DE3642841C2

DE3642841C2 -

Info

Publication number: DE3642841C2
Application number: DE3642841A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. 7504 Weingarten De Wieczorek
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 1992-01-02
Also published as: DE3642841A1; GB8722248D0; GB2200790A; US4793983A; GB2200790B; FR2608308B1; BE1001746A4; FR2608308A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufarbeitung von mit Neutronen bestrahltem Borcarbid aus Trimm- oder Ab schalt-Elementen aus Atomkernreaktoren gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Zur Steuerung des Neutronenflusses in Brüterreaktoren wird in entsprechender Konfektion in den Regeltrimm- und Ab schalt-Elementen (RTE bzw. ZAE) B-10-Borcarbid verwendet. Zum Beispiel ist der Schnelle Brutreaktor SNR 300 in Kalkar mit 9 RTE und 3 ZAE mit zusammen ca. 100 kg B-10-Borcarbid ausgestattet. Beide Arten dieser Elemente werden nur bis zu einer B-10-Anreicherung von 75% verwendet (der Anfangs anreicherungsgrad beträgt ca. 90%). Die entladenen Absor berstäbe enthalten somit noch beträchtliche Mengen an B-10. Da B-10 teuer und dessen Verfügbarkeit begrenzt ist, stellt sich das Problem seiner Wiederaufarbeitung.

Bei der Bestrahlung von B-10-Borcarbid mit Neutronen (Kondi tionen im Kernreaktor) wird neben Lithium auf Tritium ge bildet. Danben entstehen folgende Produkte der Borcarbid verunreinigungen: MN-54, Fe-55, Co-58 und Co-60 und C-14. Bis auf Lithium sind alle anderen Produkte radioaktiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wiederaufarbeitung von mit Neutronen bestrahltem Borcarbid aus Trimm- oder Abschalt-Elementen aus Atomkernreaktoren zu schaffen, bei welchem auf einfache Weise das Borcarbid in reiner Form aus den bestrahlten Elementen wiedergewonnen wird und für die Herstellung solcher Elemente, ohne zu sätzliche Reinigungsprozesse durchlaufen zu müssen, wieder verwendbar ist. Die bei der Durchführung des Verfahrens entstehende Abfallmenge soll so gering wie möglich gehalten und die Belastung der Umwelt mit radioaktiven Stoffen, wie z. B. C14 oder T, ausgeschlossen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombina tion der gekennzeichneten Verfahrensschritte des ersten Pa tentanspruchs. Vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsge mäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Der Restteil des bei der Säurezersetzung des B₄C entstandenen Abgases wird in einem alkalischen Wäscher vor der Abgabe an die Umgebung gewaschen, wobei das CO₂ gebunden wird. Vorteilhafterweise werden die in der Reaktionslösung ungelöst vorliegenden oder aufgrund der Überschreitung des Löslichkeitsproduktes ausge fällten, radioaktiven und nicht radioaktiven Korrosions- und Bestrahlungsprodukte aus einem rezyklierbaren Teilstrom der Reaktionslösung abgetrennt.

Da die Herstellung von Borcarbid durch Reduktion von Boroxid mit Kohlenstoff erfolgt, sollte das Produkt eine Auflö sungsprozesses für das B₄C Boroxid sein. Das Boroxid sollte keine Verunreinigungen enthalten und wegen Verschleppungsge fahr von Tritium wasserfrei sein. Für die Konzeption des erfindungsgemäßen Verfahrens sind sechs Grundoperationen notwendig:

- Auflösung von B₄C bei 200-250°C in Schwefelsäure mit Hilfe von Salpetersäure und gleichzeitige Austreibung der gebildeten Borsäure aus dem Auflöser mit Wasserdampf,
- Kondensation der wäßrigen Borsäurelösung und Abtrennen der ausgefallenen Borsäure,
- Oxidation des NO und Absorption des gebildeten NO_x zu Salpetersäure,
- Alkalische Auswaschung des Kohlendioxids,
- Kalzination der Borsäure zu Boroxid,
- Umwandlung des Boroxids zu Borcarbid.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines beispielhaften Versuches und einer schematischen Darstellung des Verfah rensschemas (siehe Figur) beschrieben.

