DE3344655A1

DE3344655A1 - Verfahren zum entfernen von thorium aus einer waessrigen alkalischen loesung

Info

Publication number: DE3344655A1
Application number: DE19833344655
Authority: DE
Inventors: Klaus 6458 Rodenbach Jordan; Jürgen Dipl.-Ing. 6450 Hanau Laucht
Original assignee: Reaktor-Brennelement Union 6450 Hanau GmbH; Reaktor Brennelement Union GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1983-12-09
Publication date: 1985-06-20
Also published as: DE3344655C2

Description

Verfahren zum Entfernen von Thorium aus einer
wässrigen alkalischen Lösung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Thorium aus einer wässrigen alkalischen Lösung durch Einlagern in ein Metallhydroxid und Abtrennen des thoriumhaltigen Metallhydroxids von der Lösung.
Ein derartiges Verfahren ist bereits üblich zum Reduzieren der Thoriumkonzentration in wässrigen Spüllösungen, die Ammoniumkarbonat enthalten. Diese Spüllösungen können z.B. beim Waschen eines Ammonium-Uranylcarbonatniederschlages anfallen, der entsprechend dem sogenannten AUC-Prozeß nach "Gmelin Handbuch der anorganischen Chemie", Uran Ergänzungsband A3 (1981), pp 101 bis 104, gewonnen und auf einem Drehtellerfilter abgelagert wurde. Als Metallhydroxid zum Einlagern des Thoriums wird ein Erdalkalihydroxid, z.B. ein Calciumhydroxidniederschlag in der Spüllösung durch Zusetzen von Ca(OH)2 gebildet.
Zwar können mit diesem üblichen Verfahren geringe bis geringste Thoriumkonzentrationen aus der Spüllösung entfernt werden, jedoch muß das Thorium in Form von Thoriumionen in der Spüllösung vorliegen. Deshalb ist eine vorhergehende Ansäuerung der Spüllösung erforderlich, wenn die Fällung von Erdalkalihydroxid mit eingelagertem Thorium eingeleitet werden soll. Ferner darf die Spüllösung kein Fluorid enthalten, da sich nicht nur schwer lösliche Erdalkalifluoride bilden würden, die die angestrebte Reduzierung der Thoriumkonzentration in der Spüllösung stark stören würden, sondern wegen der erforderlichen Ansäuerung der Spüllösung kann sich auch in unerwünschter Weise Flußsäure bilden, die korrosiv auf den Werkstoff von Reaktionsgefäßen einwirkt. Schließlich fällt in der Spüllösung gelöstes Uran als Calziumuranat aus.
Man kann zwar Thorium auch in Form von Thoriumhydroxid durch Zusetzen von Fällungschemikalien, wie z.B. Na OH aus der Spüllösung ausfällen, aber auch hierbei muß die Spüllösung zur Einleitung der Fällung angesäuert werden, so daß die Bildung von unerwünschter Flußsäure nicht vermieden werden kann, wenn die Spüllösung Fluoride enthält. Überdies kann die Thoriumkonzentration in der Spüllösung nur dann durch Ausfällen von Thoriumhydroxid reduziert werden, wenn die Thoriumkonzentration in dieser Spüllösung verhältnismäßig groß ist. In der Spüllösung gelöstes Uran fällt auch hier als Uranat aus.
Da Uran in der Regel in Form von UF6 an U-235 angereichert wird, wird zweckmäßigerweise auch UF6 als Ausgangssubstanz für den AUC-Prozeß verwendet, so daß bei diesem AUC-Prozeß alkalische Spüllösungen anfallen, die fluoridhaltig sind. Diese Spüllösungen haben eine verhältnismäßig geringe Thoriumkonzentration. Sie enthalten neben Uran vornehmlich das Thoriumisotop Th-234, das mit seinem Tochterisotop Pa-234 im Gleichgewicht steht. Wegen der kleinen Halbwertzeiten dieser beiden radioaktiven Nuklide ist jedoch die Radioaktivität der Spüllösungen trotz der geringen Thoriumkonzentration teilweise sehr hoch. Man konnte daher solche Spüllösungen nicht sofort weiterverarbeiten, um beispielsweise das in ihnen noch enthaltene Resturan zurückzugewinnen, sondern mußte sie für ca. 10 Halbwertzeiten des Th-234 d.h. etwa 240 Tage lang lagern, bis die Aktivität ausreichend abgeklungen ist. Dies erfordert abgeschirmten und daher besonders kostspieligen Lagerraum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier durch ein Verfahren Abhilfe zu schaffen, mit dem der Thoriumgehalt in einer wässrigen alkalischen Lösung auch dann wirksam und ohne Störungen abgesenkt werden kann, wenn diese wässrige alkalische Lösung nicht nur Thorium in verhältnismäßig geringer Konzentration, sondern auch Fluorid enthält.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß als Metallhydroxid Eisenhydroxid verwendet wird, in das das Thorium aus der Lösung hineindiffundiert.
