BN.33AO5

COMISIÓN NACIOHAL DE ENERGÍA ATÓMICA

Dependiente de la Presidencia dto la Nación

Gerencia de Energía

Esbozo de un plan de acción para elDepartamento de Reprocesamiento

F. KaufmannDpto. Reprocesamiento

BUENOS AIRESMayo 1973

EN.33/105

COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA ATÓMICA

Dependiente de la Presidencia de la Nación

Gerencia de Energía

Esbozo de un plan de acción par& elDepartamento de Reprocesamiento

F. KaufmannDpto. Reprocesamiento

BUENOS AIRES

Mayo 1973

-ÍNDICE-

Pag.

1) Introduccción 1

2) Análisis por sectores 1

3) Necesidades de espacio 9

4) Necesidades de personal 10

5) Necesidades de presupuesto 11

6) Cronograma tentativo 11

1

Esbozo de un plan de acción para el Dpto.Reprocesamiento

1) Introducción

El curso de acción propuesto está basado en las ideas ex-

puestas en el trabajo "Estudio conceptual de una planta pilo

to de reprocesamiento" del mismo autor.

El plan consiste escencialmente en desarrollar y ensayar

en forma independiente en la escala más conveniente para ca-

da caso, aquellas secciones de la planta industrial que lo

requieran.

Se recurrirá al empleo de materiales radioactivos solamen

te en los siguientes casos;

a) £1 estudio de la concentración y precipitación de Pu y Np

que se efectuará en recintos estancos.

b) El desarrollo de una celda blindada con sus accesorios, cu

ya eficacia se probará con radiación Y-

c) 131 estudio do factores de decontaminación en algunos equi

pos, que se efectuará empleando la técnica de trazadores.

d) L'l estudio de técnicas analíticas para sustancias alfa-a£

ti vas, que se efectuará en cajas de guantes.

Asimismo los ensayos piloto se ejecutarán ajustando la a£

ción a los siguientes lineamientos en la medida de lo aconse_

jable para cada caso:

a) Incorporación de los últimos adelantos producidos en el

campo del reprocesamiento, para evitar que la planta sea ob-

soleta antes de iniciar su operación.

b) Desarrollo de equipos que tengan una producción continua

tal como lo requiere una planta industrial de 3-5 t/día (Ej.:

disolvelor, concentrador de la Pu, preaipitador de Pu).

c) Desarrollo de equipos en la escala requerida para minimi-

zar problemas de "scale up".

2) Análisis por sectores

En esta sección se esbozará un plan de acción para cubrir

todos aquellos aspectos de una planta que requieran tareas

de desarrollo» ensayos piloto o simplemente de estudio para

recopilar toda Xa información necesaria para el diseño de uivaplanta industrial.2.1- Pretratamiento

Consiste en el tratamiento previo al proceso al que esnecesario someter a los elementos combustibles para cor-tar, disolver o desintegrar la vaina de zi rea lo y a fin deexponer el U02 a la acción disolvente dol ácido nítrico.

Entre los variados procedimientos posibles, los que o-frecen mejores perspectivas son:a) Pretratamiento mecánico o chopping: consiste en el cizallamiento de los elementos combustibles en trozos d«* S cm. de largo y es empleado actualmente en todas lasplantas comerciales.b) Corte electrolítico: consiste en el corte por un pro-cedimiento electrolítico del manojo do barras combusti-bles en trozos de "= 30 cm., produciéndose al mismo tiem-po la disolución del U0, en el electrolito. La factibi-lidad de este proceso se ha demostrado en escala piloto.c) Proceso Thermox: consiste en la destrucción de la va4na zircaloy a 850 C por oxidación con aire y vapor.

Se debe efectuar un estudio de factibilidad para deci-dir cual de los variados caminos posibles se adapta me-jor a nuestras condiciones.

Los equipos de chopping mecánico más elaborados estánprotegidos por secreto comercial.