Inaktives Ausführungsbeispiel

800 g (14,4 Mol) Borcarbid wurden in einem Reaktor 1 mit Rührvorrichtung in 5 l H₂SO₄ (96 Gew.-%) vorgelegt. Der Reaktorinhalt wurde erwärmt und bei Erreichung von 250°C wurde jeweils unter die Säureoberfläche Salpetersäure (55 Gew.-%) 80 ml/h und Wasser 30 l/h zugegeben. Nach 15 h Reaktionszeit waren 396 g (7,15 Mol) Borcarbid aufgelöst. Die gebildete Borsäure wurde vollständig im Kondensator 2 gefunden. Sie wurde vom Kondensat durch Filtration 3 abge trennt und in einen Kalzinator 4 überführt, in welchem die Borsäure zu Boroxid kalziniert wurde. Der Kalzinator 4 ist mit dem Reaktor 1 so verbunden, daß der entstehende HTO- haltige Wasserdampf in den Reaktor, zumindest zum überwie genden Teil, rückgeführt werden kann. Das Kondensat wurde nach Oxidation mit Luft und Absorption der Stickoxide durch Wasser in einem Reaktionsgefäß 5 oder in einer Mischstrecke 5 in den Reaktor 1 zugegeben. Das verbliebene Abgas wurde durch einen Wäscher 6, der mit einer wäßrigen Na₂CO₃-Lösung beschickt wurde, durchgeleitet und anschließend in den Kamin 7 abgeleitet. Die starksaure Lösung wurde aus dem Reaktor 1 in ein Filter-Gefäß 8 zur Abtrennung der Korrosions- und Bestrahlungsprodukte überführt und nach der Abtrennung in den Reaktor 1 rezykliert.

Beispiel für die Verteilung der Radioaktivität (berechnet) (Bezug: SNR 300 = 111,1 kg B₄C, 400 Vollasttage, 1a Abkühlzeit)

- Tritium (H-3) 48,2 10¹³ Bq; εβ = 20 keV
- Verunreinigungen: 10,36 10¹⁰ Bq; davon:

Mn-54 (54%)

5,59 · 10¹⁰ Bq

Fe-55(29%) 3,00 · 10¹⁰ Bq

Co-58(6%) 0,62 · 10¹⁰ Bq

Co-60(6%) 0,62 · 10¹0 Bq

C-14(5%) 0,53 · 10¹⁰ Bq; εβ 20 keV
- Mengen:
Tritium (H-3) = 1,34 mg
C-14 = 6,7 mg

Claims

1. Verfahren zur Wiederaufarbeitung von mit Neutronen bestrahltem, Korrosions-, Bestrahlungsprodukte und andere Verunreinigungen enthaltendem Borcarbid aus Trimm- oder Abschalt-Elementen aus Atomkernreaktoren, bei welchem das von der Metallumhüllung befreite und zerkleinerte Borcarbid mit einer heißen Mischung aus Schwefelsäure und Salpetersäure in Kontakt gebracht wird, bei erhöhter Temperatur in Borsäure und CO₂ überführt wird und stickoxidhaltige Abgase in der Reaktionslösung gebildet werden, gekennzeichnet durch die Kombination der Verfahrensschritte

a) Einleiten von Wasser oder tritiiertem, borsäurehaltigem Wasser in flüssiger Form unter die Oberfläche der heißen Reaktionslösung,
b) Austreiben der entstandenen Borsäure mit Hilfe des in a) entstandenen Wasserdampfes oder Dampfes des tritiierten, borsäurehaltigen Wassers aus der Reaktionslösung,
c) Kondensation des borsäurehaltigen Dampfes,
df) Eindampfen des Kondensats aus Schritt c) zur Trockene und Kalzination der Borsäure zu B₂O₃,
e) Rezyklierung des in Schritt d) gebildeten H₂O- oder T- haltigen H₂O-Dampfes nach Kondensation in flüssiger Form in Schritt a) in das Wasser oder in die Reaktionslösung,
f) Rezyklierung mindestens eines Teils des in der Reaktionslösung entstandenen und während der Kondensation des borsäurehaltigen Dampfes (Schritt c)) im Dampfraum verbliebenen stickoxid- und CO₂-haltigen Abgases unter Luftzugabe und Zufuhr von H₂O in flüssiger Form als Salpetersäure entweder direkt in die Schwefelsäure oder in die Säuremischung,
g) Umwandlung des aus Schritt d) erhaltenen B₂O₃ zu B₄C in an sich bekannter Weise.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in Schritt d) gebildeten H₂O- oder T-haltigen H₂O- Dampfes nach Kondensation in flüssiger Form zur Absorption der Stickoxide aus dem in Schritt f) behandelten Abgas verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Restteil des bei der Säurezersetzung entstandenen Abgases in einem alkalischen Wäscher vor der Abgabe an die Umgebung gewaschen wird, wobei das CO₂ gebunden wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Reaktionslösung ungelöst vorliegenden oder aufgrund der Überschreitung des Löslich keitsproduktes ausgefällten, radioaktiven und nicht radio aktiven Korrosions- und Bestrahlungsprodukte aus einem re zyklierbaren Teilstrom der Reaktionslösung abgetrennt wer den.