Reconditionering van uraan-staven

·,

. Q.

t.

~I..?;

C?a.,.

k

2<>.

(!:)fW4~~ l.t.<~~.

"\vlllM<CI..

~L;t- ~~ ~'U"t, U~Nt ~~J.

Mv-

~~L

~~\ ~. ~t ~LtrwtJf' e~'tt.l' ~-)a. ~~

~

-\J,tlMk

(vU,

~(+~~t...,

. ",

~'t

dJ..

~t ~J,~~~k ~4

"'f~~\,-,

L

~.

\ -

8)

"

~~ f~

&

i" UA.

~

~1:~~~{~ ~Q.A..~.

'D~\\.{-.

,.;.,.

~~l

\"a

~~

5'

:DL

Q,t..~~ ~

k

'f~W~ ~d(Ç

•.

,~~O~ ~

~

~

'Ft,

/lMtM k

~t~~~

V,

{M~h-ultw.1s'6../.

~

(.

~

!vJ...,

C41..~ ~

iW- ,:;., J..t.r

~~1....

VI 0\..

i

li\.l

+

l

~

~

""-lAoc41

IM..U

~("~I~ ~~l

'l.q".J..e.j

LX-~ LX-~LX-~LX-~

Ä

(~. ~

-

IlJ

b~M-U~\ ~:\"(v.t- ~

~~\. ~ ~1~k~ t~.L ~

()\...k,,\·:J

l~'~

\1.)

-1-§ 1 • ,1 • Doel.

2. Productie-capaciteit 3. Beschrijving grondstoffen 4. Eindproducten

§

g 'I .(\v0verzicht mogélijke werkwijzen. 1 • Inleiding §

3 •

§

4 .

§

5 • § 6 • 2. Mogelijke scheidingsmethoden

3.

Vloeistof-vloeistof extractie' 4. Apparatuur 5. Gekozen werkwijze 1. 2. 1 • 2~

3.

1. 2.

3.

4.

5.

6. 7.

Beschrijving gekozen werkwijze. Chemie van de extractie

Chemie der andere bewerkingen Veiligheidsmaatregelen

Afscherming

De kritieke toestand Ontsmetting

Besprekingfabrieksschema.

Het koelen der brandstof-elementen Het schillen der brandstof-elementen Het oplossen der brandstof-elementen Het filtreren Opslag Pompen , Extractie-kolonnnen 1.Voeding 2.Extractiemiddel 'en verder.

kolom fJa,eerste kolom.

idem. .

3.Wasvloeistof idem.

4.Berekening aantal schotels idem. 5.Berekening diameter 6. Plutonium -extractie 7.Splijtingsproducten. 8. Tweede kolom, fJb 9.Derde 11 , fJ c 10.Continue verdamper

,fL.

11.Tweede uraan-cyclus 12.Plutonium-cyclus Literatuurlijst Bijlagen 1. Grafieken. 2. Tekeningen. idem~ idem. idem. p. 2

·

p. 2

·

p. 2

·

p. 2

·

p. 2

·

p. 3

_·

p. 3

·

p.

4 .

p. 4

_·

p. 4 p. 7 • p p. 7 _• p. 8 . p. 8 • p. 8 . p. 9 • p. 9 • p.

9

p.10 • p.10 p.11 • p.11 • p.11 • p.11 p.11 • p.13 • p.15 • p.15 • p.16 • p.16 •• p.16 • p.16 • p.18 p.20 •

-2-§ 1. Inleiding.

1. Doel~ Het reconditioneren van vervuilde brandstof-elementen

die bestaan uit natuurlijk uraan met als huls een magnesium-legering. Als voorbeeld zijn gekozen de elementen zoals deze in gebruik

zijn bij de reactoren te Calder Hall ,~geland.

Als eindproducten treden dan op waterige oplossingen van zuiver uraan, zuiver ~lutonium

en splijtingsproducten {Sp.)allen als nitraat aanwezig. Deze oplossingen kunnen

dan in een andere fabriek verder verwerkt worden, bv. tot nieuwe brandstof ,of tot zuivere radio-actieve verbindingen.

2. Producti~.Q.a.E.a.Q.iteit~ Volgens lit.(1) zullen in 1965 12 reactoren van het , Calder Hall-~e in gebruik zijn.De totale electrici-teits-productie zal dan 1500-2000 Mw bedragen hetgeen overeenkomt met een warmte-productie van 6000 Mw ongeveer.Wanneer aangenomen wordt (lit(2)) dat per ton uraan 3 Mw warmte geproduceerd wordt terwijl na 3000 MwD/ton het uraan vernieuwd moet worden dan is de totale hoeveelheid uraan die aanwezig is gelijk 2000 ton en de gemiddelde verblijfsduur 1000 dagen. Derhalve moet per dag 2 ton verwerkt ,worden.

3. Be..§.chrijvi.lliL&:,o.!!,dstof1.e.!!,. Als standaard is genomen een brandstof-element (verder met b.è. Sangeduid)zoals deze op het moment in Calder Hall in gebruik is. Volgens l i t. (3) , bes taa teen b. e. ui t een staaf van na tuur li jk uraan (0,71

%

U 235,rest U 238) met diameter van 2~9 cm. en lengte van 101,6 cm. Het gewicht is 12,71 kg. uraan.De huls bestaat uit een magnesium-legering (Magnox) waarvan de samenstelling niet bekend is.Geschat wordt dat de huls 1, 75 kg~weegt. De diameter van de huls is 5,4 cm. Totale lengte is geschat op 105 cm.

Bene di ct en Pigford (4) hebben formules afgeleid waarmee te berekenen valt hoeveel van de mogelijke reactie-producten aanwezig is na zekere bestmalingstijd en

neutronen-vlucht (flux).Onder,aanname van het gestelde in §1.2. is berekend dat de vlucht gelijk aan~.1012 neutronen/cm2/sec.is. Dan volgt dat per ton'bestraald uraan aanwezig is : 997,77 kg U 235,236 en 238.

0,68 kg

Pu

239 1,55 kg Sp.

Verwaarloosd zijn eventuele sp.afkomstig van Pu 239 eveuals opbrengsten en splijtingen van Np 237,Pu 240,241 en 242.

Berekend kan worden (lit'5») dat per ton bestraald uraan direct na het einde van de bestraling 2300 kilo-curie aanwezig is.

4. Eind.E.r~ducte.!!,. De eindproducten moeten zonder speciale afscherming verder behandeld kunnen worden.Dit betekent dat de ontsmettings-factorêdit is de verhouding van de activiteit voor en nà de bewerking, gelijk aan 106 à 10 moet zijn(Nicholls (6)) .De opbrengsten aan uraan en plutonium moeten groter dan 99,9

%

zijn.Derhalve moet het uraan minder dan 1 deel per 1010 en het plutonium minder dan 1 deel per 108 aan sp. bevatten.

De radio-actieve afvalstoffen moeten totaal minder dan 0,1

%

van het uraan en plu-tonium bevatten,terwijl het volume zo klein mogelijk moet zijn om'overmatige

op-slagkosten te vermijden. '

§ 2. Overzicht van de'mogelijke werkwijzen.

I

1. Inleidin,g. Het verwerken van splijtbare stof tesamen met sterk radio-actieve verontreinigingen maakt het noodzakelijk op twee factoren te letten,nl.: 1) het vermijden van het optreden, van spontane kettingreacties en 2) beve~liging van personeel tegen straling.

ad 1). Het ontstaan van een spontane kettingreactie is afhankelijk van de concen-tratie splijtbare stof en van de geometrie van het vat waarin deze stof aanwezig is, dit laatste in verband met de mogelijkheid van lek van neutronen. Hierop zal nog nader teruggekomen worden.Wel kan al gezegd'worden dat een continu proces de. voorkeur verdient vanwege de gemakkelijke regeling en de kleinere. "hold-up" ten opzichte van een discontinu proces.

ad 2).De beveiliging moet ZOdanig zijn dat ongelukken uitgesloten zijn.Derhalve is het wenàelijk dat het proces zo eenvoudig mogelijk uitgevoerd wordt met zo min megelijk hulp-apparatuur (afsluiterse.d.).Het onderhoud moet tot een minimum worden beperkt zodat de aanschaf van de duurdere apparatuur economisch gemaakt moet worden door goedkopere exploitatie.Ook dit pleit voor een conti~u proces.

V\

-3-Andere iactoren,zoals beveiliging tegen vergiftiging bran~ e.d.,vallen onder de beveiliging tegen straling.

eLtu-

.~«I"~ r,..v:~'

.

2. Mo,geli..ike

.ê.Cheidi~methoae.!l.1 )~cessen

waa;;fde scneiding uitgevoerd wordt met behulp van de fasen vast en vloeistof.Hieronder'vallen o.m.het bismuth-fosfaat-proces en het z8ne-smelten.Bij het eerstgenoemde proces, dat noodzakelijkerwijs discontinu verloopt, wordt het Pu ~et bismuth-fosfaat als drager neergeslagen waarna met behulp van andere dragers de sp. verwijderd kunnen woeden.Een nadeel is dat er vrij veel coprecipitatie optreedt zodat verdere zuivering noodzakelijk is.Het tweede proces is nog weinig onderzocht en lijkt niet geschikt voor de verwerking van grote hoeveelheden uraan.

2)Processen waarbij de gasfase als tweede fase gebruikt wordt.Hiertoe behoort o.m.de destillatie van de fluoriden.Het uraan-hexafluoride heeft een sublimatiepunt dat behoorlijk afwijkt van die van de meeste sp. ;resp. 56 oe voor·het uraan- en 90 oe en hoger voor de sp.Een nadeel van deze methode is dat het verkrijgen van de fluoriden o.m. grote techniscgè3pnablemen met zich.mee-brengt.Een voordeel is dat het eindproduct ook de grondstof voor de isotopen- . separatie volgens het principe van de gasdiffusie is en als zodanig gebruikt en verder verwerkt kan worden. .

