WO1984000440A1

WO1984000440A1 - Procede de traitement d'elements de combustibles apres leur extraction du coeur d'un reacteur

Info

Publication number: WO1984000440A1
Application number: PCT/EP1983/000168
Authority: WO
Inventors: Franz Joseph Gattys
Original assignee: GATTYS TECHNIQUE SA
Current assignee: GATTYS TECHNIQUE SA
Priority date: 1982-07-06
Filing date: 1983-07-04
Publication date: 1984-02-02
Anticipated expiration: 1986-01-04
Also published as: DE3225199A1; EP0112875A1

Description

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Verfahren zur Aufbereitung von abgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von ausge brannten Brennelementen aus Kernreaktoren, bei dem die Brennele mente in heißer Salpetersäure gelöst und die Lösung nach Abtren nung fester Verunreinigungen sowie der anderweit wiederverwend¬ baren Uran- und Plutoniumbestandteile zunächst einer Aufkonzen- trierung und Denitrierung unterworfen wird sowie die Verwertung der Aufbereitungsprodukte.

Bei den bekannten Verfahren dieser Art erfolgt im Anschluß an d Denitrierung eine Vortrocknung sowie anschließend eine Kalzinie rung der aus der Lösung ausgefällten und abgetrennten, im wesen lichen von Alkali- und Erdalkalinitraten bestehenden hochradioaktiven Bestandteile, bei die Kalzinierung entweder in einem Fließbettkalzinator oder einem Sprühkalzinator oder einem Dünnschicht- alzenkalzinator be Temperaturen zwischen 400 und 600 C erfolgt. Die Nachteile die ses Aufarbeitungsverfahrens bestehen- insbesondere darin, daß dur die hohen Kalzinierungstemperaturen vor allem bei der Sprühkalzi

f OMPI nierung, jedoch auch bei den anderen beiden Kalzinierungsverfahr eine starke Staub- und Aerosolbildung auftritt, die einerseits z erheblichen Verdampfungs- und Sublimatioπsverlusten vor allem an den hochaktiven Bestandteilen Gaesium 137 und Rubidium 106 sowie andererseits zu einer erheblichen Belastung der Apparaturen, ins besondere deren Dichtungen und Abgasfilter führt. Die derart kal zinierten, nunmehr in αxidischer Form vorliegenden hochaktiven Materialien werden anschließend in eine Glasmatrix und diese wie derum zur Endlagerung in eine Bleischmelze eingeschmolzen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zu Aufbereitung von abgebrannten Brennelementen bzw. zur Gewinnung anderweit wiederverwendbarer Materialien aus abgebrannten Brenn elementen, wobei die Nachteile der bekannten Verfahren, nämlich ^■■ die Staub- und Aerosolbildungen im Verlauf des Aufbereitungsver- fahrens und die sich hieraus ergebenden nachteiligen Folgen ver¬ mieden sind. Die Erfindung besteht darin, daß die Denitrierung i mehreren Stufen zur selektiven Abtrennung der Lösungsbestandteil erfolgt und die derart isolierten hochaktiven Lösungsbestandteil zu Pellets granuliert werden.

Durch die Erfindung ist ein Aufarbeitungsverfahren für abgebran te Brennelemente geschaffen, mit dessen Hilfe zunächst die inak¬ tiven Bestandteile, insbesondere Edelmetalle und anschließend di hochaktiven Bestandteile ausgefällt und damit getrennt zurückgewonnen und die hochaktiven

Materialien in eine Form gebracht werden, die entweder eine ande weitige Verwertung direkt oder nach Einschmelzung in eine Glasma trix oder aber auch eine weitere Vorbereitung zur Endlagerung er i -

möglicht. Eine Kalzinierung der Materialien mit ihren nachtei¬ ligen Auswirkungen ist nicht erforderlich oder kann in einer stark verminderten, die beschriebenen Nachteile vermeidenden F durchgeführt werden. Die Denitrierung erfolgt vorteilhaft in ei ner ersten Stufe mit Hilfe von Ameisensäure und nach Abscheidun der auf diese Weise ausgefällten Edelmetalle, insbesondere Rhute nium und Silber, in einer zweiten Stufe mit Hilfe von Parafor a dehyd oder Oxalsäure zum Zwecke der Reduzierung der Alkali- und Erdalkalinitrate. Hierbei erfolgt die Denitrierung der zweiten Stufe bei Verwendung von Paraformaldehyd vorteilhaft in Anwesen heit von Kaliumhydrogensulfat als Katalysator. Es wird weiterhi vorteilhaft die Lösung vor der Denitrierung neutralisiert, wobe zweckmäßig die Neutralisierung für den Fall, daß die Weiterver¬ arbeitung der hergestellten Pellets durch Einschmelzen in eine Glasmatrix vorgesehen ist, mit Hilfe von glasbildenden alkalisc Materialien erfolgt.

Die Pelletisierung kann in der Weise erfolgen, daß die hochakti Abfa llflüssigkeit nach Abtrennung der nicht aktiven Edelmetall bestandteile unmittelbar mit Hilfe von radioaktiv neutralen Fül materialien, wie Asche oder anderweit pulverförmige Abfallmater alien, in eine Mengenverhältnis gemischt wird, daß der Wasserge halt der Mischung zwischen 8 und 15 Gew.?ό beträgt, worauf die Mischung einem Pelletisiervorgang unterworfen wird. Es können j doch in einer anderen Ausführungsform des Verfahrens der Erfin¬ dung die hochaktiven Feststoffe nach der zweiten Denitrierungs- stufe aus der Abfall-Lösung abgetrennt und mit fein gemahlener Glasfritte im Verhältnis 20:80 gemischt und in an sich bekannter Weise in einer Pelletisiereinrichtung granuliert werden.

