EP2758966B1 - Method for decomposing an oxide layer - Google Patents

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EP2758966B1
EP2758966B1 EP12759480.2A EP12759480A EP2758966B1 EP 2758966 B1 EP2758966 B1 EP 2758966B1 EP 12759480 A EP12759480 A EP 12759480A EP 2758966 B1 EP2758966 B1 EP 2758966B1
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EP
European Patent Office
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acid
solution
ions
oxidative decontamination
cations
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EP2758966A1 (en
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Horst-Otto Bertholdt
Andreas Loeb
Hartmut Runge
Dieter Stanke
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Bertholdt Horst-Otto
NIS Ingenieur GmbH
Original Assignee
NIS Ingenieur GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/001Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
    • G21F9/002Decontamination of the surface of objects with chemical or electrochemical processes
    • G21F9/004Decontamination of the surface of objects with chemical or electrochemical processes of metallic surfaces
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
    • G21F9/30Processing

Definitions

  • the invention relates to a process for the decomposition of a chromium, iron, nickel, if necessary, zinc oxide and radionuclide-containing oxide layer by means of a permanganic acid and a mineral acid-containing aqueous oxidative decontamination solution, which flows in a circuit (K1), wherein the oxidative decontamination solution to a pH Value ⁇ 2.5, in particular for the decomposition of oxide layers deposited on inner surfaces of areas or components of a nuclear power plant.
  • the invention relates to a method for the extensive degradation of radionuclides in the primary system and the auxiliary systems in a nuclear power plant using the existing operating medium and the power plant operating systems.
  • oxidic protective layers Fe0.5Ni1.0Cr1.5O4, NiFe2O4 are formed at operating temperatures of> 180 ° C and reducing conditions on the wetted inner surfaces of the systems and components. Radionuclides are incorporated into the oxide matrix.
  • the aim of chemical decontamination methods is to dissolve this oxide layer in order to be able to remove the incorporated radionuclides. This is intended to ensure that in the case of a revision, the radiation exposure of the inspection personnel kept as low as possible or in the case of dismantling of the nuclear reactor, the components can be easily fed into a recycling cycle.
  • the oxide protective layers are considered to be chemically insoluble. By a preliminary oxidative chemical treatment of the oxide structure, this can be broken and the sparingly soluble oxide matrix in easily soluble metal oxides are transferred. This breakdown of the oxide matrix occurs by oxidation of the trivalent chromium into the hexavalent chromium: Fe 0.5 Ni 1.0 Cr 1.5 O 4 / NiFe 2 O 4 / Fe 3 O 4 ⁇ oxidation ⁇ CrO 4 2- , FeO, NiO, Fe 2 O 3 equation (1)
  • the manganese ion is present in the permanganate in the oxidation state 7 and is reduced according to equation (2) in the oxidation state 4, at the same time present in the trivalent oxidation state chromium is oxidized to the oxidation state 6.
  • 2 MOL MnO 4- are needed for the oxidation of 1 MOL Cr 2 O 3 .
  • manganese oxihydrate [MnO (OH) 2 ] or manganese dioxide (MnO 2 ) is formed in all decontamination technologies used so far, as equations (3) and (4) illustrate.
  • the manganese dioxide is insoluble and deposits on the inner surface of the components / systems. With increasing manganese oxyhydrate / manganese dioxide deposition, the desired oxidation of the oxide protective layer is hindered. In addition, the converted iron and nickel oxides remain undissolved on the surface, so that the barrier layer on the surface further amplified.
  • Object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art, in particular to allow a simplification of the process flow, the formation of manganese dioxide and oxalate to be avoided.
  • the formation of CO 2 should at least be reduced. Also, the release of oxide particles should be largely avoided.
  • EP-A-1 054 413 describes in the cited prior art the use of permanganic acid without sulfuric acid to decontaminate radioactive materials.
  • Object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art, in particular to allow a simplification of the procedure, the formation of manganese dioxide and oxalate to be avoided.
  • the formation of CO 2 should at least be reduced. Also, the release of oxide particles should be largely avoided.
  • the object is essentially achieved in that the oxidation of the oxide layer and its dissolution takes place in a single treatment step with the aid of the aqueous decontamination solution, that sulfuric acid is used as the mineral acid, by means of which the pH is adjusted, and that after degradation of the Permanganic acid the solution flows through a bypass line of the circuit while maintaining the circulation operation of a cation exchanger in which existing in the solution 2-valent cations and 2-valent radionuclides are fixed with simultaneous release of sulfate and dichromate anions.
  • the pH is set by metered addition of sulfuric acid.
  • the solution flows through a bypass line an anion exchanger in which the dichromate is fixed with simultaneous release of SO 4 - ions.
  • the amount of anion exchange resin used is designed to amount of dichromate ions to be fixed.
  • the permanganate concentration in the oxidative decontamination solution is adjusted in such a way that, when the predetermined dichromate concentration is reached, the permanganate ions are consumed by chemical oxidation reactions, the relationship being particularly true:
  • a method for reducing the activity inventory in components and systems, wherein the oxide layers of the wetted inner surfaces are removed with an oxidative decontamination solution.
  • the oxidative decontamination can be carried out with power plants own systems without the help of external decontamination auxiliary systems, the activity reduction without manganese formation and other cation precipitations and without CO 2 -Anfall and without release of oxidic particles take place and the metal oxides are simultaneously dissolved chemically and as Cations / anions are fixed together with the manganese and the nuclides (Co-60, Co-58, Mn-54, etc.) on ion exchange resins.
  • the chemical conversion of the sparingly soluble oxides into readily soluble oxides, the dissolution of the oxides / radionuclides and the discharge and fixing of the dissolved cations to cation exchangers take place in a single process step, which acts as an oxidative decontamination step referred to as.
  • the permanganic acid used is completely converted to the Mn 2+ cation in the course of the preoxidation step. Manganese oxyhydrate precipitation does not occur.
  • H 2 Cr 2 O 7 and H 2 SO 4 are advantageous since both compounds are needed in the ongoing process and are thus desired in terms of process engineering.
  • the dichromate protects the basic material of the system or the component from chemical attacks and the sulfuric acid ensures the required low pH value throughout the process, as is also the case with the Fig. 1 is clarified.
  • the remaining hematite (Fe 2 O 3 ) in the system can not be dissolved by mineral acids that have oxidizing properties (such as nitric acid).
  • the Fe 2 O 3 is therefore dissolved in a subsequent step, a so-called hematite step, and then the dissolved Fe ion is bound to cation exchanger.
  • the chemical reaction according to equation (5) reliably leads to the formation of Mn 2+ .
  • the reaction is controlled by protons (H + ions).
  • sulfuric acid is used for the pH adjustment.
  • the amount of sulfuric acid required to prevent MnO (OH) 2 formation is based on the permanganate concentration. With increasing permanganate concentration, the pH must be lowered, that is, a higher acid concentration must be set (s. Fig. 1 ).
  • the Fe / Cr / Ni / Zn composition of the protective layer it is possible, according to the present invention, to calculate exactly the amount of the individual cations depending on the amount of HMnO 4 used. which are released in the "oxidative decontamination step". This is possible because the amount of HMnO 4 used converts to 100% in Mn 2+ and stoichiometrically produces the amount of dichromate produced.
  • the amount of oxidized Cr-III is 06. November 2014/54066 amended description pages Again, the amount of converted Fe / Cr / Ni / Zn - oxides and thus the resulting in the oxidative decontamination step Fe / Ni / Zn / Mn - ions before.
  • Fig. 2 shows by way of example the temporal degradation of permanganic acid and the concomitant simultaneous construction of the cations (Fe-II, Ni-II, Mn-II) and the anion Cr 2 O 7 2- in the "oxidative decontamination solution" in a system with high chromium contents.
  • the system to be decontaminated is operated in the circulation without ion exchange integration. This should in principle be based on the Fig. 6 be clarified.
  • the oxidative decontamination step which is carried out in the circulation until the conversion of the HMnO 4 amount to 100% in Mn 2+ (cycle operation K1), without the solution passing through a cation exchanger (KIT).
  • the amount of HMnO 4 used is the amount of the oxide layer which can be dissolved from the oxide matrix of the Fe / Cr / Ni protective layer.
  • Fig. 7 shows this relationship with an example of a performed system decontamination.
  • the averaged oxide protective layer thickness was about 5.5 ⁇ m.
  • the "oxidative decontamination step" including the "hematite step” was performed 11 times. This in Fig. 7 shown graph shows that the average oxide layer degradation per HMnO 4 dosage was reproducibly on the order of about 0.5 microns.
  • a maximum permanganic acid concentration of 150 ppm has to be used per oxidative decontamination step, which is repeated as a function of the previously determined or estimated chromium concentration, as explained above.
  • NiO Ni-II oxide
  • Ni 2 O 3 Ni-III oxide
  • the Ni oxides are then dissolved in an intermediate by HMnO 4 and formation of Ni (MnO 4 ) 2 according to equation (9): NiO + 2HMnO 4 + 5H 2 O ⁇ [Ni (MnO 4 ) 2 ⁇ 6 H 2 O] (Equation (9)
  • FeO Fe-II oxide
  • Fe 2 O 3 Fe-III oxide
  • a process temperature of preferably 60 ° C to 120 ° C is set.
  • the oxidative decontamination is preferably carried out in a temperature range of 95 ° C to 105 ° C.
  • the divalent cations (Mn-II, Fe-II, Zn-II and Ni-II) as well as the divalent radionuclides (Co-58, Co-60, Mn-54) are removed from the solution.
  • the corresponding anions (sulfate and dichromate) are released and are available to the process again. See equations (13) and (14).
  • the operation of the cation exchanger KIT takes place at a process temperature of ⁇ 100 ° C.
  • permanganic acid is again added and the above-described process steps are repeated until the dichromic acid concentration has reached a predetermined value such as 300 ppm or less.
  • Fig. 5 the courses of the cation concentration of an "oxidative decontamination step" are shown by way of example with the aid of a three-time HMnO 4 dosing.
  • This sequence ( Fig. 3 and Fig. 5 , Phase D1 and D2) can be repeated until the dichromic acid concentration has reached a value of about 300 ppm.
  • the maximum dichromic acid concentration is limited to 100 ppm.
  • the dichromate is removed from the solution by means of the anion exchanger AIT (see p. Fig. 6 - Cleaning circuit K3).
  • the prerequisite for the integration of the anion exchanger is that all permanganate ions are consumed by the chemical oxidation reactions and the solution is free of permanganate ions (s. Fig. 6 - Cleaning circuit K3).
  • the amount of anion exchanger used is based on the dichromate inventory of the solution to be purified. Only the amount of anion exchanger is provided whose capacity is sufficient for a recording of the dichromate. This ensures that the sulfuric acid concentration does not change in the solution.
  • both the sulfate ions of the sulfuric acid and the dichromate ions of the dichromic acid are bound to the anion exchange resins. If the anion exchanger is charged to 100% with dichromate and sulfate, the sulphate ions already fixed are displaced by the dichromate ions during further loading of the anion exchanger with sulfate ions and dichromate ions. This process continues until the anion exchanger is 100% loaded with dichromate ions and all sulfate ions are again available for oxidative decontamination.
  • step sequences The repetition of the step sequences is carried out until cation discharge no longer takes place. If all cations and anions are fixed on ion exchangers after carrying out previous steps, only sulfuric acid is present in the solution.
  • step II all the ingredients of the pre-oxidation step (residual permanganate, colloidal MnO (OH) 2 , chromate and nickel permanganate) and all converted metal oxides are present in the system in the solution. or component surface.
  • the oxalate compounds formed from divalent cations and the reduction chemical "oxalic acid” have limited solubility in water.
  • the solubility of the divalent cations is: 50 ° C 80 ° C unit NiC 2 O 4 about 3 about 6 mg Ni-II / liter FeC 2 O 4 can.15 about 45 mg Fe-II / liter MnC 2 O 4 about 120 about 170 mg Mn-II / liter
  • the oxide protective layers of a primary system of a pressurized-water nuclear power plant usually result in a total total NOx inventory of 1,900 kg to 2,400 kg [Fe, Cr, Ni oxide].
  • the already dissolved radionuclides (Co-58, Co-60, Mn-54) are incorporated into the oxalate layer. This leads to a recontamination in the systems.
  • the liberated divalent cations (Ni, Mn, Fe, Zn) and the dichromate are dissolved in the "oxidative decontamination step", and the fixation of the cations and anions takes place promptly on ion exchange resins.
  • the oxalate deposits conventionally used in conducting chemical decontamination do not take place.
  • the "hematite step” is performed.
  • the hematite (Fe 2 O 3 ) is dissolved according to equation (17): Fe 2 O 3 + 6 OH 2 C 2 O 4 ⁇ 2 [Fe (C 2 O 4 ) 3 ] 3- + 3 H 2 O Equation (17)
  • Ni-II oxalate and Fe-II oxalate are as follows: Ni 2+ - oxalate ⁇ approx. 80 mg Ni-II / liter Fe 2+ - oxalate ⁇ about 150 mg Fe-II / liter.
  • the oxalic acid concentration should be 50 to 1000 ppm H 2 C 2 O 4 at the hematite step.
  • the dissolved cations are bound to cation exchangers, the dissolution of the hematite and the fixing of the dissolved Fe ions being carried out simultaneously (see Fig. 4 - Phases of the "hematite step").
  • the "hematite step” is carried out until no iron is removed from the system.
  • the entire "oxidative decontamination” sequence can be repeated. This repetition is based on the remaining Cr 2 O 3 to be broken down in the system.
  • a "hematite step” is subsequently carried out again.
  • Each nuclear power plant has its own specific oxide structure, oxide composition, oxide dissolving behavior, and oxide / activity inventory.
  • oxide structure For the preliminary planning of a decontamination only assumptions can be made. Only in the course of carrying out the decontamination then shows whether the preliminary assumptions were correct.
  • a decontamination concept must therefore be able to adapt to the respective changes during execution.
  • Decontamination in accordance with the present invention, requires a very low level of chemicals compared to previous processing techniques.
  • NPP nuclear power plants
  • the process parameters can be quickly adapted to the respective new requirements (chemical dosing, chemical concentrations, process temperature, time of KIT and AIT exchanger integration, step sequences, etc.).
  • process variations can be carried out until the desired activity output or the desired dose rate reduction has been achieved.
  • the sulfuric acid present in the solution remains in the solution during the execution of all process steps.
  • the concentration is not changed. Only at the end of the total decontamination procedure are the sulfate ions bound to the anion exchanger AIT during the final purification (see Fig. 4 , AIT cleaning step D6).
  • Fig. 1 Based on Fig. 1 is clarified that, when the pH depending on the permanganate concentration below the in Fig. 1 drawn oblique straight line, it is ensured that brownstone can not form.
  • the prior art operates at a pH and permanganate acid concentration above the line. As a result of this, brownstone forms.
  • the straight line is determined according to equations (6) and (7) or (7 ⁇ ).
  • the Fig. 2 illustrates that, depending on the process time and the conversion of the permanganate to Mn 2+, the concentration of cations and dichromic acid increases.
  • Fig. 3 The inventive oxidative decontamination is purely in principle of Fig. 3 refer to.
  • permanganate acid is metered into the solution as a function of the pH adjusted by means of sulfuric acid according to equations (6, 7, 7 ') in order to dissolve the metal oxides and form readily soluble sulfates.
  • the Cr-III oxide is oxidized to Cr-VI and is present in the solution as dichromic acid.
  • the solution flows through a bypass, the cation exchanger KIT, in which the cations are fixed. In the solution remains sulfuric acid and dichromic acid.
  • the hematite is used according to the Fig. 4 separated from the solution.
  • oxalic acid is first added (process step D4).
  • the solution flows through a cation exchanger KIT, the dissolution of the hematite and the fixing of the Fe ions being carried out simultaneously.
  • This process step D4 is carried out until no more iron is discharged.
  • permanganic acid is added to decompose the oxalic acid to form carbon dioxide and the forming manganese sulfate removed by means of cation exchanger. In the solution then remains only sulfuric acid.
  • the oxide layer can be reproducibly removed in layers, depending on the number of oxidative decontamination steps carried out, that is to say the metered addition of HMnO 4 . It can be seen that oxide layer thicknesses in the order of 0.3 .mu.m to 0.6 .mu.m are removed per oxidative decontamination step.
  • the poorly soluble Fe, Cr, Ni structure is converted chemically into slightly soluble oxide forms by means of permanganic acid.
  • Dissolution of the converted oxide forms is carried out with sulfuric acid. In terms of process technology, this is done in a cycle operation K1 ( Fig. 6 ) in a sulfuric acid / permanganic acid solution.
  • the circuit operation K1 remains maintained until the permanganic consumed completely and has been converted to Mn 2+.
  • the permanganic acid concentration is set to less than 50 ppm, more preferably between 30 and 50 ppm, the conversion of permanganic acid to Mn 2+ takes 2 to 4 hours. The conversion of the oxide structure and the dissolution of the converted oxides takes place at the same time.
  • phase D2 begins.
  • sulfate salts present metal cations on the cation exchanger KIT and fixed there. In this exchange process, the sulfate is released again and the decontamination solution is available again.
  • the circulation mode K1 is maintained unchanged and the connection of the cation exchanger takes place in the bypass mode.
  • the purification rate (flow rate) through the cation exchanger (m 3 / h) to the total volume of the system to be decontaminated [m 3 ] is specified by the respective system design of the nuclear power plant.
  • the bypass operation K2 in the case of continuing circulation operation K1 of the cation exchanger is carried out until all the cations have been bound to the cation exchanger KIT. The total time required for this is given by the available cleaning rate.
  • phase D1 and D2 After completion of the phases D1 and D2 a procedural breakpoint is specified.
  • the further process steps are based on the total oxide content of the system to be decontaminated. If there are large amounts of chromium in the oxide matrix, it is advisable to repeat phases D1 and D2.
  • This repetition procedure D1 + D2 can be carried out until the Dichromate concentration in the decontamination solution has a value of z. B. has reached 100 ppm dichromate.
  • the process step D3 takes place.
  • the decontamination solution contains sulfuric acid and dichromic acid. The dichromic acid is removed from the solution by bypassing an anion exchanger.
  • the cycle operation K1 of the system to be contaminated continues to operate unchanged.
  • the connection of the anion exchange circuit K3 takes place in bypass mode.
  • the bypass operation of the cation exchange circuit K2 can continue to operate.
  • the bypass operation K3 of the anion exchanger is carried out until the dichromate ions are bound to the anion exchanger AIT. The time required for this is given by the available cleaning rate.
  • the degradation of the dichromate concentration is advantageously carried out to a final concentration of less than 10 ppm.
  • the presence of small amounts of dichromate in the solution preserves the basic protective property of the dichromate.
  • phase D3 After completion of phase D3 a procedural 2nd breakpoint is specified. In the course of breakpoint 2, the further procedure is determined, taking into account the consideration described below.
  • the further process steps are based on the total oxide inventory of the system to be decontaminated. If there is a large oxide inventory, the process sequence D1 to D3 must be repeated several times before the beginning of the hematite step, wherein the number of sequences D1 to D3 is preferably limited to a maximum of 4 passes.
  • the hematite step to be referred to as phase D4, causes the hematite Fe 2 O 3 formed in the oxidative decontamination step to be dissolved in a sulfuric acid-oxalic acid solution.
  • the dissolved iron is fixed on the cation exchanger KIT.
  • Sulfuric acid and oxalic acid are released from the beginning by removal of cations and are constantly available for the hematite dissolution process.
  • both the circulation operation K1 of the system to be decontaminated and the cation exchange circuit K2 are operated.
  • the integration of the cation exchange circuit K2, in which the iron is fixed, takes place in bypass mode.
  • the hematite initiation phase, ie phase D4 is carried out until no appreciable iron discharge occurs.
  • the oxalic acid is oxidatively degraded to CO 2 .
  • the oxidative degradation takes place by means of HMnO 4 .
  • the circuit K1 is operated without passing through the cation exchanger K2 or the anion exchanger K3.
  • sulfuric acid and Mn sulfate are present in the solution. Only after the degradation has taken place is the Mn 2+ bound to the cation exchanger by switching on the circulation K 2.
  • a procedural breakpoint 3 is specified. In the course of the stop 3 the further procedure is determined. The further process steps are based on the total oxide inventory of the system to be decontaminated. If there is a large amount of oxide inventory, process steps D1 to D5 must be repeated until the desired decontamination result (dose rate reduction) has been achieved. If so, the final cleaning step is performed. Chemically, this means that sulfuric acid is removed from the system. This is done by means of anion exchange resins D6. During process step D6, both the large cycle operation K1 of the system to be decontaminated and the anion exchange cycle K3 are operated. The bypass operation K3 of the anion exchanger is carried out until the sulfate ions are bound to the anion exchanger AIT. The total time required for this is given by the available cleaning rate.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abbau einer Chrom, Eisen, Nickel ggfs. Zink und Radionuklide enthaltenden Oxidschicht mittels eine Permangansäure und eine Mineralsäure enthaltenden wässrigen oxidativen Dekontaminationslösung, die in einem Kreislauf (K1) strömt, wobei die oxidative Dekontaminationslösung auf einen pH-Wert ≤ 2,5 eingestellt wird, insbesondere zum Abbau von auf Innenflächen von Bereichen oder Komponenten eines Kernkraftwerks abgeschiedenen Oxidschichten.The invention relates to a process for the decomposition of a chromium, iron, nickel, if necessary, zinc oxide and radionuclide-containing oxide layer by means of a permanganic acid and a mineral acid-containing aqueous oxidative decontamination solution, which flows in a circuit (K1), wherein the oxidative decontamination solution to a pH Value ≤ 2.5, in particular for the decomposition of oxide layers deposited on inner surfaces of areas or components of a nuclear power plant.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum umfassenden Abbau der Radionuklide im Primärsystem sowie der Hilfssysteme in einem Kernkraftwerk unter Nutzung des vorhandenen Betriebsmediums und der kraftwerkseigenen Betriebssysteme.In particular, the invention relates to a method for the extensive degradation of radionuclides in the primary system and the auxiliary systems in a nuclear power plant using the existing operating medium and the power plant operating systems.

