VERFAHREN ZUM VORREINIGEN VON RADIONUKLIDE ENTHALTENDEN LÖSUNGEN

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorreinigen von Radionuklide, wie Co-60, enthaltenden Lösungen, wie Verdampferkonzentraten kemtechnischer Anlagen, durch Ausfällen von nichtaktiven Nukliden in einem hydrothermalen Prozess und anschließendes Abtrennen der ausgefällten Feststoffe.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorreinigen von Radionuklide, wie Co-60, enthaltenden Lösungen, wie Verdampferkonzentraten kerntechnischer Anlagen.

[0002] Bei der Aufarbeitung von insbesondere aus kerntechnischen Anlagen stammenden Lösungen, wie Verdampferkonzentraten, können unterschiedliche Verfahren zur Abscheidung von komplex gebundenen Radionukliden zum Einsatz gelangen. Hierzu gehört die Behandlung in überkritischem Wasser, die Behandlung mit Diamantelektroden und Ionenaustauschern oder die Behandlung mit Ozon und Ionenaustauschern.

[0003] Nachteil der bekannten Verfahren ist grundsätzlich, dass auch nichtaktive Nuklide bei den entsprechenden Verfahren mit entfernt werden, die in einer ungleich höheren Konzentration in der Lösung als die radioaktiven Nuklide vorliegen, so dass z. B. bei einem Einsatz von Ionentauschern oder Adsorbern ein häufiger Wechsel des Ionentauscher- bzw. Adsorbermaterials oder bei Einsatz von Elektroden deren Erneuerung erforderlich ist.

[0004] Dabei ist als Hauptträger der Radioaktivität Co-60 zu nennen, dessen Komplex mit EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) von außergewöhnlicher Stabilität ist. Mit den entsprechenden Verfahren insbesondere unter Einsatz von Ionentauschern bzw. Absorbern können entsprechende Komplexe zerstört und Co-60 abgeschieden werden. Allerdings erfolgt eine unerwünschte Belastung durch Abscheiden von nichtaktiven Nukliden und weiteren radioaktiven Nukliden, so dass der angesprochene häufige Wechsel der Materialien erforderlich ist.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, dass es ermöglicht, dass dann, wenn aus der Lösung Radionuklide abgeschieden werden sollen, der Anteil an nichtaktiven Nukliden reduziert ist.

[0006] Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung sieht die Erfindung ein Verfahren zum Vorreinigen von Radionuklide enthaltenden Lösungen durch Ausfällen von zumindest nichtaktiven Nukliden in einem hydrothermalen Prozess und anschließendes Abtrennen der ausgefällten Nuklide vor, wobei ein Zerstören von Co-60-Komplexen, insbesondere EDTA-Komplexen, grundsätzlich unterbleibt.

[0007] Selbstverständlich werden nach dem erfindungsgemäßen im Vergleich zum Abscheiden von Co-60 verwendeten Verfahren als milden hydrothermalen Prozess zu bezeichnendes erfindungsgemäße Verfahren auch radioaktive Nuklide der schwachen Komplexe von Fe, Cr, Ni, etc. abgeschieden, deren Beitrag zur Radioaktivität gering ist. Bei der Vorreinigung fallen entsprechende radioaktive Nuklide schwacher Komplexe gleichfalls an.

[0008] Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre besteht die Möglichkeit, die im mehrfach größeren Umfang in der Lösung enthaltenen nichtaktiven Nuklide zu entfernen, so dass das anschließende Entfernen insbesondere des Radionuklids Co-60 kostengünstiger und effektiver gestaltbar ist.

[0009] Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Citrate, Oxalate oder EDTA Komplexe von Fe, Mn, Ni und Cr bei dem hydrothermalen Prozess zerstört werden und als Hydroxide ausfällen, die sodann z.B. durch Filtrierung oder Zentrifugieren aus der Lösung entfernt werden.

[0010] Das Hydrothermalverfahren wird insbesondere derart durchgeführt, dass die Lösung in einem Druckbehälter einer Temperatur T mit insbesondere 150°C ≤ T ≤ 220°C über eine Zeit t ausgesetzt wird, wobei die Zeit zwischen 5 Min. und 15 Min., insbesondere in einem Bereich zwischen 8 und 12 Minuten liegen kann.

[0011] Durch die eingestellte Temperatur in dem Druckbehälter wird gleichzeitig ein Druck für die Zerstörung von u. a. den Komplexen der nichtaktiven Nuklide und zum Ausfällen dieser auf einen Wert von ca. 1,5 MPa aufgebaut.

[0012] Bei entsprechenden Bedingungen wird der stabile Co-60/EDTA-Komplex nicht zerstört. Die nach dem Filtrieren der dem hydrothermalen Vorreinigungsprozess unterzogene Lösung wird sodann eingangs genannter Verfahren ausgesetzt, um die stabilen Co-60-Komplexe zu zerstören und das Radionuklid abzuscheiden.

[0013] Um die Abscheideleistung in dem hydrothermalen Vorreinigungsprozess zu erhöhen besteht die Möglichkeit, in dem Behälter, in dem die Vorreinigung durchgeführt wird, den Druck über den sich durch die Temperatur ergebenden Wert zu erhöhen.

[0014] Während des hydrothermalen Prozesses bedarf es zum Ausfällen der Nuklide keiner weiteren Maßnahmen, insbesondere des Einsatzes weder anorganischer Matrixmaterialien, die ansonsten zum Abscheiden von Nukliden eingesetzt werden, noch von Oxidationsmitteln wie Wasserstoffperoxid.

[0015] Insbesondere ist vorgesehen, dass die Lösung in dem Druckbehälter auf einen pH-Wert mit pH ≥ 7 eingestellt wird. Bei höheren pH-Werten kann das Ausfällen der nichtaktiven Nuklide verbessert werden.

