DE4132728C2 - Verfahren zum Konzentrieren einer niedrig konzentrierten Plutoniumnitratlösung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus DE 34 08 029 A1 ist ein Verfahren zur chargenweisen Fein­ reinigung von in einem Wiederaufarbeitungsprozeß für bestrahl­ te Kernbrenn- und/oder Brutstoffe zurückzugewinnendem Uran oder Plutonium bekannt, wobei höher konzentrierte Plutonium­ nitratlösungen, die in höhermolarer Salpetersäure vorliegen, beim Abkühlen Plutoniumnitratkristalle bilden.

Ferner ist aus der US-PS 39 49 048 ein Prozeß zur Abtrennung von Spaltprodukten von Uran und Plutonium in einer salpeter­ sauren Lösung bekannt, bei dem die salpetersaure Lösung mit einem organischen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel vermischt wird und auf Temperaturen von -1 bis -2°C abgekühlt wird, bis der Großteil des vorhandenen Wassers ausgefroren ist. Dabei wird eine Lösung gebildet, die Plutonium enthält, und eine wässerige flüssige Phase, die die Spaltprodukte ent­ hält.

Es ist ferner bekannt, eine Plutoniumnitratlösung durch thermische Destil­ lation zu konzentrieren, wobei ein Verdampfer verwendet wird, der jedoch folgende Nachteile aufweist:

• 1) Das Heizen bei hoher Temperatur verursacht Korrosion des Verdampfers.
• 2) Die Korrosion des Verdampfers ermöglicht es, daß das Material, aus dem der Verdampfer hergestellt ist, sich in der Plutoniumnitratlösung als Verunreinigung löst.
• 3) Da auch Salpetersäure in der Plutoniumnitratlösung durch das Heizen konzentriert wird, wird die Korrosion des Verdampfers weiter beschleunigt, und der Verfahrens­ schritt des Einstellens der Säurekonzentration ist nach dem Verfahrensschritt der Konzentration notwendig.
• 4) Das Heizen bei einer hohen Temperatur bewirkt eine mögliche Gefahr von Feuer oder einer Explosion.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein sicheres und wirksames Verfahren zum Konzentrieren einer Plutonium­ nitratlösung vorzusehen, das geeignet ist, die oben beschrie­ benen Nachteile zu eliminieren, die durch das herkömmliche Verfahren zum Konzentrieren einer Plutoniumnitratlösung durch thermische Destillation hervorgerufen werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kon­ zentrieren einer Plutoniumnitratlösung vorgesehen, umfassend die Schritte des Kühlens der Plutoniumnitratlösung auf eine Temperatur von -60 bis -40°C, um eine gefrorene Substanz herzustellen, die aus Wasser und Salpetersäure besteht, und das Filtern der so hergestellten gefrorenen Substanz bzw. der Bestandteile, um eine konzentrierte Plutoniumnitratlösung als Filtrat wiederzugewinnen.

Die Löslichkeit von Plutoniumnitrat in Salpetersäure ist selbst bei einer niederen Temperatur um -60°C so groß, daß eine Plutoniumnitratlösung, wenn sie auf niedere Temperatur um -60°C gekühlt ist, eine gefrorene Substanz ergibt, die aus Wasser und Salpetersäure besteht. Wenn die gefrorene Substanz ausgefiltert wird, ist das Plutoniumnitrat in der zurück­ bleibenden Lösung konzentriert. Als ein Ergebnis kann das Plutoniumnitrat alleine konzentriert werden, ohne eine Zunah­ me der Salpetersäurekonzentration zu verursachen.

Die Zeichnung zeigt ein Flußdiagramm eines Ausführungsbei­ spieles des Verfahrens zum Konzentrieren einer Plutonium­ nitratlösung.

In Bezugnahme auf die Zeichnung wird eine niedrig konzentrier­ te Plutoniumnitratlösung 1, die in einem Aufbereitungsver­ fahren von verbrauchtem Kernbrennstoff oder in einem Naßver­ fahren zum Wiedergewinnen bei der Kernbrennstoffproduktion erhalten wird, mit einem Kühlaggregat 2 auf eine Temperatur von -60 bis -40°C abgekühlt oder abgeschreckt. Durch dieses Kühlen wird eine gefrorene Substanz bestehend aus Wasser und Salpetersäure im Kühlaggregat 2 hergestellt. Nachfolgend wird ein Gemisch der gefrorenen Substanz mit der Lösung in einen Filter 3 eingeführt, der im vorhinein auf eine niedere Tempe­ ratur gekühlt worden ist. In dem Filter 3 wird die gefrorene Substanz 4 aus der Lösung gefiltert und ein Filtrat wird wie­ dergewonnen, das eine hoch konzentrierte Plutoniumnitratlö­ sung 5 umfaßt.