Während des Leistungsbetriebes eines DWR (Druckwasserreaktor) Kernkraftwerkes werden bei einer Betriebstemperatur von > 180°C und reduzierenden Bedingungen auf den mediumbenetzten Innenflächen der Systeme und Komponenten oxidische Schutzschichten (Fe0.5Ni1.0Cr1.5O4, NiFe2O4) gebildet. Dabei werden Radionuklide mit in die Oxidmatrix eingebaut. Ziel chemischer Dekontaminationsverfahren ist es diese Oxidschicht aufzulösen, um die miteingebundenen Radionuklide entfernen zu können. Hierdurch soll erreicht werden, dass im Falle einer Revision die Strahlenbelastung des Revisionspersonals so gering wie möglich gehalten oder im Falle des Rückbaus des Kernreaktors die Komponenten problemlos einem Wiederverwertungskreislauf zugeführt werden können.During the power operation of a PWR (pressurized-water reactor) nuclear power plant, oxidic protective layers (Fe0.5Ni1.0Cr1.5O4, NiFe2O4) are formed at operating temperatures of> 180 ° C and reducing conditions on the wetted inner surfaces of the systems and components. Radionuclides are incorporated into the oxide matrix. The aim of chemical decontamination methods is to dissolve this oxide layer in order to be able to remove the incorporated radionuclides. This is intended to ensure that in the case of a revision, the radiation exposure of the inspection personnel kept as low as possible or in the case of dismantling of the nuclear reactor, the components can be easily fed into a recycling cycle.

Die oxidischen Schutzschichten gelten auf Grund ihrer Zusammensetzung und Struktur als chemisch nicht auflösbar. Durch eine vorlaufende oxidative chemische Behandlung der Oxidstruktur kann diese aufgebrochen und die schwerlösliche Oxidmatrix in leichtlösliche Metalloxide überführt werden. Dieses Aufbrechen der Oxidmatrix geschieht mittels Oxidation des dreiwertigen Chroms in das sechswertige Chrom:

        Fe0.5Ni1.0Cr1.5O4/NiFe2O4/Fe3O4→ Oxidation → CrO4 2-, FeO, NiO, Fe2O3     Gleichung (1)

Due to their composition and structure, the oxide protective layers are considered to be chemically insoluble. By a preliminary oxidative chemical treatment of the oxide structure, this can be broken and the sparingly soluble oxide matrix in easily soluble metal oxides are transferred. This breakdown of the oxide matrix occurs by oxidation of the trivalent chromium into the hexavalent chromium:

Fe 0.5 Ni 1.0 Cr 1.5 O 4 / NiFe 2 O 4 / Fe 3 O 4 → oxidation → CrO 4 2- , FeO, NiO, Fe 2 O 3 equation (1)

Als Oxidationsbehandlung hat sich weltweit die sogenannte "Permanganat-Voroxidation" entsprechend Gleichung (2) durchgesetzt, wobei folgende drei Oxidationsbehandlungen zur Verfügung stehen:

  • "NP" Oxidation = Salpetersäure + Kaliumpermanganat (nitric acid, permanganate) (s. z. B. EP-B-0 675 973 )
  • "AP" Oxidation = Natriumhydroxid + Kaliumpermanganat (alkaline, permanganate) "HP" Oxidation = Permangansäure (s. z. B. WO-A-2007/062743 ).


        Mn-VII + Cr-III → Mn-IV + Cr-VI     Gleichung (2)

As an oxidation treatment, the so-called "permanganate pre-oxidation" according to equation (2) has become established worldwide, the following three oxidation treatments being available:
  • "NP" oxidation = nitric acid + potassium permanganate ( n itric acid, permanganate) (see eg. EP-B-0 675 973 )
  • "AP" oxidation = sodium hydroxide + potassium permanganate ( a lkaline, p ermanganate) "HP" oxidation = permanganic acid (see eg. WO-A-2007/062743 ).


Mn-VII + Cr-III → Mn-IV + Cr-VI Equation (2)

Das Mangan-Ion liegt im Permanganat in der Oxidationsstufe 7 vor und wird entsprechend Gleichung (2) in die Oxidationsstufe 4 reduziert, zeitgleich wird das in dreiwertiger Oxidationsstufe vorliegende Chrom in die Oxidationsstufe 6 aufoxidiert. Für die Oxidation von 1 MOL Cr2O3 werden, entsprechend Gleichung (2), 2 MOL MnO4- benötigt.The manganese ion is present in the permanganate in the oxidation state 7 and is reduced according to equation (2) in the oxidation state 4, at the same time present in the trivalent oxidation state chromium is oxidized to the oxidation state 6. For the oxidation of 1 MOL Cr 2 O 3 , according to equation (2), 2 MOL MnO 4- are needed.

Eine chemische Dekontamination eines gesamten Primärsystems einschließlich aller aktivitätsführenden Hilfssysteme wurde bisher nur in wenigen Kernkraftwerken durchgeführt. Weltweit wurden in den letzten Jahren an die 50 unterschiedlichste Dekontaminationsverfahren entwickelt. Von all diesen Verfahren haben sich nur die Technologien durchgesetzt, die auf einer vorlaufenden Voroxidation mit Permanganaten (MnO4-) aufbauen (z. B. EP 0 071 336 , EP 0 160 831 B1 , EP 242 449 B1 , EP 0 355 628 B1 , EP 0753 196 B1 , EP 1082 728 B1 ).A chemical decontamination of an entire primary system, including all activity-carrying auxiliary systems, has so far only been carried out in a few nuclear power plants. Worldwide, over 50 different decontamination processes have been developed in recent years. Of all these processes, only the technologies have been established that build on a preliminary pre-oxidation with permanganates (MnO 4 ) (eg. EP 0 071 336 . EP 0 160 831 B1 . EP 242 449 B1 . EP 0 355 628 B1 . EP 0753 196 B1 . EP 1082 728 B1 ).

Zur Verfügung stehende chemische Dekontaminationsverfahren werden grundsätzlich derzeit mit folgender Verfahrens-Sequenz durchgeführt:

Schritt I:
Voroxidations-Schritt
Schritt II.
Reduktions-Schritt
Schritt III.
Dekontaminations-Schritt
Schritt IV:
Zersetzungs-Schritt
Schritt V:
Endreinigungs-Schritt.
Currently available chemical decontamination processes are currently carried out with the following process sequence:
Step I:
Preoxidation step
Step II.
Reduction step
Step III.
Decontamination step
Step IV:
Decomposition step
Step V:
Final Cleaning step.

Alle Verfahren verwenden Permanganate (Kaliumpermanganat, Permangansäure) zur Voroxidation (I.) und Oxalsäure zur Reduktion (II.). Unterschiede weisen die Verfahren nur im Dekontaminationsschritt (III.) auf. Hier werden unterschiedliche Chemikalien und Chemikalienmischungen eingesetzt.All processes use permanganate (potassium permanganate, permanganic acid) for preoxidation (I.) and oxalic acid for reduction (II.). The methods only show differences in the decontamination step (III.). Here different chemicals and chemical mixtures are used.

Die bisherigen Dekontaminationsverfahren bauen auf das zuvor erläuterte Konzept auf. Die schwerlöslichen oxidischen Schutzschichten werden im Zuge eines Voroxidationsschrittes in leichter lösliche Oxidverbindungen umgewandelt und verbleiben auf der Systemoberfläche. Während der Voroxidation erfolgt daher kein Aktivitätsaustrag aus den zu dekontaminierenden Systemen. Ein Abbau der Dosisleistung findet in dieser Zeitphase einer Dekontamination bisher nicht statt.The previous decontamination methods build on the previously discussed concept. The sparingly soluble oxide protective layers are converted into more soluble oxide compounds during a preoxidation step and remain on the surface of the system. During the pre-oxidation therefore no activity discharge from the systems to be decontaminated. Degradation of the dose rate does not take place in this period of decontamination.

Erst nach dem zweiten Verfahrensschritt (II.) der Reduktion der Permanganate und des gebildeten Braunsteins mittels Oxalsäure sowie im Dekontaminationsschrittes (III.) werden die Oxide gelöst und die gelösten Kationen/Radionuklide ausgetragen und auf Ionenaustauscherharze gebunden.Only after the second process step (II.) The reduction of the permanganate and the formed manganese dioxide by means of oxalic acid and in the decontamination step (III.) The oxides are dissolved and the dissolved cations / radionuclides discharged and bound to ion exchange resins.

Während der Voroxidation (I.) bildet sich bei allen bisher zum Einsatz gelangenden Dekontaminations-Technologien Manganoxihydrat [MnO(OH)2] bzw. Braunstein (MnO2), wie Gleichungen (3) und (4) verdeutlichen.

        2 MnO4 - + Cr2O3 + H2O → 2MnO(OH)2 + 2 CrO4 2- + H2O     Gleichung (3)

        2MnO(OH)2 → 2MnO2 + 2H2O

During pre-oxidation (I.), manganese oxihydrate [MnO (OH) 2 ] or manganese dioxide (MnO 2 ) is formed in all decontamination technologies used so far, as equations (3) and (4) illustrate.

