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Extraktionsmittel und Komplexbildner für die Abtrennung von Actiniden

BTP Weiterentwicklung
Abb. 1: Weiterentwicklung der BTP (Z. Kolarik et al., Solvent Extr. Ion Exch. 1999, 17, 1155–1170) zu den BPP (A. Bremer et al., Inorg. Chem. 2012, 51, 5199–5207), CA-BTP (S. Trumm et al., Solvent Extr. Ion Exch. 2011, 29, 213–229) und SO3-Ph-BTP (A. Geis

Ein Teilschritt bei der Abtrennung der Actiniden aus gebrauchten Kernbrennstoffen ist die Trennung der Actiniden Americium und Curium von den Lanthaniden. Americium und Curium liegen ebenso wie die Lanthaniden bevorzugt dreiwertig vor und besitzen ähnliche Ionenradien wie diese, weshalb die Trennung schwierig ist.

Eine hydrometallurgische Trennung gelingt bislang nur durch Extraktionsmittel, welche die dreiwertigen Actiniden selektiv über Schwefel- oder Stickstoffatome koordinieren. Allerdings erfüllt keines der bislang verfügbaren Extraktionsmittel alle Anforderungen für einen Einsatz im technischen Maßstab. Deshalb werden am INE neue über Stickstoffatome koordinierende Extraktionsmittel synthetisiert und charakterisiert. Diese Arbeiten basieren auf den Ende der 1990er Jahre am INE von Kolarik et al. entwickelten Bistriazinylpyridinen (BTP). Es gelang, einige Extraktionsmittel zu synthetisieren, welche gegenüber dem jeweiligen Stand der Technik deutlich verbesserte Eigenschaften aufweisen:

Bispyrazolylpyridine (BPP) waren die ersten N-Donor-Extraktionsmittel, welche hohe Selektivität mit guter Säurestabilität und schneller Extraktionskinetik vereinten. Allerdings sind sie – anders als BTP – nicht in der Lage, Actiniden als Nitrate aus Salpetersäure zu extrahieren. Wegen ihrer ansonsten günstigen Eigenschaften werden BPP in einem vom BMBF geförderten Projekt (à BMBF 2020+) eingehend untersucht.

Schließlich wurde ein verbessertes BTP – CA-BTP – synthetisiert, welches über hohe Selektivität, Säurestabilität und schnelle Extraktionskinetik verfügt und Actiniden als Nitrate aus Salpetersäure extrahiert. Es ist auch deutlich besser löslich als das im Rahmen des EU-Projekts à ACSEPT verwendete Referenzmolekül CyMe4-BTBP.

Eine Alternative zur selektiven Extraktion der Actiniden ist deren selektive Komplexierung in wässriger Phase: Actiniden und Lanthaniden werden zunächst koextrahiert. Anschließend werden nur die Actiniden aus der organischen Phase durch einen selektiven Komplexbildner rückextrahiert. Ein dazu erstmalig am INE eingesetztes hydrophiles BTP – SO3-Ph-BTP – erwies sich als hierfür hervorragend geeignet.

 

 

Ansprechpartner: Andreas Geist

 

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