DE69106305T2 - Kontinuierliche chromatographische Trennung von Zirconiumisotopen durch Anionenaustausch. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die chromatographische Verarbeitung von Zirkonium zum Minimierung von dessen Einfangquerschnitt für thermische Neutronen durch Veränderung seiner natürlichen Isotopverteilung, und folglich zur Verbesserung seiner Brauchbarkeit als Brennstabhüllmaterial für Kernreaktoren. Sie betrifft außerdem die chromatographische Verarbeitung von Hafnium zur Trennung derselben von Zirkonium und zur Maximierung seines Einfangquerschnitts für thermische Neutronen durch Veränderung seiner natürlichen Isotopverteilung, und dadurch zur Verbesserung seiner Brauchbarkeit als Kernreaktor-Steuerstabmaterial.
• Zirkoniummetall wird traditionell als Konstruktionsmaterial insbesondere für Brennstabhüllen für Kernreaktoren verwendet, und es besteht ein ständiges Interesse daran, seine Neigung zum Absorbieren thermischer Neutronen zu verringern. Je transparenter die internen Konstruktionsmaterialien eines Kernreaktors für solche thermische Neutronen sind, desto wirksamer arbeitet der Reaktor, da eine gewisse Anzahl dieser Neutronen notwendig ist, um die Kernreaktion aufrecht zu erhalten, und ihre Erzeugung muß die Absorption durch die inneren Konstruktionsmaterialien kompensieren. Frühere Maßnahmen waren auf das Trennen des Zirkoniums von Hafnium gerichtet. Diese beiden Elemente treten in der Natur miteinander auf, aber das Hafnium hat einen wesentlich größeren Einfangquerschnitt für thermische Neutronen. Solche Maßnamen umfaßten sowohl chromatographische Techniken unter Verwendung eines Ionenaustauschharzes als auch verschiedene Lösungsmittelextraktionstechniken.
• Neuere Ansätze sind darauf gerichtet worden, ein Zirkoniumisotop mit entweder besonders hohem oder besonders niedrigem Einfangquerschnitt für thermische Neutronen zu isolieren. Dies ermöglicht die Produktion eines Zirkoniums mit niedrigerem mittlerem Einfangquerschnitt als ein Zirkonium mit der natürlich auftretenden Isotopverteilung. Diese Ansätze bei der Isotoptrennung erfordern im allgemeinen eine Art der Lösungsmittelextraktion. Diese Trennverfahren sind im allgemeinen nur in der Lage, ein Isotop gleichzeitig abzutrennen. Sie ergeben folglich keine Möglichkeit zur gleichzeitigen Isolation der Zirkonium-90 und -94-Isotope, die als besonders kleine Einfangquerschnitte aufweisend erkannt worden sind (eine Quelle listet sie mit 0,055 bzw. 0,031 Barns auf, im Vergleich zu 0,567 Barns für Zirkonium 91 und 0,1430 für Zirkonium 92).
• Hafniummetall andererseits ist traditionel ein Konstruktionsmaterial für Kernreaktorsteuerstäbe. Bei solchen Anwendungen erfüllt es seine Funktion durch Absorbieren von thermischen Neutronen. Jedoch sind manche Isotope von Hafnium wegen ihrer viel größeren Einfangquerschnitte für den Neutroneneinfang viel wirksamer. Deshalb wäre eine Technik, die gleichzeitig die einen hohen Einfangquerschnitt aufweisenden Isotope Hafnium 174 und 177 isolieren könnte (die eine Quelle mit Einfangquerschnitten von 1500 bzw. 380 Barns im Vergleich zur Werten zwischen 14 und 75 für die übrigen 4 Isotope beschreibt), von beträchtlichem Vorteil.
• Es sind neuere Vorschläge gemacht worden, daß die Zirkoniumisotope in ökonomisch praktischer Weise unter Einsatz der herkömmlichen Chromatographie und Verwendung verschiedener Kationenaustauschharze als stationäre Phase und entweder wäßrigen oder nichtwäßrigen Extraktionsmitteln getrennt werden können. Bei diesen Verfahren ist es jedoch schwierig, in folge von mit der Steuerung der Elution der Produktspitzen zusammenhängenden Probleme eine gute Trennung zu bewerkstelligen.
• Zusätzlich ist dieses zwangsläufig chargenweise Verfahren sowohl teuer aufzubauen wie auch schwierig zu steuern (siehe beispielsweise EP-A-464 783 und EP-A-464 513, die beide nach dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht worden sind und deshalb unter Artikel 54, Abs. 3, EPU fallen).
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen zum gleichzeitigen Isolieren sowohl von Zirkonium 90 wie auch von Zirkonium 94, welche die Isotope sind, die sowohl ziemlich ergiebig sind als auch niedrige Neutroneneinfangquerschnitte haben. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines durch Anwendung einer chromatographischen Technik effizienteren Verfahrens als die Lösungsmittelextraktion. Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines kontinuierlichen Verfahrens zum Trennen der Zirkoniumisotope unter Verwendung einer kontinuierlich arbeitenden chromatographischen Technik. Ein noch weiteres Ziel ist die Schaffung einer Technik zum gleichzeitigen Isolieren von Hafnium 174 und Hafnium 177, welche die Isotope mit dem größten Neutroneneinfangquerschnitten sind. Ein zusätzliches Ziel ist die Schaffung eines Verfahrens zum Trennen von Zirkonium von Hafnium und zum Trennen der Zirkoniumisotope, insbesondere Zirkonium 90 und 94, in verschiedene Produktfraktionen im gleichen Vorgang.
• Es ist ein Verfahren zur teilweisen oder vollständigen Trennung der Zirkoniumisotope unter Verwendung der Chromatographie entwickelt worden, bei welchem ein Anionenaustauschharz die stationäre Phase bildet, eine auf einem Gemisch von Zirkoniumisotopen basierende wäßrige Anionenlösung das Zufuhrmedium bildet, und eine wäßrige Säurelösung die mobile Phase bildet. In dem Verfahren eluiert die mobile Phase das Zirkoniumisotop-Lösungsprodukt unter solchen Bedingungen, daß jedes der verschiedenen natürlich auftretenden Isotope des Zirkoniums hauptsächlich in einem Extraktionsvolumen eluiert wird, das von den Extraktionsvolumen der anderen Isotope verschieden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bedingungen derart, daß mindestens eines der Elutionsvolumen im wesentlichen nur ein Zirkoniumisotop enthält. Das Verfahren wird vorzugsweise in einem stetigen Zustand in kontinuierlicher Weise durchgeführt und es wird besonders bevorzugt, es in einem kontinuierlichen Ringchromatographen (CAC) auszuführen.
• Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine wäßrige Lösung eines Zirkoniumanions wie beispielsweise ZrOCl&sub4;&supmin;² in einen kontinuierlichen Ringchromatographen mit einer durch ein Anionenaustauschharz gebildeten stationären Phase zugeführt. Die mobile Phase für die Eluierung ist vorzgsweise wäßrige Salzsäure.
• Ein weiteres Merkmal ist die Verwendung eines rohen Zufuhrmediums, das aus der Hydrolysierung der chlorierten Zirkonsand gewonnen wird, und daß Erzeugen unterschiedlicher Produktfraktionen jeweils für das Hafnium, die Schwer- und Übergangsmetallverunreinigungen und die radiochemischen Verunreinigungen wie beispielsweise Thorium und Uran.
• Ein weiteres bevorzugtes Merkmal ist die Verwendung chromatographischer Bedingungen, die geeignet sind, verschiedene Elutionsvolumen für jedes Hafniumisotop entweder im gleichen Chromatographen, wie er zum Bewirken der Hafnium-Zirkonium- Trennung eingesetzt wird, oder vorzugsweise in einem stromabwärtigen Chromatographen zu erzuegen der die Hafniumproduktfraktion aus dem ersten Chromatographen als Speisestrom verwendet.
• Im Verlauf der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen zeigt:
• Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines kontinuierlichen Ringchromätographen (CAC) mit einem zur Darstellung der Ringkonstruktion aufgeschnittenen Bereich,