Ein Verfahren der Saugfiltration oder der Druckfiltration kann bei der Filtration der gefrorenen Substanz in dem Filter 3 angewendet werden.

Die separierte bzw. abgetrennte gefrorene Substanz 4 umfassend Wasser und Salpetersäure wird geschmolzen 6 und die beim Schmelzen erzeugte Wärme kann zur Kühlung des Kühlaggregats 2 durch Wärmeaustausch mittels eines Wärmetauschers 7 verwendet werden. Auf der anderen Seite kann die Salpetersäurelösung, die durch das Schmelzen gebildet wird, durch das Wiederein­ führen in ein Brennstoff-Wiederaufbereitungsverfahren oder in ein Naßverfahren zum Wiedergewinnen wiederverwendet werden 8.

Gemäß eines Beispieles eines experimentellen Ergebnisses war es einer Plutoniumnitratlösung mit einer Plutoniumkonzen­ tration von 118 g/l und einer Salpetersäure-Konzentration von 2,7 M möglich, 2 Stunden lang bei -45°C zu stehen, um eine sorbetähnliche gefrorene Substanz in der Lösung zu bilden. Das Filtrat, das durch Abtrennen der gefrorenen Substanz durch Saugfiltration erhalten wurde, hatte eine Plutonium-Konzen­ tration von 139 g/l, d. h., daß sie um das 1,18-fache konzen­ triert worden ist, und hat eine Salpetersäure-Konzentration von 2,5 M.

Gemäß dem Verfahren, wie es oben beschrieben ist, können die folgenden Wirkungen erhalten werden:

• 1) Durch das vorliegende Niedertemperaturverfahren wird ein im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren der Konzentration durch thermische Destillation äußerst sicheres Verfahren frei von Feuer- oder Explosionsgefahr bereitgestellt.
• 2) Das Niedertemperaturverfahren kann auch die Korrosion des Materials, aus dem die Gerätschaften hergestellt sind, unterdrücken. Folglicherweise wird ein stabiler Langzeit­ betrieb der Gerätschaften möglich, was folglich die ökonomische Wirksamkeit des Betriebs verbessert.
• 3) Da die Korrosion des Materials, aus dem die Gerätschaften hergestellt sind, unterdrückt wird, kann verhindert werden, daß Verunreinigungen durch das Auslaugen von Materialien in die Lösung eingemischt werden.
• 4) Durch die relativ kleine Zunahme der Salpetersäure- Konzentration in der Lösung kann der Verfahrensschritt des Einstellens der Salpetersäure-Konzentration nach dem Konzentrationsschritt vereinfacht werden.
• 5) Es ist möglich, durch die Verwendung der Wärme des Schmelzens der gefrorenen Substanz durch einen Wärmetau­ scher in einem Kühlaggregat Energie einzusparen.

Da die vorliegende Erfindung mit Bezug auf das Ausführungsbei­ spiel beschrieben worden ist, sollte es dem Fachmann klar sein, daß eine Vielzahl von Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Dadurch, daß die gefrorenen gefilterten Bestandteile im Wärme­ tauscher Schmelzwärme aufnehmen, kann Energie eingespart werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Konzentrieren einer niedrig konzentrierten Plutoniumnitratlösung, gekennzeichnet durch die Schritte des Kühlens der Plutoniumnitratlösung auf eine Temperatur von -60 bis -40°C, wodurch eine gefrorene Substanz aus Wasser und Salpetersäure in der Lösung ge­ bildet wird, und Filtrieren des so hergestellten Gemi­ sches, wobei eine konzentrierte Plutoniumnitratlösung als Filtrat wiedergewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gefrorene gefilterte Substanz geschmolzen wird und die Schmelzwärme in dem Verfahrensschritt zum Kühlen mittels eines Wärmetauschers verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verfahrensschritt des Filterns durch Saugfil­ tration oder Druckfiltration ausgeführt wird.