EP0252166B1 - Verfahren zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Abtrennung von Cäsium-Ionen aus wässrigen Lösungen durch Ionenaustausch an Ammonium-molybdatophosphat - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Abtrennung von Cäsium-Ionen aus wässrigen Lösungen durch Ionenaustausch an Ammonium-molybdatophosphat Download PDF

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EP0252166B1
EP0252166B1 EP86109194A EP86109194A EP0252166B1 EP 0252166 B1 EP0252166 B1 EP 0252166B1 EP 86109194 A EP86109194 A EP 86109194A EP 86109194 A EP86109194 A EP 86109194A EP 0252166 B1 EP0252166 B1 EP 0252166B1
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EP
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solution
container
ions
cesium
continuous
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EP86109194A
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Werner Dr. Faubel
Sameh Dr. Abdel-Hadi Ali
Peter-Michael Menzler
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous or quasi-continuous separation of cesium ions from aqueous solutions having high sodium and / or potassium ion concentrations by ion exchange on ammonium molybdate phosphate (AMP).
  • AMP ammonium molybdate phosphate
  • the invention is therefore based on the object of providing a method with which quantitative cesium separation from aqueous, strongly saline solutions, in particular from nitrate-containing, strongly nitric acid, highly active solutions can be ensured without bleeding out of the AMP and / or undesirable local overheating in the Have to accept exchangers.
  • the method should be able to be carried out continuously or quasi-continuously, i.e. H. it should be ensured that a large number of bed volumes of solution containing cesium ions can be passed through the exchanger before the amount of AMP has to be replaced by a fresh amount.
  • the uniform flow of the starting solution is advantageously adjusted with the proviso that the suspended volume of the quantity of AMP microcrystals used does not exceed 7/8 the height of the liquid column in the container.
  • the porous base for the loose layer of microcrystalline AMP can consist, for example, of a stainless steel sintered metal frit.
  • the throughput rate of the starting solution which is the small amounts of cesium ions and which, on the other hand, contains very high salt concentrations, through the AMP or through the column or through the container can vary within a wide range depending on the size of the usable volume of space. Conveniently, the flow rate will be adjusted so that the AMP microcrystals in the lower part of the volume of the starting solution are kept in suspension but never reach the exit opening of the decontaminated solution container.
  • the feed with the starting solution is interrupted and the solution standing above the re-deposited AMP layer is sucked out or pressed out of the column using a pipe which is attached at a suitable height.
  • the solution freed from cesium ions is replaced by water.
  • the AMP is freed from residues of the acidic solution.
  • the excess washing solution is then removed by suction.
  • the exchanger loaded with cesium ions can now be dissolved in ammonium hydroxide solution or sodium hydroxide solution and the resulting waste solution can be drawn off at the lower end of the container without any changes to the equipment or cumbersome handling of the equipment.
  • the AMP can also be rinsed out of the device.
  • the cesium-containing exchange solution or suspension can then easily be mixed homogeneously with the matrix intended for deposition (for example for the glazing of radioactive waste or for the cementing of such waste) or be subjected to a further chemical treatment with the aim of commercial cesium production.
  • Sodium hydroxide solution is more suitable as a solvent in highly active systems because of its greater radiation resistance.
  • fresh AMP can be added to the apparatus, for example, via the decanting line, e.g. B. with the help of a pump.
  • the decanting line immersed in the solution can be designed such that it can be moved in the vertical direction if required. In another embodiment, it can be introduced laterally into the column.
  • the figure shows schematically an example of a device as it can be used to carry out the method.
  • the device essentially consists of a container or a column, for example of a cylindrical tube 1, which is provided at both ends with inlets 4, 6 or outlets 5, 6, 7 and at least at the lower end with a frit 2.
  • the AMP is filled in as powder via the riser pipe 6 so that it lies loosely on the frit 2.
  • the AMP can be filled in as a suspension in the medium that is to be decontaminated later, via 6.
  • the porosity of the frit 2 is irrelevant, since it is only intended to prevent the AMP from falling through, and the pore size of the frit is normally 3 to 15 ⁇ m.
  • the cesium-containing process solution is then introduced through the feed line 4 into the device at a uniform flow rate. This can be done by hydrostatic pressure or by a pump etc.