• Fig. 2 einen Horizontalschnitt des CAC entlang eines Durchmessers der den ringbildenden konzentrischen Kreise,
• Fig. 3 einen vergrößerten Horizontalschnitt eines Teils des oberen Bereichs des CAC,
• Fig. 4 eine Draufsicht des Bodens des in Fig. 3 gezeigten Teils, und
• Fig. 5 eine Draufsicht des Bodens des CAC.
• Die stationäre Phase kann irgendein Anionenaustauschharz mit einer Affinität für Zirkoniumanionen sein. Typischerweise bedeutet dies ZrOCl&sub4;&supmin;²-Anionen in sehr starken wäßrigen Säurelösungen. Vorzugsweise zeigt das Anionenaustauschharz eine starke Affinität für das Zirkoniumanion im Speisemedium. Besonders bevorzugte Anionenaustauschharze sind solche, die auf Ammoniumgruppen basieren, die aus primären und tertiären Aminen und den quarternären Ammoniumgruppen abgeleitet sind. Speziell bevorzugte Gruppen sind diejenigen, die aus Tricaprylmethyl-Ammoniumchlorid, Tri-n-octylamin und primärem Amin abgeleitet sind.
• Es wird außerdem bevorzugt, daß die stationäre Phase eine hohe Ionenkapazität pro Volumeneinheit hat. Kapazitäten oberhalb von etwa 0,05 Milliäquivalent pro Milliliter werden besonders bevorzugt wobei insbesondere Kapazitäten oberhalb von etwa 0,5 Milliäquivalent pro Milliliter (oder etwa 11 kg CaCO&sub3; pro Kubikfuß in US-Handelseinheiten) bevorzugt werden. Diese Werte basieren auf Harzen mit Kügelchengrößen im Bereich von 500 Mikrometer und basieren auf der Fähigkeit zur Bindung freier Säure. Die bei der vorliegenden Erfindung bevorzugte kleinere Kügelchengröße ergibt eine größere Flächeneinheit pro Volumeneinheit und folglich eine höhere tatsächliche Kapazität. Andererseits kann die Affinität des Harzes für Zirkoniumanionen von seiner Affinität für freie Säureanionen wie beispielsweise das chloridion abweichen. Das letztliche Kriterium ist einfach, ob das Harz einen brauchbaren Abscheidungsfaktor α unter praktischen Chromatographiebedingungen ergeben kann. Je höher die allgemeine Ionenkapazität eines Harzes, desto leichter kann es jedoch für den Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung angepaßt werden. Die Amberlite IRA-Serie von Anionenaustauscherharzen von Rohm und Haas Company fallen in diese besondere Klasse bevorzugter stationärer Phasen, wobei IRA 400 besonders bevorzugt wird.
• Weiterhin wird bevorzugt, daß die stationäre Phase eine schmale monodisperse Verteilung von Kugelteilchen mit einer kleineren mittleren Teilchengröße aufweist. Abweichungen der Teilchengröße machen es schwieriger, eine wirksame Abscheidung zu erhalten. Folglich erfordert eine polydisperse Teilchengrößenverteilung eine größere Säulenlänge und führt zu dünneren Produktfraktionen, da ein größerer Bereich von Elutionsmittelvolumen das gewünschte Produkt enthält. Die Wirksamkeit der Abscheidung kann auch durch Verringerung des Teilchengrößenbereichs einer monodispersen Verteilung verbessert werden. Eine kleine Teilchengröße wird bevorzugt, da die Austauschreaktion ein Phänomen ist, das an der Oberfläche der Harzkügelchen der stationären Phase stattfindet. Deshalb wird die Effizienz der Abscheidung durch Maximieren des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen der Harzkügelchen verbessert. Dies muß allerdings im Hinblick auf die Auswirkung, welche ein Verringerung der Teilchengröße auf die Durchlässigkeit der stationären Phase hat, abgeglichen werden. Im allgemeinen wird eine mittlere Teilchengröße zwischen etwa 125 und 25 Mikrometer bevorzugt, wobei eine Teilchengröße zwischen etwa 25 und 100 Mikrometer besonders bevorzugt wird. Eine Teilchengröße von 10 Mikrometer oder weniger ist für die Effizienz der Abscheidung optimal, kann aber Probleme hinsichtlich unzureichender Durchlässigkeit für ökonomisch wünschenswerte Durchflußraten und auch Probleme hinsichtlich des Haltens der Kügelchen in der Säule mit sich bringen.
• Die Harzkügelchen sind vorzugsweise mit Divinylbenzol vernetztes Styrol oder ein vernetztes Acrylharz. In jedem Fall müssen die das Anionenaustauscherharz bildenden Harzkügelchen stabil gegenüber den sehr starken Säurekonzentrationen, beispielsweise 6-N-Chlorwasserstoffsäure, sein, die zur Erzeugung der Zirkoniumanionen verwendet werden.
• Die Speisephase kann irgendeine zweckmäßige Lösung aus Zirkoniumanionen sein die aus einem Gemisch von Zirkoniumisotopen gebildet wird. Das Isotopengemisch kann dasjenige sein, das in der Natur auftritt, oder es kann ein besonders aufbereitetes Gemisch sein, das aus einem vorhergegangenen Aufbereitungsverfahren erhalten wurde. Sie kann auch das Hafnium und Schwermetall und radiochemische Verunreinigungen enthalten, die sich in dem kommerziellen Zirkoniumtetrachlorid aus der Chlorinierung von Zirkoniumsand findet, d.h. das Tetrachlorid, das durch Chlorinierung in Anwesenheit von Koks bei etwa 1000ºC erhalten wird, wonach die Abscheidung von dem sich ergebenden Siliziumtetrachlorid durch differentielle Kondensation folgt.
• Eine Lösung von Zirkoniumanionen kann zweckmäßigerweise durch Auflösen von Zirkoniumtetrachlorid in einer sehr starken wäßrigen Säure erhalten werden. Schwefelsäure, Perchlorsäure und mehr im besonderen Chlorwasserstoffsäure mit etwa 6- normaler Konzentration oder mehr werden bevorzugt. Typischerweise ist ein sehr saurer Zustand erforderlich, um ein Zirkoniumbasisanion wie beispielsweise ZrOCl&sub4;&supmin;² für konzentrierte Chlorwasserstoffsäure zu erzeugen. Vorzugsweise wird im wesentlichen sämtliches vorhandenes Zirkonium in Anionenform umgewandelt. Irgendwelches nicht so umgewandeltes Zirkonium tritt nicht mit den aktiven Gruppen der stationären Phase in Wechselwirkung und wird keiner Isotopentrennung unterzogen. Des weiteren wird nichtumgewandeltes Zirkonium wahrscheinlich in den gleichen Elutionsvolumen verbleiben wie die Schwer- -und Übergangsmetallverunreinigungen, die nicht mit der stationären Phase in Wechselwirkung kommen.
• Vorzugsweise hat die Speisephase eine so hohe Zirkoniumkonzentration, wie sie unter den gegebenen Betriebsbedingungen noch mit der Löslichkeit verträglich ist. Die natürliche Folge der chromatographischen Trennung ist eine Verdünnung der Konzentration der Produkte, die in Produktströme aufgeteilt werden. Deshalb wird die Effizienz des Verfahrens insgesamt und insbesondere eine Minimierung des zur Gewinnung der gewünschten Produkte aus der Produktströmen notwendigen Aufwands am besten durch Verwendung einer möglichst hohen Konzentration ohne Schaffung eines übermäßigen Risikos erreicht, daß Zirkonium während des Verfahrens ausgefällt wird.
• Vorzugsweise wird eine Zirkoniumkonzentration oberhalb von etwa 0,01-molar verwendet. Bei 25ºC liegt die Löslichkeit in 6-N-HCl schätzungsweise zwischen etwa 0,04-und 0,07-molar.
• Die mobile Phase kann eine wäßrige Säure mit einer etwas geringeren Stärke als derjenigen der Speisephase sein. Schwefelsäure und insbesondere Chlorwasserstoffsäure werden bevorzugt. Vorzugsweise hat die mobile Phase eine Säurekonzentration zwischen etwa 2- und 5-normal, wenn die Speisephase eine Säurestärke von etwa 6-normal oder mehr hat. Die erforderliche genaue Säurestärke hängt von der Natur der aktiven Gruppen des Austauscherharzes und der Identität der Elutionssäure ab. Es ist möglich, Wasser als Elutionsmittel zu verwenden, da es eine dünnere Lösung der Speisephasesäure bildet, während diese durch die Säule abwärts gelangt.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Säulenhöhe, die stationäre Phase und die Elutionsbedingungen außerdem so abgestimmt, daß eine Abscheidung von Hafniumisotopen in verschiedene Produktfraktionen bewirkt wird. Bei einer alternativen Ausführungsform wird der Hafniumproduktstrom einer zweiten Chromatographiesäule zugeführt, welche seine Isotope in verschiedene Produktfraktionen aufteilt.