Si se resolviera optar por este sistema es aconsejableaprovechar la experiencia obtenible en la planta pilotode Karlsruhe, que dispone de un equipo desarrollado en Aletnania, pero que ofrece serias deficiencias de funcionamiento y la experiencia de la planta EUREX que está equi^pada con una máquina comprada a Saint Gobain TechniquesNouvellea. Si ge optara por un proceso alternativo, ha-brá que obtener la máxima información posible de los la-boratorios donde este procedimiento haya sido desarrollado mediante el envío de un becario a los lugares corres-pondientes .

Cualquiera sea el sistema elegido, híbrá que comenzar

a efectuar de inmediato ensayos preliminares que permi-tan evaluar los problemas que se presenten.

2.2- Equipo de disoluciónUna planta industrial de 3 a 5 t/día deberá estar equ¿

pada de un sistema de disolución continuo o aemi-continuo.La circunstancia de que la planta procesará solamente u-ranio natural, facilitará mucho el diseño de este equipo,pues elimina las limitaciones que los problemas do criti_calidad le imponen. Entre las variadas alternativas po-sibles, se deberá elegir la que más fácilmente so puedaadaptar a esta característica de la planta.

Se deberá efectuar una recopilación bibliográfica detodas las soluciones posibles y decidir la construcciónde un prototipo basado en el modelo que mejores perspectivas presente. Su diseño estará intimamente relacionado con la decisión adoptada en el punto anterior: pre~tratamiento.

Es aconsejable montax' además el equipo de disoluciónya comprado para el proyaato PR-2 para permitir el ade-cuado diseño del sistema de condensación y tratamientode gases y para producir las soluciones de uranio nece-sarias para los ensayos de otros equipos de la planta.

2•3- Sistema de elevación, dosificación y medición de cauda-les de soluciones

Se deberá desarrollar directamente en escala industrial,para evitar los problemas asociados al manejo de pequeñoscaudales de soluciones, tal como los empleados en plantaspiloto. Para la elevación se desarrollarán eyectores avapor / para la dosificación remota, ae desarrollarán sis,temas del tipo "rueda dosificadora11 y "Danaide". El instrumental necesario para la medición de caudales, así como para el control de la "Danaide", ya se encuentra enel Dpto. También se han realizado ensayos preliminarescon ruedas dosificadoras y Danaides que convendrá eompletar. De la evaluación de los resultados se obtendrá la

información necesaria para el diseño y la construcción deun modelo de la capacidad requerida para una planta in-dustrial.

2.H- Clarificación de solucionesEl Dpto. cuenca con una clarificadora francesa "Robatel"

diseñada especialmente para su empleo con suspensioneoradioactivas. Se deberá montar este equipo y ensayar elproceso de clarificación, empleando como materia primasoluciones de uranio adicionadas de sílice coloidal coa-gulada por agregado do gelatina u otro coagulante adecúado. En base a los resultados obtenidos de estos ensayosse deberá diseñar y construir un equipo en la escala re-querida.

2.5- Extracción 'e solventesPrevia decisión sobre el empleo de columnas pulsadas,

mezcladores decantadores o extractores centrífugos, se de,berS construir un prototipo cuyas características depen-derán de la elección realizada.

La experiencia internacional y la bibliografía existen-te sobre estos equipos es muy amplia y permitirá procedera la construcción de un modelo directamente en escala industrial.

Los efectos de la acumulación de sólidos dentro de losequipos se estudiarán mediante el agregado de sílice co-loidal, de productos do degradación del solvente a la fase orgánica y de zireonio a la fase acuosa. De esta ma-nera se producirán artificialmente los precipitados de intorfase y se ensayarán los métodos usados en otros paísespara eliminar sus efectos.

2.6- Concentración de PuLa concentración de Pu en la escala requerida para una

planta, industrial, requiere el empleo de la técnica de extracción por solvente. Al respecto puede recurrirse a laamplia experiencia internacional existente en este tema.

