DE1920301A1

DE1920301A1 - Verfahren zur Gewinnung nuklearreiner Uranverbindungen

Info

Publication number: DE1920301A1
Application number: DE19691920301
Authority: DE
Inventors: Ploeger Dipl-Chem Dr Fritz; Pirk Dipl-Ing Hans; Vietzke Dipl-Chem Dr Horst
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1969-04-22
Filing date: 1969-04-22
Publication date: 1970-12-10
Also published as: FR2039338B1; SE352614B; FR2039338A1; DE1920301C3; ES370362A1; DE1920301B2

Description

-HVKEM-.

Nuklear-Chemie und -Metallurgie Gesellschaft m.b.H.

Wolfgang b. Hanau

Verfahren zur Gewinnung nuklearreiner Uranverbindungen.

Das Verfahren der Erfindung bezieht sich auf die Abtrennung von typischen Verunreinigungen des Urans durch Anwendung der Fällung des Urans als (NH. )^ C^ü02-l ^0-)- ^aus UTanylSalzlösungen.

Bei der Darstellung nuklearreiner Uranverbindungen haben sich bis heute wenige Verfahren bewährt. UbIioh sind Reinigungsschritte über die FlUssig-Plüssig-Extraktion.oder in Verbindung alt diesen Ionenaustauschverfahren oder die Rektifikation binärer Halogenide des Urans.

Während die Flüssig-Flüssig-Extraktion bei der Reinigung des Urans aus Uranerzkonzentraten, bei der Reinigung von Fabrikationsschrotten und bei der Aufarbeitung bestrahlten Brennstoffes angewandt wird, haben thermische Trennverfahren (Rektifikation, Sublimation, Adsorption) Bedeutung bei der Reindarstellung von Hexafluorid für Anreicherungszweoke bzw. für die Verfahren der trookenen Aufarbeitung bestrahlten Brennstoffes.

Sie alle berückelohtigen eine Vielzahl von chemischen Verunreinigungen, z.B. als Bestandteile von Uranerzkonzentraten oder Fabrikationsabfällen oder typisohen Spaltproduktelementen. .In derartigen Fällen ist die Anwendung eines wirkungsvollen Verfahrens unumgänglich·

Ea wurde nun gefunden, dass In vielen Fällen, insbesondere bei Fabrikationsabfällen der Kernbrennstoff- und Kernbrennelement-

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fertigung, auf die Zwischenschaltung eines obengenannten aufwendigen Reinigungssohrittes verzichtet werden kann, wenn diese z.B. in Salpetersäure aufgelösten Abfälle nach Filtration der Uranylni trat lösung einer Ammoniumuranylcarbonat-Fälliiiig unterworfen werden. Dabei werden typische Verunreinigungen, wie nachfolgende Beispiele 1 und 2 zeigen, derart abgetrennt, wie sie teilweise besser auch z.B. durch Flüssig-Fliissig-Extraktion nicht abgetrennt werden können.

Der wirtschaftliche Vorteil dieses erfindungsgemässen Verfahrens liegt eindeutig in der Einsparung eines zusätzlichen, apparativ aufwendigen und arbeitsintensiven Reinigungsschrittes, der insbesondere durch die in der Praxis seist zahlreichen aber kleineren Mengen aufzuarbeitender Abfälle besonderes gewicht erhält, da mit jeden durch Auftrag oder Anreicherungsgrad bedingten Wechsel umfangreiche Anlagenreinigungen und bei Extraktionen das Auswechseln des Extraktionsmittels unter umständen verbunden sind.

Bei der Herstellung von Hexafluorid aus Uranerzkonzentraten wird bei den bisher bekannten Verfahren die Abtrennung der Verunreinigungen von Uran entweder durch Reinigungsextraktion oder im Falle eines moderneren trockenchemischen Verfahrens durch Verflüchtigung von Verunreinigungen in den einzelnen Verfahrensstufen erreioht, wobei die schwierige Abtrennung von Molybdän und Vanadin durch Rektifikation des Hexafluoride erfolgt. Auch die letzteren Elemente werden gemäss der vorliegenden Erfindung besonders wirkungsvoll abgetrennt, wie die nachfolgenden Beispiele 3 und k zeigen. Von grosses Vorteil ist auch die hervorragend gute Abtrennung von Natrium auch bei relativ hohen Konzentrationen, da Natriumuranatkonzentrate kostspielige Vorbehandlungen bei trookenohemisehen Verfahren der Hexafluoridher·teilung notwendig machen. Aus den Ergebnissen dieser Unter-

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suchungen ergibt sich, dass die Herstellung von Hexafluorid aus Uranerzkonzentraten mit einer Ammoniumuranylcarbonat-Fällung beginnen könnte. Dabei mag es indessen noch wirtschaftlicher sein, dieses Fällprodukt als Endstufe der Uranerzkonzentrierung zu erzeugen.

Die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bringt wirtschaftliche Vorteile durch Einsparung kostspieliger Verfahrensstufen und erlaubt bessere Reaktionsführungen. Das Fällungsprodukt mit seinen bekannten guten Pulvereigenschaften macht die normalerweise nötige Konditionierung des Uranerzkonzentrates Überflüssig. Die Pulvereigenschaften ermöglichen gute Umsetzbedingungen zu Urandioxid, Urantetrafluorid und Hexafluorid durch hohe Reaktionsgeschwindigkeiten bei guten Raum-Zeit-Umsätzen und niedrigen Temperaturen sowie geringen Überschüssen an Reaktionspartnern z.B. in Wirbelschichtöfen.