3)Processen waarbij de scheiding geheel in de vloeigare fase uitgevoerd wordt; de vloeistof-vloeistof extractie.ln ontwikkeling zijn

processen waarbij Pu en sp. ui.t de vloeibare uraansmelt met behulp van b.v. ge-smolten zilver geëxtraheerd worden.Een nadeel iade hoge temperatuur waardoor veel corrosie optreedt. Veel beter en eenvoudiger lijken de processen waarbij de schei-dipg verkregen wordt ~oor extractie me~ organische oplosmiddelen. Er kan bij kamer-temperatuur en normale druk gewerkt worden. Het vervoer van de vloeistoffen brengt . r~latief wéënig moeilijkheden met zich mee zodat gemakkelijk continu gewerkt kan

'worden.Het is dan ook.één van deze m~thoden die gekozen is.

3., Vloeistof-vloeistof extractie.Deze processen berusten allen op het principe dat uraan - - - al of niet tesamen met plutonium door een organisch

extractiemiddel uit de waterige oplossing van de b.e. afgescheiden wordt.Daarna vmlgt eventueel de afschei~ng van het plutonium en verdere zuiveringen.

In tabel I worden verschillende eigenschappen van enkele organische oplosmiddelen gegeven !;

Tabel I

Oplosmiddel V.e·1 v.e·2 s.g. cp. 11 flash- uitzou- straling. Doint" ten. best.hd. Di-aethyl aether 0,003 0,14 0,715 0,245 -40 v_e

+

-D~-bUtyl@S~~

, 0,001 0,026 0,837 8?

+

D1-butyl carb1~o ' 0,01 0,32 0,885 hoog 118

+

~1-isObUtyl keton 0,004 0,16 0,802 0,585 24

+.

"Tri-n-butyl fosfaat(TBP) 5,5 1,8 0,973 ,3,41 145 '

_-

₊

In bovenstaande kolom staat vjc,f_{1 voor de} v~rdelings-coëfficiënt ,d.i. de ~erhou­

ding van de concentraties van een zeker element i~e organische en de waterige laag na instelling van het evenwicht, van uranyl-nitraat wanneer uitgeggan werd van een 0,2 M uranyl-nitraat oplossing. v.e.2 idem voor een 1 Moplossing • .

Onder uitzouten wordt verstaan dat de ligging van het extractie-evenwi~ht beïnvloed

kan worden door toevoeging van een zout ,b.v. aluminium-nitmat.Het evenwicht kan

schematisch worden voorgesteld door: (U02

2f+) _aq. + 2(NO-3) _{aq. k}

~

(U02(N03)2) _aq.V.C.

~

(U02(N0₃)2) _org. .

Daar TBP voldoende resistent is tegen salpeterzuur kan dit als uitzoutmiddel genomen worden. TBP is eveneens voldoende stralingsbestendig.

-4-Tabel 11 geeft VOor enkele oplosmiddelen de V.C. van ver.schillendemogelijk voorkomende elementen.

Tabel II

.

Element of groep 30 % TBl? Meth.isob.keton

Caesium 10-4 10-4 zeldz.aarden 0,0004 0,01 Bêta'stralers 0,001 0,03 Cerium (In) 0,01 0,03 Ruthenium 0,001 1,0 Zirconium 0,01 0,04 Uranyl(II) 3,28 Plutonium (IV) 0,59

In de tabel zijn de waarden voor "30f0 TBP" afkomstig van experimenten gedaan me~

een 30 vol.% oplossing van TBP in een inerte keroseen-fractie steeds bij 80 % ver-zadiging aan uraan, en

3~salpe~rzuur.

De tweede kolom Zijn, waarden verkregen bij 1,5 M aluminium-nitraat en 0,25~salpeterzuur.Een en ander ontleend

aan

Bruce

(7),

Flanary (S) en lrish en Reas (9). '

Uit hetgeen boven vermeld is blijkt dat TBP een oplosmiddel is Waárvan verwacht

kan worden dat het een goede scheiding kan geven zonder gevaar voor brand en zonder grote verliezen door straling. Een nadeel is dat het een vrij hoog soortelijk gewicht en viscositeit heeft.De gunstige waarden van de V.C. staat toe het TBP met e'en

inerte koolwaterstof te verdunnen waardoor zowèè s.g. als viscositeit verbe:l;eren. Als extractiemiddel is dan ook TBP gekozen.

4. Mo~lijke J!E]2al:,atu.E.T.!.. Zoals reeds is uiteengezet is het voordelig een continue werkwijze te ki,ezen.Om de kans op lekken zo kl,ein mogel~jk

te houden zijn bewegende delen te vermijden.Contact-apparatuur van het

"mixer-settler"-type en dat met bewegende delen,bv.volgens Scheibel,komen niet in aanmerkingg Vanwege de te verwachten hoge kosten van afscherming is het voordelig de afmetingen van de apparatuur zo klein mogelijk te houden.In aanmerking komt dus de met lucht gepulste extractiekolom.Deze heeft een veel kleinere H.T.U. dan de niet gepulste. ' De vulling van de kQlom bestaat uit geperforee,rde platen omdat bv.Raschig-ringen de neiging hebben zich te oriënteren ten, gevolge van het pulsen (Thornton(10)).

5. Qeko~e.!!. .!!.e.!:kwijz~. In het volgende zal besproken worden de extractie van uraan en plutonium met behulp van TBP in een met lucht gepulste extractie-kolom. De sp. worden als afval beschouwd hoewel deze mogelijk economische waarde bezitten.Niet besproken wordt de terugwinning en zuive-ring van de gebruikte chemikaliën.

§ 3. Beschrijving gekozen wérkwijze.

lingen zijn:

Nitraten vormen met TBP neutrale,niet geïonizeerde, watervrije moleculen waarbij de mogelijke

samenstel-I : M(NO;)3

.3

TBP. II: M(N0 3)4 .2 TBP. 111: M02(N03)202 TBP. IV: MN0 3• TBP. bv. M = Ce 3+ M = Pu4

+

MF UGf.

+

M = H •

y3+ ;

RuNO~trini

traat.

4+ 4+

; Ce '; Zr 0

Gf.,

; Pu •

De extractie kan door de volgende vergelijking voorgesteld worden:

?f+

+

'n N0

3'

+

P TBP

~

. M(N03) .p

TBP~

aq. aq. org. n org.

zodat ,wanneer k de évenwichtsconstante is,

'V,C.

M

=

k .(NO-3)n • (TBP)P aq. org.

?

hogere zuurgraad en kleinere verzadiging van de organische fase. anneer mengsels aanwezig zijn beïnvloeden de verschillende bestanddelen elkaar.In het onderhavige geval is steeds een zeer grote ovennaat uraan aanwezig.De extractie van uraan kan berekend worden met de aanname dat alleen uraan aanwezig is.

De extractie van plutonium en de sp. verloopt beter naarmate de organische fase minder aan. uraan verzadigd is.Ui ttera.2.rd verschillen de sp. onderling veel in gedrag.

Zo vormt het ruthenium in waterige salpeterzure oplossingen een conplex ion,het Ru(NO)3+-ion,dat in de oplossing hoofdzakelijk aanwezig is als het trinitraat,

( Ru(NO)(N0

3)3(R20)2 )2 ~O en de dinitro-verbinding Ru(.TO)(NO

a

)2·(OH) (R2~)2.

In hoeverre dit moeilijkheden veroorzaakt doordat het rutheni zich "onverwacht" gedraagt,is alleen net 1abo~torium-proeven te onderzoeken.Het is te verwachten dat de co plexen vrij gemakkelijk in de or~sche fase kunnen overgaan.

Bij het plutonium valt nog op dat Pu3* en Pu een kleinere V.C.hebben dan Pu4+. In de volgende tabellen wordt een overzicht gegeven van de V.C. van enkele voo~

komende elementen onder verschillende a tandigheden. Tabel lIl.

Opgesteld na,:,r gegevens van F1ana.ry(8) en Irish en Reas(9) ,wa::.rbij voor de vaarden van k (U) en k(HNO ) de waarden van Flanary resp. 22 en O,1TI genomen is.

De

wate~fase beva~te

voor de instelling van het evenncht verschillende U concen-traties en was steeds 3 M salpeterzuur.Plutonium aanwezig als Pu4+,sp. "tracer level". Het oplosmiddel 30 vol

%

TBP in koolwaterstof (Amsco 123-15). De verhouding orga

-nische tot wate~fase was 2 : 1. Aangenomen is dat de evenvichtsinstelling ideaal. verliep.

I

I

U ding

I

Verzadi- V.C·

U U U NO' HNO HN03 TBP

ging,% argo aq. 3aq. 30rg. Bq. org. vae

f!JIlol/l glnol/l f!JIlOl/l f!JIlOl/l f!JIlol/l glnol/l f!JIlol/l U argo 28,0 16,7 0,17 0,01 2,28 0,37 2,26 0,39 0,35 37,0 13,7 0,20 0,015 2,33 0,35 2,30 0,34 0,42 45,6 12,1 0,25 0,02 2,45 0,295 2,41 0,315 0,54 54,9 10,2 0,305 0,03 2,60 0,23 2,54 0,26 0,64 61,7 7,9 0,34 0,04 2,69 0,20 2,60 0,22 0,72 70,2 6,4 0,385 0,(Yj 2,84 0,14 2,72 0,19 0,83 72,0 5,4 0,395 0,(1] 2,f!1 0,14 2,72 0,17 0,86 TI,2 4,5 0,425 0,095 3,00 0,10 2,00 0,15 0,945 82,4 3,6 0,45 0,125 3,11

o,en

2,88 0,13 1,03 86,8 2,3 0,48 0,21 3,31 0,05 2,90 0,10 1,16 -r - - > -Tabel IV.

