorberbetten s'md bisher aus naheliegenden Gründen noch nicht zum Einsatz gekommen, und zwar wegen der in Küstennähe normalerweise beträchtlichen Wasserverschmutzung, die zu einer Beeinträchtigung des Adsorberverhaltens führt, bzw. wegen des bei küstenfernen Adsorberbetten erforderlichen Energiebedarfs, da das mit Pumpen zu fördernde Meerwasser Höhendifferenzen und Leitungswiderstände von einigen Metern Wassersäule zu überwinden hat, bzw. wegen des relativ kleinen "rvleerwasserdurchsatzes und der hohen Kosten für die Bewegung von Adsorberbetten mit einem Mutterschiff.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung, die einen erheblich geringe-

ren Energiebdarf hat und sich durch einen bisher nicht bekannten hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Adsorberbett in pontonförmigen Schwimmkörpern untergebracht ist und eine Pumpe zum Zuführen des Meerwassers durch den Schwimmkörper vorgesehen ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Anlage zum Gewinnen von Uran aus Meerwasser nach dem Adsorptionsverfahren sind für ein Arbeiten auf hoher See ausgelegt und vermeiden somit die Probleme der Wasserqualität in küstennahen Zonen. Aufgrund aktiven Wassertransports durch Pumpen werden auch die hydrodynamisehen Probleme einer in natürlicher Meeresströmung verankerten Anlage umgangen.

Das Auslegungsprinzip dei erfindungsgemäßen Anlage in Form von im Meer schwimmenden ponton- oder floßartigen Produktionseinheiten ermöglicht zudem im

b5 Gegensatz zu landfesten oder in Küstennähe auf dem Meeresboden erstellten Anlagen eine Minimalisierung der Pumpenergie, wobei aufgrund der erfindungsspezifischen direkten Kombination von Pumpe und Produk-

tionseinheit ohne zwischengeschaltete, längere Rohrleitungen oder Wasserführungssysteme die zu überwindende hydrostatische Höhe im Bereich von 30 bis 40 cm Wassersäule liegt und somit eine beträchtliche Energieersparnis (90% und mehr) gegenüber bisher bekannten und vorgeschlagenen Verfahren mit aktivem Pumpen gegeben ist.

Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung eine technische Produktionsanlage modular aus einer größeren Zahl identischer Produktionseinheiten aufgebaut ι ο wird, erreicht man, im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik eine bessere Anpassung der Produktion an den Bedarf und einfachere Verfahrensweisen zur Elution und Kreislauffühning des Adsorbermaterials.

Im einzelnen ist zu der Ausführung der vorliegenden ι ί Produktionsanlage Folgendes zu sagen: das verfahrenstechnische Grundprinzip besteht in einer Kombination von floßartigen Produktionseinheiten, die das Adsorberbett tragen, mit direkt darunterhängenden oder seitwärts angebrachten Pumpen, die die erforderliche Wassermenge durch das etwa in der Meeresoberfläche befindliche Adsorberbett drücken und dibei eine Fluidisierung des Adsorbergranulats bewirken. Wie Untersuchungen gezeigt haben, ist zur Fluidisierung eines etwa 50 cm hohen Adsorberbettes aus Titanoxidhydrat-Granulat eine äquivalente hydrostatische Höhe von 8— IO cm Wassersäule Zu überwinden. Die ponton- oder floßartigen ProduktiQnseinheiten werden nach erfolgter Beladung in eine zentrale Überwachungs- und Eluierungseinheit (Mutterschiff) übernommen, dort so einem Elutionsprozeß unterworfen, bei dem das adsorbierte Uran in geeigneter Weise von dem Adsorber heruntergewaschen wird, und anschließend zu erneuter Beladung auf See eingesetzt.

Ein Zahlenbeispiel ."soll den modularen Aufbau und die s> dadurch ermöglichten Handhabungsvorteile unterstreichen. Wie weiter oben bereits ausgeführt, ist für eine Produktionsanlage mit einer Kapazität von 100 t U/a bei einem Adsorptionswirkungsgrad von 03 ein Wasserdurchsatz von 0,28 · 10⁹m³/d erforderlich, was-»n einem stündlichen Wasserdurchsatz von 11,5 · 10* m³ entspricht. Dieser Wasserdurchsatz kann erfindungsgemäß durch 200 identische Produktionseinheiten gewährleistet werden, die jede durch eine Pumpe von 60 000 m³/h versorgt werden. Bei z. B. einer Gesamtsor- 4-, berbettfläche von 64 000 m² muß d;s einzelne Produktionseinheit eine Fläche von 320 m² aufweisen und ca. 200 bis 2501 Adsorbermaterial aufnehmen. Damit ergeben sich für die einzelnen ponton- oder floßartigen Produktionseinheiten in diesem Berechnungsbeispiel "·" Abmessungen, die bei 10 m-32 m in den äußeren Dimensionen und bei einer Gesamtwasserverdrängung von etwa 300 bis 350 t liegen.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben. 1ηί~> Zeichnungen zeigt

— F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anlage zur Extraktion von Uran aus Meerwasser und w>

— Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer als Ponton ausgebildeten Produktionseinheit mit Adsorberbett und Pumpe.

