AT215961B - Verfahren zur Reduktion des Plutoniums, insbesondere in Verbindung mit der Trennung des Plutoniums von Uran - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Reduktion des Plutoniums, insbesondere in Verbindung mit der Trennung des Plutoniums von Uran 
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des Plutoniums-insbesondere in Verbindung mit der Trennung des Plutoniums von Uran-bei der das 4wertige Plutonium in 3wertiges Plutonium umgewandelt wird. 



   Bei der Aufarbeitung von Brennstoffstäben eines Uran-Reaktors benutzt man zur Trennung des Plutoniums von dem nicht ausgenutzten Uran und den diese beiden Stoffe begleitenden Spaltprodukten die Löslichkeitsunterschiede der durch den Angriff des Brennstoffes mittels konzentrierter, kochender Salpetersäure entstandenen Nitrate in einem selektiven Lösungsmittel. Da die Nitrate des Uranyls mit der UranWertigkeit 6 und des Plutoniums mit der Wertigkeit 4 in Tributylphosphat-das beispielsweise als selektives Lösungsmittel verwendet   wird-löslich,   die Nitrate der Spaltprodukte unter diesen gleichen Bedingungen aber nur sehr wenig löslich sind, können diese dadurch zum grossen Teil abgeschieden werden. 



   Um das Plutonium von dem Uran zu trennen, nutzt man die Tatsache aus, dass das Plutonium leicht bis zur Wertigkeit 3 reduziert werden kann und dass dann sein Nitrat in dem Lösungsmittel Tributylphosphat nur sehr wenig löslich ist. Es genügt dann ein Extrahieren mit Wasser, um es abzutrennen. 



   Praktisch erfolgt das Extrahieren des Plutonium-Nitrats des 3wertigen Plutoniums jeweils nach und nach entsprechend dem Fortschritt der Reduktion des Nitrats des 4wertigen Plutoniums durch die wässerige Lösung des Reduktionsmittels, die man mit der organischen Lösung der Nitrate in Kontakt bringt. Das Uranyl-Nitrat bleibt zum grösseren Teil in dem organischen Lösungsmittel zurück. 



   Diese Reduktion kann mit Hilfe einer wässerigen Lösung des Hydrazins oder des Hydroxylamins durchgeführt werden ; in diesem Falle ist jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit nur so gering, dass sich dieses Verfahren im technischen Massstab nur in räumlich grossen Anlagen oder Einrichtungen durchführen lässt, wobei man durch die Menge des zu behandelnden Materials die geringe stündlich erzielbare Ausbeute der Reaktion kompensieren muss. In Anbetracht der Aktivität der hier zu behandelnden Stoffe ist es jedoch mit Rücksicht auf die kritischen Mengen gefährlich, grössere Mengen dieser Nitrate zusammenzubringen. 



  Um technisch mit Anlagen oder Einrichtungen geringer Abmessung auskommen zu können, muss man die Reaktion beschleunigen, was man normalerweise durch Zugabe von Ferrosalzen, beispielsweise von Ferrosulfamat, erreicht, das bei dieser Reduktion als Katalysator wirkt. 



   Man kann diese Reduktion auch mit Ferrosulfat ohne irgendein anderes Reduktionsmittel durchführen. 



   Diese bekannten Reduktionsmethoden oder-verfahren gestatten zwar die Trennung des Plutoniums und des Urans unter einigermassen günstigen Bedingungen ; sie weisen aber den Nachteil auf, dass das Plutonium durch Eisen verunreinigt wird. Während der weiteren Behandlungsmassnahmen, die sich an die Reduktion anschliessen, bereitet dieses Eisen Schwierigkeiten, vor allem beider Reinigung des Plutoniums ; ausserdem treten Verluste an Plutonium auf, die man auf jeden Fall vermeiden muss. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren, das diese Nachteile beseitigt, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass man für die Reduktion der 4wertigen Plutonium-Ionen zu 3wertigen in saurem Milieu als Reduktionsmittel Ascorbinsäure benutzt. 



   Die Anwendung dieses Verfahrens in Verbindung mit der Trennung des Plutoniums von Uran besteht im wesentlichen darin, dass man in Gegenwart freier Salpetersäure eine organische Lösung von UranylNitrat und Plutonium-Nitrat mit einer wässerigen Lösung der Ascorbinsäure zur Reaktion bringt, wobei die Ascorbinsäure durch Reduktion des 4wertigen Plutoniums zu 3wertigen das Plutonium aus der organischen Lösungsphase in die wässerige Phase übergehen lässt. 



   Da die Ascorbinsäure bekanntlich ein energisches Reduktionsmittel ist, war es überraschend, dass sie ihre reduzierende Wirkung auch in Gegenwart einer oxydierend wirkenden Säure, wie der Salpetersäure, auf das 4wertige Plutonium ausübt. Die Salpetersäure wird aber   tatsächlich-selbst   bei verhältnismässig hohen Konzentrationen-unter diesen Bedingungen durch die Ascorbinsäure nicht reduziert. Es lässt 

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 sich keine Bildung von nitrosen Dämpfen feststellen, ganz im Gegensatz zu einer Reduktion unter sonst gleichen Bedingungen mit andern Reduktionsmitteln, wie beispielsweise Hydrazin. 