• Die wirksame Säulenhöhe sollte ausreichend groß sein, um eine wesentliche Auflösung der verschiedenen Isotope des interessierenden Elements, Hafnium oder Zirkonium, in verschiedene Produktfraktionen zu ermöglichen. Die Auflösung ist vorzugsweise ausreichend, um eine Isotopreinheit oberhalb von etwa 90%, und mehr vorzugsweise von mindestens etwa 98% zu ergeben. Vorzugsweise wird diese Auflösung in einem einzigen Durchgang durch die Säule erreicht. Die für eine gegebene Auflösung notwendige wirksame Säulenhöhe kann durch Anwendung der Kremser-Brown-Sounders-Gleichung auf empirische Daten der Abscheidekapazität einer gegebenen stationären Phase, der mobilen Phase, des Elutionsmittels und der Strömungsbedingungen geschätzt werden.
• Als Ergebnis einer Auflösung der Zirkoniumisotope erhält man eine wirksame Trennung des Hafniums vom Zirkonium. Ein Verfahren, das ausreichend empfindlich ist, um Zirkoniumisotope zu trennen, bringt leicht eine Trennung von Hafnium. Es ist allgemein zu erwarten, daß irgendwelches in der Speisephase vorhandenes Hafnium früher als irgendeines der Zirkoniumisotope eluiert wird.
• Ein weiteres Ergebnis dieser Isotopauflösung ist die wirksame Trennung der Schwer- und Übergangsmetallverunreinigungen und radiochemischen Verunreinigungen nicht nur von den Zirkonium- -und Hafniumproduktfraktionen, sondern auch voneinander. Die Schwer- und Übergangsmetallverunreinigungen bilden typischerweise keine anionischen Komplexe und gelangen deshalb geradewegs durch die chromatographische Säule, während radiochemische Verunreinigungen wie beispielsweise Thorium und Uran solche Komplexe bilden und aus der Säule eluiert werden müssen.
• Ein Abscheidungsfaktor α wird zur Definition der Fähigkeit zum Trennen verschiedener Isotope benutzt. Dieser Faktor ist seinerseits durch die folgende Formel für den binären Fall definiert
• wobei y die molare Konzentration des gewünschten Isotops in der an diesem Isotop reichen Produktfraktion und x die molare Konzentration dieses gleichen Isotops in der Restfraktion darstellt. Näherungsweise Berechnungen können durch Wählen einer Isotopfraktion als Produkt und Definieren der Restfraktion als Zusammensetzung der übrigen Produktfraktionen angestellt werden. Wenn also eine Produktfraktion erhalten werden soll, in welcher 98% des Zirkoniums Zirkonium 90 ist und wenn in allen anderen Produktfraktionen zusammen nur 2% des Zirkoniums Zirkonium 90 ist, beträgt der diese α Abscheidung definierende Faktor
• Abscheidungsfaktoren α für Isotopentrennungen werden zweckmäßigerweise auf Säulen von 25cm bis 100cm ausgewertet, wobei eine Länge von 25cm bevorzugt wird. Für solche Säulen sind α Werte für das gewünschte Isotop, beispielsweise Zirkonium 90, für die bevorzugten stationären Phasen mit den bevorzugten Elutionsmitteln größer als etwa 1,05, vorzugsweise größer als etwa 1,085.
• Die für einen gewünschten Reinigungsgrad erforderliche wirksame Säulenlänge wird dann aus diesen Daten bestimmt. Beispielsweise, wenn eine 25cm-Testsäule einen Abscheidungsfaktor α von 1,085 ergibt, kann dieser als Abscheidungsfaktor für eine theoretische Stufe durch Anwenden der Kremser-Brown-Sounders-Gleichung zum Schätzen der Anzahl N von erforderlichen theoretischen Stufen benutzt werden. Diese Formel kann in der Form angewendet werden:
• Für den erörterten Fall ergibt dies das folgende Ergebnis:
• Infolgedessen sind 95,4 theoretische Stufen von jeweils 25 cm Länge erforderlich, was eine effektive Säulenlänge von etwa 24 m bedeutet.
• Die folgende Tafel zeigt vorhergesagte Säulenlängen als Funktion von α und der gewünschten Produktreinheit. Sie basiert auf der Annahme, daß die Kremser-Brown-Sounders- Gleichung in der Underwood-Fenske-Form gilt, unter Annahme der binären Gemischannäherung: 98% Reinheit α für 0,25-m-TestSäule Anzahl der Stufen Gesamte Säulenlänge (m)
• Die wirksame Säulenlänge kann vertikal verlaufen, kann aber auch viele andere Orientierungen haben. Wichtig ist lediglich der effektive Weg, über den die mobile Phase sich bewegt.
• Vorzugsweise ist der Weg in einer solchen Weise vorgesehen, daß die chromatographische Trennung kontinuierlich erfolgen kann. Gegenwärtig gibt es keine zweckmäßige Technik zum augenblicklichen Erfassen der Konzentration irgendeines gegebenen Isotops. Deshalb besteht eine Präferenz für ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren, das einen stetigen Zustand erreicht hat, so daß eine bestimmte Produktfraktion reproduzierbar eine gewisse Isotopverteilung aufweist. Wenn die chromatographische Trennung in diskontinuierlicher Weise bzw. chargenweise erfolgt, machen es zufällige Abweichungen zwischen den Durchgängen schwierig, Produktfraktionen reproduzierbar mit den gleichen Isotopverteilungen von Durchlauf zu Durchlauf zu sammeln. Wenn beispielsweise eine einzige vertikale Säule chargenweise beschickt wird, kann die Eluierungszeit der an einem bestimmten isotopreichen Produktfraktion von Durchlauf zu Durchlauf aufgrund von schwierig zu steuernden zufälligen Variablen wie beispielsweise Zulaufkonzentrationsschwankungen usw. variieren.
• Ein besonders bevorzugter kontinuierlich arbeitender Chromatograph ist der kontinuierliche Ringchromatograph (CAC). Diese Einrichtung wurde vom Oak Ridge National Laboratory entwickelt und weist eine ringförmige stationäre Phase auf die um die Ringachse gedreht wird. Der Ring wird durch Packen des die stationäre Phase bildenden Materials wie beispielsweise Harzkügelchen zwischen zwei konzentrischen Zylindern unterschiedlicher Durchmesser mit zusammenfallenden vertikalen Achsen hergestellt. An einer gegebenen Winkelposition ist ein Speiseanschluß vorgesehen, und mit einem gewissen Winkelversatz vom Speiseanschluß sind ein oder mehrere Elutionsanschlüsse angeordnet. Vorzugsweise ist eine Schicht von Glaskügelchen oberhalb der stationären Phase aufgebracht und das Elutionsmittel wird auf die Glaskügelchen zugeführt, während das Zirkoniumspeisematerial direkt oben auf die stationäre Phase zugeführt wird. Dies soll unerwünschte Mischeffekte vermeiden.
• Diese Einrichtung ist mit einer Anzahl von Produktöffnungen versehen, die an einer Anzahl von winkelmäßigen Positionen angeordnet sind, die beliebig angeordnet werden können, um einer bestimmten Gruppe von Betriebsbedingungen zu entsprechen. Jede Produktöffnung sammelt ein Elutionsvolumen, das eine bestimmte Verweilzeit auf der Säule hatte. Die stationäre Phase wird typischerweise mit konstanter Geschwindigkeit gedreht, so daß irgend ein vertikales Segment des Ringbetts sich zu einer gegebenen Zeit, nachdem dieses Segment mit Speisematerial und Elutionsmittel bestimmt worden ist, oberhalb einer bestimmten feststehenden Produktsammelöffnung befindet. Infolgedessen hat jede Produktfolgeöffnung eine Winkelposition, die einer bestimmten Elutionszeit für eine bestimmte Drehgeschwindigkeit der stationären Phase und für eine bestimmte Fließgeschwindigkeit durch die stationäre Phase entspricht.