Wie F i g. 1 zeigt, werden beispielsweise 200 ah Ponton oder Floß ausgebildete Produktionseinheiten an einem schwimmenden Stegsystem angekoppelt, welches aus miteinander verbundenen Quer- und Längsstegen 2, 3 besteht Dieses System 2, 3 kann sowohl verankert als auch gekoppelt mit der Versorgungseinheit, bzw. dem zugehörigen Mutterschiff 4 freitreibend ausgeführt werden. Die für die Pumpen der Produktionseinheiten notwendige Stromversorgung, sowie weitere mögliche Verbindungen (z. B. Meß- bzw. Steuerleitungen) verlaufen über eine gemeinsame Versorgungsleitung 5, die an das Mutterschiff 4 als zentrale Betriebs- und Elutions-Einheit angeschlossen ist

Für die Handhabung der einzelnen Produktionseinheiten 1 ist vorgesehen, daß sie nach der Beladung mit Uran mit Hilfe geeigneter Bugsier-Fahrzeuge von ihrem Ple.^:z am Gtegsystem 2, 3 zum Mutterschiff geschafft werden und dort auf verschiedene .·*. · t zur Elution und Regeneration des Adsorbers an bc :d genommen werden können. Die Fig. 1 zeigt zwei Möglichkeiten der Anbordnahme: das An-Bord-Winschen der Produktionseinheiten über eine Heckschleppe 6, bzw. das Einschwimmen der Produktionseinheiten 1 über seitliche Pforten 7 des Mutterschiffes 4.

Wenn man von dem vorstehenden Berechnungsbeispiel ausgeht, nimmt eine Gruppe von zwanzig Produktionseinheiten eine Fläche von ca. 110 · 70 m ein. Bei einem angemessenen Abstand zwischen den einzelnen Zwanziger-Gruppen ergibt sich dann für die Gesamtheit von zweihundert Produktionseinheiten eine Fläche von ca. 220 · 520 m.

Die in F i g. 2 dargestellte Produktionseinheit besteht entsprechend einem denkbaren Ausführungsbeispiel aus einem Ponton 10 mit einer unter dem Ponton 10 hängenden Tauchpumpe 11. Mittels dieser Tauchpumpe

11 wird das Seewasser über einen VerteiiungSirichter 12, der für eine gleichmäßige Verteilung des Wasserdurchsatzes zu sorgen hat, dem eigentlichen Adsorberbett 13 zugeführt. Der Ponton 10 ist ein Schwimmkörper beliebigen Querschnitts, der mit einem auswechselbaren, siebartigen Boden 14 ausgestattet ist, dessen Durchlaßöffnungen kleiner als der Korndurchmesser des Adsorbergranulates im Adsorberbett 13 sind. Dieser Siebboden 14 soll zusammen mit dem Verteilertrichter

12 bewirken, daß der Wasserstrom das Adsorberbett 13 gleichmäßig über die gesamte Querschnittsfläche durchsetzt. Das in F i g. 2 angegebene Bezugszeichen WL kennzeichnet die Wasserlinie.

Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fi g 2 besteht auch die Möglichkeit, die Seewasserpumpe mit über d;r Wasserlinie WL liegendem Antriebsmotor seitlich am Ponton 10 anzubringen und ein rampenartiges Wasserverteilüngssystem vorzusehen, über das das von der Seewasserpumpe kommende Wasser über die Adsorberbettfläche verteilt wird.

Eine weitere Variante der seitlichen Anordnung der Pumpe kann darin bestehen, daß man die Pumpe nicht an der Produktionseinheit, sondern am Stegsystem montiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Gewinnen von in Meerwasser gelösten Wertstoffen, "insbesondere von Uran, mit einem in einem Behälter untergebrachten Adsorberbett, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorberbett (13) in pontonförmigen Schwimmkörpern (10) untergebracht ist und eine Pumpe (11) zum Zuführen des Meerwassers durch den Schwimmkörper (10) vorgesehen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von untereinander gleichen pontonförmigen Schwimmkörpern (10) gruppenweise gekoppelt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine unter dem Adsorberbett (13) angeordnete Tauchpumpe (11) ist