Idem als bij tabel 111 behalve dat de verhouding org. tot wate~fase steeds zo gekozen werd dat 00 % U verzadiging optrad bij verschillende zuurgraden.

80 1,18 0,44 0,37 1,22 0,03 0,47 0,19 0,84 80 2,84 0,44 0,155 2,22 0,(Yj 1,91 0,16 0,84 80 3,28 0,44 0,135 3,10 0,095 2,85 0,125 0 ,84-80 4,28 0,44 0,10 4,02 0,11 3,83 0,11 0,84 80 4,16 0,44 0,105 5,00 0,135 4,78 0,.005 0,84 80 3,61 0,44 0,12 6,00 0,15 5,78 0,00 0,84

-

-

t- - - t - I ----i--- -Tabel V.

Berekend naar gegevens van Goldschmidt( 11) .Hier werd

40%

TH? gebruikt.

3,3 _{0,14 0,04 0,6} 2,1 0,44 0,21 _0,6 0,38 0,64 1,68 _0,6 4,3 0,18 0,04 _1,5 2,4 0,50 0,21 _1,5 0,39 0,665 1,68 _1,5 5,7 0,24 0,Q.i _2,0 2,6 0,555 0,21 _2,0 1,45 0,62 0,42 _2,0 0,62 0,66 1,05 _2,0 0,39 0,665 1,68 _2,0 7,2 0,30 0,04 _3,0 2,7 0,57 0,21 _3,0

-

- " - -

-r---'

v.e.

Pu 4+ V.C·Pu6+- V.C·Pu3+ V.C·bêta V.C. z.a. V.C·Ru V.C~

I

V.C·Nb

I

I - - - t-4,0 0,013 0,0096 0,(Yj7 0,041 3,7 0,011 0,0Cfl3 2,3 0,0065 0,0048 0,028 0,025 1,3 , 0,OC5 0,0032 1,6 0,62 0,(X)8 0,0035 0,0 21 0,0096 0,020 1,3 0,0025 0,0014 1 ,1 0,0018 0,0011 0,0037 0,012 1,0 0,0015 0,00(1] 0,79 0,0011 0,0004 0,0016 0,00:) 0,57

o,cxxn

0,0002 0,10

O,cxx::a

0,0004 O,0C!73 0,00(1] 0,0001 0,46 0,()()(13 0,0005 0,0031 0,0034 0,OC03 0,59 0,0010 0,0004 0,0009 0,0010 0,0004 1 ,11 0,0023 0,0004 0,0005 0,0024 0,0012 1,55 0,0034 0,OC02 0,0002 0,0018 2,62 0,0041 0,0001 0,()(X)2 0,0089 0,0031 - - -

-

-6-Tabel VI.

Berekend naar. gegevens van Healy (12). Gegeven is alleen dat 100 % TBP ge brmkt is.

V.C·

_U

U U org. aq. gmol/l gmol/l 2,1 0,17 0,08 2,9 0,32 0,11 3,0 0,74 0,25 3,3 1,14 0,35 1,9 1,38 0,72 1,55 1,40 0,90 0,65 1,56 2,36

De gegevens van de tabellen 111 t/m VI zijn in grafiek I weergegeven, voor zover het de verdeling van het uraan ~treft.

Beschouwing van de verdelingscoëfficiënten leert:

1)Verhoging van de concentratie salpeterzuur geeft betere extractie van het uraan

tot

~ een maximum bij 4 M.Genomen zal worden 3 M salpeterzuur. Dit lijkt een goedé gemiddelde waarde waarbij de V.~uweliswaar kleiner is dan bereikt kan worden, maar daar het TBP een grote extractie-kracht heeft blijft het nadeel klein. 2)Het Pu4+ wordt redelijk geëxt~eerd:bij de ï;OV~enoemde omstandigheden.

Gezorgd moet worden dat ,wanneer het plutonium tesamen met het uraan afgescheiden wordt,dit in de vierwaardige vorm aanwezig is. Toevoeging van salpeterigzuur is derhalve noodzakelijk.De scheiding U/Pu kan verwezenlijkt wordÉm door het ptutonium tot de drie-waardige vorm te reduceren en de orgahische fase uit te wassen met. een reductie-middel bevattende waterige oplossing. Daarvoor is gekozen ferro-sulfamaat (Goldschmidt(11))omdat .dit redelijk t~gen straling bestand is,en snem~ werkt.

3)De keuze van het percentage verdunning van het TEPas meer afhankelijk van de

~. physische eigenschappen dan van de extractie.Het lijkt r~delijk het TEP te

ver-M~ffI', dunnen tot 30 vol.%. .

\ 4)De extractie van de sp. geschiedt met wisselend resultaat.Over het geheel beschouwd is het verschil in V.C. tussen enerzijds uraan en plutonium en anderzijds de sp. voldoende groot om een goede scheiding te verkrijgen.

5)Het is mogelijk de organische fase na de extractie met 3 M salpeterzuur uit te wassen zonder dat al te veel uraan ( en evt. plutonium) weer in de waterfase gaat , . mits d~hoeveelheid wasvloeistof relatief klein blijft ten opzichte van de organische fase.Daardoor kan een veel betere zuivering verkregen worden.

Het extractie-middel moet aan enkele eisen voldoen:

1)Het TEP moet geen verontreinigingen bevatten. Normaal zijn aanwezig butanol,

~ono- en di-butylfosfaat.Deze beïnvloedende extractie van de sp. doordat bv. butanol met salpeterzuur reactieproducten levert die met de sp. complexen kunnen vormen en aldus de extractie bevordert doordat deze complexen gemakkelijk in de oeganische fase overgaan. De zuivering van het TEP kan eenvoudig geschieden door wassen met verdunde soda.Dan worden de (zure) verontreinigingen verwijderd terwijl tegelijkertijd mogelijk aanwezige sporen uraan en sp. niltg§lwass§ni'l. w<;>rden.

Daarna wordt gewassen met verdund salpeterzuur. Hierdoor wordt soda verwijderd en geraakt het TEP reàds in evenwicht met water waardoor aangenomen mag worden dat . tijdens de extractie geen volumen-veranderingen optreden. De oplosbaarheid van water in TEP is 7 vol.% en die van TEP in water 0,6 vol.% .

2)Het verdunningsmiddel mag niet of nauwelijks met salpeterzuur reageren. Een zuiver paraffinisch mengsel,zoals door Goldschmidt (11) gebruikt wordt,is te prefereren. Thornton (10) gebruikt als verdunningsmiddel "Shell deodorized spray base"een

keroseen-fractie die .voldoende stralingsbestendig is en een 'hoog "flash-point" heeft. Het s.g. is ongeveer O,S terwijl het s.g. van een 30% TBP oplossing 0,84 is.

Flanary(S} gebruikt Amsco 123-15 dat slechts zeer weinig genitreerd wordt. Genomen zal wor.den het verdunningsmiddel van Thornton.

3)Het extractiemiddel moet voldoende stralingsbestendig zijn.Cather~3) geeft dat de maximale energie ten geVOlge van geabsorbeerde straling O,5@)nag zijn. Ten gevolge van straling wordt het TBP afgebroken en gehydrolyzeerd.De hydrolyse-producten,o.m.mono- en di-butylfosfaat,bevorderen de extractie van de sp.

-.7-2. Chemá.e_der_ander~ beJierking:en.

. \

I • i

1 ) .He.1 .2P.lo§.s~ILd~r_b..!.e..!. Nadat de hulzen mechanisch verwijderd zijri,moeten de b.e. opgelost worden.Als oplosmiddel is'gekozen 12 N salpeterzuur.Door tijdens het oplossen zuurstof' (Goldschmidt(11) to~ te voegen kunnèn de volgende voordelen bereikt worden:het verbruik aan salpeterzuur is veel , kleiner (zie reactie':schema hieronder) '; het einde van de reactie kan gemakkeli"jk

vastgesteld worden door contrOle van,de afkomende gassen op zuurstof-gehalte; en ten slotte is het mogelijk eventueel waardevolle bestanddelen uit deze gassen, door het veel kleinere volume,te verwijderen op een eenvoudige manie;r.Gedacht wordt aan adsorptie van Kr85 aan actieve ~ool.Wymer en Foster (15) geven op dat ook, , lucht in plaats van zuurstof gebruikt kan worden,maar dit wordt weer tegengesproken

door Miles (16),zodat hier zUUFstof genomen zal worden. . ' Het reactie-mech~sme is volgens Wymer en Foster(15) bij gebruik van ongeveer'

11,7 M salpeterzuur : U +,4,5 HN0

3 ... U02(N03)2 + 1,57 NO + 0,84 N02 + 0,0005 N20 + 0,043 N2

+

2,25 H20 To~voeging van zuurstof geeft:

"nitreuze' dampen 11 + 1,5 02 + 1,,~5 H

20 ... 2,5 ~03 ,zodat de netto reactie wordt: U + 2 HN0

3 + 1,5 02 ... U02(N03)2 + H20',

Tijdens het oplossen wordt nog iets water toegevoegd voor' absorptie van de nitrevz-e dampen en voor koeling en regeling. .

2) .Het klaarmaken_v!!JLde 'y'oedi~ 'y'o.Q.r_de ~e.r.ste_kolom.Zoa1s reeds is vastgesteld

~' ' , ~oet de voeding 3M salpete~

. '( . zuur zijn.Derhalve word~de oplossing dei' b.e. met ammoniak ~

or

~\«-:t~dt..-kk

~"'vJ"

Het ammoniak is gekozen omdat daar:van tijdens de extractie ge'?n moeilijkheden zijn

~vlvut.t

r-M'tJ" te verwachten.