  • the AMP slowly rises with the flow, distributes itself in the liquid and forms a density gradient from the frit 2 upwards.
  • the flow rate is selected so that the upper end of the column, from which the decontaminated solution flows out through outlet 5, remains free of AMP particles.
  • a 0.5 ⁇ m frit 3 can be attached to the upper end, which is caused when the AMP is swirled up, be it by pumping too quickly or by air bubbles, which prevents it from escaping from the column.
  • this filter can also be installed instead as an “in-line filter” in the outlet line 5 before the solution enters the storage vessel (not shown in the figure). If certain procedural conditions are observed, frit 3 is not required.
  • the column is emptied for the solution above the AMP via the suction pipe 6 or for the solution portion still remaining in the device by draining off via the discharge line 7, with compressed air (air, N2, Ar etc.) in the line 5 Device can be given to accelerate the drainage process.
  • compressed air air, N2, Ar etc.
  • the column can be blown dry if necessary.
  • the solutions required to dissolve the AMP or rinse the device are fed in via the inlet (the feed line) 4 or, if necessary, via the lines 5, 6, 7 and leave the column 1 in the most suitable manner via the outlet pipe 5 in the case of continuous operation , the riser pipe 6, after the AMP has settled or (after emptying via the riser pipe 6) through the drain pipe 7.
  • the continuous or quasi-continuous method according to the invention has a serious problem both in relation to a discontinuous method, for example in a beaker (batch method) which works with pure AMP, and also to a method in which the AMP has been drawn up from a support structure and surprising advantage: While a batch process can achieve a decontamination factor (DF) for cesium ions of the order of 102, the process according to the invention ensures a DF of> 60,000, with higher radioactivity due to the still low residual activity> 100,000.
  • DF decontamination factor
  • the term ">" used means that the numerical value mentioned may well be higher, however, it cannot therefore be calculated quite correctly because the residual activity is close to the detection limit.
  • the solution was collected in a storage vessel and subjected to a ⁇ measurement. Only Cs-134 and Cs-137 were removed with a decontamination factor of DF> 60,000, given by the detection limit of the ⁇ -spectrometer. This continuous operation means that there is no local overheating, since the AMP-1 is continuously cooled and dissolved in NaOH solution after it has been used.
  • the pump was then switched off and after a quick sit down of the AMP-1 the protruding one was already Aspirated decontaminated solution through the riser and added to the decontaminated stock solution.
  • the total dose at the storage vessel was still 0.7 R / h.
  • the supernatant aqueous solution was also removed from the column via the riser pipe (after the AMP-1 had settled); the Amp-1, which was loaded with Cs, was dissolved with 20 ml of 1 M NaOH solution, which was fed into the column from below.
  • the waste solution was then drained down from the column. After washing the column with H2O, the column was again charged with fresh AMP-1 via the riser and the procedure was repeated with fresh MAW.
  • the column was then rinsed with 5 liters of water from bottom to top, the majority of the rinsing water still remaining in the column likewise being removed via the riser pipe after the AMP-1 had settled.
  • the Cs-containing AMP-1 was then dissolved in 100 ml of 1 M NaOH solution which was fed in from below. This waste solution was drained down.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Abtrennung von Cäsium-Ionen aus wäßrigen, hohe Natrium- und/oder Kalium-Ionen-Konzentrationen aufweisenden Lösungen durch Ionenaustausch an Ammoniummolybdatophosphat (AMP).