2 MnO 4 - + Cr 2 O 3 + H 2 O → 2MnO (OH) 2 + 2 CrO 4 2- + H 2 O Equation (3)

2MnO (OH) 2 → 2MnO 2 + 2H 2 O

(AP/HP-Oxidation)(AP / HP-oxidation)



        4 KMnO4 + 4 HNO3 + 2 Cr2O3 + 4H2O → 4 MnO(OH)2 + 4 KNO3 + 2 H2Cr2O7     Gleichung (4)

        4MnO(OH)2 → 4 MnO2 + 4H2O



4 KMnO 4 + 4 HNO 3 + 2 Cr 2 O 3 + 4H 2 O → 4 MnO (OH) 2 + 4 KNO 3 + 2 H 2 Cr 2 O 7 Equation (4)

4MnO (OH) 2 → 4 MnO 2 + 4H 2 O

(NP-Oxidation)(NP-oxidation)

Das Mangandioxid ist unlöslich und scheidet sich auf der Innenoberfläche der Komponenten / Systeme ab. Mit zunehmender Manganoxyhydrat / Mangandioxid Abscheidung wird die gewünschte Oxidation der oxidischen Schutzschicht behindert. Zusätzlich verbleiben die umgewandelten Eisen und Nickeloxide ungelöst auf der Oberfläche, so dass sich die Sperrschicht auf der Oberfläche weiter verstärkt.The manganese dioxide is insoluble and deposits on the inner surface of the components / systems. With increasing manganese oxyhydrate / manganese dioxide deposition, the desired oxidation of the oxide protective layer is hindered. In addition, the converted iron and nickel oxides remain undissolved on the surface, so that the barrier layer on the surface further amplified.

Am Ende des Voroxidationsschrittes liegen im zu dekontaminierenden System folgende neue, im Verfahrensschritt (I.) eingebrachte bzw. entstandene chemische Verbindungen vor: auf der Systemoberfläche: MnO2, NiO, FeO, Fe2O3, Fe3O4 in der Voroxidationslösung: KMnO4, NaOH bzw. HNO3, MnO(OH)2, CrO4 2- bzw. Cr2O4 2-. kolloidales At the end of the pre-oxidation step, the following new chemical compounds introduced or produced in process step (I) are present in the system to be decontaminated: on the system interface: MnO 2 , NiO, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 in the pre-oxidation solution: KMnO 4 , NaOH or HNO 3 , MnO (OH) 2 , CrO 4 2- or Cr 2 O 4 2- . colloidal

Am Ende des Voroxidationsschrittes liegen demnach noch sämtliche Metalloxide einschließlich der Radionuklide im zu dekontaminierenden System vor. Das sich gebildete Manganoxyhydrat [MnO(OH)2] wurde teilweise in nicht durchströmte Systembereiche eingetragen und kann in den weiterführenden Verfahrensschritten nicht mehr ausgetragen/entfernt werden.Accordingly, at the end of the pre-oxidation step, all the metal oxides, including the radionuclides, are still present in the system to be decontaminated. The manganese oxyhydrate [MnO (OH) 2 ] formed was partially introduced into non-perfused system areas and can no longer be discharged / removed in the subsequent process steps.

Nach dem Stand der Technik erfolgt im Zuge der Oxidation der Oxidschicht kein Abbau von Radioaktivität, also keine Dekontamination, da praktisch keine Kationen aus der Oxidschicht herausgelöst werden, welche mit Hilfe eines Kationentauschers entfernt werden könnten. Die Auflösung der Oxidschicht erfolgt vielmehr in einem zweiten Verfahrensschritt mit Hilfe von Oxalsäure, dem ein Reduktionsschritt zur Reduktion überschüssiger Permangansäure sowie von Manganoxidhydrat vorgeschaltet ist. Erst nach diesen Verfahrensschritten werden Kationen durch Ionentausch aus der Reinigungslösung (Dekontaminationslösung) entfernt.According to the state of the art, in the course of the oxidation of the oxide layer no degradation of radioactivity occurs, ie no decontamination, since virtually no cations are dissolved out of the oxide layer, which could be removed with the aid of a cation exchanger. Rather, the oxide layer is dissolved in a second process step with the aid of oxalic acid, which is preceded by a reduction step for reducing excess permanganic acid and manganese oxide hydrate. Only after these process steps are cations removed by ion exchange from the cleaning solution (decontamination solution).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere eine Vereinfachung des Verfahrensablaufs zu ermöglichten, wobei die Bildung von Braunstein und Oxalat vermieden werden soll. Das Entstehen von CO2 soll zumindest reduziert werden. Auch soll das Freisetzen oxidischer Partikel weitgehend vermieden werden.Object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art, in particular to allow a simplification of the process flow, the formation of manganese dioxide and oxalate to be avoided. The formation of CO 2 should at least be reduced. Also, the release of oxide particles should be largely avoided.

Der US-A-3 873 362 ist ein Verfahren zum Abbau einer Oxidschicht in Nuklearanlagen durch Vorbehandlung mit wässriger Alkali-Permanganatlösung zu entnehmen.Of the US-A-3,873,362 is a method for removing an oxide layer in nuclear facilities by pretreatment with aqueous alkali permanganate solution.

Die EP-A-1 054 413 beschreibt im zitierten Stand der Technik die Verwendung von Permangansäure ohne Schwefelsäure, um radioaktive Materialien zu dekontaminieren.The EP-A-1 054 413 describes in the cited prior art the use of permanganic acid without sulfuric acid to decontaminate radioactive materials.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere eine Vereinfachung des Verfahrensablaufs zu ermöglichen, wobei die Bildung von Braunstein und Oxalat vermieden werden soll. Das Entstehen von CO2 soll zumindest reduziert werden. Auch soll das Freisetzen oxidischer Partikel weitgehend vermieden werden.Object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art, in particular to allow a simplification of the procedure, the formation of manganese dioxide and oxalate to be avoided. The formation of CO 2 should at least be reduced. Also, the release of oxide particles should be largely avoided.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Oxidation der Oxidschicht und deren Auflösung in einem einzigen Behandlungsschritt mit Hilfe der wässrigen Dekontaminationslösung erfolgt, dass Schwefelsäure als die Mineralsäure eingesetzt wird, mittels der der pH-Wert eingestellt wird, und dass nach Abbau der Permangansäure die Lösung bei Aufrechterhaltung des Kreislaufbetriebs über eine Bypass-Leitung des Kreislaufs einen Kationenaustauscher durchströmt, in dem in der Lösung vorhandene 2-wertige Kationen und 2-wertige Radionuklide fixiert werden bei gleichzeitiger Freisetzung von Sulfat- und Dichromat-Anionen.According to the invention, the object is essentially achieved in that the oxidation of the oxide layer and its dissolution takes place in a single treatment step with the aid of the aqueous decontamination solution, that sulfuric acid is used as the mineral acid, by means of which the pH is adjusted, and that after degradation of the Permanganic acid the solution flows through a bypass line of the circuit while maintaining the circulation operation of a cation exchanger in which existing in the solution 2-valent cations and 2-valent radionuclides are fixed with simultaneous release of sulfate and dichromate anions.

Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zu Beginn des Verfahrensablaufs der pH-Wert durch Zudosieren der Schwefelsäure vorgegeben wird. Während des oxidativen Abbaus der Schicht und der in diesem Zusammenhang durchgeführten Verfahrensschritte bedarf es einer weiteren Zugabe von Schwefelsäure nicht.It is inventively provided that at the beginning of the procedure, the pH is set by metered addition of sulfuric acid. During the oxidative degradation of the layer and the process steps carried out in this context, there is no need for further addition of sulfuric acid.

Insbesondere ist vorgesehen, dass nach Anreicherung der Lösung mit Dichromsäure einer vorgegebenen Konzentration, insbesondere 300 ppm oder weniger, vorzugsweise 100 ppm oder weniger, die Lösung über eine Bypass-Leitung einen Anionenaustauscher durchströmt, in dem das Dichromat fixiert wird bei gleichzeitigem Freisetzen der SO4 - Ionen.In particular, it is provided that after enrichment of the solution with dichromic acid of a predetermined concentration, in particular 300 ppm or less, preferably 100 ppm or less, the solution flows through a bypass line an anion exchanger in which the dichromate is fixed with simultaneous release of SO 4 - ions.

Dabei wird die Menge von eingesetztem Anionenaustauscher-Harz an Menge zu fixierender Dichromat-Ionen ausgelegt.In this case, the amount of anion exchange resin used is designed to amount of dichromate ions to be fixed.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Permanganat-Konzentration in der oxidativen Dekontaminationslösung derart eingestellt wird, dass bei Erreichen der vorgegebenen Dichromat-Konzentration die Permanganat-Ionen durch chemische Oxidationsreaktionen verbraucht sind, wobei insbesondere die Beziehung gilt:

        Gesamtbedarf an HMnO4[kg] = Cr-III-Inventar [kg] x U

mit 1,35 ≤ U ≤ 1,40, insbesondere U = 1, 38.
According to the invention, it is provided that the permanganate concentration in the oxidative decontamination solution is adjusted in such a way that, when the predetermined dichromate concentration is reached, the permanganate ions are consumed by chemical oxidation reactions, the relationship being particularly true:

Total demand for HMnO 4 [kg] = Cr-III inventory [kg] x U

with 1.35 ≦ U ≦ 1.40, in particular U = 1.38.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Abbau des Aktivitätsinventars in Komponenten und Systemen vorgesehen, wobei mit einer oxidativen Dekontaminationslösung die Oxidschichten der mediumbenetzten Innenflächen entfernt werden. Dabei kann die oxidative Dekontamination mit kraftwerkseigenen Systemen ohne Hilfe von externen Dekontaminationshilfssystemen durchgeführt werden kann, der Aktivitätsabbau ohne Braunstein-Bildung und sonstige Kationen-Ausfällungen sowie ohne CO2-Anfall und ohne Freisetzung von oxidischen Partikeln stattfinden und die Metalloxide zeitgleich chemisch gelöst werden und als Kationen / Anionen zusammen mit dem Mangan und den Nukliden (Co-60, Co-58, Mn-54 etc.) auf Ionenaustauscherharzen fixiert werden.According to the invention, a method is provided for reducing the activity inventory in components and systems, wherein the oxide layers of the wetted inner surfaces are removed with an oxidative decontamination solution. In this case, the oxidative decontamination can be carried out with power plants own systems without the help of external decontamination auxiliary systems, the activity reduction without manganese formation and other cation precipitations and without CO 2 -Anfall and without release of oxidic particles take place and the metal oxides are simultaneously dissolved chemically and as Cations / anions are fixed together with the manganese and the nuclides (Co-60, Co-58, Mn-54, etc.) on ion exchange resins.

Im Gegensatz zu den bisherigen zuvor erläuterten Dekontaminations-Konzepten erfolgt erfindungsgemäß die chemische Umwandlung der schwerlöslichen Oxide in leichtlösliche Oxide, das Auflösen der Oxide/Radionuklide und der Austrag und das Fixieren der gelösten Kationen an Kationenaustauscher in einem einzigen Verfahrensschritt, der als oxidativer Dekontaminations-Schritt bezeichnet wird.In contrast to the previously discussed decontamination concepts, according to the invention, the chemical conversion of the sparingly soluble oxides into readily soluble oxides, the dissolution of the oxides / radionuclides and the discharge and fixing of the dissolved cations to cation exchangers take place in a single process step, which acts as an oxidative decontamination step referred to as.

Des Weiteren und im Gegensatz zum Stand der Technik wird erfindungsgemäß im Zuge des Voroxidationsschrittes die eingesetzten Permangansäure vollständige zum Mn2+-Kation umgewandelt. Eine Manganoxyhydrat -Ausfällung findet nicht statt.Furthermore, and in contrast to the prior art, according to the invention, the permanganic acid used is completely converted to the Mn 2+ cation in the course of the preoxidation step. Manganese oxyhydrate precipitation does not occur.

Durch die Reaktion von Mn-VII zu Mn-II stehen 5 Äquivalente (Elektronen) für die Oxidation von Cr2O3 zur Verfügung. Dies bedeutet, dass im Vergleich mit den bisherigen Dekontaminationsverfahren entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre nahezu die doppelte Cr2O3 Menge zu Chromat/Dichromat aufoxidiert werden kann.Through the reaction of Mn-VII to Mn-II, 5 equivalents (electrons) are available for the oxidation of Cr 2 O 3 . This means that in comparison with the previous decontamination according to the teaching of the invention almost twice the amount of Cr 2 O 3 can be oxidized to chromate / dichromate.

Bei den bisherigen Permanganat basierten Dekontaminations-Konzepten werden pro 100 g eingesetzter Permanganat-Ionen:

  • 43 g Cr-III zu Cr-VI aufoxidiert
  • 72,5 g MnO(OH)2 fallen aus.
In the past permanganate-based decontamination concepts, per 100 g of permanganate ions used:
  • 43 g Cr-III oxidized to Cr-VI
  • 72.5 g of MnO (OH) 2 precipitate.

Beim Dekontaminations-Konzept entsprechend der vorliegenden Erfindung werden pro 100 g eingesetzter Permanganat-Ionen

  • 73 g Cr-III zu Cr-VI aufoxidiert
  • es treten keine MnO(OH)2 / MnO2 - Ausfällungen auf.
In the decontamination concept according to the present invention, per 100 g of permanganate ions used
  • 73 g Cr-III oxidized to Cr-VI
  • no MnO (OH) 2 / MnO 2 precipitations occur.

Im Gegensatz zu den bisherigen Dekontaminationsverfahren verbleiben nur noch folgende, aus dem "oxidativen Dekontaminations-Schritt" resultierende chemische Verbindungen im System:

  • auf der Systemoberfläche: Fe2O3
  • in der Voroxidationslösung: H2Cr2O7 und H2SO4.
In contrast to the previous decontamination processes, only the following chemical compounds resulting from the "oxidative decontamination step" remain in the system:
  • on the system surface: Fe 2 O 3
  • in the pre-oxidation solution: H 2 Cr 2 O 7 and H 2 SO 4 .

Vorteilhaft ist der Verbleib von H2Cr2O7 und H2SO4, da beide Verbindungen im weiterführenden Prozessablauf gebraucht und damit prozesstechnisch gewünscht werden. Das Dichromat schützt das Grundmaterial des Systems bzw. der Komponente gegenüber chemischen Angriffen und die Schwefelsäure gewährleistet den über den gesamten Prozess geforderten niedrigen pH-Wert, wie dies auch anhand der Fig. 1 verdeutlicht wird.The whereabouts of H 2 Cr 2 O 7 and H 2 SO 4 are advantageous since both compounds are needed in the ongoing process and are thus desired in terms of process engineering. The dichromate protects the basic material of the system or the component from chemical attacks and the sulfuric acid ensures the required low pH value throughout the process, as is also the case with the Fig. 1 is clarified.

Das im System verbleibende Hämatit (Fe2O3) kann von Mineralsäuren, die oxidierende Eigenschaften aufweisen (wie z. B. Salpetersäure), nicht aufgelöst werden. Das Fe2O3 wird daher in einem Folgeschritt, einem sogenannten Hämatit-Schritt, aufgelöst und dann das gelöste Fe-Ion auf Kationenaustauscher gebunden.The remaining hematite (Fe 2 O 3 ) in the system can not be dissolved by mineral acids that have oxidizing properties (such as nitric acid). The Fe 2 O 3 is therefore dissolved in a subsequent step, a so-called hematite step, and then the dissolved Fe ion is bound to cation exchanger.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre werden sowohl der pH-Wert als auch die Permangansäure und der Protonenlieferant (Schwefelsäure) nach einem festen logistischen Schema so aufeinander abgestimmt, dass im Zuge der Durchführung des "oxidativen Dekontamination-Schritts":

  • kein Braunstein entstehen kann
  • die durch den Zerfall der schwerlöslichen Spinell- / Magnetit-Oxide entstehenden Einzeloxide (FeO, NiO) zeitgleich chemisch gelöst werden
  • die sich bildende Eisen- und Nickel-Salze eine hohe Löslichkeit aufweisen
  • die gelösten Kationen (Fe3+, Ni2+ und Mn2+) auf Ionenaustauscher fixiert werden.
According to the teaching of the invention, both the pH and the permanganic acid and the proton supplier (sulfuric acid) are coordinated according to a fixed logistic scheme so that in the course of carrying out the "oxidative decontamination step":
  • no brownstone can arise
  • the individual oxides (FeO, NiO) formed by the decomposition of the sparingly soluble spinel / magnetite oxides are simultaneously dissolved chemically
  • the forming iron and nickel salts have a high solubility
  • the dissolved cations (Fe 3+ , Ni 2+ and Mn 2+ ) are fixed on ion exchangers.