• Die Strömungsgeschwindigkeit durch die stationäre Phase wird durch das Druckgefälle über der wirksamen Höhe der stationären Phase und die physikalischen Eigenschaften der stationären Phase gesteuert, d.h. Teilchengröße und Leerraumvolumen. Dieses Druckgefälle kann durch den hydrostatischen Druck des Speisematerials und des Elutionsmittels hergestellt werden, wird aber vorzugsweise durch Druckbeaufschlagung der Einrichtung erzeugt. Der zum Erreichen einer bestimmten Durchflußgeschwindigkeit erforderliche Druck hängt von der Natur der stationären Phase ab; je kleiner die mittlere Teilchengröße der die stationäre Phase bildenden Harzkügelchen, desto größer ist das zum Erhalten einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit über einer bestimmten wirksamen Höhe erforderliche Druckgefälle. Jedoch wird der Trennfaktor für eine gegebene theoretische Stufe verbessert, wenn die mittlere Teilchengröße der Harzkügelchen verringert wird. Die zum Bewirken eines gegebenen Trennungsgrads erforderliche effektive Höhe nimmt ab, wenn die Trennkapazität einer Längeneinheit (bzw. theoretischen Stufenhöhe) durch Verringerung der mittleren Teilchengröße der Harzkügelchen vergrößert wird.
• Die Strömungsgeschwindigkeit über der wirksamen Höhe der stationären Phase und die Drehgeschwindigkeit der stationären Phase müssen so koordiniert werden, daß eine bestimmte Produktfraktion stets an der gleichen Winkelposition eluiert und deshalb stets zur gleichen Produktsammelöffnung gelangt.
• Der Chromatograph kann so konfiguriert sein, daß er nun die Zirkoniumisotope trennt, oder daß er außerdem die Hafniumisotope trennt. Im ersteren Fall wird sämtliches Hafnium als eine einzige Produktfraktion gesammelt, obwohl dies das Zusammenfassen des Ausgangsprodukts einer Anzahl von Produktöffnungen bedingen kann. Im letzteren Fall ist es notwendig, die Säule so auszulegen, daß ein ausreichender Trennfaktor α und eine ausreichende Säulenlänge zur Bewirkung der Isotopentrennung sowohl von Zirkonium als auch von Hafnium bewirkt wird. In Abhängigkeit von der Natur der aktiven Gruppen der stationären Phase und des Speisematerialträgers kann der Faktor α für ein Element kleiner sein als für das andere Element, was folglich eine größere Säulenlänge erfordert.
• Wenn das Speisematerial auch die Schwer- und Übergangsmetallverunreinigungen und radiochemischen Verunreinigungen enthält, die man typischerweise in dem aus Zirkonsand erhaltenen hydrolysierten Chlorinierungsprodukt findet, ist es notwendig, diesen Verunreinigungen Produktöffnungen zuzuordnen. Von der ersteren Klasse der Verunreinigungen wird keine Wechselwirkung mit dem Anionenaustauscherharz der stationären Phase erwartet, so daß von diesen ein dirketes Durchlaufen durch die Säule abwärts erwartet werden kann. Sie sind daher im ersten Elutionsvolumen vorhanden, das in der Tat vor irgendwelchem wirklichem Elutionsmittel aus der Säule austritt. Folglich werden diese Verunreinigungen im wesentlichen mit der gleichen Konzentration gesammelt, wie sie im Speisematerial vorhanden waren. Andererseits ist zu erwarten, daß die letztere Klasse von Verunreinigungen anionische Komplexe im Speisematerial bildet und mit der stationären Phase in Wechselwirkung tritt. Deshalb werden die Schwer- und Übergangsmettalverunreinigungen wirksam von den radiochemischen Verunreinigungen getrennt, was folglich die Beseitigung dieser beiden Abfallklassen weniger problematisch macht (für jede Klasse bestehen eigene verschiedene Anforderungen für die Beseitigung).
• Andererseits kann das Speisematerial im wesentlichen reines Zirkonium oder ein Gemisch aus Zirkonium und Hafnium sein. Eine zweckmäßige Möglichkeit zum Erhalt eines solchen gereinigten Speisematerials ist eine anfängliche Abtrennung der Verunreinigungen in einem Chromatographen und das Bewirken der Isotopentrennung in weiteren Chromatographiesäulen. Vorzugsweise erfolgen die Zirkonium- und Hafniumisotopentrennungen in gesonderten Chromatographen, wodurch man eine maximale Flexibilität im Hinblick auf Elutionsmittelphasen, Säulenauslegungen und Betriebsbedingungen erhält. Weiter wird bevorzugt, die Elemententrennung in einem ersten Chromatographen auszuführen und dann die Isotopentrennungen in nachfolgenden Chromatographen zu bewirken.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Speisematerial, welches das durch Hydrolysieren der Zirkoniumfraktion aus der Chlorinierung von Zirkonsand über Koks erhaltene Produkt enthält, in einen ersten kontinuierlichen Ringchromatographen zugeführt, um die Elemententrennung zu bewirken. Es wird grundsätzlich vorausgesetzt, daß das Hafnium in einen früheren Elutionsvolumen vorhanden ist als dieses Zirkonium. Die Zirkoniumproduktfraktion aus dem Chromatographen wird dann in einen zweiten solchen Chromatographen zum Bewirken der Isotopentrennung durchgeführt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Hafniumproduktfraktion aus dem ersten Chromatographen zu einem eigenen Chromatographen zum Bewirken der Isotopentrennung zugeführt.
• Vorzugsweise werden die Isotopentrennchromatographen in einem Verdrängungsmodus betrieben, wobei nicht mehr als etwa 5%, mehr vorzugsweise nicht mehr als etwa 1% der wirksamen Säulenhöhe, mit Speiselösung beschickt wird, bevor die Eluierung beginnt. Dies wird zweckmäßigerweise durch Verwendung einer Speiselösung bewerkstelligt, die nicht in der Lage ist, die interessierenden Anionen aus einer Ionenbindung mit dem Anionenaustauscherharz herauszulösen, und durch Beschicken von nicht mehr als etwa 5%, vorzugsweise etwa 1% der wirksamen Höhe vor Zugabe eines Elutionsmittels geeigneter Stärke, damit diese Anionen mit brauchbarer Geschwindigkeit die Säule abwärts wandern können. In dem kontinuierlichen Ringchromatographen wird dieser Zweck durch Koordinieren des winkelmäßigen Versatzes zwischen dem Speiseanschluß und dem Elutionsmittelanschluß und der Drehgeschwindigkeit des Ringbetts erreicht, so daß das Zeitintervall zwischen Beschickung und Eluierung für das gewünschte Maß der Durchdringung gerade aureichend ist. Der Zusammenhang zwischen der Beschickungszeit und der Eindringtiefe hängt wiederum von der Strömungsgeschwindigkeit durch das Ringbett ab.
• Der Versatz kann entweder durch eine isokratische oder eine abgestufte Zufuhr von Elutionsmittel erfolgen. Im ersteren Fall kann das Elutionsmittel einfach aus einem einzigen Anschluß zugeführt werden, während im letzteren Fall mehrere Anschlüsse mit aufeinanderfolgend größeren Winkelversätzen vom Speiseanschluß verwendet werden. Bei der abgestuften Zufuhr läßt man die Elution unter dem Einfluß des anfänglichen Elutionsmittels fort schreiten, bis eine gewisse Trennung der interessierenden Isotope bewirkt worden ist, und dann wird ein stärkeres Elutionsmittel zugeführt. Dies erhöht die Wanderungsgeschwindigkeit dieser Isotope entlang der Säule nach unten und minimiert den Bereich von Elutionsvolumen bzw. Elutionszeiten, über welchen eine gegebene Komponente oder Produktfraktion aus der Säule austritt, oder, mit anderen Worten, dieses Verfahren minimiert die Bänderspreizung.
• Eine Verringerung der Elutionsvolumen durch abgestufte Elution oder durch andere Maßnahmen erhöht die Konzentration des Produkts, beispielsweise des Zirkoniumisotops, in der Produktfraktion.