  • Zur Abtrennung von Cäsium-Ionen aus wäßrigen, beispielsweise salpetersauren Prozeßlösungen, auch in Gegenwart hoher Salzkonzentrationen, wurden bisher zahlreiche Ionenaustausch-und Extraktions-Systeme entwickelt. Den meisten dieser Systeme ist eine ausgeprägte Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen am Säuregehalt bzw. an der Fremdsalzkonzentration, insbesondere an der Fremdnitratkonzentration, gemeinsam. Eine besondere Bedeutung hat die Cäsiumabtrennung auf dem Gebiete der Beseitigung radioaktive Cäsium-Ionen enthaltender Abwässer. Dort sind hohe Nitratgehalte vor allem in den MAW-Verdampferkonzentraten anzutreffen, wobei Natriumnitrat den mit Abstand größten Anteil am Gesamtsalzgehalt im wäßrigen Konzentrat darstellt. Eine extrem hohe Selektivität für Cäsium-Ionen gegenüber anderen Alkali-Ionen wurde bei dem anorganischen Ionenaustauscher Ammonium-molybdatophosphat (NH₄)₃[PMo₁₂0₄], der im Handel unter der Bezeichnung AMP-1 angeboten wird, festgestellt. Dessen allgemeiner Anwendung stand jedoch bisher stets die mikrokristalline Beschaffenheit entgegen. Diese führte dazu, daß mit diesem Material gefüllte, längere Kolonnen für einen normalen Betrieb als nahezu unpassierbar bezeichnet werden konnten. Ein weiterer Nachteil einer mit AMP-1 gefüllten Kolonne war beim Austausch radioaktiven Cäsiums die aufgrund der hohen Cäsiumverteilungskoeffizienten auftretende Aufheizung des Austauschers unter hochaktiven Bedingungen. Versuche, die genannten Widrigkeiten durch Aufziehen von AMP auf Trägersubstanzen, wie z. B. Kieselgel etc., zu vermeiden, scheiterten an der Auslaugbarkeit bzw. am sog. Ausbluten des Molybdatophosphats von der Trägersubstanz. Die Folge waren sich ständig verringernde Konzentrationen an AMP in der Kolonne etc. Weitere Nachteile sind beispielsweise das ungelöste Problem der Wiederverwendbarkeit des Extraktions- bzw. Austauschapparates selbst, sowie die unbefriedigend niedrige Ausnutzung der Absorberkapazität. Die Handhabung und Behandlung solcher hochradioaktiver Kolonnen ist ungelöst.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem eine quantitative Cäsiumabtrennung aus wäßrigen, stark salzhaltigen Lösungen, insbesondere aus nitrathaltigen, stark salpetersauren, hochaktiven Lösungen gewährleistet werden kann, ohne ein Ausbluten des AMP und/oder unerwünschte lokale Überhitzungen im Austauscher in Kauf nehmen zu müssen. Das Verfahren soll kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich durchführbar sein, d. h. es soll gewährleistet sein, daß eine hohe Anzahl Bettvolumina an Cäsium-Ionen enthaltender Lösung durch den Austauscher hindurchgeleitet werden kann, bevor die Menge an AMP durch eine frische Menge ersetzt werden muß.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
    • a) die Cs⁺-Ionen und zumindest Na⁺- und/oder K⁺-Salze enthaltende Ausgangslösung mit einem pH-Wert ≦ 9,5 durch eine auf einer porösen Unterlage innerhalb eines Behältnisses locker liegenden oder über der Unterlage schwebenden Schicht aus durch Fällung hergestelltem, mikrokristallinem AMP in das Behältnis eingespeist wird, währenddessen die NH₄⁺-Ionen gegen die Cs⁺-Ionen ausgetauscht werden und das schwerer lösliche Cäsium-molybdatophosphat gebildet wird,
    • b) ein gleichmäßiger Fluß der Ausgangslösung mit der Maßgabe, daß die AMP-Mikrokristalle nicht mit der dekontaminierten Lösung aus dem Behältnis ausgetragen werden, eingestellt wird,
    • c) die selektiv von den Cäsium-Ionen befreite Lösung oberhalb der mikrokristallinen Schicht oder oberhalb der Obergrenze des Schwebevolumens der AMP-Mikrokristalle kontinuierlich abgezogen wird,
    • d) nach Erschöpfung des Austauschers die Zufuhr der Ausgangslösung abgestellt wird, der Austauscher mit Wasser gewaschen und das Wasser abgezogen wird und danach der Austauscher aus dem Behältnis ausgespült oder mit stark alkalischer, wäßriger Lösung aufgelöst und aus dem Behältnis entfernt wird und
    • e) eine frische AMP-Schicht in das Behältnis eingebracht wird und die Schritte a) bis d) beliebig oft mit Cs⁺-haltigen Ausgangslösungen wiederholt werden.