Die zuvor beschriebene Bildung von Mangandioxid nach der NP-, AP- bzw. HP-Oxidation wird erfindungsgemäß durch Einsatz von Permangansäure im sauren Bereich (pH ≤ 2,5, vorzugsweise pH ≤ 2,2, insbesondere pH ≤ 2) vermieden. Das sich im sauren Medium bildende Mn2+ wird entsprechend der Erfindung mittels Kationenaustauscher bereits während des "oxidativen Dekontaminations-Schritts" aus der Lösung entsprechend Gleichung (5) entfernt:

  1. a)

            6HMnO4 + 5Cr2O3 + 2H+ 6Mn2+ + 5Cr2O7 2- + 4H2O     Gleichung (5)

  2. b)

            Mn2+ + H2KIT [Mn2+-KIT] + 2 H+

The above-described formation of manganese dioxide after NP, AP or HP oxidation is avoided according to the invention by using permanganic acid in the acidic range (pH ≦ 2.5, preferably pH ≦ 2.2, in particular pH ≦ 2). That is in the Acid medium-forming Mn 2+ is removed according to the invention by means of cation exchanger already during the "oxidative decontamination step" from the solution according to equation (5):
  1. a)

    6HMnO 4 + 5Cr 2 O 3 + 2H + 6Mn 2+ + 5Cr 2 O 7 2- + 4H 2 O Equation (5)

  2. b)

    Mn 2+ + H 2 KIT [Mn 2+ -KIT] + 2H +

Entsprechend der Erfindung führt die chemische Reaktion entsprechend Gleichung (5) gesichert zur Bildung von Mn2+. Die Reaktion ist Protonen (H+-Ionen) gesteuert.According to the invention, the chemical reaction according to equation (5) reliably leads to the formation of Mn 2+ . The reaction is controlled by protons (H + ions).

Stehen im Zuge des oxidativen Dekontaminations-Schrittes nicht genügend Protonen (H+) zur Verfügung, verläuft die chemische Reaktion entsprechend der Gleichungen (3) und (4). Es bildet sich als Endprodukt Manganoxihydrat/Mangandioxid.If insufficient protons (H + ) are available during the oxidative decontamination step, the chemical reaction proceeds in accordance with equations (3) and (4). It forms as the end product manganese oxyhydrate / manganese dioxide.

Die Fig. 1 zeigt das Zusammenspiel zwischen dem pH-Wert (=Säurekonzentration) und des Permanganat-Gehalts. Wird der pH-Wert in der dargestellten Kurve überschritten, entsteht bei der Oxidation-Reaktion Braunstein [Gleichungen (3) und (4)]. Wird die Kurve unterschritten, läuft die Reaktion zum Mn2+ Kation [Gleichung (5)].The Fig. 1 shows the interaction between the pH (= acid concentration) and the permanganate content. If the pH is exceeded in the curve shown, brownstone is formed in the oxidation reaction [equations (3) and (4)]. If the curve is undercut, the reaction proceeds to the Mn 2+ cation [Equation (5)].

Entsprechend vorliegender Erfindung wird der erforderliche pH-Wert von < 2,5, vorzugsweise ≤ 2,2, bevorzugt pH ≤ 2,0 durch Zugabe von Schwefelsäure eingestellt. Von allen zur Verfügung stehenden Mineralsäuren erfüllt Schwefelsäure die für den erfindungsgemäßen Dekontaminationsprozess erforderlichen Bedingungen, wie

  • Schwefelsäure ist gegenüber Permanganat beständig,
    sie wird weder oxidativ zerstört noch chemisch verändert
  • Permangansäure wird durch Schwefelsäure nicht reduziert,
    eine Braunsteinbildung (MnO2) findet nicht statt
  • Metalloxide werden aufgelöst und bilden leichtlösliche Sulfate
  • die gelösten Kationen werden auf Kationenaustauscherharze gebunden,
    die Schwefelsäure steht dem Prozess wieder zur Verfügung
  • ein Grundmaterialangriff findet nicht statt.
According to the present invention, the required pH of <2.5, preferably ≤ 2.2, preferably pH ≤ 2.0, is adjusted by adding sulfuric acid. Of all the mineral acids available, sulfuric acid satisfies the conditions required for the decontamination process according to the invention, such as
  • Sulfuric acid is resistant to permanganate,
    it is neither oxidatively destroyed nor chemically altered
  • Permanganic acid is not reduced by sulfuric acid,
    A brown formation (MnO 2 ) does not take place
  • Metal oxides are dissolved and form easily soluble sulfates
  • the dissolved cations are bound to cation exchange resins,
    Sulfuric acid is available to the process again
  • a base material attack does not take place.

Aufgrund der vorstehend aufgeführten Eigenschaften steht Schwefelsäure am Ende des "oxidativen Dekontaminations-Schrittes" für die Folgeschritte weiterhin zur Verfügung.Due to the properties listed above, sulfuric acid is still available at the end of the "oxidative decontamination step" for the subsequent steps.

Die im Zuge des "oxidativen Dekontaminations-Schrittes" entstehenden Oxide (NiO, Ni2O3, FeO,) werden von der Schwefelsäure bereits während des Oxidationsschrittes aufgelöst.In the course of the "oxidative decontamination step" resulting oxides (NiO, Ni 2 O 3, FeO,) are already dissolved by the sulfuric acid during the oxidation step.

Entsprechend vorliegender Erfindung wird für die pH-Einstellung Schwefelsäure verwendet. Die Menge der Schwefelsäure, die zur Vermeidung der MnO(OH)2 Bildung erforderlich ist, orientiert sich an der Permanganat-Konzentration. Mit steigender Permanganat-Konzentration muss der pH Wert erniedrigt, das heißt eine höhere Säurekonzentration eingestellt werden (s. Fig. 1).According to the present invention, sulfuric acid is used for the pH adjustment. The amount of sulfuric acid required to prevent MnO (OH) 2 formation is based on the permanganate concentration. With increasing permanganate concentration, the pH must be lowered, that is, a higher acid concentration must be set (s. Fig. 1 ).

Als Richtwert gelten folgende pH-Werte:

  • bei 0,1 MOL Permangansäure pro Liter ein pH-Wert von ca. 1,
  • bei 0,01 MOL Permanganat pro Liter ein pH-Wert von ca. 2.
The following pH values apply as a guideline:
  • at 0.1 MOL permanganic acid per liter, a pH of about 1,
  • at 0.01 MOL permanganate per liter, a pH of about 2.

Entsprechend vorliegender Erfindung wird in Abhängigkeit vom Permangangehalt der Lösung der Schwefelsäurebedarf wie folgt über den pH-Wert berechnet:

  • Die Berechnung des H2SO4 - Bedarfs ohne Einbezug der gelösten Kationen erfolgt nach den Gleichungen (6 und 7):

            pH = X - [ (mg/kg eingesetzte HMnO4) x 9E-05 ]     Gleichung (6)

    mit 2,0 ≤ X ≤ 2,2, insbesondere X = 2,114

            mg /kg H"SO4 = Y x pH -z     Gleichung (7)

    mit 16 ≤ Y ≤ 18, insbesondere Y = 16,836
    und 4,5 ≤ Z ≤ 6,5, insbesondere Z = 5,296.
According to the present invention, depending on the permanganate content of the solution, the sulfuric acid requirement is calculated via the pH as follows:
  • The calculation of the H 2 SO 4 requirement without inclusion of the dissolved cations takes place according to the equations (6 and 7):

    pH = X - [(mg / kg HMnO 4 used ) x 9E-05] Equation (6)

    with 2.0 ≦ X ≦ 2.2, in particular X = 2.144

    mg / kg H "SO 4 = Y x pH-z equation (7)

    with 16 ≤ Y ≤ 18, in particular Y = 16.836
    and 4.5 ≦ Z ≦ 6.5, especially Z = 5.296.

Während der Durchführung des "oxidativen Dekontaminations-Schrittes" wird die Konzentration der freien Protonen (H+) durch die Bildung von Metallsulfaten reduziert. Die Menge der gelösten Fe, Ni, Zn, Mn-Kationen werden daher in die Ermittlung des zusätzlichen Mineralsäurebedarfs entsprechend folgender Formeln, mit einbezogen:

        mg SO4 -2/Liter = [mg Kation/Liter] * [Kationen-spezifischer Faktor].

During the "oxidative decontamination step", the concentration of free protons (H + ) is reduced by the formation of metal sulfates. The amount of dissolved Fe, Ni, Zn, Mn cations are therefore included in the determination of the additional mineral acid requirement according to the following formulas:

mg SO 4 -2 / liter = [mg cation / liter] * [cation specific factor].

Die Berechnung des H2SO4 - Bedarfs unter Einbezug der gelösten Kationen erfolgt nach der Gleichung (7').

        mg /kg H2SO4 = [y x pH-z ] + [(K1*F1)+ (K2F2) +......(Kn*Fn)]     Gleichung (7')

wobei K1, K2 ... Kn jeweils mg Kation/Liter und F1, F2 ... Fn spezifischer Faktor des jeweiligen Kations ist.
The calculation of the H 2 SO 4 demand, taking into account the dissolved cations, takes place according to the equation (7 ').

mg / kg H 2 SO 4 = [yx pH -z ] + [(K 1 * F 1 ) + (K 2 F 2 ) + ...... (K n * F n )] Equation (7 ')

wherein K 1 , K 2 ... K n each mg cation / liter and F 1 , F 2 ... F n specific factor of the respective cation.

Für nachstehende Kationen gilt Folgendes:

  • F1 (Fe-II) zwischen 1,70 und 1,74, insbesondere 1,72
  • F2 (Fe - III) zwischen 2,55 und 2,61, insbesondere 2,58
  • F3 (Ni-II) zwischen 1,62 und 1,66, insbesondere 1,64
  • F4 (Zn-II) zwischen 1,45 und 1,50, insbesondere 1,47
  • F5 (Mn-II) zwischen 1,70 und 1,80, insbesondere 1,75 .
The following applies to the following cations:
  • F1 (Fe-II) between 1.70 and 1.74, especially 1.72
  • F2 (Fe - III) between 2.55 and 2.61, especially 2.58
  • F3 (Ni-II) between 1.62 and 1.66, especially 1.64
  • F4 (Zn-II) between 1.45 and 1.50, in particular 1.47
  • F5 (Mn-II) between 1.70 and 1.80, especially 1.75.

Nennenswerte Zn-Anteile liegen in der Schutzschicht dann vor, wenn im Leistungsbetrieb des Kernkraftwerkes die sogenannte Zn-Fahrweise durchgeführt wurde.Noteworthy Zn components are present in the protective layer when the so-called Zn mode of operation was performed in the power operation of the nuclear power plant.

In Abhängigkeit von der Fe/Cr/Ni/Zn - Zusammensetzung der Schutzschicht kann, entsprechend vorliegender Erfindung in Abhängigkeit von der eingesetzten HMnO4 - Menge jeweils vorlaufend exakt die Menge der Einzelkationen berechnet werden. die im "oxidativen Dekontaminations-Schritt" freigesetzt werden. Dies ist möglich, da sich die eingesetzte HMnO4-Menge zu 100% in Mn2+ umwandelt und dabei die erzeugte Dichromat-Menge stöchiometrisch entsteht. Die Menge des oxidierten Cr-III gibt 06. November 2014/ 54066 geänderte Beschreibungsseiten wiederum die Menge der umgewandelten Fe-/Cr-/Ni-/Zn - Oxide und somit der im oxidativen Dekontaminations-Schritt entstehenden Fe-/Ni-/Zn-/Mn - Ionen vor.Depending on the Fe / Cr / Ni / Zn composition of the protective layer, it is possible, according to the present invention, to calculate exactly the amount of the individual cations depending on the amount of HMnO 4 used. which are released in the "oxidative decontamination step". This is possible because the amount of HMnO 4 used converts to 100% in Mn 2+ and stoichiometrically produces the amount of dichromate produced. The amount of oxidized Cr-III is 06. November 2014/54066 amended description pages Again, the amount of converted Fe / Cr / Ni / Zn - oxides and thus the resulting in the oxidative decontamination step Fe / Ni / Zn / Mn - ions before.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Abbau der Permangansäure und des damit verbundene zeitgleichen Aufbaus der Kationen (Fe-II, Ni-II, Mn-II) sowie des Anions Cr2O7 2-in der "oxidativen Dekontaminations-Lösung" bei einem System mit hohen Chromgehalten. Fig. 2 shows by way of example the temporal degradation of permanganic acid and the concomitant simultaneous construction of the cations (Fe-II, Ni-II, Mn-II) and the anion Cr 2 O 7 2- in the "oxidative decontamination solution" in a system with high chromium contents.

Während der oxidativen Oxidumwandlung und des zeitgleich ablaufenden Auflösens der neuen Oxidstrukturen wird das zu dekontaminierende System im Kreislauf ohne Ionenaustauscher - Einbindung betrieben. Dies soll prinzipiell anhand der Fig. 6 verdeutlicht werden. Der oxidative Dekontaminationsschritt, der im Kreislauf bis zur Umwandlung der HMnO4-Menge zu 100% in Mn2+ durchgeführt wird (Kreislaufbetrieb K1), ohne dass die Lösung einen Kationentauscher (KIT) durchläuft.During the oxidative oxide conversion and the simultaneously occurring dissolution of the new oxide structures, the system to be decontaminated is operated in the circulation without ion exchange integration. This should in principle be based on the Fig. 6 be clarified. The oxidative decontamination step, which is carried out in the circulation until the conversion of the HMnO 4 amount to 100% in Mn 2+ (cycle operation K1), without the solution passing through a cation exchanger (KIT).

Die Berechnung der Menge der gelösten Kation sowie des verbleibenden Fe2O3 wird, in Abhängigkeit von der Menge der eingesetzten Permangansäure sowie der Zusammensetzung der Oxid-Matrix, entsprechend folgender Formeln durchgeführt:

  • Im "oxidativen Dekontaminations-Schritt" pro HMnO4-Dosierung gelöste Kationen:

            [g] Fe-II = [g eingesetzte HMnO4-Menge] x 0,72 x [Gew.%Fe] / [Gew.%Cr] x 0,33

            [g] Ni-II = [g eingesetzte HMnO4-Menge] x 0,72 x [Gew.%Ni] / [Gew.%Cr]

            [g] Zn-II = [g eingesetzte HMnO4-Menge] x 0,72 x [Gew.%Zn] / [Gew.%Cr]

            [g] Mn-II = [g eingesetzte HMnO4-Menge] x 0,46.

The calculation of the amount of dissolved cation and of the remaining Fe 2 O 3 is carried out, depending on the amount of permanganic acid used and the composition of the oxide matrix, according to the following formulas:
  • Cations dissolved in the "oxidative decontamination step" per HMnO 4 dosage:

    [g] Fe-II = [g HMnO 4 amount used] x 0.72 x [wt.% Fe] / [wt.% Cr] x 0.33

    [g] Ni-II = [g HMnO 4 amount used] × 0.72 × [% by weight Ni] / [% by weight Cr]

    [g] Zn-II = [g HMnO 4 amount used] × 0.72 × [% by weight Zn] / [% by weight Cr]

    [g] Mn-II = [g HMnO 4 amount used] x 0.46.