• Die Strömungsgeschwindigkeit entlang der Säule nach unten wird durch das Druckgefälle vom oberen zum unteren Ende der Säule und die Natur der stationären Phase gesteuert. Je kleiner die mittlere Teilchengröße der Harzkügelchen ist, aus welchen die stationäre Phase besteht, desto höher ist das zum Erreichen einer gegebenen Strömungsgeschwindigkeit notwendige Druckgefälle. Dieser Zusammenhang wird auch durch die Teilchengrößenverteilung dieser Harzkügelchen bewirkt. Es gibt jedoch eine maximal erreichbare Strömungsgeschwindigkeit für die stationäre Phase aus einem gegebenen Anionenaustauscherharz, die durch Anwendung zusätzlichen Druckes nicht überschritten werden kann. Die Lieferanten solcher Harze geben diese Inform der Strömungsgeschwindigkeit pro gegebenem Druckgefälle und maximal erreichbarer Strömungsgeschwindigkeit an.
• Vorzugsweise wird eine stationäre Phase verwendet, die Strömungsgeschwindigkeiten zwischen etwa 2 und 80, mehr vorzugsweise zwischen etwa 3 und 20 Gallonen pro Minute pro Quadratfuß Querschnittsfläche (zwischen etwa 1,36 x 10&supmin;³ und 5,43 x 10&supmin;² m³/s, mehr vorzugsweise zwischen etwa 2,04 x 10&supmin;&sup4; und 1,36 x 10&supmin;² m³/s pro Quadratmeter Querschnittsfläche) zulassen. Es gibt einen Zusammenhang zwischen den erreichbaren Strömungsgeschwindigkeiten und der für einen gegebenen Reinheitsgrad benötigten wirksamen Säulenhöhe. Für ein gegebenes System aus stationärer Phase und Elutionsmittel nimmt der theoretische Trennfaktor αs der stationären Phase für irgendein interessierendes Isotop zu, wenn die mittlere Teilchengröße der Harzkügelchen der stationären Phase abnimmt. Mit dieser Teilchengröße nimmt jedoch auch die Durchflußkapazität der stationären Phase ab. Folglich besteht ein inverser Zusammenhang zwischen αs und der Durchflußkapazität. Folglich erfordert eine höhere Strömungsgeschwindigkeit eine größere wirksame Säulenhöhe, um den gleichen Trenngrad bzw. die gleiche Produktgleichheit zu erhalten.
• Des weiteren besteht die zusätzliche Beschränkung, daß der zum Erreichen der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit nötige Druck die Fähigkeit der verfügbaren Punkten, Dichtungen und Speiseleitungen nicht übersteigen darf. Der erforderliche Druck ist eine Funktion sowohl des pro Einheit wirksamer Höhe notwendigen Druckgefälles und der für den gewünschten Trennungsgrad erforderlichen gesamten wirksamen Höhe. Wenn also die Durchflußkapazität der stationären Phase durch eine Veränderung ihrer physikalischen Konfiguration erhöht und dem zufolge ihr theoretischer Stufentrennfaktor αs vermindert wird, werden sowohl die erforderliche wirksame Höhe als auch das erforderliche Gesamtgefälle erhöht. Wenn andererseits der theoretische Stufentrennfaktor αs durch eine Veränderung der Harzkügelchengrößenverteilung erhöht und demzufolge die Durchflußkapazität der stationären Phase vermindert wird, nimmt das Druckgefälle für eine gegebene wirksame Höhe zu. Ein gesamtes Säulendruckgefälle von weniger als etwa 2.758 kPa (400 psi), mehr im besonderen zwischen etwa 345 und 1.042 kPa (50 und 150 psi), wird bevorzugt.
• Um also ein System mit wirtschaftlich praktikabler Kapazität zu erhalten, ist es notwendig, eine stationäre Phase einzusetzen, die gleichzeitig sowohl einen brauchbaren theoretischen Stufenfaktor αs als auch eine brauchbare Strömungsgeschwindigkeit pro wirksamer Höheneinheit mit vernünftigem Druckgefälle zeigt. Dies kann durch geeignete Auswahl sowohl der Ionenkapazität des Anionenaustauschharzes der stationären Phase als auch des Elutionsmittels erreicht werden.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere Produktsammelöffnungen zum Sammeln einer bestimmten Produktfraktion verwendet. Dies erfolgt durch geringen Abstand dieser Sammelöffnungen, so daß die mehr als den Drehwinkelbereich umspannen, der den Eluierungszeitintervall dieser bestimmten Fraktion entspricht, aber nicht in Winkelpositionen reicht, bei denen die Elution irgendeines signifikanten Teils irgendeiner anderen Produktfraktion zu erwarten ist. Natürlich erfordert dies, daß Elutionszeitintervalle verschiedener Produktfraktionen sich nicht wesentlich überlappen. Diese Anordnung stellt sicher, daß kleinere Schwankungen des Elutionsverhaltens im stationären Zustand eine geringfügige Beschleunigung oder Verkürzung der Elutionszeit der gewünschten Produktfraktion nicht zu irgendeinem Verlust an dieser Fraktion führen.
• Wenn die Elemententrennung in einer Säule und die Isotopentrennung bzw. die Isotopentrennungen in einer anderen Säule stattfinden, werden natürlich die Betriebsbedingungen in jeder Säule im Hinblick auf die Funktionen dieser Säule optimiert. Beispielsweise ist das Verhältnis von Zirkonium zu Hafnium in dem hydrolysierten chlorinierten Produkt aus Zirkonsand ziemlich groß, typischerweise 50 : 1, so daß die Zufuhrgeschwindigkeit zu dem die Hafniumisotopen trennenden Chromatographen viel kleiner und deshalb auch der Strömungsdurchsatz durch diesen Chromatographen viel kleiner ist.
• Folglich kann der Säulenquerschnitt kleiner sein. Zusätzlich kann das Elutionsmittel so ausgewählt werden, daß sich ein optimaler Trennfaktor α für Hafnium ergibt.
• Eine besonders bevorzugte Einrichtung zur Verwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung ist bei den Fig. 1 bis 5 gezeigt. Der in Fig. 1 dargestellte kontinuierliche Ringchromatograph 10 weist zwei konzentrische Zylinder 35 auf, die den in Fig. 2 sichtbaren Ringraum 32 bilden. Über diesen Ringraum 32 befindet sich eine Verteilerplatte. Speiseleitungen bzw. Speisekanäle 21 und 23 verlaufen durch die Verteilerplatte 20 und endigen in Speisedüsen 22 und 24. Die Speisedüsen 22 dienen zur Zufuhr der Speisephase zu den Austauscherharzkügelchen 27, die in den Ringraum 32 gepackt sind. Zur einfacheren Darstellung sind diese Kügelchen den Ringraum 32 nur teilweise ausfüllend dargestellt. Andererseits dienen die Speisedüsen 24 zur Zufuhr des Elutionsmittels in die Schicht aus Glaskügelchen 26, die auf den Austauscherharzkügelchen 27 sitzt. Deshalb sind die Speisedüsen 24 etwas kürzer als die Speisedüsen 22. Diese Zufuhranordnung dient zur Vermeidung irgendeiner Rückmischung der Speisephase.
• Der durch den inneren Zylinder 35 gebildete mittige Hohlraum ist durch einen Deckel 31 verschlossen, so daß ein Rohr bzw. Kanal 25 zum Ausüben eines Druckes auf das Ringbett aus Harzkügelchen 22 eingesetzt werden kann. Der Boden des Ringraums 32 wird durch eine Produktplatte 40 gebildet. Wie in Fig. 5 sichtbar ist, durchdringt eine große Anzahl von Produktabführkanälen bzw. -Rohren 41 diese Platte. Dies ermöglicht das Sammeln einer Vielfalt von Produktfraktionen und erleichtert auch Einstellungen der Betriebsbedingungen, um eine Produktsammlung an verschiedenn Winkelpositionen zu ermöglichen.
• Die Verteilerplatte 20 wird in einer festen Position über dem Ringraum 32 mittels eines Halters 62 gehalten, der seinerseits mit einer Tragstange 61 verbunden ist, die an einer Grundplatte 60 befestigt ist. An dieser Grundplatte 60 ist auch eine Tragsäule 63 befestigt, auf welcher die Produktplatte 40 drehbar aussitzt. Eine Welle 70 verläuft durch diese Tragsäule 63 und die Grundplatte 60 hindurch und verbindet die Produktplatte 40 mit einem nicht dargestellten Antriebsorgan. An der Grundplatte 60 ist außerdem eine ringförmige Sammelrinne 50 befestigt, die in eine Anzahl geeigneter Segmente unterteilt werden kann, die jeweils ein eigene Auslaßöffnung 51 haben.
• Der konitnuierliche Ringchromatograph 10 wird betrieben, indem der mit den Harzkügelchen 27 gefüllte Ringraum 32 unter der feststehenden Verteilerplatte 20 und der zugeordneten Speisedüsen 22 und 24 gedreht wird. Das Drehmoment wird durch die Welle 70 übertragen.