  • Vorteilhafter Weise wird der gleichmäßige Fluß der Ausgangslösung mit der Maßgabe, daß das Schwebevolumen der eingesetzten Menge der AMP-Mikrokristalle 7/8 der Höhe der Flüssigkeitssäule im Behältnis nicht überschreitet, eingestellt.
  • Die poröse Unterlage für die locker liegende Schicht aus mikrokristallinem AMP kann beispielsweise aus einer Edelstahlsintermetallfritte bestehen. Die Durchsatzgeschwindigkeit der Ausgangslösung, welche die geringen Mengen Cäsium-Ionen und die demgegenüber sehr hohen Salzkonzentrationen enthält, durch das AMP bzw. durch die Kolonne bzw. durch das Behältnis kann je nach Größe des verwendbaren Raumvolumens in einem weiten Bereich variieren. Praktischerweise wird man die Durchflußgeschwindigkeit so einstellen, daß die AMP-Mikrokristalle im unteren Teil des Volumens der Ausgangslösung in der Schwebe gehalten werden, jedoch zu keinem Zeitpunkt die Ausgangsöffnung des Behältnisses für die dekontaminierte Lösung erreichen. Nach Abschluß der Austauscherbeladung mit Cäsium wird die Beschickung mit der Ausgangslösung unterbrochen und die über der wieder abgesetzten AMP-Schicht stehende Lösung mit einer in geeigneter Höhe angebrachten Rohrleitung aus der Kolonne abgesaugt bzw. gedrückt. Die von Cäsium-Ionen befreite Lösung wird durch Wasser ersetzt. Hierdurch wird das AMP von Resten der sauren Lösung befreit. Danach wird die überstehende Waschlösung durch Absaugen wieder entfernt. Der mit Cäsium-Ionen beladene Austauscher kann nun in Ammoniumhydroxid-Lösung oder Natronlauge aufgelöst werden und die hierbei entstehende Abfallösung am unteren Ende des Behältnisses abgezogen werden, ohne jegliche Veränderung der Apparatur bzw. umständliches Hantieren an der Apparatur. In einer entsprechend konstruierten Vorrichtung kann das AMP aber auch aus der Vorrichtung ausgespült werden. Die cäsiumhaltige Austauscherlösung bzw. -Suspension kann sodann auf einfache Weise homogen mit der zur Entlagerung vorgesehenen Matrix (beispielsweise für die Verglasung radioaktiver Abfälle oder für die Zementierung solcher Abfälle) vermischt oder einer weiteren chemischen Behandlung mit dem Ziel einer kommerziellen Cäsiumgewinnung zugeführt werden. Als Lösereagenz in hochaktiven Systemen ist Natriumhydroxid-Lösung wegen der größeren Strahlenresistenz besser geeignet. Nach dem Waschen des Behältnisses bzw. der Kolonne kann frisches AMP beispielsweise über die Dekantierleitung in die Apparatur gegeben werden z. B. mit Hilfe einer Pumpe. Die in die Lösung tauchende Dekantierleitung kann so ausgeführt sein, daß sie bei Bedarf in vertikaler Richtung bewegt werden kann. In einer anderen Ausführung kann sie seitlich in die Kolonne eingeführt werden.
  • Die Figur zeigt schematisch ein Beispiel einer Vorrichtung, wie sie zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann.
  • Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Behältnis oder einer Kolonne, beispielsweise aus einem zylindrischen Rohr 1, das an beiden Enden jeweils mit Zuläufen 4, 6 bzw. Abläufen 5, 6, 7 und mindestens am unteren Ende mit einer Fritte 2 versehen ist. Das AMP wird vor Beginn des Verfahrens als Pulver über das Steigrohr 6 eingefüllt, so daß es locker auf der Fritte 2 aufliegt. Ebenso kann das AMP als Suspension in dem Medium, das später dekontaminiert werden soll, über 6 eingefüllt werden. Die Porosität der Fritte 2 spielt keine Rolle, da sie lediglich ein Durchfallen des AMP verhindern soll, normalerweise ist die Porengröße der Fritte 3 bis 15 µm. Die Cäsium haltige Prozeßlösung wird dann durch die Einspeiseleitung 4 in die Vorrichtung mit einer gleichmäßigen Fließgeschwindigkeit eingebracht. Dies kann durch hydrostatischen Druck oder durch eine Pumpe etc. geschehen.