   Die Mengen der Ascorbinsäure, die man mit den organischen Lösungen der Nitrate des Plutoniums und des Uranyls zur Reaktion bringen muss, um die Reduktion unter günstigen Bedingungen ablaufen zu lassen, hängen von der Konzentration an Plutonium-Nitrat, den Mengen der in dem organischen Lösungsmittel während der Reduktion häufig vorhandenen Verunreinigungen in Form oxydierender Stoffe und schliesslich von dem Gehalt an freier Salpetersäure ab. Die Ascorbinsäure zeigt sich gegenüber dem vierwertigen Plutonium als ein Reduktionsmittel, das zumindest genauso energisch wirkt wie eine Mischung aus Hydrazin und Ferrosulfamat, aber nicht den Nachteil dieser Mischung hat, dass Eisen in die wässerige Extraktionslösung übergeht. 



   Als Beispiel sei angegeben, dass man für die Behandlung von Lösungen der Nitrate des Plutoniums und des Uranyls in Tributylphosphat, die je Liter 120-130 g Uran und einige   Milligramm   bis zu mehreren 
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 zweckmässigerweise Ascorbinsäure in wässeriger Lösung in einer Menge benutzt, die in der Grössenordnung von 10, gegebenenfalls bis zu 15 Mol je Mol des zu behandelnden Plutoniums liegt ; dabei handelt es sich um schwache Konzentrationen an Plutonium, wie man sie durch Auflösung bestrahlter   Kernbrennstoffe   erhält. Im Falle der Verarbeitung von Lösungen, die bereits in anderer Weise vorbehandelt worden sind und eine höhere Konzentration an Plutonium sowie eine geringere Menge von oxydierend wirkenden Verunreinigungen enthalten, sind nur etwa 2 Mol Ascorbinsäure je Mol Plutonium erforderlich. 



   Wenn die Konzentration an Salpetersäure grösser ist, muss man die Mengen der zu verwendenden Ascorbinsäure ebenfalls erhöhen, um die Verzögerung in dem Ablauf der Reduktionsreaktion des Plutoniums auszugleichen, die durch den höheren Säuregehalt der organischen Lösung bedingt ist. 



   Im folgenden wird nun ein lediglich der Erläuterung der Erfindung dienendes Durchführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben, das die Reduktion des Plutoniums, u. zw. in Verbindung mit einer Trennung des Plutoniums von Uran, betrifft. 



   Man geht von einer   Uranyl-und Plutonium (IV)-Nitrat   enthaltenden organischen Lösung 0 aus, die durch Extrahieren einer wässerigen salpetersauren Lösung   A-die   eine Mischung dieser Salze und entsprechender Salze der Spaltprodukte des Urans   enthält-mittels   Tributylphosphat gewonnen wurde. 



   Diese organische Lösung 0, die 134 g Uran und 12, 5 mg Plutonium je Liter enthält und deren Gehalt an freier Säure 4-6 g Salpetersäure je Liter ist, wird während etwa 5 Minuten mit einer wässerigen Lösung 
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Phase vorhandene Plutonium bezogene-Ausbeute an Plutonium, das in die wässerige Phase über- geht,   94, 3%   ist. 



   Es wurden auch Vergleichsversuche durchgeführt, bei denen ebenfalls das volumetrische Verhältnis zwischen der wässerigen Phase und der organischen Lösung 1/5 war und die Lösung 0 unter gleichen
Kontaktbedingungen behandelt wurde : a) mit einer wässerigen Lösung, die 8, 2 g Hydrazinhydrat je Liter enthielt, b) mit einer wässerigen   Lösung, die 8, 7   g Hydrazinhydrat und zusätzlich 0, 3 g Ferrosulfamat je
Liter enthielt. 



  Die Extraktionsausbeute an Plutonium war im Fall a)   52%   und im Fall b)   93%.   



   Es ist darauf hinzuweisen, dass man bei dem Vergleichsversuch b) zwar eine verhältnismässig hohe Aus- beute erhält, dass diese Verfahrensweise aber wesentlich weniger günstig ist als das erfindungsgemässe Ver- fahren, weil bei ihr Eisen in das Plutonium hineingebracht wird. 



   PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Reduktion des Plutoniums-insbesondere in Verbindung mit der Trennung des Plutoniums von Uran-, bei der das 4wertige Plutonium in das 3wertige Plutonium umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion in salpetersaurem Milieu mit Hilfe von Ascorbinsäure erfolgt.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Lösung von Plutonium und Uran in einem organischen Lösungsmittel, die 4wertiges Plutonium und Uranyl-Nitrat enthält und in der das Verhältnis von Uran : Plutonium in der Grössenordnung von 30 bis 150. 000 liegt, mit einer Lösung der Ascorbinsäure behandelt.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen 1, 5 und 15 Mol Ascorbin- säure je Mol des Plutoniums verwendet.