Claims (25)

1. Verfahren zur Verringerung des Einfangquerschnitts von Zirkonium für thermische Neutronen durch Vergrößerung der Konzentration der Isotope mit niedrigem Einfangquerschnitt und Verringerung der Konzentration der Isotope mit hohem Einfangquerschnitt, wobei eine wäßrige Lösung von Zirkonium- Anionen mit einer höheren als der gewünschten Verteilung der Isotope mit hohem Einfangquerschnitt einer kontinuierlichen statischen Chromatographie unterzogen wird, wobei ein Anionenaustauschharz (27) als stationäre Phase (27) und eine wäßrige Säurelösung als Elutionsmittel verwendet wird, mindestens zwei Produktfraktionen gleichzeitig gesammelt werden, von denen einen mit Zirkonium 90 angereichert und die andere mit Zirkonium 94 angereichert ist, und diese kombiniert werden, um ein Zirkonium mit kleinerem Einfangquerschnitt als das Ausgangszirkonium zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konzentration des Zirkoniums 90 in seiner Produktfraktion mehr als 90 mol-% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die stationäre Chromatographie in einem kontinuierlichen Ringchromatographen (10) ausgeführt wird.

4. Verf,ahren nach Anspruch 1, wobei die Zirkoniumanionen hydrolisierte Chloride sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elutionsmittel eine wäßrige Lösung einer starken Mineralsäure ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elutionsmittel eine zwischen 1- und 10-normale wäßrige Lösung von Salzsäure ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Anionenaustauschharz (27) eine Kapazität von mindestens etwa 0,05 Moläquivalent pro Milliliter und eine Teilchengröße von 500 Mikrometer hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Anionenaustauschharz (27) aus einer monodispersen Verteilung sphärischer Kügelchen (27) mit einer mittleren Teilchengröße von zwischen etwa 25 und 100 Mikrometer zusammengesetzt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Separationsfakor α für eine theoretische Stufe von 25 cm Höhe für Zirkonium 90 mindestens etwa 1,05 beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lösung von Zirkoniumanionen außerdem Hafniumanionen enthält und die Chromatographie die Hafniumanionen von den Zirkoniumproduktfraktionen im wesentlichen vollständig trennt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aktiven Gruppen des Anionenaustauschharzes aus der Gruppe der primären Amine, der tertiären Amine, der quarternären Ammoniumgruppen und Kombinationen hiervon abgeleitet sind.