  • Dabei steigt das AMP mit der Strömung langsam nach oben, verteilt sich in der Flüssigkeit und bildet einen Dichtegradienten von der Fritte 2 aus nach oben. Die Fließgeschwindigkeit wird so gewählt, daß das obere Ende der Kolonne, aus welchem die dekontaminierte Lösung durch den Ablauf 5 abfließt, frei von AMP-Partikeln bleibt. Zur Sicherheit kann am oberen Ende eine 0,5 µm Fritte 3 angebracht werden, die bei evtl. Aufwirbelung des AMP, sei es durch zu schnelles Pumpen oder durch Luftblasen hervorgerufen, dessen Austritt aus der Kolonne verhindert. Ebenso kann dieses Filter auch stattdessen als "in-line-Filter" in die Austrittsleitung 5 vor Eintritt der Lösung in das Vorratsgefäß (in der Figur nicht dargestellt) eingebaut sein. Bei Einhaltung gewisser Verfahrensbedingungen ist die Fritte 3 jedoch nicht erforderlich. Nach Beendigung der Beladung des AMP mit Cäsium (maximale Kapazität 60 g Cäsium/kg AMP) wird die Einspeisung der Prozeßlösung durch den Zulauf 4 gestoppt und das AMP absitzengelassen.
  • Die Entleerung der Kolonne erfolgt für die über dem AMP stehende Lösung über das Absaugrohr 6 oder für den noch in der Vorrichtung verbleibenden Lösungsanteil durch Ablassen über die Ablaufleitung 7, wobei durch die Leitung 5 zusätzlich Druckluft (Luft, N₂, Ar etc.) in die Vorrichtung gegeben werden kann zur Beschleunigung des Ablaßvorganges. Ausserdem kann somit bei Bedarf die Kolonne trocken geblasen werden.
  • Die zum Auflösen des AMP bzw. Spülen der Vorrichtung notwendigen Lösungen werden über den Zulauf (die Einspeiseleitung) 4 oder bei Bedarf über die Leitungen 5, 6, 7 eingespeist und verlassen die Kolonne 1 in der jeweils geeigneten Weise über das Ablaufrohr 5 bei kontinuierlichem Betrieb, das Steigrohr 6, nach Absitzen des AMP oder (nach Entleerung über das Steigrohr 6) durch das Ablaufrohr 7.
  • Das erfindungsgemäße kontinuierliche bzw. quasi-kontinuierliche Verfahren weist sowohl gegenüber einem diskontinuierlichen Verfahren, beispielsweise in einem Becherglas (Batch-Verfahren), welches mit reinem AMP arbeitet, als auch gegenüber einem Verfahren, bei welchem das AMP aus einer Stützstruktur aufgezogen wurde, einen gravierenden und überraschenden Vorteil auf: Während ein Batch-Verfahren einen Dekontaminationsfaktor (DF) für Cäsium-Ionen von größenordnungsmäßig 10² erreichen kann, stellt das erfindungsgemäße Verfahren einen DF von > 60.000, bei höherer Radioaktivität aufgrund der immer noch gleichbleibend geringen Restaktivität > 100.000, sicher. Der hier vor dem Zahlenwert verwendete Begriff ">" bedeutet, daß der genannte Zahlenwert durchaus höher liegen kann, er kann jedoch daher nicht ganz korrekt errechnet werden, weil die Restaktivität in der Nähe der Nachweisgrenze liegt.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Durchführungsbeispiele näher erläutert.
    • Beispiel 1
  • 1 Liter echte mittelaktive Abfallösung (MAW) mit einer Dosis von 8 R/h (in Kontakt) wurde mittels einer Pumpe über ein organisches Adsorbermaterial (Bio Bed SM7 von der Firma Bio Rad), das in eine Kolonne (⌀ - 20 mm, H = 200 mm) gefüllt war, geleitet. Hierbei wurden die organischen Verunreinigungen der MAW-Konzentratlösung aus der wäßrigen Phase entfernt. Feste Teilchen wurden in einem "in-line-Filter", der in Front der Kolonne montiert war, aufgefangen. Die Strahlendosis wurde durch diesen Schritt auf 3,5 R/h gesenkt.