[0016] Das Ausfällen der nichtaktiven Nuklide kann kontinuierlich oder im Batch-Verfahren durchgeführt werden.

[0017] Des Weiteren ist durch den hydrothermalen Prozess die Möglichkeit gegeben, organische Inhaltsstoffe, wie Feststoffe, insbesondere Baumwollflusen oder Papierteilchen, zu zerstören, wodurch die Belastung von Hilfsmitteln, wie Schüttungen von Oxiden, wie TiO₂, oder Ionentauschermaterialien beim Entfernen der Radionuklide in einem nachfolgenden Verfahrensschritt zusätzlich verringert wird.

[0018] Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Entfernen von Komplexen von Radionukliden, insbesondere EDTA-Komplexen von Co-60, aus Lösungen, wie Verdampferkonzentraten kerntechnischer Anlagen, umfassend die Verfahrensschritte

• Vorreinigen der Lösung durch Ausfällen von zumindest nichtaktiven Nukliden in einem hydrothermalen Prozess unter Vermeidung des Zerstörens von Komplexen von zumindest Co-60 und anschließendes Abtrennen der in der Vorreinigung ausgefällten Feststoffe und
• anschließendes Zerstören zumindest der Komplexe von Co-60 und Abscheiden von Co-60.

[0019] Dabei kann das Vorreinigen der Lösung gemäß einer oder mehrerer der zuvor erläuterten Möglichkeiten durchgeführt werden.

[0020] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung.

[0021] In der einzigen Figur ist Prinzipdarstellung der Verfahrensablauf zum Vorreinigen einer Radionuklide enthaltenden Lösung, wie Verdampferkonzentrat einer kerntechnischen Anlage, dargestellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verdampferkonzentrat einem Autoklaven 10, also Druckbehälter, zugeführt wird, in dem die Lösung auf eine Temperatur von in etwa 200°C erhitzt und bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von ca. 10 Min. gehalten wird. Durch die Temperatur von 200°C stellt sich somit oberhalb der Lösung ein Druck von ca. 15 bar ein. Es besteht jedoch die Möglichkeit, den Druck durch z. B. geeignete Pumpen zu erhöhen.

[0022] Durch diesen hydrothermalen Prozess werden in der Lösung z. B. Citrate, Oxalate oder deren Komplexe, wie auch EDTA Komplexe, in denen nichtaktive Nuklide vorliegen, zerstört und die Nuklide in Form von Hydroxiden ausgefällt, wobei es sich insbesondere um Hydroxide von Fe, Mn, Ni und Cr handelt. Auch werde organische Inhaltsstoffe wie Baumwollflusen oder Papierteilchen zerstört.

[0023] Die durch den hydrothermalen Prozess entstandene Suspension wird nach dem Abkühlen einem Abscheider 12 zugeführt, bei dem es sich z. B. um eine Zentrifuge oder einen Filter handelt. Die abgeschiedenen Feststoffe werden entfernt, um sodann die von den Feststoffen befreite Lösung einem weiteren Prozess zum Entfernen von Radionukliden zuzuführen. Hierbei kann es sich um ein Verfahren wie Behandlung in überkritischem Wasser, Behandlung mit Diamantelektroden und Ionenaustauschern oder Behandlung mit Ozon und Ionentauschern handeln.

Ansprüche

1. Verfahren zum Vorreinigen von Radionuklide, wie Co-60, enthaltenden Lösungen, wie Verdampferkonzentraten kerntechnischer Anlagen, durch Ausfällen von nichtaktiven Nukliden in einem hydrothermalen Prozess und anschließendes Abtrennen der ausgefällten Feststoffe.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
eine oder mehrere nichtaktive Nuklide aus der Gruppe Fe, Mn, Ni, Cr ausgefällt werden, insbesondere als Hydroxide.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Lösung vorhandene organische Stoffe, insbesondere Feststoffe, wie Baumwollflusen und/oder Papierteilchen, zerstört werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lösung während des Ausfällens einem Druck p mit p ≤ 1,8 MPa, insbesondere 1,0 MPa ≤ p ≤ 1,8 MPa, vorzugsweise 1,0 ≤ p ≤ 1,6 MPa, ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lösung in einem Druckbehälter (10) auf eine Temperatur mit T ≥ 150°C, insbesondere mit 150°C ≤ T ≤ 220°C, eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lösung in einem Druckbehälter über eine Zeit t bei der Temperatur T gehalten wird, wobei t ≥ 5 min., insbesondere 5 min. ≤ t ≤ 20 min., besonders bevorzugt 5 min. ≤ t ≤ 15 min, vorzugsweise 8 min. ≤ t ≤ 12 min, ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lösung auf einen pH-Wert mit pH ≥ 7 eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Batch- oder kontinuierlichen Verfahren die Vorreinigung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die ausgefällten Nuklide durch Filterung und/oder Zentrifugieren entfernt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Ausfällen und Entfernen nichtaktiver Nuklide aus der Lösung Radionuklide entfernt werden.

11. Verfahren zum Entfernen von Komplexen von Radionukliden, insbesondere EDTA-Komplexen von Co-60, aus Lösungen, wie Verdampferkonzentraten kerntechnischer Anlagen, umfassend die Verfahrensschritte

- Vorreinigen der Lösung durch Ausfällen von zumindest nichtaktiven Nukliden in einem hydrothermalen Prozess unter Vermeidung des Zerstörens von Komplexen von zumindest Co-60 und anschließendes Abtrennen der in der Vorreinigung ausgefällten Feststoffe und

- anschließendes Zerstören zumindest der Komplexe von Co-60 und Abscheiden von Co-60.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Vorreinigen der Lösung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 erfolgt.

Zeichnung