Se aconseja ensayar el procedimiento en cajas de guantespara familiarizar al personal con el manipuleo de Pu enmacro-oantidades. Para ello podrán emplearse las cajasde guantes y equipos auxiliares que ya han sido compra-dos por el Dpto.

En la planta industrial este proceso se efectuará encolumnas pulsantes o mezcladores decantadores de geome-tría seftura. Los equipos correspondientes serán desarroliados por el grupo anterior, dedicado al estudio de equipos de extracción por solvente.

2.?- Precipitación de PuEl empleo de un mítodo de precipitación continua y di-

recta a partir de la fase orgánica, ofrece considerablesventajas. Esta técnica ha sido desarrollada y publicadaen Mol y Fontenay aux Roses. Se aconseja repetir estasexperiencias tal como han sido ejecutadas en Francia porel empleo de la simulación por precipitación de oxalatode U " o to*

Estos equipos tienen reducido tamaño y gran capacidadde producción. Se aconseja su desarrollo directamenteen escala industrial.

2.8- Concentración y calcinación de soluciones de U

El uranio empobrecido y decontaminado es almacenado enla forma más económica, en el estado de óxido. Para elloes necesario concentrar la solución de nitrato de uraniloproveniente de la planta en un evaporador y denitrarla pos_teriormente en un horno de locho fluidizado. En el Dpto.existe un evaporador apropiado, comprado para la plantaPR-2, cuyo ensayo se está efectuando actualmente. No e-xiate en cambio experiencia previa en materia de lechosfluidizados. Se deberá construir y ensayar un denitra-dor en escala adecuada para permitir su acople al concentrador existente.

Por tratarse de equipos convencionales de empleo corriente en la industria química, no se considera necesario e-fectuar ensayos en escala mayor a la del concentrador e-

xistente. Por ser éste un proceso"frío" no se presentan

aquí problemas de operación remota ni limitaciones de

mantenimiento características de otras secciones de las

plantas de reprocesamiento.

2.9~ Concentración de residuos y recuperación de ácido nítrico

Los equipos utilizados son los convencionales emplea-

dos en la industria química, pero su operación remota,

sin recurrir al empleo de válvulas presenta problemas es_

pecífieos. La información necesaria para su solución

puede obtenerse con ol montaje y operación de los equipos

ya comprados para el proyecto PR-2, Los factores de de-

contaminación do los evaporadores se puedes determinar me

diante el empleo de trazadores.

Por tratarse do equipos convencionales, no se conside

ra necesario efectuar ensayos piloto en escala mayor a la

prevista para la PR-2.

2.10- Celdas calientes

La información sobre su diseño es pública y la experien

cia de su diseño se puede obtener en países europeos y

en U.S.A. Se ha realizado considerable adelanto en su

diseño en el Dpto. , en lo relacionado con sistemas de

transferencias para sólidos (tipo Padirac) y para líqui

dos (tipo Cendrillon), sistemas de interconexión por trans_

porte neumático y otros accesorios como decapsuladores y

puertas neumáticas. En la Gerencia de Tecnología existe

además un grupo dedicado al desarrollo de celdas para u-

so metalúrgico, que ha alcanzado un considerable adelan-

to en su diseño. So deberá trabajar en estrecha colabo-

ración con este grupo para proceder a la construcción de

un prototipo de celda de diseño nacional. Su activación

servirá para la evaluación do su diseño y para el entre-

namiento en el manipuleo de actividad V.

2.11- Muestreador remoto

En el Dpto. Reprocesamiento se han realizado tareas de

desarrollo de estos equipos, encontrándose en elaboración

actualmente el diseño de un segundo prototipo basado enexperiencias anteriores. La incorporación de la experieitcia extranjera, sobre todo en lo referente a detallesconstructivos, deberá permitir la construcción de un e-quipo de la confiabilidad necesaria.