  • Anschließend wurde die von den organischen und festen Verunreinigungen gereinigte wäßrige Lösung mit einem Durchsatz von 10 Kolonnenvolumina durch eine Cäsium-Rückhaltekolonne, wie sie die Figur zeigt, mit 4 g AMP-1 auf der Fritte (Kolonnenabmessungen ⌀ 20 mm, H - 300 mm) geleitet. Die Lösung wurde in einem Vorratsgefäß aufgefangen und einer γ-Messung unterzogen. Lediglich Cs-134 und Cs-137 wurden entfernt und zwar mit einem Dekontaminationsfaktor von DF > 60.000, gegeben durch die Nachweisgrenze des γ-Spektrometers. Durch diese kontinuierliche Arbeitsweise findet keine lokale Überhitzung statt, da das AMP-1 laufend gekühlt und nach dessen Verwendung in NaOH-Lösung aufgelöst wird.
  • Anschließend wurde die Pumpe abgeschaltet und nach einem schnellen Absitzen des AMP-1 wurde die überstehende, bereits dekontaminierte Lösung über das Steigrohr abgesaugt und zur dekontaminierten Vorratslösung gegeben. Die Gesamtdosis am Vorratsgefäß betrug noch 0,7 R/h. Nach Ausspülen der Säule mit Wasser (200 ml) wurde die überstehende wäßrige Lösung ebenfalls über das Steigrohr aus der Kolonne entnommen (nach Absitzen des AMP-1); das Lösen des Amp-1, das mit Cs beladen war, erfolgte mit 20 ml 1 M NaOH-Lösung, die von unten in die Kolonne eingespeist wurde. Die Abfallösung wurde dann nach unten aus der Kolonne abgelassen. Nach anschließendem Waschen der Kolonne mit H₂O wurde die Kolonne erneut mit frischem AMP-1 über das Steigrohr beschickt und die Prozedur mit frischem MAW wiederholt.
    • Beispiel 2
  • 100 Liter MAW-Simulat (getracert mit Cs-132) wurden mittels einer Pumpe mit einem Durchsatz von 50 Kolonnenvolumina durch eine AMP-Kolonne (⌀ 85 mm; H = 500 mm) geleitet, die mit 10 g AMP-1 beschickt war. Der Dekontaminationsfaktor für Cäsium der in einem Vorratsgefäß aufgefangenen Lösung lag über 60.000.
  • Nach Beladung des Austauschers wurde die Pumpe abgestellt und nach Absitzen des mit Cäsium beladenen AMP-1 wurde die überstehende, bereits dekontaminierte Lösung über das Steigrohr abesaugt.
  • Anschließend erfolgte eine Spülung der Kolonne mit 5 Liter Wasser von unten nach oben, wobei die Hauptmenge des noch in der Kolonne verbleibenden Spülwassers ebenfalls über das Steigrohr - nach Absitzen des AMP-1 - entnommen wurde. Das Cs-haltige AMP-1 wurde dann in 100 ml 1 M NaOH-Lösung, die von unten eingespeist wurde, gelöst. Diese Abfallösung wurde nach unten abgelassen.
  • Anschließend erfolgte eine Spülung der Apparatur mit H₂0 und eine erneute Beschickung mit AMP-1 über das Steigrohr. Diese Prozedur wurde 10 mal wiederholt und somit 1 m³ MAW-Simulat - entsprechend den Erwartungen für eine Wiederaufarbeitungsanlage (mit 4 g Cs) - durchgesetzt.
    • Tabelle 1: Zusammensetzung des MAW-Simulats:

    • Al: 0,23 g/l
    Ca: 1,5 g/l
    Cr: 0,08 g/l
    Cs: 0,0036 g/l
    Cu: 0,15 g/l
    Fe: 0,38 g/l
    U: 0,08 g/l
    Mg: 0,75 g/l
    Mn: 0,08 g/l
    Mo: 0,38 g/l
    Na: 81,14 g/l
    Ni: 0,08 g/l
    Sr: 0,001 g/l
    Zn: 0,15 g/l
    Zr: 0,08 g/l
    HNO₃: 1 Mol/l
    Beispiel 3 Vergleich der Dekontaminationsfaktoren (DF) aus

    • a) 3 statischen Versuchen (nach dem Batch-Verfahren)
    • b) den entsprechenden dynamischen Versuchen (nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der AMP-Kolonne) für das in Beispiel 2 beschriebene MAW-Simulat.