Im "oxidativen Dekontaminations-Schritt" pro HMnO4-Dosierung zu Fe2O3 umgewandeltes Eisenoxid wird im "Hämatit-Schritt" aufgelöst:

        [g] Fe2O3 = [eingesetzte HMnO4-Menge] x 0,72 x [Gew.%Fe] / Gew.%Cr*] x 0,67 x 1,43

In the "oxidative decontamination step" per HMnO 4 dosage to Fe 2 O 3 converted iron oxide is dissolved in the "hematite step":

[g] Fe 2 O 3 = [amount of HMnO 4 used ] x 0.72 x [wt.% Fe] / wt.% Cr *] x 0.67 x 1.43

Erfindungsgemäß gibt die eingesetzte HMnO4-Menge die Menge des aus der Oxid-Matrix der Fe/Cr/Ni-Schutzschicht auflösbaren Oxidschicht vor. Fig. 7 zeigt diesen Zusammenhang an einem Beispiel einer durchgeführten Systemdekontamination. Die gemittelte Oxidschutzschichtdicke lag bei ca. 5,5 µm. Insgesamt wurde 11 mal der "oxidative Dekontaminations-Schritt" einschließlich des "Hämatit-Schritts" durchgeführt. Das in Fig. 7 dargestellte Schaubild zeigt, dass der gemittelte Oxidschicht-Abbau pro HMnO4-Dosierung reproduzierbar in einer Größenordnung von ca. 0,5 µm lag.According to the invention, the amount of HMnO 4 used is the amount of the oxide layer which can be dissolved from the oxide matrix of the Fe / Cr / Ni protective layer. Fig. 7 shows this relationship with an example of a performed system decontamination. The averaged oxide protective layer thickness was about 5.5 μm. In total, the "oxidative decontamination step" including the "hematite step" was performed 11 times. This in Fig. 7 shown graph shows that the average oxide layer degradation per HMnO 4 dosage was reproducibly on the order of about 0.5 microns.

Entsprechend vorliegender Erfindung ist eine maximale Permangansäure-Konzentration von 150 ppm pro oxidativem Dekontaminationsschritt einzusetzen, der in Abhängigkeit von der zuvor ermittelten bzw. abgeschätzten Chrom-Konzentration entsprechend wiederholt wird, wie dies zuvor erläutert worden ist.According to the present invention, a maximum permanganic acid concentration of 150 ppm has to be used per oxidative decontamination step, which is repeated as a function of the previously determined or estimated chromium concentration, as explained above.

Um den erforderlichen Einsatz von Schwefelsäure - nachstehend auch nur Mineralsäure genannt - zu minimieren, wird der "oxidative Dekontaminations-Schritt" vorzugsweise mit einer HMnO4-Konzentration von ≤ 50 ppm HMnO4 durchgeführt. Während des "oxidativen Dekontaminations-Schrittes" laufen folgende chemischen Teilreaktionen ab:

  • Oxidieren und Lösen des in der Schutzschicht (Fe0.5Ni1.0Cr1.5O4) eingebundenen Cr2O3:

            6HMnO4 + 5Cr2O3 + 6H2SO4 → 6MnSO4 + 5H2Cr2O7 + 4H2O     Gleichung (8)

In order to minimize the required use of sulfuric acid, hereinafter also referred to as mineral acid, the "oxidative decontamination step" is preferably carried out with an HMnO 4 concentration of ≦ 50 ppm HMnO 4 . During the "oxidative decontamination step", the following partial chemical reactions take place:
  • Oxidizing and dissolving the Cr 2 O 3 incorporated in the protective layer (Fe 0.5 Ni 1.0 Cr 1.5 O 4 ):

    6HMnO 4 + 5Cr 2 O 3 + 6H 2 SO 4 → 6MnSO 4 + 5H 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 O Equation (8)

Durch die Oxidation des Cr-III-Oxids zu wasserlöslichem Dichromat wird Ni aus dem Schutzschichtverband freigesetzt und liegt dann als Ni-II-Oxid (NiO) bzw. Ni-III-Oxid (Ni2O3) vor. Die Ni-Oxide werden dann in einer Zwischenstufe durch HMnO4 und Bildung von Ni(MnO4)2 entsprechend Gleichung (9) aufgelöst:

        NiO +2HMnO4 + 5H2O→ [Ni(MnO4)2 x 6 H2O]     (Gleichung (9)

The oxidation of Cr-III-oxide to water-soluble dichromate Ni is released from the protective coating and is then as Ni-II oxide (NiO) or Ni-III oxide (Ni 2 O 3 ) before. The Ni oxides are then dissolved in an intermediate by HMnO 4 and formation of Ni (MnO 4 ) 2 according to equation (9):

NiO + 2HMnO 4 + 5H 2 O → [Ni (MnO 4 ) 2 × 6 H 2 O] (Equation (9)

Mit zunehmenden HMnO4-Verbrauch erfolgt eine Umlagerung des Ni-II vom Ni-Permanganat zum Ni-Dichromat (Gleichung 10) bzw. Ni-Sulfat (Gleichung 11).

        [3Ni(MnO4)2 6H2O] + 5Cr2O3 + 2NiO + 6H2SO4     Gleichungen (10)

        6MnSO4 + 5NiCr2O7 + 12H2O

        NiCr2O7 + H2SO4 → NiSO4 + H2Cr2O7     Gleichung (11)

With increasing consumption of HMnO 4 , the rearrangement of Ni-II from Ni-permanganate to Ni-dichromate takes place (equation 10) or Ni-sulfate (equation 11).

[3Ni (MnO 4) 2 6H 2 O] + 5Cr 2 O 3 + 6H 2 SO 4 + 2NiO equations (10)

6MnSO 4 + 5NiCr 2 O 7 + 12H 2 O

NiCr 2 O 7 + H 2 SO 4 → NiSO 4 + H 2 Cr 2 O 7 Equation (11)

Durch die Oxidation des Cr-III-Oxids unter Bildung von wasserlöslichem Dichromat wird zusätzlich Fe aus der Oxidmatrix freigesetzt und liegt sodann als Fe-II-Oxid (FeO) bzw. Fe-III-Oxid (Fe2O3) vor. FeO wird von Schwefelsäure leicht aufgelöst (Gleichung 12). Fe2O3 wird dagegen von Schwefelsäure nicht ausreichend gelöst und verbleibt daher im System und wird in dem angesprochenen nachfolgenden Verfahrensschritt "Hämatit-Schritt" (s. unten) gelöst und auf Kationenaustauscher-Harze fixiert.

        FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O     Gleichung (12)

By the oxidation of the Cr-III-oxide to form water-soluble dichromate additionally Fe is released from the oxide matrix and is then as Fe-II oxide (FeO) or Fe-III oxide (Fe 2 O 3 ) before. FeO is easily dissolved by sulfuric acid (Equation 12). On the other hand, Fe 2 O 3 is not sufficiently dissolved by sulfuric acid and therefore remains in the system and is dissolved in the subsequent "hematite step" process step (see below) and fixed on cation exchange resins.

FeO + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 O Equation (12)

Zur Beschleunigung des "oxidativen Dekontaminations-Schritts" wird eine Prozesstemperatur von vorzugsweise 60 °C bis 120 °C eingestellt.To accelerate the "oxidative decontamination step", a process temperature of preferably 60 ° C to 120 ° C is set.

Entsprechend vorliegender Erfindung erfolgt die oxidative Dekontamination vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 95 °C bis 105 °C.According to the present invention, the oxidative decontamination is preferably carried out in a temperature range of 95 ° C to 105 ° C.

Nach erfolgter Umsetzung des Permanganats entsprechend der Gleichungen (8) bis (12) erfolgt die Einbindung des insbesondere kraftwerkseigenen Kationenionenaustauschers (KIT).After the conversion of the permanganate according to equations (8) to (12), the integration of the particular power plant-owned cation ion exchanger (KIT) takes place.

Dies soll auch anhand der Fig. 6 verdeutlicht werden. Während der Umwandlung des Permanganats zu Mn2+ wird die Lösung im zu dekontaminierenden System (K1) umgewälzt. Nach der Umwandlung des Permanganats wird die Lösung durch den Kationenaustauscher KIT im Bypass über einen Reinigungskreislauf K2 geführt.This should also be based on the Fig. 6 be clarified. During the conversion of the permanganate to Mn 2+ , the solution is circulated in the system (K1) to be decontaminated. After conversion of the permanganate, the solution is passed through the cation exchanger KIT in the bypass via a purification circuit K2.

Voraussetzung für die Einbindung eines Kationenaustauschers ist, dass sich das Permanganat vollständig oder im Wesentlichen vollständig zu Mn2+ umgesetzt hat und die Lösung frei von MnO4 --Ionen ist (Richtwert < 2 ppm MnO4).The prerequisite for the incorporation of a cation exchanger is that the permanganate has completely or substantially completely converted to Mn 2+ and the solution is free of MnO 4 - ions (standard value <2 ppm MnO 4 ).

Während des Betriebes des Kationenaustauschers KIT werden die zweiwertigen Kationen (Mn-II, Fe-II, Zn-II und Ni-II) sowie die zweiwertigen Radionuklide (Co-58, Co-60, Mn-54) aus der Lösung entfernt. Zeitgleich werden die entsprechenden Anionen (Sulfat und Dichromat) freigesetzt und stehen dem Prozess wieder zur Verfügung. Siehe Gleichungen (13) und (14).During operation of the cation exchanger KIT, the divalent cations (Mn-II, Fe-II, Zn-II and Ni-II) as well as the divalent radionuclides (Co-58, Co-60, Mn-54) are removed from the solution. At the same time, the corresponding anions (sulfate and dichromate) are released and are available to the process again. See equations (13) and (14).

Freisetzung des Sulfats unter Bildung von Schwefelsäure:

        MnSO4 + H2KIT → H2SO4 + [Mn2+-KIT]     Gleichung (13)

        NiSO4 + H2KIT → H2SO4 + [Ni2+-KIT]

        FeSO4 + H2KIT → H2SO4 + [Fe2+-KIT]

        Fe(SO4)3 + 3H2KIT → 3H2SO4 + [Fe3+-KIT]

Release of the sulfate to form sulfuric acid:

MnSO 4 + H 2 KIT → H 2 SO 4 + [Mn 2+ -KIT] Equation (13)

NiSO 4 + H 2 KIT → H 2 SO 4 + [Ni 2 + - KIT]

FeSO 4 + H 2 KIT → H 2 SO 4 + [Fe 2+ -KIT]

Fe (SO 4 ) 3 + 3H 2 KIT → 3H 2 SO 4 + [Fe 3+ -KIT]

Freisetzung des Dichromats unter Bildung von Dichromsäure:

        NiCr2O7 + H2KIT → H2Cr2O7 + [Ni2+-KIT]     Gleichung (14)

Release of the dichromate to form dichromic acid:

NiCr 2 O 7 + H 2 KIT → H 2 Cr 2 O 7 + [Ni 2+ -KIT] Equation (14)

Der Betrieb des Kationenaustauschers KIT erfolgt bei einer Prozesstemperatur von ≤ 100°C.The operation of the cation exchanger KIT takes place at a process temperature of ≤ 100 ° C.

Der Betrieb des Kationenaustauschers KIT erfolgt solange, bis alle gelösten Kationen auf dem Kationenaustauscherharz fixiert sind.The operation of the cation exchanger KIT takes place until all dissolved cations are fixed on the cation exchange resin.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nach erfolgter Kationenreinigung, erneut Permangansäure zugegeben und die zuvor erläuterten Verfahrensschritte solange wiederholt, bis die Dichromsäure-Konzentration einen vorgegebenen Wert wie 300 ppm oder weniger erreicht hat.According to the present invention, after cation cleaning, permanganic acid is again added and the above-described process steps are repeated until the dichromic acid concentration has reached a predetermined value such as 300 ppm or less.

Fig. 3 zeigt rein prinzipiell die Einzel-Phasen des "oxidativen DekontaminationsSchrittes", wobei die einzelnen Phasen D1 bis D3 wie folgt definiert sind:

  • D1 = Aufbrechen und Auflösen der Oxidmatrix
  • D2 = Fixieren der gelösten Kationen an Kationenaustauscher KIT und
  • D3 = Fixieren des Dichromats an Anionenaustauscher AIT .
Fig. 3 shows purely in principle the individual phases of the "oxidative decontamination step", wherein the individual phases D1 to D3 are defined as follows:
  • D1 = break up and dissolution of the oxide matrix
  • D2 = fixing of the dissolved cations to cation exchangers KIT and
  • D3 = fix the dichromate to anion exchanger AIT.

In Fig. 5 sind die Verläufe der Kationenkonzentration eines ,.oxidativen Dekontaminations-Schrittes" beispielhaft an Hand einer dreimaligen HMnO4-Dosierung dargestellt.In Fig. 5 the courses of the cation concentration of an "oxidative decontamination step" are shown by way of example with the aid of a three-time HMnO 4 dosing.

Diese Sequenz (Fig. 3 und Fig. 5, Phase D1 und D2) kann solange wiederholt werden, bis die Dichromsäure-Konzentration einen Wert von ca. 300 ppm erreicht hat.This sequence ( Fig. 3 and Fig. 5 , Phase D1 and D2) can be repeated until the dichromic acid concentration has reached a value of about 300 ppm.

Vorzugsweise wird die maximale Dichromsäure-Konzentration auf 100 ppm begrenzt.Preferably, the maximum dichromic acid concentration is limited to 100 ppm.

Ist die spezifizierte Dichromsäure-Konzentration erreicht wird das Dichromat mittels Anionenaustauscher AIT aus der Lösung herausgereinigt (s. Fig. 6 - Reinigungskreislauf K3).Once the specified dichromic acid concentration has been reached, the dichromate is removed from the solution by means of the anion exchanger AIT (see p. Fig. 6 - Cleaning circuit K3).

Voraussetzung der Einbindung des Anionenaustauschers ist, dass sämtliche Permanganat-Ionen durch die chemische Oxidationsreaktionen verbraucht sind und die Lösung frei von Permanganat-Ionen ist (s. Fig. 6 - Reinigungskreislauf K3).The prerequisite for the integration of the anion exchanger is that all permanganate ions are consumed by the chemical oxidation reactions and the solution is free of permanganate ions (s. Fig. 6 - Cleaning circuit K3).

Die Menge des eingesetzten Anionenaustauschers orientiert sich am Dichromat-Inventar der zu reinigenden Lösung. Es wird nur die Menge an Anionenaustauscher zur Verfügung gestellt, deren Kapazität für eine Aufnahme des Dichromats ausreicht. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Schwefelsäure Konzentration in der Lösung nicht verändert.The amount of anion exchanger used is based on the dichromate inventory of the solution to be purified. Only the amount of anion exchanger is provided whose capacity is sufficient for a recording of the dichromate. This ensures that the sulfuric acid concentration does not change in the solution.

In der ersten Phase der Anionenaustauscher - Reinigung werden sowohl die Sulfat-Ionen der Schwefelsäure als auch die Dichromat-Ionen der Dichromsäure auf den Anionenaustauscherharzen gebunden. Ist der Anionenaustauscher zu 100% mit Dichromat und Sulfat beladen, werden bei der weiterführenden Beladung des Anionentauschers mit Sulfat-Ionen und Dichromat-Ionen die bereits fixierten Sulfat-Ionen durch die Dichromat-Ionen verdrängt. Dieser Vorgang läuft so lange ab, bis der Anionentauscher zu 100% mit Dichromat-Ionen beladen ist und alle Sulfat-Ionen wieder der oxidative Dekontamination zur Verfügung stehen.In the first phase of the anion exchanger purification, both the sulfate ions of the sulfuric acid and the dichromate ions of the dichromic acid are bound to the anion exchange resins. If the anion exchanger is charged to 100% with dichromate and sulfate, the sulphate ions already fixed are displaced by the dichromate ions during further loading of the anion exchanger with sulfate ions and dichromate ions. This process continues until the anion exchanger is 100% loaded with dichromate ions and all sulfate ions are again available for oxidative decontamination.