Die Anwendung der Ammoniumuranylcarbonat-Fällung bringt auch insofern wesentliche Vorteile,, als unvermeidlich anfallender Fabrikationsschrott eine sofortige direkte Rückführung gestattet, wodurch das Gesamtverfahren technisch wesentlich vereinfacht und wirtschaftlich deutlich verbessert wird.

Die Spezifikationen für aufgearbeitetes angereichertes Uran, das den Anreicherungsanlagen zurückgeführt wird, sind für die Elemente Titan, Tantal, Niob, Antimon und Ruthenium besonders eng. Im allgemeinen ist für jedes Element die Grenze auf 1 ppm festgesetzt.

Beispiel 5 zeigt auch hier die gute Reinigungswirkung duroh die Anwendung der Fällung ale Ammoniumuranyloarbonat.

' 0 0 9850/175 2

Bei allen Untersuchungen wurde der naoh dem erfindungsgemässen Verfahren erzielte Reinigungseffekt sowohl für üranylsalzlösungen aus sulfatischen, nitrathaltigen, flüoridischen und chloridischen Lösungen gefunden.

Beispiel 1

Einer Uranylnitratlösung mit 400 g U/l und einem Säureüberschuss von 0,2 m Salpetersäure wurden definierte Mengen Verunreinigungen zugesetzt. Die nicht abgetrennten Verunreinigungen wurden im Atnmoniumuranyloarbonat-Niederschlag (AUC) wie folgt gemessen:

Element	Zusatz in ppm	ppm gefunden im AUC
	bezogen auf Uran	bezogen auf Uran
Bor	50	0,21
Vanadium	55	--3
Kupfer	20	-CO,3
Chrom	60	■<3
Thorium	1000	52
Riosphor	100	3
Beispiel 2

Ein Urandioxid-Sohleifschlamm aus den Schleifabfällen von Ürandioxid-Sinterkörpern wurde in geringer Überschüssiger Salpetersäure gelöst und nach Filtration vom Unlöslichen als AUC-Niederschlag ausgefällt.

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Urandioxid-Schlelfschlamm	In ppm
Angaben	auf Uran
bezogen	10
Bor	310
Elsen	13000
Silizium

AUC-Fällung Angaben in ppm bezogen auf Uran

^0,08 76 17

Beispiel 3

Ein Uran-Konzentrat wurde zu einer Konzentration von 400.g Uran/ Liter und 0,2 m freier Säure in Salpetersäure gelöst. Das Uran wurde nach Filtration der Uranylnitratlbsung als AUC ausgefüllt.

Die Verunreinigungen wurden sowohl im AUC-Niedersohlag bestimmt und mit den Werten verglichen, die duroh Extraktion mit Tri-nbutylphosphat an identischem Ausgangsmaterial erhalten wurden.

Konzentratverunreinigung in %
bezogen auf Uran

Bor	0,001
Kalzium	0,1
Chlor	0,01
Kupfer	0,01
Elsen	0,06
Molybdän	0,02
Natrium	5,o*
P0_%	0,02

ppm im AUC	ppm nach Extraktion
bezogen auf Uran	bezogen auf Uran
«£0,08	0,1
900	-^ 20
-£0,3	2,7
53	-^12
■. -ώ. ι	*£. 1
42	20
12	^3

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Konzentratverunreinigung in % bezogen auf Uran

ppm im AUC ppm nach Extraktion bezogen auf Uran bezogen auf Uran

SiO₂	0,09
Thorium	0,01
Titan	0,01
V₂O₅	0,01
Zirkonium	0,01
Beispiel 4

18

<0,2
0,8
,2

12

1,4 30

Ein Konzentrat wurde mit Schwefelsäure zu einer Uranylsulfatlösung aufgelöst. Nach Filtration der Lösung wurde das Uran als AUC ausgefällt und die Verunreinigungen im Niederschlag bestimmt.

Konzentratverunreinigung in % bezogen auf Uran

Verunreinigungen im AUG in ppB bezogen auf Uran

Kalzium	0,1
Eisen	0,0550
Molybdän	0,2
Natrium	8,4
Thorium	0,0046
Zirkonium	0,3
Vanadium	0.0278

63 80

^10

105

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Beispiel 5

Einer Uranylnitratlosung mit 400 g Uran/Liter wurden definierte Mengen (jeweils 10 ppm) der Elemente Titan, Tantal, Niob, Antimon, Ruthenium zugesetzt und das Uran aus dieser Lösung als Ammoniutnuranylcarbonat abgeschieden. Im AUC-Niederschlag wurden die zugesetzten Verunreinigungen bestimmt:

Titan=0,2 ppm, Tantal= 1,0 ppm, Niob = 0,2 ppm, Antimon s 0,5 PP«, Ruthenium = 1 ppm.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Abtrennung von Verunreinigungen aus Uranverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Uran als Ammoniumuranylcarbonat aus einer wässrigen Lösung gefällt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fällung aus Uranylsalzlösungen mit ca. 400 g Uran/Liter,vorzugsweise zwischen 200 und 450 g Uran/Liter, erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2_f dadurch gekennzeichnet, dass als Fällungsmittel Ammoniumcarbonat, Ammoniumbicarbonat oder gasförmiges Ammoniak und Kohlensäure verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fällungsteraperatur von ι
40 und 6o°C, angewandt wird.

eine Fällungsteraperatur von ca. 50⁰C, vorzugsweise zwischen

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Ammoniumuranylcarbonat im pH-Bereich 7,5 bis 9» vorzugsweise zwisohen 8 bis 8,5, ausgefällt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fällung aus einer wässrigen Uranylnitratlösung erfolgt.

Frankfurt/Main, 16.4.. I969
Schn/Bi

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