,'< 3) .Na~uiv~ring:'y'a.!!. het ur.ä8:!1' Nadat het uraan via de 'extractie van de andere

bestanddelen voldoende gescheiden is,is te verwachten dat er altijd nog wel iets activiteit,dus sp.,aanwezig is.~';Het is dus een veilig-heid de uraan-eind-oplossing nog een adsorptiekolQm,te laten passeren waar de laatste sporen sp. verwijderd worden.Een kolom gevuld met silicagel~aanneembaar te zijn. 4) .NaJ2.ehandelin.B: .Y.SJ!. he.1.E.luto~..!.' De gezuiverde plutoniUllh-oplossing wordt

nog geconcentreerd door Qeze te adsorberen op , een gesulfoneerde kationen-wisselaar met voldoende stralingsbestendigheid,nl.

Dowex 50.Wanneer de maximaal toelaatbare' concentratie,in verband met het mogelijk optreden van de kritieke tmestand,bereikt is wordt met citrèenzuuruitgewassen. Welke'concentratie citroenzuur gebruikt moet worden is niet te zeggen.

Nu de chemische grondslagen summier zijn aangeduid kan aan de hand van het grote schema en enkele andere tekeningen de gehele fabriek worden besproken ,nadat in het volgende hoofdstuk enkele algemene zaken besproken ziJn. '

§ 4. Veiligheidsmaatregelen.

1. Af§.che~AK. Ten allen tijde moet daar waar radi~activiteit aanwezig

is,gezorgd worden dat voldoende bescherming aanwezig is. Bij de bescherming zijn twee zaken te onderkenrten,Dl. ten eerste moet overal vol-doende afscherming aanwezig zijn en ten tw~ede moeten de toègangen tot de ruimten waar radio-activiteit aanwezig kan zijn zodanig ingarmcht zijn dat toegang niet mogelijk is wanneer de verklikkers (llmonitorsn ) binnen die ruimten activitéit ' aanwijzen.Dit kan met electronische apparatuur verwezenlijkt worden.Hierop zal

niet verder worden ingegaan. .

De berekening van de afscherming zal gegeven worden voor gamma-straling van 2 MeV.

Dit is een veilige waarde daar bij de sp. velen zullen zijn die of bêta-stralers zijn of een gamma-energie kleiner dan 2MeV hebben.Dit is geoorlOOfd daar er altijd een veiligheidsfactor ingevoerd moet worden.

De tolerantie-dosis wordt gesteld op 0,3 rem/week uitwendig .Dit is een interna-tionaal vastgestelde waarde en betekent dat ,voor gámma-straling,de energie-absorptie per gram wwefsel' per week maximaal 100 erg mag bedragen.Dit komt overeen met een toegelaten vlucht van 800 gammakwanten per cm2 per sec.

Voor een puntbron opgesteld in afschermend materiaal geldt ,(Boogaardt (17», e

-foX

N • B.

Y'

= - - - - -

waarin

f=

de maximale vlucht

N = aantal kwanten afko~stig van de bron B = een factor die rekening houdt met o.m.

het Compton-effect in de absorber.Hier gesteld op 3.

~= de absorptie-coëfficiënt van het materiaal. X = de afstand van puntbron tot buitenkant 11

Grafiek 11 geeft een overzicht van de waarden voor een drietal materialen. De oe rekening is niet zeer exact maar voor de praktijk voldoende.

2. De_k.r.itiek~ to~stand..!.. De kritieke toestand kan spontaan ontstaan wanneer een zekere concentratie uraan of pluto~um aanwezig is. "":'Ih 'oplóssing 'is 'ae 'vèrhóuding' wateratóf :

1i:i:äàifM'en

maat voor het gevaar.

Andere aanwezige stoffèn.worden niet meegerekend en verkleinen dus de kans op het optreden van de kritieke toestand doorextra,mogelijke,neutronenvangst.

Onderzoekingen van Callihan (18Q wezen uit dat de verhouding van het aantal kg.

natuurlijk uraan tot het volume waarin deze hoeveelheid zich bevindt maximaal gelijk aan 2 mag zijn bij een verhouding H :

u

235 van ongeveer 2000.De veiligheid hier genomen is dat de. onderzoekingen van Callihan mèt reflector uitgevoerd zijn

terwijl hier geen speciale reflector aanwezig is uitteraard. Omgerekend op

natuur-~~I lijk uraan en water wordt de maximale concentratie ongeveer 2,5 kg U per liter.

~~ Deze waarde wordt nergens.bereikt. .

\' Voor plutonium geeft McKay (19) gegevens.Het blijkt dat,met ruime veiligheidsmarge,

.

4,4

g.Pu de maximale hoeveelheid is die in een' willekeurig vat aanwezig mag zijn wanneer de totale hoeveelheid Pu kleiner is dan 310 g.Voor cylindrische vaten .

ft moet de diameter groter dan 10 CID. zijn terwijl in de leidingen per cm. minder

~ dan 6,6

g.

aanwezig mag zijn.Ook ~ze waarden zijn groter dan die,die in de fabriek bereikt worden,zodat nergens de mogelijkheid aanwezig is dat de kritie~e toestand op kan treden.Echter wordt,door het aanbrengen van neutronen-verklikkers op

verschillende plaatsen de veiligheid in acht genomen.

3. Onts!!!.etti~. Het moet ten allen tijde mogelijk zijn de ruimten waarin de aPPaalatuur zich bevindt en de apparatUlII' zelf grondig van activit~it te reinigen.Lit.(20} geeft een overzicht van de noodsakelijke maatregelen. Hierop zal niet verder worden ingegaan.

§

5.

Bespreking fabrieksschema.

1. Het koel~n_der_b..!..e..!.. Er zijn verschill~nde redenen waarom de b.e. nadat deze uit de reactor gehaald zijn gedurende een zekere tijd. opgeslagen worden,

de

zg. afkoel-periode.Zo ontstaat het waardevolle Pu239uit

G) de reeks : U238

+

n

~ U23~ ~

(halveriIlgêtijd=23,5 ,) Np239

~

(halveringstijd = 2,3 d)

<-

pu239 .Door de koel-p~riode langer da~ 18 dagen te maken wordt de opbrengst o . van het Pu verhoogd.In de reactor ont~.m. het gevaarlijke U237,via twee

(n,gamma)-reacties uit U235.Dit is volgens Culler(21)'voldoende gedesintegreerd na een koel-periode van 80 dagen.De derde,meest belangrijke,reden is dat vele sp. een relatief korte levensduur hebben zodat de activiteit van de b.e •. in relatief korte tijd belangrijk afneemt.ln grafiek 111 is de duur

Van

de afkoel-periode

ui~gezet tegen de activiteit berekend volgens lit.(5) voor een bestralingsduur van 600 dagen,daar gegevens voor 1000 dagen niet aanwezig zijn.Het blijkt dat een koel-periode van langer dan 80 dagen geen groot voordeel biedt.

De staven,die in de fabriek aankomen in een speciaal afgeschermd verzendvat per

,,"~: 6 stuks tegelijk,worden bewaard in een water-bassin.Het water dient als biologisch

l~ scherm en voert tegelijkertijd de,door de straling ver~orzaakte,w~e af~

" De dikte van de waterlaag kan geschat worden door aan te nemen dat per cm

b.e.-~V> oppervlak ongeveer ?,1 kg U aanwezig wanneer alle straling naar bo~en gedacht wordt.

,l.r.1.

\.~Met behulp van grafJ.ek II volgt dat de laag dan ongeveer 2 meter dik moet zijn.

~~.:\ Een veiligheidsfactor 2 invoerend geeft dat d~ waterlaag

4

meter dik moet zijn, hetgeen dan ook aangenomen wordt.

,Een schets van het bassin wordt gegeven in figuur I.,

Per dag worden 157 staven aangevoerd,totaal zijn steeds 80.157 b.e. aanwezig, hetgeen overeenkomt met 160 ton U .Di t vertegenwoordigt een wwarde van ongeveer

-9..,.

Het bassin bestaat uit 100 vakken die onderling .door kanalen verbonden zijn.Elk vak is 6 bij 7 meter groot en biedt plaats aan 160 b.e •• De betonnen bodem is geribbeld uitgevoerd zodat elk b.e. tussen twee ribbels ligt.Rondom elk vak is een opstaande rand aangebracht (h=1,4 m.).Hetvervoer der b.e. geschiedt met verrijd-bare kranen.

Op de waterzuivering wordt niet ingegaan.

Nadat de b.e. de vereiste kO,el-periode hebben .ondergaan worden deze in een

verzend-vat naar de fabriek gebracht. .

het teken f.

Wanneer naar het fabrieksschema verwezen wordt,wordt het desbetreffende cijfer of letter voorafgegaan door

In fig. 11 en III is schematisch de opstelling en de werkwijze in de schilruimte wèèrgegeven.Het vervoer van bakken en b.è. geschiedt door een llmaster-slave" wiens bewegingen door televisie. overgebracht worden naar de controle-ruimte.

, ~\j\vJI'" De b.e. worden van de huls ontdaan door deze tussen een drietal draaiende messen

~'(I: ,,.}J- door te duwen(f A) .Het afgeschilde Magnox valt in een hamermolen ( f B) ,diameter

~~'')t

' 20 cm, ;het gemalen Magnox wordt met behulp van een

plun~roden

geperst (f C).

\~ Elk brood bevat de hulzen van 6 b.e. De broden worden via een lopende band naar een

permanente opslag-ruimte gebracht. .

Per dag moeten 157 b.e. geschild worden in porties van 6 ,derhalve is het voordelig het oplossen ook in porties van 6 b.e. te laten gebeuren.

De schil-ruimte is omgeven door een 1,5 meter dikke betonlaag.Dit is een waarde die, 3.· lioéwelldezennmet tecberekenen valt,voldoende lijkt. Waar lood-afscherming gebrUikt is

is-de'dikte

4"Ö

c";.Ïn-grafiek II is te zien dat' deze waarden voldoende afscherming geven bij een puntbron van 10.000 C.ln de schilruimte i~ steeds ongeveer 60.000 C

verdeeld over de ruimte aanwezig. I

,

_.