Sind die Dichromat-Ionen aus der Lösung entfernt, wird erneut Permangansäure zudosiert und der Prozess beginnt wieder wie zuvor beschrieben (Fig. 3, Phasen D1, D2 und D3).If the dichromate ions are removed from the solution, permanganic acid is added again and the process starts again as described above ( Fig. 3 , Phases D1, D2 and D3).

Die Wiederholung der Schrittfolgen wird solange durchgeführt, bis kein Kationenausstoß mehr stattfindet. Sind nach Durchführung vorhergehender Schrittfolgen alle Kationen und Anionen auf Ionenaustauscher fixiert, liegt in der Lösung nur noch Schwefelsäure vor.The repetition of the step sequences is carried out until cation discharge no longer takes place. If all cations and anions are fixed on ion exchangers after carrying out previous steps, only sulfuric acid is present in the solution.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, nach Ablauf der Voroxidation, das überschüssige Permanganat mit Oxalsäure zu reduzieren (Schritt II.) und anschließend durch eine Zugabe von weiteren Dekontaminationschemikalien den Dekontaminationsschritt (Schritt III.) einzuleiten.According to the prior art, it is customary, after the expiration of the pre-oxidation, the to reduce excess permanganate with oxalic acid (step II.) and then to initiate the decontamination step (step III.) by adding further decontamination chemicals.

Zum Zeitpunkt der Reduktion (Schritt II), befinden sich bei diesen Verfahren in der Lösung noch sämtliche Inhaltsstoffe des Voroxidationsschrittes (Rest-Permanganat, kolloidales MnO(OH)2, Chromat und Nickel-Permanganat) sowie alle umgewandelten Metall-Oxide auf der System- bzw. Komponentenoberfläche.At the time of the reduction (step II), all the ingredients of the pre-oxidation step (residual permanganate, colloidal MnO (OH) 2 , chromate and nickel permanganate) and all converted metal oxides are present in the system in the solution. or component surface.

Da die Metall-Ionen teilweise in gelöster Form (MnO4-, CrO4 2-) als auch als leichtlösliche Metalloxide (NiO, FeO, Mn2/MnO(OH2) vorliegen, treten bereits im Zuge des zweiten Verfahrensschrittes der Reduktion (Schritt II.) hohe Kationengehalte in der Lösung auf.Since the metal ions partially in dissolved form (MnO 4 -, CrO 4 2-) as well as slightly soluble metal oxides (NiO, FeO, Mn 2 / MnO (OH 2) are present, already of the reduction occur in the course of the second process step (step II.) High cation contents in the solution.

Zeitgleich entstehen durch die Reduktion des Permanganats, des Chromats und des Braunsteins mit der Oxalsäure große Mengen an CO2 (s. Gleichungen (15)). Diese an der Oberfläche ablaufende CO2-Bildung führt zu einer Mobilisierung von Oxidpartikeln, die sich dann in strömungsarmen Zonen des Systems absetzen und dort zu einer Erhöhung der Dosisleistung führen.

        2 HMnO4 + 7 H2C2O4 → 2 MnC2O4 + 10CO2 + 8 H2O     Gleichungen (15)

        MnO2 + 2 H2C2O4 → MnC2O4 + 2 CO2 + 2 H2O

        Cr2O7 2- + 3 H2C2O4 + 8 (H3O)+ → Cr3+ + 6 CO2 + 15 H2O

At the same time, the reduction of permanganate, chromate and manganese dioxide with oxalic acid produces large amounts of CO 2 (see Equations (15)). This CO 2 formation taking place on the surface leads to a mobilization of oxide particles, which then settle in low-flow zones of the system and lead there to an increase in the dose rate.

2 HMnO 4 + 7 H 2 C 2 O 4 → 2 MnC 2 O 4 + 10CO 2 + 8 H 2 O Equations (15)

MnO 2 + 2H 2 C 2 O 4 → MnC 2 O 4 + 2 CO 2 + 2H 2 O

Cr 2 O 7 2- + 3 H 2 C 2 O 4 + 8 (H 3 O) + → Cr 3+ + 6 CO 2 + 15 H 2 O

Die vorstehend beschriebene Freisetzung von Oxidpartikeln tritt bei der Erfindung nicht auf. Zum Zeitpunkt der Oxalsäure-Dosierung ist sowohl die Lösung als auch die Systemoberfläche frei von Permanganat, Braunstein und Chromat/Dichromat. Die unerwünschte CO2 Entwicklung und eine Freisetzung von Oxidpartikel findet nicht statt.The above-described release of oxide particles does not occur in the invention. At the time of oxalic acid metering, both the solution and the system surface are free of permanganate, manganese dioxide and chromate / dichromate. The unwanted evolution of CO 2 and the release of oxide particles does not occur.

Die Oxalat-Verbindungen, die aus zweiwertigen Kationen und der Reduktionschemikalie "Oxalsäure" gebildet werden, haben nur eine begrenzte Löslichkeit in Wasser. Je nach der Verfahrenstemperatur liegt die Löslichkeit der zweiwertigen Kationen bei: 50°C 80°C Einheit NiC2O4 ca. 3 ca.6 mg Ni-II/ Liter FeC2O4 can.15 ca. 45 mg Fe-II/Liter MnC2O4 ca.120 ca. 170 mg Mn-II/Liter The oxalate compounds formed from divalent cations and the reduction chemical "oxalic acid" have limited solubility in water. Depending on the process temperature, the solubility of the divalent cations is: 50 ° C 80 ° C unit NiC 2 O 4 about 3 about 6 mg Ni-II / liter FeC 2 O 4 can.15 about 45 mg Fe-II / liter MnC 2 O 4 about 120 about 170 mg Mn-II / liter

Rechnerisch werden bei einer Primärsystemdekontamination bei Einsatz der bisherigen Dekontaminationsverfahren pro Dekontaminationszyklus große Kationenmengen freigesetzt. Dies führt bereits im Reduktions-Schritt zu Oxalat-Ausfällungen auf den Innenflächen der Systeme.Computationally, large quantities of cations are released during a primary system decontamination when using the previous decontamination methods per decontamination cycle. This leads already in the reduction step to oxalate precipitations on the inner surfaces of the systems.

Die oxidischen Schutzschichten eines Primärsystems eines Druckwasser-Kernkraftwerkes ergeben üblicherweise in Summe ein Gesamtoxidinventar von 1.900 kg bis 2.400 kg [Fe,Cr,Ni-Oxid].The oxide protective layers of a primary system of a pressurized-water nuclear power plant usually result in a total total NOx inventory of 1,900 kg to 2,400 kg [Fe, Cr, Ni oxide].

Bei der Dekontamination eines Primärsystems eines Druckwasserreaktors muss daher mit folgender maximaler Kationenfreisetzung gerechnet werden:

  • Chrom → 70 bis 80 kg Cr
  • Nickel → .100 bis 120 kg Ni
  • Eisen → 190 bis 210 kg Fe
When decontaminating a primary system of a pressurized water reactor, the following maximum cation release must therefore be expected:
  • Chromium → 70 to 80 kg Cr
  • Nickel → .100 to 120 kg Ni
  • Iron → 190 to 210 kg Fe

Bei der Primärsystemdekontamination werden üblicherweise 3 Dekontaminationszyklen durchgeführt. Bei einem Gesamtvolumen von ca. 600 m3 und einer gleichmäßigen Verteilung der Kationen über 3 Zyklen ist pro Zyklus mit folgenden Konzentrationen an zweiwertigen Kationen zu rechnen:

  • Nickel → 67 ppm Ni
  • Eisen → 117 ppm Fe
In primary system decontamination, usually 3 decontamination cycles are performed. With a total volume of about 600 m 3 and a uniform distribution of the cations over 3 cycles, the following concentrations of divalent cations are to be expected per cycle:
  • Nickel → 67 ppm Ni
  • Iron → 117 ppm Fe

Diese Überschlagsrechnung zeigt auf, dass bei allen bisherigen Dekontaminationsverfahren, die zur Reduktion und/oder Dekontamination Oxalsäure einsetzten, eine Fe2+ - und Ni2+- Oxalatbildung nicht vermieden werden kann.This rough calculation shows that in all previous decontamination processes, which used oxalic acid for reduction and / or decontamination, Fe 2+ and Ni 2 + oxalate formation can not be avoided.

Liegen, wie zuvor beschrieben, nach Beendigung eines Dekontaminationszyklusses noch Oxalat Reste im System vor, muss im darauffolgenden Zyklus mehr Permanganat eingesetzt werden, wie die Gleichungen (16) zeigen:

        3NiC2O4 + 2HMnO4 + H2O 3 NiO + 2MnO(OH)2 + 6CO2     Gleichungen (16)

        3FeC2O4 + 2HMnO4 + H2O 3 FeO + 2MnO(OH)2 + 6CO2

If, as described above, oxalate residues remain in the system after completion of a decontamination cycle, more permanganate must be used in the subsequent cycle, as shown by Equations (16):

3NiC 2 O 4 + 2HMnO 4 + H 2 O + 2MnO 3 NiO (OH) 2 + 6CO 2 equations (16)

3FeC 2 O 4 + 2HMnO 4 + H 2 O 3 FeO + 2MnO (OH) 2 + 6CO 2

Dies führt, ohne dass das Dekontaminationsergebnis verbessert wird, zu einem höheren Permanganatbedarf und daraus resultierend zu einer erhöhten MnO(OH)2 Abscheidung auf den Oberflächen und letztendlich zu einem höheren Anfall an radioaktiven Abfall. Zusätzlichen erhöht sich der Kationeneintrag im Folgezyklus, die Gefahr einer erneuten Oxalatbildung steigt und der Anfall an Ionenaustauscherharzen wird weiter erhöht.This leads, without improving the decontamination result, to a higher permanganate requirement and, as a result, to an increased MnO (OH) 2 deposition on the surfaces and ultimately to a higher accumulation of radioactive waste. In addition, the cation addition increases in the subsequent cycle, the risk of re-oxalate formation increases and the accumulation of ion exchange resins is further increased.

Die bereits gelösten Radionuklide (Co-58, Co-60, Mn-54) werden in die Oxalat-Schicht mit eingebunden. Dies führt zu einer Rekontamination in den Systemen.The already dissolved radionuclides (Co-58, Co-60, Mn-54) are incorporated into the oxalate layer. This leads to a recontamination in the systems.

Wie bereits zuvor beschrieben, liegen entsprechend der vorliegenden Erfindung die freigesetzten zweiwertigen Kationen (Ni, Mn, Fe, Zn) sowie das Dichromat im "oxidativen Dekontaminations-Schritt" gelöst vor und die Fixierung der Kationen und Anionen erfolgt zeitnah auf Ionenaustauscherharze. Die bisher bei der Durchführung einer chemischen Dekontamination üblichen Oxalat-Abscheidungen finden nicht statt.As already described above, according to the present invention, the liberated divalent cations (Ni, Mn, Fe, Zn) and the dichromate are dissolved in the "oxidative decontamination step", and the fixation of the cations and anions takes place promptly on ion exchange resins. The oxalate deposits conventionally used in conducting chemical decontamination do not take place.

Am Ende der oxidativen Dekontaminations-Schritt-Sequenzen wird der "Hämatit-Schritt" durchgeführt. In diesem Verfahrensschritt wird das Hämatit (Fe2O3) entsprechend Gleichung (17) aufgelöst:

        Fe2O3 + 6 OH2C2O4 → 2 [Fe(C2O4)3]3- + 3 H2O     Gleichung (17)

At the end of the oxidative decontamination step sequences, the "hematite step" is performed. In this process step the hematite (Fe 2 O 3 ) is dissolved according to equation (17):

Fe 2 O 3 + 6 OH 2 C 2 O 4 → 2 [Fe (C 2 O 4 ) 3 ] 3- + 3 H 2 O Equation (17)

Aufgrund der Schwefelsäureunterlegung ist die Löslichkeit der Me-II-Oxalate im "Hämatit-Schritt" deutlich höher als bei den anderen Dekontaminationstechnologien.Due to the sulfuric acid underlayment, the solubility of Me-II oxalates in the "hematite step" is significantly higher than that of other decontamination technologies.

Unter den chemischen Bedingungen der vorliegenden Erfindung liegt die Löslichkeitsgrenze für das Ni-II-Oxalat und Fe-II-Oxalat bei folgenden Werten:

        Ni2+ - Oxalat → ca..80 mg Ni-II / Liter

        Fe2+ - Oxalat → ca. 150 mg Fe-II / Liter.

Under the chemical conditions of the present invention, the solubility limit for Ni-II oxalate and Fe-II oxalate is as follows:

Ni 2+ - oxalate → approx. 80 mg Ni-II / liter

Fe 2+ - oxalate → about 150 mg Fe-II / liter.

Die Bildung von Oxalaten und deren Abscheidung auf den System-Innenflächen findet aufgrund der niedrigen Me-II Kationenkonzentrationen sowie der deutlich höheren Löslichkeit der Me-Oxalate nicht statt.The formation of oxalates and their deposition on the system inner surfaces does not take place due to the low Me-II cation concentrations and the much higher solubility of the Me-oxalates.

Die Oxalsäurekonzentration sollte beim Hämatit-Schritt 50 bis 1000 ppm H2C2O4 betragen.The oxalic acid concentration should be 50 to 1000 ppm H 2 C 2 O 4 at the hematite step.

Vorzugsweise ist eine Oxalsäurekonzentration von ≤ 100 ppm einzustellen.It is preferable to adjust an oxalic acid concentration of ≦ 100 ppm.

Während des "Hämatit-Schrittes" werden die gelösten Kationen an Kationenaustauscher gebunden, wobei das Auflösen des Hämatits und das Fixieren der gelösten Fe-Ionen zeitgleich durchgeführt wird (siehe Fig. 4 - Phasen des "Hämatit-Schritts").During the "hematite step", the dissolved cations are bound to cation exchangers, the dissolution of the hematite and the fixing of the dissolved Fe ions being carried out simultaneously (see Fig. 4 - Phases of the "hematite step").

Der "Hämatit-Schritt" wird so lange durchgeführt, bis aus dem System kein Eisen mehr ausgetragen wird.The "hematite step" is carried out until no iron is removed from the system.

Nach Abschluss des "Hämatit-Schrittes" wird die in der Lösung verbliebene Oxalsäure mittels Permangansäure unter Bildung von Kohlendioxid zersetzt (Gleichung (18)).

        5 H2C2O4 + 2 HMnO4 + 2 H2SO4 → 2 MnSO4 + 10 CO2 + 8 H2O     Gleichung (18)

Upon completion of the "hematite step", the oxalic acid remaining in the solution is decomposed by permanganic acid to form carbon dioxide (equation (18)).

5 H 2 C 2 O 4 + 2 HMnO 4 + 2 H 2 SO 4 → 2 MnSO 4 + 10 CO 2 + 8 H 2 O Equation (18)

Nach Durchführung des "Hämatit-Schritts" kann die gesamte Schrittfolge der "oxidativen Dekontamination" wiederholt werden. Diese Wiederholung orientiert sich am im System noch aufzuschließenden Rest Cr2O3. Nach Durchführung des zweiten "oxidativen Dekontaminations-Schritts" wird anschließend wieder ein "Hämatit-Schritt" durchgeführt.After performing the "hematite step", the entire "oxidative decontamination" sequence can be repeated. This repetition is based on the remaining Cr 2 O 3 to be broken down in the system. After carrying out the second "oxidative decontamination step", a "hematite step" is subsequently carried out again.

