Published May 1980 | Version v1
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Separation by extraction chromatography of neptunium and plutonium from process flows of a reprocessing plant for HTR fuel elements

Description

Closing the Th-U fuel cycle, the recovered material should be purified from Np and Pu in the course of reprocessing. For this purpose, an extraction chromatograph process was deloped and tested with simulated reprocessing end streams containing Np and Pu. Chromatographic compounds of the LEWEXTREL-type were investigated which consisted of a polystyrene matrix loaded with alamine 336 (95% tri-n-octylamine). Regarding the loading capacity of the compound and the mass transfer between the phases, the best results were obtained with LENEXTREL 35//37,5 (linked with 35 weigth- % of divinylbenzene, loaded with 37,5% of alamine 336) using a particle size of < 10-4 m. The compound was proved to be stable against radiolytic decomposition up to 106 rad. Further irradiation decreased the overall capacity of the resin without changing the kinetic properties so that the compound can be used up to a radiation dose of 108 rad. The desorption of Np and Pu was accomplished using complexing agents. Most efficient elutriants were mixtures of 0.1 M HNO3 with critic or tartraric acid. Based on the parameters determined in the study, a separation unit was laid out which can be connected with a pilot reprocessing plant for spent Th-U fuel of a 2 kg/d throughpout. With this unit, solutions containing Th and U are purified from Np and Pu providing DF-values in the range of 102 up to 104. In-line monitoring of the process will not be needed assuming constant mass transfer properties of the separation compound and considering the decrease of the resin capacity when the column is packed. (orig./RB)

Availability note (English)

MF available from INIS under the Report Number.

Abstract (German)

Die beim Einsatz von thoriumhaltigen Brennelementen im Reaktor erbrueteten neuen Aktiniden, insbesondere Pu und NP, stoeren das heute geltende Konzept des Th-U Brennstoffkreislaufs. Sowohl bei der Endlagerung des radioaktiven Abfalls als auch bei der Refabrikation des Thoriums duerfen beide Aktiniden wegen ihrer hohen momentanen und langfristigen Radiotoxizitaet nur in aeusserst geringen Konzentrationen vorliegen. Um dies zu erreichen, muessen sie mit Dekontaminationsfaktoren von 102 bis etwa 104 bei der Wiederaufarbeitung aus einem der Prozesstroeme abgetrennt werden. Fuer die Abtrennung werden extraktionschromatographische Verfahren vorgeschlagen. In dieser Arbeit wurden als Trennkoerper bei der extraktionschromatographischen Abtrennung von Pu und Np sog. Lewextrel (R) eine Entwicklung der Fa. Bayer AG, untersucht. Dieser Trennkoerper besteht aus quervernetztem Polystyrol, dem waehrend der Polymerisation das organische Loesungsmittel Tri-n-octylamin (TOA) zugesetzt wird. Fuer das Trennproblem am besten geeignet war LENEXTREL 35//37.5 (Vernetzungsgrad 35%, Beladungsgrad 37.5 Gew-% TOA). Die guenstigste Koernung des Materials lag bei Siebfraktionen mit einem maximalen Partikeldurchmesser von 0,1 mm. Der Trennkoerper ist auch noch nach einer Strahlenbelastung von 108 rad funktionsfaehig. Es wurden organische Komplexbildner zur Elution eingesetzt. Gute Ergebnisse wurden mit Wein- bzw. Zitronensaeure in Gegenwart von 0,1 M HNO3 erzielt. Da die Trennleistung der getesteten und der vorgeschlagenen Trenneinheiten waehrend ihrer langen Standzeit nur langsam abfaellt, kann zumindest fuer eine Versuchsanlage im Heissbetrieb auf eine In-Line Analytik verzichtet werden. (orig./RB)

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Original title (German)
Extraktionschromatographische Abtrennung von Neptunium und Plutonium aus Prozesstroemen einer Wiederaufarbeitungsanlage fuer HTR-Brennelemente

Publishing Information

Imprint Pagination
134 p.
Report number
Juel--1655