~ ...

3. Het .2P.lo.ê..s~n_der_b.!..e.!.. De b. e. worden opgelost in het vat f D; de nitreuze dampen worden gerecombineerd in de terugvloeikoeler f E. Specificaties oplosvat roestvrij staal ,type 347 ,alle,verbindingen gelas~.

Hoogte 225 cm ; diameter 50 cm. Verwarming of afkoeling

door buizen (~ = 32mm,a~stand tussen tw;e 12 mm.) , Y~rmte-wisselend oppervlak '. j\o

1,~ m2 • . . . ' . r.-'~

1PV;V7

Specificaties terugvloeikoeler : staal 347 , gelast. Hoogte 150 cm.'W = 10 cm.~· Gedeeltelijk gevuld met

RaSChig-rin~~

= 1

~~

Nadat de b.e. in het vat zijn gevallen' wordt. 250 1 12 N salpeterzuur toe~. Daarna wordt in 40' de in-houd opgewarmd tot 100 0 C waarna de reactie voldoende

warmte ontwikkelt om deze temperatuur aan te houden.Miles (16) geeft dat de gemiddelde oplossnelheid in ruim 10 N salpeterzuur\ 0,02 g/min./cm2 bedraagt ~

~

Totale oppervlak: ongeveer 5500 cm2 ; g~~:ht~kg.U.

,<. "

r~

!

Oplostijd t = 76000/0,02<?5cxD= 690

'~~:

.

AM--_....:V->:-Irk--l----Daarna wordt afgekoeld tot 40oC,waarvoor 90' nodig is,en het salpeterigzuur toegevoegd. Per kg.U is ongeveer 700 mg Pu aanwezig. Toegevoegd wordt een 100-voudige overmaat . ofwel 1 1. 2 N salpeterigzuur. Om de voeding van de kolom 3 N salpeterzuur ~e maken wordt 86 1. 30% ammoniak toegevoegd,waardoor de temperatuur oploopt en om tot een temperatuur van 200_{C te komen 100' met koelwater van 15}0_{C gekoeld moet worden.}

Totale tijd nodig om 6 b.e. op te.lossen : ruim 16 uur.Het installeren van 20 oplosvaten is voldoende • 7,2

1-De toe te voeren hoeveelheid wate~n de terugvloeikoeler is voldoende om de

koeling te verzorggn. .

De hoeveelheid zuurstof (of lucht) die.toeg~voegd moet worden wordt bepaàld door de keuze van ae overdruk die in de valpijp moet heerSen. Daaromtrent is hier.

niets te zeggen. . '

De!.\aa.z1gegevenestéomlèidtn.gQ!...a:J1,1.)ldient,i.bij een eventuele ontsmetting gebruikt te worden.

4. Het fi1.treI,e.!1._ _{Omdat 'eventueelaanwezige vaste' deeltjes(bv.Si02)} de gaatjes in de schotels Van de extractie-kolommen kunnen verstoppen wordt de oplossing gefiltreerd.Als filt_er-element is gekozen een element van gesinterd roestvrij staal.Het is in de betonnen wand ingebouwd (fF) en met een loden plaat afgesloten zodat verwisseling eventueel mogelijk is. Het vervoer naar dit element gaat. met een gaslift.Per tankinhoud is nodig

4000 1. lucht van 3,5 atmosfeer. In het voorraadvat f G zit een druk-afsluiter(bij f 10) wleke voor de vereiste tegendruk zorgt •

_...,.

-10-5. QP.sl~ Behandeld worden de opslagvaten f G.Deze z~Jn van

staal 347,gelams.De volgende leidingen zijn aangebracht:

f

10 • Aanvoer proces-vloeistof.

f 15 • Aanvoer perslücht ; het doel is tweelèdig,nl. roeren en wanneer kans op op-teeden van de kritieke toestand aanwezig is kan stoom ingevoerd worden waardoor verwarming plaatsvindt ;de dichtheid kleiner wordt en de neutronen-lek vergroot wordt.

f 16 • Ontluchting en afvoer van eventueel afkomende gassen naar schoorsteen.

f

17 • Inrichting dienend voor monstername.Dit is niet verder behandeld. f 18 • Niveau-aanwijzer.Niet behandeld.

f 19 • Invmer decontaminatie vloeistoffen en wanneer nodig vloeistoffen om de samenstelling in het vat te veranderen.

f 20 • Mangat.~ = 50 cm.

f

22 • Afvoer proces vloeistof.In deze leiding is een puls-voedingspomp

(f I),

en een leiding (f 17,21) voor afvoer decontaminatie-vloeistof en monstername aanwezig.

Bovenstaande geldt voor het opslagvat voor de kolommen.Andere vaten zijn wanneer nodig,enigszins anders uitgevoerd.

Van het genoemde opslagvat is een schets van het bovenaanzicht gegeven in fig.IV, waarin ook enkele leidingen, die niet op het schema staan,aangegeven zijn.Voor elke

10 oplos-eenheden is één vat aanwezig.De twee ·vaten vormen ieder.het begin van àen afzonderlijke opeenvolging van kolommen etc.,zodat de fabriek in twee gelijke delen gedacht is,(Fig.V)wat beteeft de scheiding U/PU en de U-zuivering.

De afmetingen van

liet~eeréme

vat zijn 5 bij 4 bij

2,5~.

Inhoud = 45 m3•

Per dag ontvangt het vat 157/6. 0,5.335

=

4380 1. Er is dus een mogelijkheid om 8 - 10 dagen reserve aanwezig te hebben~Dit is gedaan om ,wanneer ontsmetting

van een van de kolommea noodzakelijk is in verband met reparatie toch door te kunnen werken.Dit geldt ook voor het geval dat de schilruimte ontsmet moet

worden.Ge-middeld duurt een ontsmettingstijd 6 dagen.(Lit.20).

De grootte van de andere opslagvaten zal nog besproken worden.

6. PO.!!lP.en...!. _ Op verschillende plaatsen wordt gebruik gemaakt van ppls-voedingspompen (f I) en notmale pompen (f K).

Als puls-pomp wordt gebruikt de standaard-uitvoering van de "Dorr Pulsafeeder" pomp.De doorsnede van hetddiafragma is 30 cm.De capaciteit 19 I/minuut.

De andere pompen z:i.jn van het type "canned rotor" - centrifugaal.Deze zijn essentiëel lek-vrij.(lit.(14)).

-11-

hJ'~~~ ~.

\~ ~.~./>r~

Y"

7. Extractie-kolommen.

Deze zijn van het ~e met lucht gepulste schotel-kolom. De kolom f J zal uitvoerig besproken worden.

1. Per uur 182,5 0,953 3.10-3_ 4 6,7.10 3

NR·

4 a

1. bevattende per liter: ' gmol uranyl-nitraat

11 splijtingsproducten als nitraat

" plutonium (IV)-nitraat "salpeterzuur ' etc.

2. Het extractie-middeL Genomen is 30 vol.% TBP' in "Shell deodorized spray base". Het s.g. van het verdunningsmiddel is ongeveer 0,8 , dat van het 30% mengsel 0,84 (Sege en Woodfield (22) ).

3. Wasvloeistof. Dit is 3 N salpeterzuur. s.g.,= 1,098 (Lit. (23) )

4. ~!:::!:ke~~~~~~~~hote!~.: In graf:i,.ek IV zijn de verdelingswaarden van Flanary (8) nogmaals weergegeven aangezien deze als basis van de berekeningen genomen worden. Fig. VI geeft een schetsmatig overzicht van de kolom. Gegeven: voeding F 0,953 gmol/l.; extractiemiddel E Y

E = 0,000 .

wasvloeistof W,~ = 0,000 ; raffinaat R , x_R kleiner dan ze~r~ ~aard~,

zodat verlies U kleiner dan 0,01%. Dit alles voor het uraan. Pu en sp. berekeningen volgen later.

Gevraagd: concentratie extract

Y

E

;

grootte vloeistof-stromen; aantal theoretische

schotels 'en aantal "transfer units".

Berekening: Voor dè berekening staan twee wegen open, nl. de kolom berekenen voor het uraan en daarbij aannemen dat "een" uitwassing noodzakelijk en wenselijk is in verband met de verwijdering van de sp. en naderhand berekenen of de uitwassing voldoende is of de uitwassing berekenen en dan zien hoe het uraan zich uiteindelijk verdeeld heeft. De tweede weg lijkt minder geschikt omdat de verdeling van de sp. toch niet geheel te voorspellen is en omdat de uraan het meest kostbare van de aanwezige stoffen is, zodat het zaak is het gedrag van het uraan volledig in de hand te hebben en niet te laten afhangen van andere factoren. Het plutonium wmrdt dan geheel na afloop bekeken.

De gekozen methode is zeker voor verbetering vatbaar, maar het zal blijken, dat de verdeling van de sp. bevredigend te noemen is. De optimale omstandigheden moeten

toch op het laboratorium'bepaald worden. . '

Wanneer de was-verhouding

w

en de extract-verhouding e genoemd worden geldt dat de werklijn voor de was-sectie, de waslijn, is: Y_n= w.x +1

+ Y

E • I _ :voor de extractlijn: Y.,= e.(xn+1 -

xn).

Gekozen is n

Y_E

=

0,400.

?

,,~

DIt het verloop van de evenwichtslijn valt op te maken dat,~er zo min mogelijk uraan in de was-sectie teruggewassen mag worden, de keuze w~?~~4~minimaal is. Dan volgt e = 0,8632; Verder geldt w.~

+

Y

E

=

e.(~ -

xn)

waaruit :,olgt, dat

xn

kleiner dan 5.10 mget zijn.