Jedes Kernkraftwerk hat eine eigene spezifische Oxidstruktur, Oxidzusammensetzung, Löseverhalten der Oxide und Oxid-/Aktivitätsinventar. Für die Vorplanung einer Dekontamination können nur Annahmen getroffen werden. Erst im Zuge der Durchführung der Dekontamination zeigt sich dann, ob die vorlaufend getroffenen Annahmen richtig waren.Each nuclear power plant has its own specific oxide structure, oxide composition, oxide dissolving behavior, and oxide / activity inventory. For the preliminary planning of a decontamination only assumptions can be made. Only in the course of carrying out the decontamination then shows whether the preliminary assumptions were correct.

Ein Dekontaminationskonzept muss daher in der Lage sein, während der Durchführung sich den jeweiligen Veränderungen anzupassen.A decontamination concept must therefore be able to adapt to the respective changes during execution.

Mit vorliegender Erfindung kann gezielt auf alle nur denkbaren neuen Anforderungen reagiert werden. Die zuvor aufgezeigten Detailschritte können je nach Art und Menge des im System vorliegenden Oxid- /Aktivitätsinventars beliebig wiederholt werden.With the present invention, it is possible to respond specifically to all conceivable new requirements. The detailed steps outlined above can be repeated as desired, depending on the type and amount of the oxide / activity inventory present in the system.

Eine Dekontamination, entsprechend der vorliegenden Erfindung, benötigt im Vergleich zu den bisherigen Verfahrenstechniken eine sehr niedrige Chemikalien-Konzentration.Decontamination, in accordance with the present invention, requires a very low level of chemicals compared to previous processing techniques.

Die benötigten Chemikalien-Mengen können daher mit in Kernkraftwerken (KKW) vorhandenen eigenen Dosiersystemen dosiert und die anfallenden Kationen mittels KKW eigenen Reinigungssystemen (Ionenaustauscher) entfernt werden. Große externe Dekontaminationseinrichtungen müssen nicht installiert werden.The required quantities of chemicals can therefore be dosed with existing in nuclear power plants (NPP) own dosing and the resulting cations are removed by means of NPP own cleaning systems (ion exchanger). Large external decontamination facilities do not need to be installed.

Durch Steuerung des Gesamtprozesses von der Kraftwerkswarte des Kernkraftwerkes aus können die Prozessparameter schnell den jeweiligen neuen Anforderungen angepasst werden (Chemikaliendosierung, Chemikalienkonzentrationen, Prozesstemperatur, Zeitpunkt der KIT- und AIT-Tauscher-Einbindung, Schrittfolgen etc.).By controlling the overall process from the nuclear power plant's power plant, the process parameters can be quickly adapted to the respective new requirements (chemical dosing, chemical concentrations, process temperature, time of KIT and AIT exchanger integration, step sequences, etc.).

Die Verfahrensvariationen können bei Bedarf solange durchgeführt werden, bis der gewünschte Aktivitätsaustrag bzw. die gewünschte Dosisleistungsreduktion erzielt wurde.If necessary, the process variations can be carried out until the desired activity output or the desired dose rate reduction has been achieved.

Die in der Lösung vorliegende Schwefelsäure verbleibt während der Durchführung aller Verfahrensschritte in der Lösung. Die Konzentration wird dabei nicht verändert. Erst am Ende der Gesamtdekontaminations- Durchführung werden die Sulfat-Ionen im Zuge der Endreinigung auf den Anionenaustauscher AIT gebunden (s. hierzu Fig. 4, AIT Reinigungsschritt D6).The sulfuric acid present in the solution remains in the solution during the execution of all process steps. The concentration is not changed. Only at the end of the total decontamination procedure are the sulfate ions bound to the anion exchanger AIT during the final purification (see Fig. 4 , AIT cleaning step D6).

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen - für sich und/oder in Kombination-, sondern auch sowohl aus den bereits zuvor beschriebenen als auch nachstehend ergänzend erläuterten Figuren, die selbsterklärend sind.Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims - alone and / or in combination - but also from the figures already described above and also explained below, which are self-explanatory.

In den Figuren wird gezeigt:

Fig. 1
der pH-Arbeitsbereich nach der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik,
Fig. 2
Änderung der Permangatsäure-Konzentration und der Kationen- und Dichromsäure-Konzentration in Abhängigkeit von der Prozessdauer,
Fig. 3
die Prozessabfolge im oxidativen Dekontaminationsschritt,
Fig. 4
die Prozessfolge im Hämatit-Schritt einschließlich des Endreinigungs-Schrittes,
Fig. 5
aufeinanderfolgende oxidative Dekontaminationsschritte und Zunahme der Dichromatsäure in Abhängigkeit von der Anzahl der aufeinanderfolgenden oxidativen Dekontaminationsschritte bei in der Lösung verbleibender Dichromatsäure,
Fig. 6
Prinzipdarstellung des Dekontaminationskreislaufes sowie der Ionenaustauscher- Reinigungsheisläufe und
Fig. 7
Abtrag einer Oxidschicht in Abhängigkeit von der Anzahl der durchgeführten oxidativen Dekontaminationsschritte.
The figures show:
Fig. 1
the pH working range according to the invention in comparison to the prior art,
Fig. 2
Change in the permanganic acid concentration and the cation and dichromic acid concentration as a function of the duration of the process,
Fig. 3
the process sequence in the oxidative decontamination step,
Fig. 4
the process sequence in the hematite step including the final cleaning step,
Fig. 5
successive oxidative decontamination steps and increase of the dichromic acid as a function of the number of successive oxidative decontamination steps in the presence of dichromate remaining in the solution,
Fig. 6
Schematic representation of the decontamination cycle as well as the ion exchange cleaning heaves and
Fig. 7
Removal of an oxide layer as a function of the number of oxidative decontamination steps carried out.

Anhand der Fig. 1 wird verdeutlicht, dass dann, wenn der pH-Wert in Abhängigkeit von der Permanganatsäure-Konzentration unterhalb der in Fig. 1 gezeichneten schräg verlaufenden Gerade liegt, sichergestellt ist, dass Braunstein sich nicht bilden kann. Nach dem Stand der Technik wird bei einem pH-Wert und einer Permanganatsäure-Konzentration gearbeitet, die oberhalb der Geraden liegt. Hierdurch bedingt, bildet sich Braunstein. Die Gerade bestimmt sich dabei nach den Gleichungen (6) und (7) bzw. (7`).Based on Fig. 1 is clarified that, when the pH depending on the permanganate concentration below the in Fig. 1 drawn oblique straight line, it is ensured that brownstone can not form. The prior art operates at a pH and permanganate acid concentration above the line. As a result of this, brownstone forms. The straight line is determined according to equations (6) and (7) or (7`).

Die Fig. 2 verdeutlicht, dass in Abhängigkeit der Prozesszeit und des Umsetzens des Permanganats zu Mn2+ die Konzentration der Kationen und der Dichromsäure zunimmt.The Fig. 2 illustrates that, depending on the process time and the conversion of the permanganate to Mn 2+, the concentration of cations and dichromic acid increases.

Die erfindungsgemäße oxidative Dekontamination ist rein prinzipiell der Fig. 3 zu entnehmen. In dem Verfahrensschritt D1 wird der Lösung in Abhängigkeit von dem mittels der Schwefelsäure eingestellten pH-Wertes gemäß der Gleichungen (6, 7, 7') Permanganatsäure zudosiert, um die Metalloxide aufzulösen und leicht lösliche Sulfate zu bilden. Das Cr-III-Oxid wird zu Cr-VI oxidiert und liegt in der Lösung als Dichromsäure vor. Nachdem das Permanganat vollständig oder im Wesentlichen vollständig zu Mn2+ umgesetzt worden ist und die Lösung im Wesentlichen frei von MnO-4-Inonen ist, durchströmt die Lösung über einen Bypass den Kationenaustauscher KIT, in dem die Kationen fixiert werden. In der Lösung verbleibt Schwefelsäure und Dichromsäure.The inventive oxidative decontamination is purely in principle of Fig. 3 refer to. In method step D1, permanganate acid is metered into the solution as a function of the pH adjusted by means of sulfuric acid according to equations (6, 7, 7 ') in order to dissolve the metal oxides and form readily soluble sulfates. The Cr-III oxide is oxidized to Cr-VI and is present in the solution as dichromic acid. After the permanganate is complete or essentially has been completely converted to Mn 2+ and the solution is substantially free of MnO 4 -Inonen, the solution flows through a bypass, the cation exchanger KIT, in which the cations are fixed. In the solution remains sulfuric acid and dichromic acid.

Sodann wird erneut der Lösung, die nicht mehr den Kationenaustauscher durchströmt, entsprechend des zu oxidierenden Cr-3-Oxids erneut Permangansäure zugegeben. Eine Zugabe von Schwefelsäure ist nicht erforderlich, sofern die Menge pro kg Lösung entsprechend der Gleichung (7) bzw. (7') berechnet worden ist. Nachdem die Dichromsäure-Konzentration einen vorgegebenen Wert erreicht hat, strömt die Lösung über einen Bypass durch den Anionenaustauscher AIT, in dem in zuvor beschriebener Weise Dichromat-Ionen fixiert werden. In der Lösung verbleibt sodann Schwefelsäure und Hämatit.Then again the solution, which no longer flows through the cation exchanger, according to the to be oxidized Cr -3 oxide again added permanganic acid. An addition of sulfuric acid is not required as long as the amount per kg of solution has been calculated according to Equation (7) or (7 '). After the dichromic acid concentration has reached a predetermined value, the solution flows through a bypass through the anion exchanger AIT, in which dichromate ions are fixed in the manner described above. The solution then leaves sulfuric acid and hematite.

Das Hämatit wird entsprechend der Fig. 4 aus der Lösung abgetrennt. Hierzu wird zunächst Oxalsäure zudosiert (Verfahrensschritt D4). Die Lösung durchströmt einen Kationenaustauscher KIT, wobei das Auflösen des Hämatits und das Fixieren der Fe-Ionen zeitgleich durchgeführt wird. Dieser Verfahrensschritt D4 wird solange durchgeführt, bis kein Eisen mehr ausgetragen wird. Anschließend wird in dem Verfahrensschritt D5 Permangansäure zugegeben, um die Oxalsäure unter Bildung von Kohlendioxid zu zersetzen und das sich bildende Mangansulfat mittels Kationenaustauscher entfernt. In der Lösung verbleibt sodann ausschließlich Schwefelsäure.The hematite is used according to the Fig. 4 separated from the solution. For this purpose, oxalic acid is first added (process step D4). The solution flows through a cation exchanger KIT, the dissolution of the hematite and the fixing of the Fe ions being carried out simultaneously. This process step D4 is carried out until no more iron is discharged. Subsequently, in the process step D5 permanganic acid is added to decompose the oxalic acid to form carbon dioxide and the forming manganese sulfate removed by means of cation exchanger. In the solution then remains only sulfuric acid.

Der Fig. 7 ist rein prinzipiell zu entnehmen, dass reproduzierbar die Oxidschicht schichtweise abgetragen werden kann, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl der durchgeführten oxidativen Dekontaminationsschritte, also dem Zudosieren von HMnO4. Man erkennt, dass Oxidschichtdicken in einer Größenordnung von 0,3 µm bis 0,6 µm pro oxidativem Dekontaminationsschritt abgetragen werden.Of the Fig. 7 In principle, it can be seen that the oxide layer can be reproducibly removed in layers, depending on the number of oxidative decontamination steps carried out, that is to say the metered addition of HMnO 4 . It can be seen that oxide layer thicknesses in the order of 0.3 .mu.m to 0.6 .mu.m are removed per oxidative decontamination step.

In dem Verfahrensschritt D1 erfolgt chemisch eine Umwandlung der schwer löslichen Fe, Cr, Ni-Struktur in leichter lösliche Oxidformen mittels Permangansäure. Das Lösen der umgewandelten Oxidformen erfolgt mit Schwefelsäure. Verfahrenstechnisch wird dies in einem Kreislaufbetrieb K1 (Fig. 6) in einer Schwefelsäure-/Permangansäure-Lösung durchgeführt. Der Kreislaufbetrieb K1 bleibt solange aufrechterhalten, bis die Permangansäure vollständig verbraucht und zu Mn2+ umgewandelt worden ist. Üblicherweise dauert die Umwandlung der Permangansäure zu Mn2+, wenn zu Beginn des Prozesses die Permangansäure-Konzentration auf weniger als 50 ppm, insbesondere im Bereich zwischen 30 und 50 ppm eingestellt wird, 2 bis 4 Stunden. Die Umwandlung der Oxidstruktur sowie das Auflösen der umgewandelten Oxide erfolgt zeitgleich. Die Endprodukte des Auflösungsprozesses sind Sulfatsalze. Nach Abschluss der Phase D1 beginnt die Phase D2. Dabei werden als Sulfatsalze vorliegende Metallkationen über den Kationenaustauscher KIT gefahren und dort fixiert. Bei diesem Tauschervorgang wird das Sulfat wieder freigestellt und steht der Dekontaminationslösung wieder zur Verfügung.In method step D1, the poorly soluble Fe, Cr, Ni structure is converted chemically into slightly soluble oxide forms by means of permanganic acid. Dissolution of the converted oxide forms is carried out with sulfuric acid. In terms of process technology, this is done in a cycle operation K1 ( Fig. 6 ) in a sulfuric acid / permanganic acid solution. The circuit operation K1 remains maintained until the permanganic consumed completely and has been converted to Mn 2+. Typically, if at the beginning of the process the permanganic acid concentration is set to less than 50 ppm, more preferably between 30 and 50 ppm, the conversion of permanganic acid to Mn 2+ takes 2 to 4 hours. The conversion of the oxide structure and the dissolution of the converted oxides takes place at the same time. The final products of the dissolution process are sulfate salts. Upon completion of phase D1, phase D2 begins. Here are present as sulfate salts present metal cations on the cation exchanger KIT and fixed there. In this exchange process, the sulfate is released again and the decontamination solution is available again.

Während der Phase D2 - wie während der Phase D1 - wird der Kreislaufbetrieb K1 unverändert aufrechterhalten und die Zuschaltung des Kationenaustauschers erfolgt im Bypass-Betrieb. Die Reinigungsrate (Durchflussrate) durch den Kationenaustauscher (m3/h) zum Gesamtvolumen des zu dekontaminierenden Systems [m3] wird von der jeweils vorliegenden Systemauslegung des Kernkraftwerks vorgegeben. Der Bypass-Betrieb K2 bei weiterhin bestehendem Kreislaufbetrieb K1 des Kationenaustauschers wird solange durchgeführt, bis sämtliche Kationen auf dem Kationenaustauscher KIT gebunden sind. Die dazu benötigte Gesamtzeit wird durch die zur Verfügung stehende Reinigungsrate vorgegeben.During the phase D2 - as during the phase D1 - the circulation mode K1 is maintained unchanged and the connection of the cation exchanger takes place in the bypass mode. The purification rate (flow rate) through the cation exchanger (m 3 / h) to the total volume of the system to be decontaminated [m 3 ] is specified by the respective system design of the nuclear power plant. The bypass operation K2 in the case of continuing circulation operation K1 of the cation exchanger is carried out until all the cations have been bound to the cation exchanger KIT. The total time required for this is given by the available cleaning rate.