  • Jeweils 100 ml MAW-Simulat mit verschiedenen Cäsium-Gehalten wurden sowohl statisch (a) als auch dynamisch (b) mit jeweils 1 g AMP-1 behandelt.
    • a) Die Batch-Experimente wurden in 250 ml Plastikflaschen durchgeführt, wobei die Lösung für 10 Minuten intensiv mit dem AMP-1 in Kontakt gebracht wurde. Nach Absitzen und Zentrifugieren wurde in der überstehenden Lösung der Cs-Gehalt bestimmt.
    • b) Die dynamischen Experimente wurden analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Der Durchsatz betrug 10 Kolonnenvolumina pro Stunde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
    Figure imgb0001
  • Aus dieser Tabelle geht die eindeutige Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den Batch-Experimenten hervor. Gerade bei höheren Beladungen des Austauschers wird immer noch ein DF > 60.000, der durch die Nachweisgrenze des γ-Spektrometers gegeben ist, erreicht, während bei den Batch-Experimenten die DF's mit zunehmender Beladung von 450 auf 90 absinken.

Claims (2)

  1. Verfahren zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Abtrennung von Cäsium-Ionen aus wäßrigen, hohe Natrium- und/oder Kalium-Ionen-Konzentrationen aufweisenden Lösungen durch Ionenaustausch an Ammonium-molybdatophosphat (AMP) dadurch gekennzeichnet, daß
    a) die Cs⁺-Ionen und zumindest Na⁺- und/oder K⁺-Salze enthaltende Ausgangslösung mit einem pH-Wert ≦ 9,5 durch eine auf einer porösen Unterlage innerhalb eines Behältnisses locker liegenden oder über der Unterlage schwebenden Schicht aus durch Fällung hergestelltem, mikrokristallinem AMP in das Behältnis eingespeist wird, währenddessen die NH₄⁺-Ionen gegen die Cs⁺-Ionen ausgetauscht werden und das schwerer lösliche Cäsiummolybdatophosphat gebildet wird.
    b) ein gleichmäßiger Fluß der Ausgangslösung mit der Maßgabe, daß die AMP-Mikrokristalle nicht mit der dekontaminierten Lösung aus dem Behältnis ausgetragen werden, eingestellt wird,
    c) die selektiv von den Cäsium-Ionen befreite Lösung oberhalb der mikrokristallinen Schicht oder oberhalb der Obergrenze des Schwebevolumens der AMP-Mikrokristalle kontinuierlich abgezogen wird,
    d) nach Erschöpfung des Austauschers die Zufuhr der Ausgangslösung abgestellt wird, der Austauscher mit Wasser gewaschen und das Wasser abgezogen wird und danach der Austauscher aus dem Behältnis ausgespült oder mit stark alkalischer, wäßriger Lösung aufgelöst und aus dem Behältnis entfernt wird und
    e) eine frische AMP-Schicht in das Behältnis eingebracht wird und die Schritte a) bis d) beliebig oft mit Cs⁺-haltigen Ausgangslösungen wiederholt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichmäßige Fluß der Ausgangslösung mit der Maßgabe, daß das Schwebevolumen der eingesetzten Menge der AMP-Mikrokristalle 7/8 der Höhe der Flüssigkeitssäule im Behältnis nicht überschreitet, eingestellt wird,
EP86109194A 1986-07-05 1986-07-05 Verfahren zur kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Abtrennung von Cäsium-Ionen aus wässrigen Lösungen durch Ionenaustausch an Ammonium-molybdatophosphat Expired - Lifetime EP0252166B1 (de)

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US07/069,438 US4826604A (en) 1986-07-05 1987-07-02 Process for separation of cesium ions from aqueous solutions
JP62167123A JPH07111474B2 (ja) 1986-07-05 1987-07-06 セシウムイオンを水溶液から連続的又は擬連続的に分離するための方法

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