Er volgt nu dat als F = \ I/tijd is W = 1,057, E = 2,382 en R = 2,057 I/tijd, -5) zodat de waslijn: y = 0,440 x~1

+

0,400 en de extractlijn : y = 0,S635(xn+1 -5.10 als~vergelijking hebben.

Er volgt, .daar F = 182,5 l/h; E = 434,7 l/h; .W = 192,9 l/h.

Met behulp van deze vergelijkingen en de evenwichtsl~jn is het aantal theoretische schotels berekend. Bij de ~jfde schotel is overgegaan op de waslijn met als

-12-Tabel VII.

- Het verloop van de concentraties van het uraan in de extractiekolom

iJ •

a n x _{- Yn} n 1 5.10-5 95.10-5 2 0,0010 0,0200 3 0,0231 0,265 4 0,3CJ7 0,490 I-- - .

- -

- - - - _.~---5 0,2025 0,478 6 0,177 0,461 7 0,1385 0,454 8 0,1225 0,445 9 0,102 0,431 5 10 0,CJ72 0,400 11 0,000

De berekening van het-aantal "transfer units" is gebaseerd op dec:[~ dat

b~en de voedingsschotel de waterfase~bpven deze schotel de organische fase controleert, en dat er geen volume veranderingen van de beide fasen optreden. Er volgt dan dat in het eerste/eval geldt: :rL = aantal transfer-umits == xZ.~

I . . . l t X_~l

en in het tweede geval ~ = ot-~ ; _ . '

~ •. 'j-'j

Met behulp van de evenwichtslijn en de beide werklijnen is het aantal 11 transfer

units" grafisch te berekenen. De grafieken V zijn op deze wijze verkregen. In tabel VIII zijn de punten van deze grafieken gegeven.

Tabel VIII.

x

x'

1/x-x'

_x

_x'

_1/x-x' 5.10-5 ° -5 20.000 0,400 0,2795 8,3 7. 0,09.10 14.490 0,450 0,3515 _10,1 12. 0,32 8560 0,500 0,435 15,4 16. 0,50 6450 0,550 0,520 33,3 20. 0,78 5210 _{0,567 0,551 62,5} 40. -5 10",59 -5 2605 60.1~3 2,50.1°_3 1750 1.10 0,04 •. 10 1050 2. 0,09 525 4. 0,17 261 6. _{0,27 -3} 175 8.10-3 _{0,36.10 133} 0,010 0,0005 105,5 0,014 6 74,7 . .-0,018 12 59,5

...

Y Y' 1/y-y' 0,020 13 53,5 0,022 15 48,8 0,026 20 41,8 0,400 _° 2,5 0,030 25 36,4 0,405 0,175 4,35 0,036 35 30,8 0,410 0,275 7,4 0,040 41 27,9 0,415 0,320 10,5 0,045 50 25,0 0,420 0,354· 15,2 0,050 0,0060 22,7 0,425 0,375 20,0 0,070 0,0107 16,9 0,430 0,398 31,2 0,080 125 14,8 0,435 0,413 45,5 0,100 190 12,4 0,440 0,425 66,7 0,120 280 10,9 0,445 0,436 111 0,150 417 9,3 0,450 0,443 143 0,180 590 8,3 0,455 0,450 200 0,200 0,0620 7,3 0,460 0,457 333 0,220 0,0865 7,5 0,4625 0,460 400 0,250 0,112 7,2 0,465 0,462 ₃₃₃ 0,300 0,1575 7,0 0,470 0,466 250 0,350 ·0,215' 7,4 0,478 0,472 160

-13-Er volgt N

R

=

13 en NE

=

'10.

De H.T.U. is bij een puls-kolom sterk afhankelijk van de omstandigheden waarbij de ko-lom werkt. Deze worden bepaald bij de berekening van de diameter van de koko-lom'.

5. Berekening van de diameter. De vo.orkomende grootheden zijn:

1) Pulsen: amplitude a ; frequentie f ; . vorm van de trilling ;~= de puls-arbeid per volume per volledige slag.

2) Kolom en schotel: h

=

afstand tussen twee schotels ; ~

=

~ractie vrij oppervlak van een schotel. d

=

Riameter van een perforatie ; D

=

diameter schotel (ongeveer gelijk aan de diameter kolom); N en HTU.

3) Stofeigenschappen : dichtheid

f

en viscositeit

7

van de beide fasen ; de opper-vlaktespanning

y •

4)

v

= gemiddelde druppelsnelheid lege kolom; V en V

d resp. snelheid continue en disperse fase; de "hold up" x en x

f idem bij ovgrstromen (flooding); was- en extractverhouding resp. w en e.

De variabelen, die nog vastgeiliègd moeten worden z~Jn: a , f , vorm van de trilling, h , ê , d , x, Totaal 7 stuks. Volgens Sege en Woodfield (22) is een goed re-sRitaat te verwachten bij h

=

2" ;

€

=

0,2 - 0,25 en d

=

0,125".

De waarde van het product aP variëert tussen 45 en 70 (inch/minuut). De vorm van de trilling is sinusoïdaal. Andere vormen, bv. zaagtand, zijn nog niet voldoende onder-zocht maar kunnen mogelijk betere resultaten geven inde vorm van een kleinere HTU. In grafiek VI is een overzicht gegeven van de afhankelijkheid van de HTU van

verschillende factoren, een en ander ontleend aan Sege en Woodfield (22).

In. de kolom zijn aanwezig als organische fase een 30% T~ oplossing met een uraanconcentratie lopend van

° -

0,490 molair en een watev-fase die steeds ongeveer 3 M salpete~zuur is en een uraanconcentratie oplopend van

° -

0,307 M. bevat. De dichtheid van de organische fase is 0,841 'voor het zuivere 30% TEP en 0,975 voor 0,475' M uraan. (Irish en Reas (9) ) zodat voor de gemiddelde dichtheid

0,91 genomen wordt. '

De dichtheid van de waterfase loopt van 1,10 voor het

3M

salpeterzuur (lit. 23) tot ~,22. Voor de gemiddelde dichtheid van de waterfase wordt 1,15 genomen.

Aangenomen wordt, dat de in de waterfase aanwezige stoffen geen invloed hebben op de viscositeit en de oppervlaktespanning, zodat voor deze waarden genomen is

~. = 72 dynes/cm l i t. (24), en '1. = 1,

°

cp. .

Flanary (8) geeft voor de viscositeit van TBP 3,41 cp. en lito (25) voor de van keroseen 2 cp. Aangenomen is, dat de viscositeit van een 30% TBP in keroseen oplossing genomen ~~2~orden de wa~rde 2,4 cp. Volgens Buchler (26) geldt

log.log.rt

=

1,2.;r

-

2,9,

·rt

~n mp. Er volgt

Yt.

=

24 dynes/cm.

: oppervlakte-spanning

"'@li:W:::;

~= ;::/.7·~~~·:;

it'

De waterfase is de continue fase, omdat de (stalen) schotels dan door de continue fase worden bevochtigd hetgeen volgens Sege en Woodfield,(22) een kleinere HTU geeft.

'---_._-,-_

....

_._----Pratt (27) verkreeg voor de ingebrachte energie door het pulsen ~, de volgende formule:

't'

="

/I.'

fe:.

(I-

ez...') LOI.·PJ:!:J ,

~l" c.". }"',

en via dimensie-analyse voor de druppelsnelheid (fictief)

~

"1.~

',,& v

]"T

['lil

cl]

o,ll

, V

'1

c:. .:: 1 'I. <I. [

'-P:

'Z~

.;

§ Co ] - , • [ <I

r

J

I .

r

7

c

ll'

I ,

~

re.

4"

re:.

L

~

Co

r

Gecombineerd leveren deze formules:

...

-

..

Steeds moet gelden:

De "hold up" van de disperse fase bij "flooding" xf is afhankelijk van de vloeistof-stromen Ld en Le. Er geldt: (L = Ld

I

Le)

(L2

+ 8L)0,5 -

3L

xf = . = 0,35 onder de voedingsschotel.

4( 1 - L)

Het nomogram van grafiek VIII geeft het verband tussen x, :;; . en Vd de vloeiàtof-stroom van de disperse fase per oppervlakte-eenheid •

. Staan x en :;; vast dan levert Vd via, LalVd = 0,25.1\.D2 , de diameter van de kolom. Uit het nomogram volgt dat bij grotere x de Vd groter wordt zodat, andere

grootheden constant, de diameter kleiner wordt. In formule (a) zitten nog, in eerste instantie, 3 variabelen. Als eerste benadering wordt gekozen x = 0,7 xf zodat

volgt - .

Vd =-:.v. 0,15 Combinatie van (a), (b) en (c) levert:

-

~

.

l-

,_..:1. I

I)

31

log v = log

n2

= 4,8310 - o,2.3k(' ë'~

{""fT

J-'

~

•

r .

log D = - 1,3527

+

0,345 log af - 0,115 lo~

hp

+ 0,115 log (1 _(2)'- 0,73 loge

De invloed van de variabelen op de diameter is als volgt:

1)

hp.

Grotere

hp

levert kleinere diam~ter. Echter is dan het aantal verdelers per eenheid van lengte in de kolom kleiner waardoor te verwachten valt dat de HTU ook groter wordt. Dit is geen voordeel. Buitendien wordt het verschijnsel "ehanneling" groter hetgeen ook een nadelige invloed op de HTU heeft. Weliswaar is volgens Woodfield en Sege (29) het aanbrengen van speciaal geconstrueerde herver-delers een middel om "channeling" tegen te gaan maar dan wordt het aantal verdelers (schotels)' nog kleiner. Genomen is

hp

= 2" = 1/6'.

2)

c •

Grotere C levert kleinere diameter. Ook dan treedt meer "ehanneling" op.

Aan de andere kant lijkt de opgegeven waarde 0,2 c::: ~ ~ 0,25 aan de lage kant. Genomen is E = 0,3.