Selbst in wässrigen alkalischen Lösungen, die Fluorid enthalten, bildet sich kein schwer lösliches und die Reduzierung der Thoriumkonzentration störendes Eisenfluorid. Auch verbleibt Uran in Lösung. Ferner braucht die wässrige alkalische Lösung nicht angesäuert zu werden, so daß sich aus in ihr enthaltenem Fluorid auch keine Flußsäure bilden kann. Es braucht also nur das von der wässrigen alkalischen Lösung abgetrennte thoriumhaltige Eisenhydroxid gelagert zu werden, für das nur in erheblich verringertem Umfang abgeschirmter Lagerraum erforderlich ist, während die vom thoriumhaltigen Eisenhydroxid befreite Mutterlösung noch in so geringem Umfang radioaktiv ist, daß sie sofort weiterverarbeitet werden kann, um z.B. in ihr enthaltenes Resturan zurückzugewinmnen.
Von Vorteil ist es, wenn Eisen (III) hydroxid als Metallhydroxid verwendet wird, welches sehr gut dekantier- und abfiltrierbar ist.
Das Eisenhydroxid kann auch in günstiger Weise durch Zusetzen eines Eisensalzes Oder einer Eisensalzlösung in der alkalischen Lösung gebildet werden.
Die Erfindung und ihre Vorteile seien an Ausführungsbeispielen näher erläutert: Jeweils 100 Liter ener wässrigen Spüllösung, die beim Spülen eines geleerten UF6-Behälters mit wässriger Ammoniumcarbonatlösung angefallen ist und die neben Uran, Ammoniumcarbonat, Thorium und Fluorid enthält, werden in einem Rührbottich mit 59 Eisen in Form von Eisenhydroxid versetzt. Sodann wird diese Lösung 24 Std.
lang durch Rühren mit einem Rührer oder mit vom Boden des Bottichs aufsteigender Luft in Bewegung gehalten.
Hierauf läßt man die Feststoffe absetzen. Die klare Mutterlösung wird abdekantiert und steht sofort zur Weiterverarbeitung zur Verfügung, während die thoriumhaltigen Feststoffe feucht in einem Sammelbehälter gelagert werden. Bei einer g -Aktivität der Spüllösung von 1,03 x 106pCi/ml wird auf I diese Weise eine ß -Aktivität der klaren Mutterlösung von 1,08 x 103 pCi/ml, bei einer-Aktivität der Spüllösung von 8,32 x 105 pCi/ml eine ß-Aktivität der klaren Mutterlösung von 5,72 x 10² pCi/ml und bei einer ß -Aktivität der Spüllösung von 2,34 x 104 pCi/ml eine p -Aktivität der klaren Mutterlösung von 1,15 x 102 pCi/ml erzielt, d.h. die R -Aktivität der zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stehenden klaren Mutterlösung kann gegenüber der Ausgangsaktivität der Spüllösung um mehr als zwei Zehnerpotenzen gesenkt werden.
Das Mengenverhältnis zwischen der Spüllösung und dem zuzusetzenden Eisenhydroxid ist nicht kritisch. Günstig ist,wenn diese Spüllösung pro 100 Liter mindestens 5g Eisen als Eisenhydroxid, vorzugsweise 10 bis 20 g Eisen als Eisenhydroxid zugesetzt werden.
Mit gleicher Wirkung kann das Eisenhydroxid auch durch Zusetzen eines Eisensalzes oder einer Eisensalzlösung in der Spüllösung gebildet werden. Als Eisensalz ist z.B. Fe(N03)3.6H20 geignet.
Die Zeit, während der das Eisenhydroxid in der Spüllösung umgerührt wird, ist für die Rate der Thoriumreduzierung in der klaren Mutterlösung von Bedeutung. Diese Rührzeit soll mindestens 24 Stunden betragen.
4 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Entfernen von Thorium aus einer wässrigen alkalischen Lösung durch Einlagern in ein Metallhydroxid und Abtrennen des thoriumhaltigen Metallhydroxids von der Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallhydroxid Eisenhydroxid verwendet wird, in das das Thorium aus der Lösung hineindiffundiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Eisen(III)hydroxid als Metallhydroxid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenhydroxid durch Zusetzen eines Eisensalzes oder einer Eisensalzlösung in der Lösung gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisenhydroxid in der Lösung umgerührt wird.