12. Verfahren zur Rückgewinnung einer Zirkoniumfraktion mit einer vergrößerten Konzentration der Isotope 90 und 94, wobei eine wäßrige Lösung von Zirkoniumanionen mit einer natürlichen Isotopverteilung einer kontinuierlichen stationären Chromatographie unterzogen wird, wobei ein Anionenaustauschharz (27) als stationäre Phase (27) und eine wäßrige Säurelösung als Elutionsmittel verwendet wird, und mindestens zwei Produktfraktionen gleichzeitig gesammelt werden, von denen eine mit einer dieser Isotope angereichert ist, und diese beiden Fraktionen kombiniert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12 zur kommerziellen Gewinnung von Zirkonium mit verringertem Einfangquerschnitt für thermische Neutronen durch Vergrößerung der Konzentration der Isotope mit niedrigem Einfangquerschnitt und Verringerung der Konzentration der Isotope mit hohem Einfangquerschnitt, welches umfaßt

1) Herstellen einer wäßrigen Lösung von Zirkoniumoxychlorid durch Hydrolisieren von Zirkoniumtetrachlorid mit einer natürlichen Isotopverteilung in Wasser zur einer Lösungsstärke von mindestens etwa 1-molar,

2) Steigern des Säuregrads der Lösung auf einen ausreichenden Wert, um sicherzustellen, daß die Zirkoniumatome Teil von Oxychloridanionen werden,