3) af • Uit de grafieken VI, speciaal VIb.l blijkt dat de meest gunstige waarde van af ligt tussen 45 en 70 inch/minuut. Verhoging van af levert grotere D, zodat het beste een ~age waarde" van af genomen kan worden, nl. af

=

55 in./min.

=

275 ft/uur. "

Vgl. (d) levert -. D = 0,9 ft

7"

(e)

Omgerekend

ingallons/hr~~

i; de

v~lumestroom

beide fasen + 270.

Incombinay~e

I

met af = 55 inch/min.

le~

dit volgens de grafieken VI : HTU = 1

,35...fb.~ ~"

Beneden de voedingsschotel is de HTU iets kleiner dan er boven. Genomen is

HTU

R = 1,3 en HTUE = 1,4 ft, zodat de lengte van het. schotel-gedeelte van de kolom wordt :

13. 1,3

+ 10. 1,4 = 30,9 ft.

=- - _. ~ Resten nog enkele punten:

1) De differentiatie van af. Het blijkt, graf. VI a, dat het "Floodingll_{-volume bij}

gelijke af groter wordt bij·groter amplitude. Verder is er niets van te zeggen. Genomen is f = 60/minuut en a = 0,92 11.

2) Volgens Woodfield en Sege (29) kan het "channeling" opgeheven worden door speciale herverdelers in de kolom aan te brengen. Daaromtrent is hier niets te zeggen anders dan dat er zeker herverdelers nodig zijn op enkele plaatsen.

Deze zg. Louver-plates (zie fig. VI) hebben de eigenschap de plaatselijk optredende wervels van áán fase te elimineren.

3)

Aan

beide einden van de kolom is nog ruimte nodig o~e,fasen gelegenheid te geven te ontmengen. Gesteld wordt dat daarvoor enke~e.mihuten voldoende is.. .

De V d is boven en beneden gelijk aan 24,3.-f·tjhzodat voor een tijd van 6' een kolom-lengte van 2,5 ft nodig is

a~de--ein:den. ~

~

ryw;.t

II~

\tM.-. rJ....t.

+-\~. ~

I _

rt..-ó'~~~teR....

..

-15-Aan beide zijden is nog 1,5 ft aangebracht als vrije ruimte, zodat overal de lengte van de kolom 38,9 ft = 11,6 m bedraagt~ Fig. Vlc geeft een maatschets van de kolom. Recapitulerend: Lengte 38,9 ft. diameter 0,9 ft.

Afstand tussen de schotels 2 inch. Aantal schotels 185., Diameter gaten in schotel 0,125 inch.

Vrije ruimte " " 30%

amplitude van de sinus-vormige puls 0,91 inch frequentie 60 per minuut.

6. Plutonium extractie. Aangezien geen gegevens omtrent de HTU in het geval van de extractie van plutonium bekend zijn wordt een benadering toegepast. Verondersteld wordt dat de diffusie-coëfficiënten van het uranyl-nitraat en het Pu(lV)-nitraat zich verhouden als de omgekeerde mol.

gewichten. Er volgt Dpu

=

0,8 DU ,ca)

Bij de extractie geldt onder dezelfde omstandigheden:

ku /

kpu

=

(S~

sc

_u)

2/3 waarui t volgt

~/kpu

=

(DU/Dp) 2/3 (b) Beneden de voe~ingsschotel is nU

=

13

=

~.C. (c) Combinatie van (a), (b) en (c) levert : ~.C.

=

11 =~.

Bij deze berekening is aangenomen dat de k's constant zijn. Boven de voedingsschotel is

n?u

~ 8,6.

Het verloop van de V.C.

Pu is kwalitatief gelijk aan dat van de V.C.U (grafiek IX). De helling m van de, niet gegeven, evenwichtslijn van Pu zal steeds ongeveer even groot zijn als die van de evenwichtslijn van U bij hetzelfde percentage verzadiging van U (organische fase). Daar in de vergelijking n = ax/x-x' v66ral deze helling bepalend is voor het aantal TU's mag aangenomen worden, dat om tot relatief dezelfde scheiding te geraken, ~ ongeveer even groot is als ~.

Daar dit opgaat is bij u een verlies van 0,1% p,ti:

-4

-7

/

Y

E = 2,81.10 en ~ ~ 3,0.10 gmol 1.

7. Spl~jtingsproducten extractie. Eenzelfde redenering als in 6. levert nsp•

=

25 en n~p

=

20,8

Verdere berekeningen zijn niet mogelijk wegens de verschillen in verdelingscoeff. van de sp. onderlingy Buitendien zal de berekening weinig praètische waarde hebben daar de specifieke activiteiten van de verschillende sp. zodanig verschillen dat een zeer lage concentratie van de één veel gevaarlijker kan zijn dan een relatief grotere concentratie van'een ander. 'Wel kan gèzegd worden, dat gezien de ~ootte van de n een behoorlijke decontSminatie pereikt wordt.

Flanary (8) geeft op, dat na 2 maal een cyclus van 2extracie behandelingen de decontaminatie-factor gemiddeld 4.106 bedraagt. Lit. (30) geeft dat na één-se-eeft Jvergelijkbare? cyclus deze factor gemiddeld over beta en gamma-stralers 7.103 bedraagt. Goldschidt (11) geeft een decontaminatie-factor van enkele malen 103 voor 1 extractie-trap. Aangenomen wordt dat de decontaminatie die hier na de eerste kolom bereikt is 2.1OÖ is.

Tabel VIII

Materiaal-balans kolom fJa.

']i' _{E R}

l/h gmol/l gmol/h l/h gmol/l gmol/h l/h gmol!l gmol/h U 182,5 0,953 173,92 434,7 0,400 173,88 292,9 5.10-' 0,02 Pu 182,5 6,70.10 -~ 0,1223 434,7 2,81.10 -4 0,12215 292,9

~.1O-7

0,0001 Sp 182,5 3.10-3 0,5475 434,7 1 ,5.10 -6 0,0006 292,9 1,86.10 -3 0,5469 ! 1 ! , 1

-1&:.

8. Kolom _fJb• In deze kolom wordt het Pu van het U gescheiden

door de voeding uit te wassen met een ferro-sulfamaat bevattende 3 M salpeterzure oplossing. Onder de voedingsschotel wordt het U ~at in' de waterfase is overgegaan met TBP in de organische ,fase teruggebracht.

De afmetingen v~ deze kolom zijn van de zt9fde orde van ~otte als die van kolom

fJ .In fig.VIIa is de kolom met de materiaalbalans weergegeven.(Zie ook tabel IX).

~

de wasvloeistof is een plm. 3-voudige overmaat ferrosulfamaat toegevoegd, 5 .10-3 gmol/l De extract-verhouding 'e,= 0,645 en de was-verhouding w = 0,1531 .De

decontaminatie-factor is niet meer goed te bepalen. Aangenomen is dat deze zodanig groot is dat de

beton~afscherming hier voldoende is,nl.1 m.Verdere zuivering is echter nog wel

nodig.~ogelijk is decontyfactor = 104à5. Tabel IX.

Materiaalbalans kolom fJb. '

'

-F E R

l/h gmol/l gmo1/h Uh g1 lo~(lll/l groo1!h l/h gmo1/1 gmol/h U 434,7 0,400 173,88 569,5 0,3053 173,86 86,9 5.10-5 0,04

2 ,81 ~o.Jj 0,1221 5 569,5 10-7 0,00005 86,9 .'1 _0,1221

Pu 434,7 14,05.10

434,7

-&

0,0006 569,5 ?6.1O-c ?

Sp 1 ,5.10

-9. Kolom fJ_{c •} Het U moet w~er in de waterfase 'teruggebracht worden

I

, om daarna ingedampt en opnieuw gezuiverd te worden. Tevens is deze kolom bedoeld als zuivering. Immers er is ook wat ijzer nu aanwezig. De wasvloeistof is zuiver water.lmmers,er'ge1dt: .

2 , 2

v.e.u: 22. (N0

3') aq. • (TBP) O.Lig. ~ , ergo de v.e.U is het kleinst b~j

kleine (N9~)aq., zie, graf.I 00 . Wanneer een grote wasverhouding genomen wordt is deze concentratie nog kleiner. Gekozen is w= 2 .Grotere w is mogelijk maar dan moet teveel verdampt worden.

In fig.VIlb en tabel X is een en ander samengevat.

, ' '

, Tabel X.

Materiaalbalans kolom fJ_c

F E R

l/h groo1/1 gmol/h l/h grool/1 gmo1!h l/h groo1/1 gmol/h

U 569,5 0,3053 173,86 1139,0 0,152

6

173,81 ' 569,5 5.10-5 0,03

Sp 11 6.1O-5~

-

-

-

-

-

-10. Continue verdamper

fL

Deze heeft zodanige afmetingen dat d~ op

optreden van de kritieke toestand minimaal is •

~~

De stoomdom is met 0,5" Rasehig-ringen gevuld.Het verwarmende deel van de ver- ~.J "",~_ damper is 2500

~ ~ang

en heeff een diameter van 350 mmo

~

\

,.;t!:.:w ),

Het extract van de kolom.fJc wordt inged8.mpt totde concentratie ruim 1 M uraan is. Dunsap : s.g. = 1);04 (lit.(~1)) , Diksap : s.g. = 1,44(lit.(31)). .

s.w. = 0,94 s.w. = 0,72

gewicht

=

1184,56 kg. gewicht = 250,27 kg. (173,8,1 1M)

temp.

=

25°C temp.

=

100 oe. ,

Bij een stoomtemperatuur van 190 °c en U = 300 volgt dat bij gebruik van 0,5" bnis190 buizen nodig zijn met bovengenoemd~ lengte.

Condensor ft .. Bij een koehlater temperatuur van 150e en een

, , , 0 ' ,

. " eind temperatuur van 40 e volgt dat om 914,29 kg stoom van 1000e te condenseren ,bij gebruik van@~ de c031deZ3flor ?