Nach Beendigung der Phasen D1 und D2 ist ein verfahrenstechnischer Haltepunkt vorgegeben. Die weiterführenden Verfahrensschritte orientieren sich am Gesamtoxidgehalt des zu dekontaminierenden Systems. Liegen große Chromanteile in der Oxidmatrix vor, ist es empfehlenswert, die Phasen D1 und D2 zu wiederholen. Dieser Wiederholungsvorgang D1 + D2 kann solange durchgeführt werden, bis die Dichromat-Konzentration in der Dekontaminationslösung einen Wert von z. B. 100 ppm Dichromat erreicht hat. Sodann erfolgt der Verfahrensschritt D3. Zum Zeitpunkt der Phase D3 liegen in der Dekontaminationslösung Schwefelsäure und Dichromsäure vor. Die Dichromsäure wird mittels Bypass-Betriebs eines Anionenaustauschers aus der Lösung entfernt. Während der Phase D3 wird der Kreislaufbetrieb K1 des zu kontaminierenden Systems unverändert weiterbetrieben. Die Zuschaltung des Anionenaustauscher-Kreislaufs K3 erfolgt im Bypass-Betrieb. Auch der Bypass-Betrieb des Kationenaustauscher-Kreislaufes K2 kann weiter betrieben werden. Der Bypass-Betrieb K3 des Anionenaustauschers wird solange durchgeführt, bis die Dichromat-Ionen auf dem Anionenaustauscher AIT gebunden sind. Die dazu benötigte Zeit wird durch die zur Verfügung stehende Reinigungsrate vorgegeben. Der Abbau der Dichromat-Konzentration wird vorteilhaft bis zu einer Endkonzentration von weniger als 10 ppm durchgeführt. Durch Verbleib von geringen Mengen Dichromat in der Lösung bleiben die das Grundmaterial schützenden Eigenschaft des Dichromats erhalten.After completion of the phases D1 and D2 a procedural breakpoint is specified. The further process steps are based on the total oxide content of the system to be decontaminated. If there are large amounts of chromium in the oxide matrix, it is advisable to repeat phases D1 and D2. This repetition procedure D1 + D2 can be carried out until the Dichromate concentration in the decontamination solution has a value of z. B. has reached 100 ppm dichromate. Then the process step D3 takes place. At the time of phase D3, the decontamination solution contains sulfuric acid and dichromic acid. The dichromic acid is removed from the solution by bypassing an anion exchanger. During phase D3, the cycle operation K1 of the system to be contaminated continues to operate unchanged. The connection of the anion exchange circuit K3 takes place in bypass mode. The bypass operation of the cation exchange circuit K2 can continue to operate. The bypass operation K3 of the anion exchanger is carried out until the dichromate ions are bound to the anion exchanger AIT. The time required for this is given by the available cleaning rate. The degradation of the dichromate concentration is advantageously carried out to a final concentration of less than 10 ppm. The presence of small amounts of dichromate in the solution preserves the basic protective property of the dichromate.

Nach Beendigung der Phase D3 ist ein verfahrenstechnischer 2. Haltepunkt vorgegeben. Im Zuge des Haltepunkts 2 wird unter Einbeziehung der nachfolgend beschriebenen Betrachtung das weitere Vorgehen festgelegt. Die weiterführenden Verfahrensschritte orientieren sich am Gesamt-Oxid-Inventar des zu dekontaminierenden Systems. Liegt ein großes Oxid-Inventar vor, muss vor Beginn des Hämatit-Schritts die Verfahrenssequenz D1 bis D3 mehrfach wiederholt werden, wobei die Anzahl der Sequenzen D1 bis D3 vorzugsweise auf einen maximal 4-maligen Durchlauf begrenzt ist. Der als Phase D4 zu bezeichnende Hämatit-Schritt bewirkt, dass das im oxidativen Dekontaminationsschritt entstandene Hämatit Fe2O3 in einer Schwefelsäure-Oxalsäurelösung gelöst wird. Zeitgleich erfolgt ein Fixieren des gelösten Eisens am Kationenaustauscher KIT. Schwefelsäure und Oxalsäure werden von Beginn an durch Kationenentzug wieder freigestellt und stehen dem Hämatit-Auflösungsprozess laufend zur Verfügung. Während der gesamten Phase D4 wird sowohl der Kreislaufbetrieb K1 des zu dekontaminierenden Systems als auch der Kationenaustauscher-Kreislauf K2 betrieben. Die Einbindung des Kationenaustauscher-Kreislaufs K2, in dem das Eisen fixiert wird, erfolgt im Bypass-Betrieb. Die Hämatit-Auslösephase, also die Phase D4, wird solange durchgeführt, bis kein nennenswerter Eisenaustrag mehr erfolgt.After completion of phase D3 a procedural 2nd breakpoint is specified. In the course of breakpoint 2, the further procedure is determined, taking into account the consideration described below. The further process steps are based on the total oxide inventory of the system to be decontaminated. If there is a large oxide inventory, the process sequence D1 to D3 must be repeated several times before the beginning of the hematite step, wherein the number of sequences D1 to D3 is preferably limited to a maximum of 4 passes. The hematite step, to be referred to as phase D4, causes the hematite Fe 2 O 3 formed in the oxidative decontamination step to be dissolved in a sulfuric acid-oxalic acid solution. At the same time, the dissolved iron is fixed on the cation exchanger KIT. Sulfuric acid and oxalic acid are released from the beginning by removal of cations and are constantly available for the hematite dissolution process. During the entire phase D4, both the circulation operation K1 of the system to be decontaminated and the cation exchange circuit K2 are operated. The integration of the cation exchange circuit K2, in which the iron is fixed, takes place in bypass mode. The hematite initiation phase, ie phase D4, is carried out until no appreciable iron discharge occurs.

Im anschließenden Verfahrensschritt D5, bei dem Schwefelsäure und Oxalsäure vorliegt, wird die Oxalsäure oxidativ zu CO2 abgebaut. Der oxidative Abbau erfolgt mittels HMnO4. Dabei wird ausschließlich der Kreislauf K1 betrieben, ohne dass der Kationenaustauscher K2 oder der Anionenaustauscher K3 durchströmt wird. Nach dem Abbau der Oxalsäure liegen in der Lösung Schwefelsäure und Mn-Sulfat vor. Erst nach erfolgtem Abbau wird das Mn2+ mittels Zuschaltens des Kreislaufes K2 auf Kationenaustauscher gebunden.In the subsequent process step D5, in which sulfuric acid and oxalic acid is present, the oxalic acid is oxidatively degraded to CO 2 . The oxidative degradation takes place by means of HMnO 4 . In this case, only the circuit K1 is operated without passing through the cation exchanger K2 or the anion exchanger K3. After the degradation of the oxalic acid, sulfuric acid and Mn sulfate are present in the solution. Only after the degradation has taken place is the Mn 2+ bound to the cation exchanger by switching on the circulation K 2.

Nach Beendigung des Hämatit-Schrittes ist ein verfahrenstechnischer Haltepunkt 3 vorgegeben. Im Zuge des Haltepunkts 3 wird das weitere Vorgehen festgelegt. Die weiterführenden Verfahrensschritte orientieren sich am Gesamtoxid-Inventar des zu dekontaminierenden Systems. Liegt ein großes Oxid-Inventar vor, müssen die Verfahrensschritte D1 bis D5 solange wiederholt werden, bis das gewünschte Dekontaminationsergebnis (Dosisleistungs-Reduktion) erreicht worden ist. Trifft dies zu, wird der Endreinigungsschritt durchgeführt. Chemisch bedeutet dies, dass Schwefelsäure aus dem System entfernt wird. Dies wird mittels AnionenaustauscherHarzen durchgeführt D6. Während des Verfahrensschrittes D6 wird sowohl der große Kreislaufbetrieb K1 des zu dekontaminierenden Systems als auch der Anionenaustauscher-Kreislauf K3 betrieben. Der Bypass-Betrieb K3 des Anionenaustauschers wird solange durchgeführt, bis die Sulfationen auf dem Anionenaustauscher AIT gebunden sind. Die dazu benötigte Gesamtzeit wird durch die zu Verfügung stehende Reinigungsrate vorgegeben.After completion of the hematite step, a procedural breakpoint 3 is specified. In the course of the stop 3 the further procedure is determined. The further process steps are based on the total oxide inventory of the system to be decontaminated. If there is a large amount of oxide inventory, process steps D1 to D5 must be repeated until the desired decontamination result (dose rate reduction) has been achieved. If so, the final cleaning step is performed. Chemically, this means that sulfuric acid is removed from the system. This is done by means of anion exchange resins D6. During process step D6, both the large cycle operation K1 of the system to be decontaminated and the anion exchange cycle K3 are operated. The bypass operation K3 of the anion exchanger is carried out until the sulfate ions are bound to the anion exchanger AIT. The total time required for this is given by the available cleaning rate.

Die Wiederholung der einzelnen Phasen D1 bis D6 für sich allein erfolgt nicht. Vielmehr werden die Verfahrensschritte D1 + D2 bzw. D1 + D2 + D3 bzw. D1 + D2 + D3 +D4 bzw. D1 + D2 + D3 + D4 + D5 mehrfach wiederholt.The repetition of the individual phases D1 to D6 alone does not take place. Rather, the method steps D1 + D2 or D1 + D2 + D3 or D1 + D2 + D3 + D4 or D1 + D2 + D3 + D4 + D5 are repeated several times.

Claims (18)

  1. Method for decomposing an oxide layer containing chromium, iron, nickel, and optionally zinc and radionuclides using an aqueous oxidative decontamination solution containing permanganic acid and a mineral acid, flowing in a circuit (K1), wherein the oxidative decontamination solution is adjusted to a pH ≤ 2.5, especially for decomposing oxide layers deposited on the interior surfaces of areas or components of a nuclear power plant,
    wherein
    the oxidation of the oxide layer and its dissolution takes place in a single treatment step with the aid of the aqueous decontamination solution, that sulfuric acid is used as the mineral acid for adjusting the pH, and that after degradation of the permanganic acid, while maintaining the flow in the circuit,
    the solution flows over a bypass line of the circuit to a cation exchanger in which divalent cations and divalent radionuclides present in the solution are fixed with simultaneous liberation of sulfate and dichromate anions.
  2. Method according to claim 1,
    wherein
    after enriching the solution with dichromic acid at a predetermined concentration, especially 300 ppm or less, preferably 100 ppm or less, the solution flows over a bypass line to an anion exchanger in which the dichromate is fixed with simultaneous liberation of the SO4 - ions.
  3. Method according to claim 1 or 2,
    wherein
    the quantity of anion exchange resin used is selected based on the quantity of dichromate ions to be fixed.
  4. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    the permanganate concentration in the oxidative decontamination solution is set such that when the prespecified dichromate ion is reached, the permanganate ions are consumed by chemical oxidation reactions, wherein in particular the following relation applies:

            Total demand of HMnO4 [kg] = Cr-III load [kg] x U

    with 1.35 ≤ U ≤ 1.40, especially U = 1.38.
  5. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    the quantity of sulfuric acid to be used can be calculated according to the pH in the oxidative decontamination solution depending on the permanganic acid to be used and the permanganic acid quantity requirement can be calculated based pm the expected amount of chromium to be oxidized according to the equations

            pH = X - [ (mg/kg HMnO4 used) x 9E-05 ]     Equation (6)

    with 2.0 ≤ X ≤ 2.2, especially X = 2.114
    and

            mg/kg H2SO4 = Y x pH-z     Equation (7)

    with 16 ≤ Y ≤ 18, especially Y = 16.836
    and 4.5 ≤ Z ≤ 6.5, especially Z = 5.296,
    if the dissolved cations in the oxidative decontamination solution are not taken into consideration, or

            mg /kg H2SO4 = [YxpH.2]+[(K1*F1) + (K2F2)+......(Kn*Fn)]     Equation (7')

    if the dissolved cations in the oxidative decontamination solution are taken into consideration,
    wherein 16 ≤ Y ≤ 18, especially Y = 16.836 and 4.5 ≤ Z ≤ 6.5, especially Z = 5.296, and F1, F2 ... Fn is the specific factor of the respective cations.
  6. Method according to claim 5,
    wherein
    the specific factor (F) for the cations below is determined as follows: following
    - F1 (Fe-II) between 1.70 and 1.74, especially 1.72
    - F2 (Fe-III) between 2.55 and 2.61, especially 2.58
    - F3 (Ni-II) between 1.62 and 1.66, especially 1.64
    - F4 (Zn-II) between 1.45 and 1.50, especially 1.47
    - F5 (Mn-II) between 1.70 and 1.80, especially 1.75.
  7. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    in the oxidative decontamination solution, the permanganic acid is set at a maximum concentration of 150 ppm, preferably 50 ppm.
  8. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    after the hematite present in the oxidative decontamination solution after fixation of the dichromate in the anion exchanger is dissolved by addition of a carboxylic or dicarboxylic acid, especially oxalic acid, and the dissolved Fe cations are bound in a cation exchanger.
  9. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    the oxalic acid concentration should be set at a value of between 50 ppm and 1000 ppm, especially a maximum of 100 ppm.
  10. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    oxalic acid remaining in the oxidative decontamination solution after complete removal of the Fe ions is decomposed with permanganic acid, forming CO2 and Mn2+, and the Mn2+ ions are fixed on the cation exchanger.
  11. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    the permanganic acid concentration is set such that an oxide layer with a thickness of between 0.3 µm and 0.6 µm is removed until the permanganic acid is completely consumed wherein preferably the thickness of the oxide layer to be removed is governed by the quantity of permanganic acid used.
  12. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    the oxidative decontamination step (D1, D2, D3) is performed at a temperature between 60°C and 120°C, particularly preferably between 95°C and 105°C.
  13. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    the removal of the hematite is performed at a temperature between 60°C and 120°C, particularly preferably between 95°C and 105°C.
  14. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    the sulfuric acid in the oxidative decontamination step is regenerated by withdrawing the Mn-II- /Fe-II- /Fe-III- /Ni-II ions using a cation exchanger.
  15. Method according to at least one of the preceding claims,
    wherein
    the dichromic acid forming during the degradation of the oxide layer is actively involved in the decontamination process.
  16. Method according to at least claim 1,
    wherein
    the oxide layer formed on the inner surfaces of a coolant circuit of a nuclear power plant or the components thereof is oxidized in layers and dissolved by circulating permanganic acid and sulfuric acid (D1), that after complete consumption of the permanganic acid, with the circulation continuing, the oxidative decontamination is carried over a bypass through a cation exchanger for binding the divalent Fe, Ni, Zn and Mn cations present in the solution (D2), that then permanganic acid is again added to the oxidative decontamination solution, especially to re-establish the initial concentration, that previous process steps (D 1, D2) are repeated to an extent until a preset dichromic acid value is present in the oxidative decontamination solution, that then, while continuing the circulation, the solution is sent over a bypass line to an anion exchanger for binding the dichromate (D3), that previous process steps (D1, D2, D3) are repeated to an extent until a preset thickness of the oxide layer has been removed, that then in a subsequent process step (D4), by adding a carboxylic or dicarboxylic acid such as oxalic acid, the circulating sulfuric acid solution containing carboxylic or dicarboxylic acid such as oxalic acid is conveyed over a bypass through a cation exchanger in which iron ions are bound with simultaneous liberation of carbonate or dicarbonate or oxalate and sulfate ions.
  17. Method according to claim 16,
    wherein
    oxalic acid is used as the dicarboxylic acid and after complete removal of the iron ions, the oxalic acid is oxidized to carbon dioxide with permanganate, and the Mn2+- ions formed are fixed on cation exchangers.
  18. Method according to at least claim 1 or claim 16,
    wherein
    at the beginning of degradation of the oxide layer, the pH is adjusted with sulfuric acid and no more sulfuric acid is added during the degradation of the oxide layer and performance of the further process steps wherein preferably the pH is adjusted with sulfuric acid to a value < 2.2, especially ≤ 2.0.
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