2.12- Técnicas analíticasLa prosecución de las tareas de desarrollo de tficnieas

analíticas automáticas "in line" y "on line" junto conla asistencia prestada por expertos extranjeros y la vi,sita a laboratorios dedicados al mismo tipo de tareasdeben permitir el desarrollo de equipos y técnicas analíticas seguras. La compra de algunos equipos extran-jeros, ya encarada» servirá de base para su desarrolloulterior o su adaptación a nuestros requerimientos. Elgrupo de analítica se ocupará además de efectuar los análisis químicos requeridos para la ejecución de losdemás ensayos piloto.

2.13- Recuperación de NpLas plantas extranjeras actualmente en operación no

fueron concebidas originalmente para la recuperación deNp. .Esta se realiza mediante modificaciones que se in-trodujeron con posterioridad. Se deberá realizar ensa-yos en cajas de guantes para evaluar el resultado de lastécnicas de recuperación de Np expuestas en la bibliografía, para concretar un diseño que permita la recupera-ción de Np con el máximo de eficiencia.

2,m- Sistemas de medición y control» calería de instrumentos,tableros de comando y protección lógica

Los sistemas de medición y control serán desarrolladosjunto a los equipos a los que servirán, aprovechando elinstrumental existente en el Dpto. Se utilizará la comparación con la experiencia extranjera para la óptimaconcepción de la galería de instrumentos, el tablero decontrol y su protección lógica.

8

2.IS- Arquitectura

Se deberá hacer un estudio comparativo de las concep-

ciones arquitectónicas de plantas industriales europeas

y americanas actualmente en operación o en construcción,

aprovechando la información bibliográfica existente so-

bre la materia. La comparación del proyecto PR-2 con

laa soluciones aportadas por las plantas alemana e ita-

liana, permitirán una evaluación crítica del primero.

De cate estudio surgirá una concepción arquitectónica

óptima de la futura planta industrial.

2.16- Servicios auxiliares: diseño y especificaciones

En este rubro se incluye la provisión de servicios ta-

les como aire comprimido, agua, vapor, gas, ventilación,

decontaminación, provisión de reactivos químicos, servi-

cios eléctricos, sistemas de comunicaciones, sistemas de

seguridad y monitoraje. Igual que en el punto anterior

se deberá evaluar los resultados que la experiencia euro

pea y americana nos ofrece en estos temas y comparar sus

soluciones con las proyectadas para la planta PR-2. De

este estudio deberán surgir soluciones conceptuales que

ofrozcan el necesario grado de seguridad sin incurrir en

gastos innecesarios derivados de instalaciones demasiado

costosas.

2.17- Normas y especificaciones para la construcción y montaje

de equipos e instalación de cañerías

Las tareas de construcción y montaje estarán a cargo de

empresas privadas.

La diferencia entre la instalación de una planta de re-

procesamiento y una similar de la industria química con-

vencional, radica fundamentalmente en las estrictas nor-

mas de construcción que es necesario mantener y en los

teat de calidad a que se someten las soldaduras. El em-

pleo de la garamagrafía y del test de fugas de >*as helio,

•tal como se requiere para las soldaduras de instalaciones

radioquímicas, ya es técnica corriente en algunas indus-

9

trias nacionales. Se considera que las grandes empresasque podrían hacerse cargo de la construcción de la plan-ta tienen capacidad técnica suficiente para ello.

Se deberá recopilar información de fuentes extranjerassobre métodos y normas de construcción! sistemas de mon-taje y aplicación de tests de calidad, a fin de conseguirel necesario grado de seguridad en la instalación, sinrecargar el costo con exigencias innecesarias.

3) Necesidades de_ espacioPara la ejecución del plan es imprescindible contar con un

•dificio adecuado para la ejecución de los ensayos piloto programados. Para ello as necesario que las obras de remodela-ción y ampliación del edificio del Dpto. que actualmente estánpor iniciarse, se concreten sin demora.