2500 mm lang en een diameter van 370 mm moet hebben. ,,1~ ~~ Buiskoeler

fN.

Deze dient om het diksap af te koelen. Het is niet

belangrijk tot hoever dit gebeurt.

11.Tweede uraan-cyclus. Aangezien redelijkerwijs aan~enomen mag worden dat de decontaminatie nog niet voldoende is moet het , uraan nogmaals behandeld worden.Dit geschiedt op dezelfde manier als beschreven is.

Ten slotte wordt de oplossing door een adsorptie-

ór

wisselaar-kolom gestuurd. Hier kunneni eventueel nog aanwezig zijnde'sp.,bv. Ru , verwijderd worden. Gedacht wordt

aan

een silicage1~ko1om waar sp'. aan blijven zitten en het uraan doorgaat.Of dit zo is kan niet bewezen worden.

-

-17-a).Continue menger. Het diksap van de condensor wordt m.b.v12N salpeter-. . . zuur op 3N gebracht.Nodig 57,9 l/h ,zodat per uur

231,7 I 0,7501M uraan naar het opslagvat gaat.

b).Opslagvat. Dit is gelijk aan het reeds eerder beschreven vat. Inhoud 60 m3.Afmetingen 4 • 2,5 • 6 m. Per dag komt er ongeveer 5500 I in zodat er voor 8 - 10 dagen opslagruimte is.

l/h U 231,7 Sp

-U

_55.lf7:

Sp

-Dezelfde bewerking als kolom fJ(J': ,resp. fJc. Materiaalbalans in tabel XI en fig.VII~é.~.

Tabel XI.

Materiaalbalans kolommen fJa en f~e

F E R

gmol/l gmol/h l/h gmol/l ~ol/h l/h ~ol/l gmol/h kolom 0,7501 173,80 55~7 0,315 173,79 4~6,6 5.10-5 0,02 _fJd

2.1O-8~

_-

_-

3.10-1.1 ?

-

-

-

-0,315 173,79 11 03,~

_o.

1575~173,77

551,7 5.10-5 0,02 fJ_e

3.10-11

_-

-

3.1O-11? - '

-

-

-d).Continue ~erdamper. Zel~àe specificaties als de reeds beschreven verdamper. Het diksap , 173,7 1 1,004 M uraan-, gaat via de

buiskoeler naar de silcagel-kolom.

e).Silicagel-kolom. Flanary(B), geeft op dat bij gebruik van een silicagel-. kolom nog een decontaminatie van 20 maal verkregen wordt.Dit is natuurlijk afhankelijk van de aard van de sp. die nog aanwezig zijn. Aangenomen wordt dat de decontam~tie-factor die over.het geheel bereikt is

ruim 1 08 bedraagt. .

Als uitwas-vloeistof wordt gebruikt 3% oxaalzuur ofschoon de aard van de sp. mogelijk een andere vloeistof nodig maakt,bv.citroenzuUr.

Bij een doorloopsnelheid van 55 I per dm2 per uur zijn de afmetingen van het bed 20 cm ~ en lengte 80 cm.

De eind·-oplossing bevat :

1,08~M urany~traat

en '10-11M Sp-nitraat per liter. Deze wordt opgeslagen in een vat,inhoud 45 m3 ',of rechtstreeks verpompt naar een fabriek waar het uraan,na eventuele verrijking weer tot brandstof-elementen geformeerd wordt.

De materiaal @alans voor het uraan, over de gehele In: per uur 157/24.(b.e.).12,71(kg.U) .1/238 Uit: n n 2 173,7. 1,004

hetgeen correspondeert met 2

%0.

fabriek is : = = Verlies = 349,4 gmol U-metaal. 348,8 n 11

o

0,6 11 n

-18-12. Plutonium - cyclus. Deze afdeling ontvangt per uur 86,9 1 waterige

oplossing die 14,05.10-4 gmol Pu en 10-6 gmol (?) sp als ~traat bevat.

a)continue menger. Hier wordt de zuurgraad op 4 N gebracht en het Pu,

dat

in de drie-waardige vorm aanwezig is,met salpeterig-zuur tot de vier-waardige vorm geoxideerd. Toegevoegd wordt per uur :

46,6 I 12 N salpeterzuur +-6,3 I 0,2 N.salpeterigzuur , zodat naar'de eerste kolom 139,8 I 8,73+.10-4 gmol Pu gaat.

b) Kolom

fJ

_{f •} In,deze kolom wordt het Pu naar de organische fase, overgebracht.Dit gebeurt tesamen met het

salpeter-zuur.~e _{vje. pu is alleen afhankelijk van de salpeterzuur-éoncentratie.,}

Tabel XII

Verdeling van

Pu

en sp. volgens Flanary(B).Zie ook graf.X.

HNO} M _{V.e· pu4+ V.V· beta V.e· gamma} v.e.

zeldz.aarden.

0,7 1,5 0,018 0,013 0,013

2 8 0,020 0,023 0,020

4 25 0,013 0,06 0,017

6 35 0,026 0,15 0,010

, Er vólgt dat bij ongeve~r 4 M salpeterzuur de v.e._{Pu groot en de v.e. sp• relatief} niet overmatig groot zijn.De voeding en de wasvloeistof zullen dan ook 4 M salpeter-zuur zijn.

In graf.X'is eveneeens de v.e. . weergegeven berekend uit . , salp.z.

V.C·salp.z. = 0,177. (N0

3)

aq.· (TBP)org. en

(HN03 )org. = 0,16 (HN0

3)aq.

(Alcoc~(33)).

(TBP) ~ - (HN03)

o~g. aq.

De beste scheiding, en dit betekent dat er dan ,zomin mogelijk salpeterzuur in de organische fase komt en ergo grootste v.e._{Pu '} wordt bereikt wanneer de

'extractie-coëfficiënten EF zo veel mogelij~ verschillen. EF = V.C •• Volume orgahische fase a/volume waterfase b.

Wanneer a/b groot is ,is EFp veel groter dan EFsalp.z •• Gekozen is a/b = 2,5, onder de voedingsschotel. u

Er volgt (fig.VIII),(W+11E = 0,4'en als W = 0,5 ~ E = 3,75.De materiaalbalans is

gegeven in tabel XIII. '

c) Kolom

fJg.

_{Hier wordt met water teruggewassen.Dan is de vje. p}

zeer klein.Gekozen is WiE = 1.Materiaalbalans in

~

tabel XIII.De oplossing bevat nog iets ijzer eri sp.De waterige Pu-oplossing wordt nagereinigd en geconcentreerd m.b.v. een kationenwisselaar.

Tabel XIII

Materiaalbalans kolommen

fJ

_f en

fJg.

F E . R

l/h gmol/l gmol/h, l/h gmol!l gmol/li l/h gmol/l gmol/h kolom Pu 139,8 8,73+.lP ,oj 0, 122~~, 524,2 2~3)~ :~ _ " ,'·./0 0,1221- 209,7 10-8

-

_fJ

f sp.

-

6.10-7

-

-

1O-9?

-

_-

_-

-, - -

_{- - -}

- - _ . Pu 524,2 2,33:ï;~ 0,1221- , 524,2 2,33.'; - -I 0,1220 524,2 10 .... 8

-

_fJg

sp.

-

1O-9?

-

-

-

-

-

-d)Ionenwisselaar

fQ.

Gekozen is een gesulfoneerd hars,Dowex SO.Deze heeft ,bij het doorbraakpunt,een capaciteit ' van 1,3 mgaeq./ml. In verband met het mogelijk optreden van de kritieke toestand is het 'niet toegestaan dat de Pu-concentratie boven de 4 gil komt bij een totaal- . volume van 80 1. Om nu tegen t,e gaan dat deze concentratie in de bovenste lagen van het bed gauw bereikt :;tdt)moet een grotere doo~oer-snelheid en korrelgrootte

I I

-19-. 2

dan gebruikelijk gekozen worden.Normaal.is resp. 20 1 per dm per uur en 6,2 mmo Genomen is resp. 80 en 0,6 mmo

D~ afmetingen van het bed worden diameter 30 cm en hoogte ,110 cm.(Volume 77&~ 1)

Wanneer

plm.

16 mgmol/il.wisselaar aanwezig is moet gestppt worden.Dit is na (ongeveer)10 1;1ur.Daarna wordt het Pu uitgewassen met citroenzuur van z0dazl:ige

concentratie en pH dat alleen het Pu meegenomen wordt.Het uitwassen moet met de-zelfde snelheid gebeûren,80 1 per uur per dm2.Bovenstaande gaat alleen op wanneer het evenwicht ,Pua~ ~ Pu. 1 binnen de verblijfstijd , 11/80 uur == 8 " ,

b _ere~ . kt _wo~ dt _• ' i nsse a[3r _{' , - 4}

Uitgewassen wordt met 300 1 vloeistof ,hetgeen een eind-concentratie van 4,067.10 gmol/l = 0,972 mg Pu/l,geeft.De'decontaminatie-factor is ,zonder het effect van de wisselaar mee te rekenen ongeveer 106 •

Er zijn 3 wisselaars aanwezig.

e).Opslagvat. De eindoplossing wordt opgeslagen in een vat van 10m3 .Afmetingen :

'y5

= 2,5 m,hoogte 2 ID. Specificaties alsvoren.Mocht de oplossing te,geconcentreerd zijn dan moet met meer wasvloeistof uitgewassen worden of verschillende kleinere opslagvaten gebruikt worden.

Materiaalbalans voor het plutonium ,gehele fabriek is

,

- 4 '

In : per uur 2.182,5.6,7.10 .239 =58,45g Pu als metaàl. Uit: 11 11 2.300.4,067.10-4 .239.0,1 ,= 58,32 11 11 11 11