3) kontinuierliches stationäres Chromatographieren dieser Lösung in einem kontinuierlichen Ringchromatographen (10), wobei

a) das Elutionsmittel Salzsäure ist,

b) die stationäre Phase (27) aus einem Anionenaustauschharz (27) besteht, die aufweist,

i) nitro-amino-abgeleitete aktive Gruppen,

ii) eine Kapazität von mindestens etwa 0,05 Milliäquivalent pro ml, gemessen bei einer Teilchengröße von 500 Mikrometer,

iii) eine monodisperse Teilchenverteilung von etwa sphärischen Kügelchen (27) mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 25 Mikrometer oder weniger und

iv) einen Trennfaktor α für Zirkonium 90 für eine theoretische Stufe von 25 cm von mindestens etwa 1,05 unter den Elutionsbedingungen, und

c) die effektive Höhe der stationären Phase (27) ausreichend ist, um eine Zirkonium-90-Produktfraktion zu ergeben, die 98 mol-% Zirkonium 90 enthält, und

4) Sammeln der beiden Produktfraktionen, die hauptsächlich Zirkonium 90 bzw. Zirkonium 94 enthalten.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die wäßrige Zirkoniumoxychloridlösung außerdem Hafniumoxychlorid enthält und die Chromatigraphie die Hafniumanionen im wesentlichen vollständig von den Zirkonium-Produktfraktionen trennt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Elutionsmittel eine Stärke der Salzsäure von zwischen etwa 1- und 10-normal hat.

16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der kontinuierliche Ringchromatograph (10) so betrieben wird, daß die Zirkoniumanionenlösung etwa 1% der effektiven Säulenhöhe durchdringt, bevor das Elutionsmittel zugegeben wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die stationäre Phase (27) eine Kapazität von mindestens etwa 0,5 Milliäquivalent pro ml aufweist, gemessen bei einer Teilchengröße von 500 Mikrometer.

18. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Elutionsmittel dem Ringbett (27) an mehr als einer umfangsmäßigen Stelle zugeführt wird und die Salzsäurekonzentration des Elutionsmittels an jeder nachfolgenden Zuführstelle in Drehrichtung des kontinuierlichen Ringchromatographen (10) vermindert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die aktiven Gruppen des Anionenaustauschharzes (27) aus einer der Gruppen abgeleitet sind, die bestehen aus primären Aminen, tertiären Aminen, quarternären Ammoniumgruppen und Kombinationen hiervon.

20. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die anfängliche Zirkoniumlösung durch Auflösen der durch Chlorieren von Zirkonsand in Anwesenheit von Koks erhaltenen Zirkoniumkondensationsfraktion erhalten wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei mindestens eine mit Hafnium 174 oder Hafnium 177 angereicherte Produktfraktion ebenfalls erzeugt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Hafniumisotoptrennung in einem von dem Chromatographen (10), in welchem die Zirkoniumisotoptrennung erfolgt, verschiedenen Chromatographen (10) erfolgt.

23. Verfahren nach Anspruch 20, wobei in einem ersten Chromatographen (10) eine Elemententrennung erfolgt und die Trennung der Zirkoniumisotope in einem davon stromab befindlichen Chromatographen erfolgt.

24. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Strömungsdurchsatz durch den Isotoptrennchromatographen 10 zwischen etwa 1,36 x 10&supmin;³ und 5,43 x 10&supmin;² bei m³/s pro Quadratmeter Querschnitt quer zur Strömung (82 Gallonen pro Minute pro Quadratfuß beträgt).

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Druckgefälle über der effektiven Höhe des Isotoptrennchromatographen (10) weniger als etwa 1042 kPa (150 psi) beträgt.