Para amoldar las tareas de desarrollo al cronograma de laobra civil, se prevee la ejecución de los ensayos en 3 etapas:Ia Período de terminación de la obra nueva del edificio. Se

efectuarán tareas de desarrollo preliminar de equipos en laparte vieja del edificio.a) ensayos preliminares de pretratamiento.b) ensayos de ruedas dosificadoras, danaides y sistemas deelevación y medición de soluciones.c) ensayo de la centrífuga Róbate1.d) montaje e instalación de los equipos de concentración deresiduos y destilación de NO,H en la torre exterior.e) ensayo de accesorios de celdas calientes.f) ensayo preliminar y diseño del muestreador remoto.g) estudio de recuperación de Np en cajas de guantes.

2o Período de remodelación de la parte vieja del edificio. Ellugar disponible para el trabajo experimental se ve reduci-do aproximadamente a 250 m , que se aprovecharán para conti^nuar con el trabajo de desarrollo más urgente. Las tareasa ejecutar en este período son:a) diseño y licitación de equipo pretratamiento.b) diseño y licitación de ruedas dosificadoras, danaides y

10

y sistemas de elevación.

c) diseño y licitación de disolvedor continuo.

d) diseñó y licitación de centrífuga clarificadora

e) diseño y licitación de extractores por solvente.

f) diseño y licitación de celdas calientes.

g) estudio de la concepción arquitectónica y servicios au-

xiliares de plantas extranjeras.

j° A partir de la entrega de la totalidad del edificio termi-

nado, se instalarán y ensayarán los equipos comprados para

los ensayos piloto y se completará la ejecución de todos

los ensayos y estudios programados.

En la tabla siguiente se comparan las necesidades de espa-

cio previstas en la tabla de requerimiento con las

bilidades reales del edificio.

Oficinas

Talleres

Laboratorio

Laboratorio

oNecesidades m

80

295

* 60

Analítico 300

2Disponibilidades m

ISO

H50

100

330

Si se suman a las necesidades el espacio requerido para o-

ficinas de dirección y administración estimadas en 70 m ,

así como el taller de máquinas herramientas y depósito es-2

timados en 100 m , se llega a una casi completa utilizacióidel edificio.

•») Necesidades de_ personal

El plan de acción propuesto hubiera sido de ejecución impo

sible 3 años atrás. Actualmente el Dpto Reprocesamiento cuen

ta con un plantel de profesionales que a través del diseño con

ceptual y preliminar del proyecto PR-2, está compenetrado de

los problemas que involucra el diseño de una planta de repro-

cesamiento. Estos profesionales están ahora en inmejorable

posición para evaluar las soluciones propuestas en ese proyec

to, a través de la comparación con la experiencia extranjera

11

y asimismo podrán asimilar los adelantos tecnológicos produ-cidos últimamente en los centros de desarrollo de esta espe-cialidad.

Para llevar a cabo este plan es indispensable el envío delos profesionales del Dpto. a plantas de reprocesamiento queno ofrezcan restricciones a la divulgación de información.Para ello se preveen 10 becas por el término de 1 año, preferentemente en las plantas WAK en Karlsruhe y EURBX *n Salu-ggia y posiblemente en Trombay y Tarapur en la India.

Del cuadro de requerimiento que se acompaña surge la necjssidad de 58 profesionales-año, S3 toenicos-afto y 32 auxilia-res-año para el cumplimiento del plan. Asumiendo un períodode >t años para la concreción del programa, surge la necesi-dad de 15 profesionales, 12 técnicos y 8 auxiliares. Estono incluye personal de dirección, administrativo, de mante-nimiento y choferes.

Cl plantel actual del Dpto. consta de 18 profesionales,11 técnicos y 3 auxiliares, que habría de reforzar mediantela incorporación de personal auxiliar, ya que dos de laspersonas catalogadas como auxiliares se desempeñan en reali,dad como técnicos.

