DE3225199A1

DE3225199A1 - Verfahren zur aufbereitung von abgebrannten brennelementen aus kernreaktoren

Info

Publication number: DE3225199A1
Application number: DE19823225199
Authority: DE
Inventors: Franz Josef 6078 Neu Isenburg Gattys
Original assignee: Fj Gattys Ingenieurbuero fur Chem Maschinen- und Apparatebau; FJ Gattys Ingenieurbuero Fuer Chem Maschinen und Apparatebau 6078 Neu Isenburg; Gattys Ing Buero F J
Current assignee: Gattys Technique Sa Freiburg/fribourg Ch
Priority date: 1982-07-06
Filing date: 1982-07-06
Publication date: 1984-01-12
Also published as: EP0112875A1; WO1984000440A1

Description

Verfahren zur Aufbereitung von abgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von ausgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren, bei dem die Brennelemente in heißer Salpetersäure gelöst und die Lösung nach Abtrennung fester Verunreinigungen sowie der anderweit wiederverwendbaren Uran- und Plutoniumbestandteile zunächst einer Aufkonzentrierung und Denitrierung unterworfen wird sowie die Verwertung der Aufbereitungsprodukte.
Bei den bekannten Verfahren dieser Art erfolgt im Anschluß an die Deni trierung eine Vortrocknung sowie an schließend eine Kalzinierung der aus der Lösung ausgefällten und abgetrennten, im wetsentlichen von Alkali- und Erdalkalinitraten bestehenden hochradioaktiven Bestandteile, wobei die Kalzinierung entweder in einem Fließbettkalzinator oder einem Sprühkalzinator oder einem Dünnschicht-Walzenkalzinator bei Temperaturen zwischen 4000 und 600 C erfolnt. Die Nachteile dieses Aufarbeitungsverfahrens bestehen insbesondere darin, daß dureh die hohen Kalzinierungstemperaturen vor allem bei der Sprühkalzi- nierung, jedoch auch bei den anderen beiden Kalzinierungsverfahren eine starke Staub- und Aerosolbildung auftritt, die einerseits zu erheblichen Verdampfungs- und Sublimationsverlusten vor allem an den hochaktiven Bestandteilen Caesium 137 und Rubidium 106 sowie andererseits zu einer erheblichen Belastung der Apparature.n, insbesondere deren Dichtungen und Abgasfilter führt. Die derart kalzinierten, nunmehr in oxidischer Form vorliegenden hochaktiven Materialien werden anschließend in eine Glasmatrix und diese wiederum zur Endlagerung in eine Bleischmelze eingeschmolzen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Aufbereitung von abgebrannten Brennelementen bzw. zur Gewinnung anderweit wiederverwendbarer Materialien aus abgebrannten Brennelementen, wobei die Nachteile der bekannten Verfahren, nämlich die Staub- und Aerosolbildungen im Vorlauf des Aufbereitungsverfahrens und die sich hieraus ergebenden nachteiligen Folgen vermieden sind. Die Erfindung besteht darin, daß die Denitrierung in mehreren Stufen zur selektiven Abtrennung der Lösungsbestandteile erfolgt und die derart isolierten hochaktiven Lösungsbestandteile zu Pellets granuliert werden.
Durch die Erfindung ist ein Aufarbeitungsverfahren für abgebrannte Brennelemente geschaffen, mit dessen Hilfe zunächst die inaktiven Bestandteile, insbesondere Edelmetalle und anschließend die hochaktiven Bestandteile ausgefällt und damit getrennt zurückgewonnen und die hochaktiven Materialien in eine Form gebracht werden, die entweder eine anderweitige Verwertung direkt oder nach Einschmelzung in eine Glasmatrix oder aber auch eine weitere Vorbereitung zur Endlagerung er- möglicht. Eine Kalzinierung der Materialien mit ihren nachteiligen Auswirkungen ist nicht erforderlich oder kann in einer stark verminderten, die beschriebenen Nachteile vermeidenden Form durchgeführt werden. Die Denitrierung erfolgt vorteilhaft in einer ersten Stufe mit Hilfe von Ameisensäure und nach Abscheidung der auf diese Weise ausgefälltenEdelmetalle, insbesondere Rhutenium und Silber, in einer zweiten Stufe mit Hilfe von Paraformaldehyd oder Oxalsäure zum Zwecke der Reduzierung der Alkali- und Erdalkalinitrate. Hierbei erfolgt die Denitrierung der zweiten Stufe bei Verwendung von Paraformaldehyd vorteilhaft in Anwesenheit von Kaliumhydrogensulfat als Katalysator. Es wird weiterhin vorteilhaft die Lösung vor der Denitrierung neutralisiert, wobei zweckmäßig die Neutralisierung für den Fall, daß die Weiterverarbeitung der hergestellten Pellets durch Einschmelzen in eine Glasmatrix vorgesehen ist, mit Hilfe von glasbildenden alkalischen Materialien erfolgt.
Die Pelletisierung kann in der Weise erfolgen, daß die hochaktive Abfa llflüssigkeit nach Abtrennung der nicht aktiven Edelmetallbestandteile unmittelbar mit Hilfe von radioaktiv neutralen Füllmaterialien, wie Asche oder anderweit pulverförmige Abfallmaterialien, in eine Mengenverhältnis gemischt wird, daß der Wassergehalt der Mischung zwischen 8 und 15 Ges.% beträgt, worauf die Mischung einem Pelletisiervorgany unterworfen wird. Es können jedoch in einer anderen Ausführungsform des ulerfahrens der Erfindung die hochaktiven Feststoffe nach der zweiten Denitrierungsstufe aus der Abfall-Lösung abgetrennt und mit fein gemahlener Glasfritte im Verhältnis 20:80 gemischt und in an sich bekannter Weise in einer Pelletisiereinrichtung granuliert werden.
Sofern es sich bei den eingesetzten Materialien um mit Wasser nichl oder nur schwer pelletisierbare oder nach Trocknung wiederum zerfallende Materialien handelt wird vorteilhaft das zu pelletisierende Material mit einer mit Wasser zu einer wasserunlöslichen Verbindung umreagierenden mineralischen Substanz, insbesondere einem Hydroxid eines Metalls der II. Haupt- und Nebengruppe des periodischen Systems, in einer eine Mikrofilmschicht auf den Materialkörnern ergebenden Menge innig gemischt und die so gewonnene Mischung anschließend unter Zugabe von Pelletisierungsflüssigkeit in an sich bekannter Weise agglomeriert. Auf diese Weise können auch aus an sich nicht pelletisierbaren oder in trockenem Zustand nicht klebenden Materialien dauerhaft stabile Pellets gewonnen werden.
Die in dieser Weise hergestellten Pellets können zur Endablagerung weiterverarbeitet werden in der Weise, daß sie direkt in eine niedrigschmelzende Bleilegierung eingeschmolzen werden. Es können jedoch auch die Pellets zu Glas- oder Keramikkörpern aufgeschmolzen werden, wobei den in den Schmelzofen eingebrachten Pellets gegebenenfalls für die Glas- bzw. Keramikherstellung fehlenden Materialbestandteile als Glasfritte gesondert zugegeben werden können.
Es werden auf diese Weise aus den bisher als Abfallmaterialien behandelten und als Endlagerungsprodukte erhebliche Probleme bereitenden Brennelementen nicht nur die inaktiven wertvollen Edel-Metalle zurückgewonnen, sondern darüber hinaus aus den hochaktiven Materialien Produkte geschaffen, die mit großem Erfolg anderweitig eingesetzt werden können, etwa bei der Hygienisierung von Klärschlämmen oder Gewinnung von Niedrigtemperaturwärme.