Sofern es sich bei den eingesetzten Materialien um mit Wasser ni oder nur schwer pelletisierbare oder nach Trocknung wiederum zer fallende Materialien handelt wird vorteilhaft das zu pelletisie- rende Material mit einer mit Wasser zu einer wasserunlöslichen Verbindung umreagierenden mineralischen Substanz, insbesondere e nem Hydroxid eines Metalls der II. Haupt- und Nebengruppe des pe riodischen Systems, in einer eine Mikrofilmschicht auf den Mate¬ rialkörnern ergebenden Menge innig gemischt und die so gewonnene Mischung anschließend unter Zugabe von Pelletisierungsflüssigkei in an sich bekannter Weise agglomeriert. Auf diese Weise können auch aus an sich nicht pelletisierbaren oder in trockenem Zustan nicht klebenden Materialien dauerhaft stabile Pellets gewonnen werden.

Die in dieser Weise hergestellten Pellets können zur Endablageru weiterverarbeitet werden in der Weise, daß sie direkt in eine niedrigschmelzende Bleilegierung eingeschmolzen werden. Es könne jedoch auch die Pellets zu Glas- oder Keramikkörpern aufgeschmol zen werden, wobei den in den Schmelzofen eingebrachten Pellets g gebenenfalls für die Glas- bzw. Keramikherstellung fehlenden Ma¬ terialbestandteile als Glasfritte gesondert zugegeben werden kön nen.

Es werden auf diese Weise aus den bisher als Abfallmaterialien b

f OM handelten und als Endlagerungsprodukte erhebliche Probleme be¬ reitenden Brennelementen nicht nur die inaktiven wertvollen Ede Metalle zurückgewonnen, sondern darüber hinaus aus den hochakti ven Materialien Produkte geschaffen, die mit großem Erfolg ande weitig eingesetzt werden können, etwa bei der Hygienisierung vo Klärschlämmen oder Gewinnung von Niedrigtemperaturwärme.

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufbereitung von abgebrannten Brennelemen aus Kernreaktoren, bei dem die Brennelemente in heißer Salpeter säure gelöst und die Lösung nach Reinigung von festen Verunreini gungen und Abtrennung von wiederverwendbarem Uran- und Plutonium bestandteilen zunächst einer Aufkonzentrierung und Denitrierung unterworfen sind dadurch gekennzeichnet, daß die Denitrierung in mehreren Stufen zu selektiven Abtrennung der Lösungsbestandteil erfolgt, worauf die anfallenden Abfalloxide zu Pellets granulie werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d Denitrierung in einer ersten Stufe mit Hilfe von Ameisensäure u nach Abscheidung der hierdurch ausgefällten Edelmetalle in eine zweiten Stufe zur Reduzierung der Alkali und Erdalkalinitrate m Hilfe von Paraformaldehyd oder Oxalsäure erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß d Denitrierung mit Hilfe von Paraformaldehyd in Anwesenheit von Kaliumhydrogensulfat als Katalisator erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geken zeichnet, daß die Abfall-Lösung vor der Denitrierung neutralisie wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß d Neutralisierung mit glasbildenden alkalischen Materialien erfol

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die hochaktive Abfall-Lösung mit Hilfe von radioaktiv neutralen Füllmaterialien, beispielsweise Asche oder anderweitige pulverförmige Abfallmaterialien derart gemischt wi daß das resultierende Material einen Wassergehalt zwischen 8 un 15 Gew.-._ besitzt, worauf es einem Pelletisiervorgang unterworf wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch geke der zeichnet, daß die Feststoffe aus/Abfall-Lösung abgetrennt und m fein gemahlener Glasfritte im Verhältnis 20 : 80 gemischt und i an sich bekannter Weise in einer Pelletisiereinrichtung granulie werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das zu pelletisirende Material mit einer mit Wasser zu einer wasserunlöslichen Verbindung umreagierenden mine ralischen Substanz, insbesondere einem Hydroxid eines Metalls der II. Haupt- oder Nebengruppe des periodischen Systems, in ei¬ ner eine Mikrofilmschicht auf den Materialkörnern ergebenden Men ge innig gemischt und die so gewonnene Mischung anschließend un- ter Zugabe von Pelletisierflüssigkeit in an sich bekannter Weise agglomeriert wird. _. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Pellets direkt in eine niedrigschmelzende Bleilegierung eingeschmolzen werden.

5 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Pellets zu Glas- oder Keramikkörpern auf¬ geschmolzen werden.

11. Verfahren nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß 10 den eingebrachten Pellets gegebenenfalls für die Glasherstεllun fehlende Materialbestandteile als Glasfritte gesondert in den Schmelzofen eingeführt werden.

12. Verwendung der Glas- bzw. Keramikkörper nach Anspruch 10 -*I5 11 in loser Schütte zur Hygienisieruπg von Klärschlamm.

13. Verwendung der Glas- bzw. Keramikkörper nach Anspruch 10 oder 11 in loser Schütte zur Gewinnung von Niedrigtemperaturwär

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