5) Necesidades de_ presupuestoSumando las necesidades en inversiones y materias primas

estimadas para cada tarea según lo expuesto en la planillaadjunta, se llega a la suma de HS5.000 dólares. Este montose deberá erogar distribuido en el período de U años estimado para completar la ejecución del plan.

Esta cifra no incluye los gastos de personal ni de mantenimiento. Tampoco incluye los gastos de ampliación y modi-ficación del edificio del Dpto. , que se pueden estimar en1.300.000 dólares.

6) Cronograma tentativoLas tareas programadas se pueden ejecutar en un período

de H años, reforzando la dotación de personal auxiliar.Cumplidas las mismas, la CNEA estará en condiciones de com

pletar el diseño conceptual y preliminar de la planta indus-trial y asimismo dispondrá de la información necesaria parala redacción del pliego de especificaciones técnicas de lalicitación, Este trabajo de confección del pliego, junto ala licitación y adjudicación de la obra, se estima que sepuede completar en un período de 2 años.

£1 tiempo de construcción de una planta industrial medidoentre la firma del contrato y la entrega, incluyendo la con-fección de la ingeniería de detalle y la construcción, montaje y ensayo de la planta, se puede estimar en 6 años.

Asumiendo el comienzo inmediato de la ejoeución del plany la ausencia de demoras en su ejecución, se llega a media-dos da 1985 como fecha más temprana para la iniciación delreprocesamiento industrial en el país.

Rabio

Pretmtamiento del E.G.(mecánico o electrolí-t ico).

Disolución y trataoiento de gases de disolu-ción.

Circulación, dosifica-ción y medición de cag.dal de soluciones.

Clarificación de solu-ciones.

Extracción por solven-tes.

1

- Manipuleo de cacrocan-tidades de Pu.

Precipitación de Fu.

i

Concentración y calci-nación de soluciones de

Personal

1 Profesional1 Técnico1 Aux. Técnico

1/2 Profesional1 Técnico1/2 Aux. Técnico

1/2 Profesional1 Técnico1/2 Aux. Técnico

1/2 Profesional1 Técnico

1 Profesional2 Técnicos1/2 Aux. Técnico

1/2 Profesiocal1 Técnico

1/4 Profesional1 Técnico1/2 Aux. Técnico

1 Profesional1 Técnico1 Aux. Técnico

f

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i

4

3

2

3

1

2

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Espado

»

50

50

20

20

50

20

20

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Costo(U$S)

50.000

50.000

10.000

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30.000

5.000

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30.000

I Añosí Profesional

4

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1

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AñosTécnicos

4

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3

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6

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2

3

Años*mñlii»rTécnico

4

; 1 1/2

1

11/2

1

3

Observ&c.

Sobro

Concentración de resi-duos y recuperación deAc.liítrico.

Celdas calientes.

"íuestreador remoto.

Técnicos Analíticos

Recuperación de lip.

Estudio de la galería ytablero de instrumentosy de la protección lóztca.

Arquitectura.

Servicios Auxiliares(diseño y especificacicnes)

1 Profesional1 Técnico1 AKX. Técnico

1 Profesional1 Técnico1/2 Ame. Técnico

1/2 Profesional1 Técnico

4 Profesional4 Técnicos4 Aux. Técnicos

1/2 Profesional1 Técnico

1 Profesional1/4 Técnico

1 Profesional1/2 Técnico

1 Profesional

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Especio

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Costo(U$S)

10.G00

50.000

20.000

100.000

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2

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15

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1

1Jfa.

1

AñosTécnicos

2

3

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AñosAuxiliarTécnico

2

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16

Obserr&c.

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£1 espaciorequeridoes tipo o»ficina.

31 espaciorequeridoes tipo o-ficina.

El espaciorequeridoes tipo o-ficina.

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¡ !5 tachos de 10 nr requs ;ridos por los ensayos ~ ; ¡

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