Claims

Patentansprüchc 1. Verfahren zur Aufbereitung von abgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren, bei dem die Brennelemente in heißer Salpetersäure gelöst und die Lösung nach Reinigung von festen Verunreinigungen und Abtrennung von wiederverwendbarem Uran- und Plutoniumbestandteilen zunächst einer Aufkonzentrierung und Denitrierung unterworfen sind dadurch gekennzeichnet, daß die Denitrierung in mehreren Stufen zu selektiven Abtrennung der Lösungsbestandteile erfolgt, worauf die anfallenden Abfalloxide zu Pellets granuliert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Denitrierung in einer ersten Stufe mit Hilfe von Ameisensäure und nach Abscheidung der hierdurch ausgefällten Edelmetalle in einer zweiten Stufe zur Reduzierung der Alkali und Erdalkalinitrate mit Hilfe von Paraformaldehyd oder Oxalsäure erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Denitrierung mit Hilfe von Paraformaldehyd in Anwesenheit von Kaliumhydrogensulfat als Katalisator erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfall-Lösung vor der Denitrierung neutralisiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutralisierung mit glasbildenden alkalischen Materialien erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hochaktive Abfall-Lösung mit Hilfe von radioaktiv neutralen Füllmaterialien, beispielsweise Asche oder anderweitige pulverförmige Abfallmaterialien derart gemischt wird, daß das resultierende Material einen Wassergehalt zwischen 8 und 15 Gew.-°Ó besitzt, worauf es einem Pelletisiervorgang unterworfen wird.
7, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennder zeichnet, daß die Feststoffe aus/Abfall-Lösung abgetrennt und mit fein gemahlener Glasfritte im Verhältnis 20 : 80 gemischt und in an sich bekannter Weise in einer Pelletisiereinrichtung granuliert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zu pelletisirende Material mit einer mit Wasser zu einer wasserunlöslichen Verbindung umreagierenden mineralischen Substanz, insbesondere einem Hydroxid eines Metalls der II. Haupt- oder Nebengruppe des periodischen Systems, in einer eine Mikrofilmschicht auf den Materialkörnern ergebenden Menge innig gemischt und die so gewonnene Mischung anschließend unter Zugabe von Pelletisierflüssigkeit in an sich bekannter Weise agglomeriert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dad die Pellets direkt in eine niedrigschmelzende Bleilegierung eingeschmolzen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets zu Glas- oder Keramikkörpern aufgeschmolzen werden.
11. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß den eingebrachten Pellets gegebenenfalls für die Glasherstellung fehlende Materialbestandteile als Glas fritte gesondert in den Schmelzofen eingeführt werden.
12. Verwendung der Glas- bzw. Keramikkörper nach Anspruch 10 oder 11 in loser Schütte zur Hygienisierung von Klärschlamm.
13. Verwendung der Glas- bzw. Keramikkörper nach Anspruch 10 oder 11 in loser Schütte zur Gewinnung von Niedrigtemperaturwärme.