DE2936399A1

DE2936399A1 - Verfahren und vorrichtung zum gewinnen geloester werkstoffe aus meerwasser

Info

Publication number: DE2936399A1
Application number: DE19792936399
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Koske; Klaus 2054 Geesthacht Ohlrogge
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 1979-09-08
Filing date: 1979-09-08
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2936399C2; WO1981000727A1; EP0035507A1

Description

Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gewinnen gelöster Wertstoffe, insbesondere Uran aus Meerwasser durch Adsorption in fluidisierten, vom Wasser im wesentlichen quer zu ihrer Fläche durchströmten Adsorberbetten.
Die derzeit bekannten abbauwürdigen terrestrischen Vorkommen an Uran belaufen sich je nach Autor bzw. Quelle der Abschätzung auf 2 bis 4 Nie Tonnen, wenn man von Lagerstätten mit geringfügigerer Urankonzentration, wie beispielsweise Phosphaten, absieht. Andererseits enthalten die Weltmeere 4,5 x 109 t Uran, allerdings mit der sehr geringen Konzentraktion von 3,3 ppb (mg/t). Es ist daher verständlich, daß seit einigen Jahren in verschiedenen Ländern Forschungsarbeiten zur Uran-Extraktion aus ISieerwasser durchgeführt werden, wobei sich aus der Vielzahl der zunächst möglichen Vorgehensweisen inzwischen allgemein der Adsoptionsprozess als am günstigsten erwiesen hat.
Hierbei wird t'Ieerwasser mit einem geeigneten, normalerweise fein verteilten Adsorber in Kontakt gebracht, wobei das gepiste Uran uf den Adsorber übergeht und auf diesem angereichert wird. Dieser Vorgang wird insofern begünstigt, als im Gegensatz zu anderen, in Meerwasser vorkommenden Spurenelementen das Uran weltweit praktisch konstante Konzentrationsverhältnisse aufweist, was wahrscheinlich auf die hohe Stabilität des Tricarbonato-Komplexes [UO2 (CO3)3]4- zurückzuführen ist, in dem das gelöste Uran bei dem pH-Wert 8,2 in meerwasser praktisch ausschließlich vorliegt.
Als geeignetes Adsorbermaterial ist ein Titan-Oxid-Hydrat gefunden worden, das in der Lage ist, bei Kontaktzeiten zwischen 10 und 50 Sekunden 30 bis 80 Prozent des ip kontaktierten Meerwasser enthaltenen Urans aufzunehmen bei !3eladungen bis zu 500 ppm und mehr. Neben der Entwicklung eines geeigneten Adsorbermaterial sind nach die Art und Weise des Kontaktierens von Meerwasser und Adsorber Gegenstand umfangreicher UntersuchunUcn, (1a wegen der o.a. geringen Konzentration des Urans in Meerwasser beträchtliche Wassermengen mit dem Adsorber in Kontakt @t zu bringen sind.
So ist bei einem Adsorptionswirkungsgrad von 0, 3 (definiert als adsorbierte Uranmenge bezogen auf die gesamte Uranmenge in dem durchgesetzten Wasservolumen) z. B. ein täglicher Seewasserdurchsatz von 0,28 x 109 m³ erforderlich, um eine Jahresproduktion von 100 t U zu erzielen.
Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um derartige große Wasservolumina mit dem Adsorber in Kontakt zu bringen: - statische Bettanordnungen, in denen das granulierte Adsorbermaterial von iiber Leitungen mit Pumpen herangeführtem Meerwasser durchströmt wird, - in Küstennähe angeordnete, den Gezeitenkraftwerken ähnliche statische Bettanordnungen, in denen das gralierte Adsorbermaterial aufgrund natürlicher Meeresströmungen bzw. Gezeitenströmungen mit Meerwasser in Kontakt gebracht wird, - Misch- oder Rührbetten, in denen über Leitungen zugeführtes Meerwasser und Adsorbergranulat in herkömmlichen Rührwerken oder Mischern kontaktiert werden.
- fluidisierte Adsorberbetten, in denen Meerwasser von unten nach oben gegen die Schwerkraft das Adsorbermaterial durchströmt und die Fluidisierung des Bettes bewirkt.
Die bisher vorgeschlagenen Verfahren zur Urangewinnung aus Meerwasser mittels durchströmter Adsorberbetten sind bisher aus naheliegenden Gründen noch nicht zum Einsatz gekommen und zwar einerseits wegen der in Küstennähe normalerweise eträchtlichen Wasserverschmutzung, die zur einer Beeinträchtigung des Adsorberverhaltens führt, und andererseits wegen des Energiebedarfs, da für das erforderliche Pumpen des Meerwassers Höhendifferenzen und Leitungswiderstände von einigen Metern Wassersäule zu überwinden sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung verbesserter Verfahren und Vorrichtungen, die einen erheblich geringeren Enegiebedarf haben und sich durch einen bisher nicht bekanten hohen Wirkungsgrad auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegeben Maßnahmen gelost.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Anlage zum Gewinnen von Uran aus Meerwasser nach dem Adsorptionsverfahren ist filr ein Arbeiten auf hoher See ausgelegt und vermeidet somit die Problene der Wa:.serqualität in küstennahen Zonen. Aufgrund aktiven Wasserrasports durch Pumpen werden auch die hydrodynamischen Probleme einer in natürlicher Meeresströmung verankerten Anlage umgangen.
Das Auslegungsprinzip der in dieser Anmeldung beschriebenen Anlage in Form von im Neer schwimmenden ponton- oder floßartigen Produktionseinheiten ermöglicht zudem im Gegensatz zu landfesten oder in Küstennähe auf dem Meeresboden erstellten Anlagen eine Minimalisierung der Pumpenergie, wobei aufgrund der erfindungsspezifischen direkten Kombination von Pumpe und Produktionseinheit ohne zwischengeschaltete, längere Rohrleitungen oder Wasserführungssysteme die zu Uberwindende hydrostatische EI-ihe im Bereich von 30 bis 40 cm Wassersäule liegt und somit eine beträchtliche Energieersparni (90 V> und mehr) gegenüber bisher bekannten und vorgeschlagenen Verfahren mit aktivem Pumpen gegeben ist.
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung eine technische Produktionsanlage modular aus einer größeren Zahl identischer Produktionseinheiten aufgebaut wird, erreicht man, im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik eine bessere Anpassung der Produktion an den Bedarf und einfachere Verfahrensweisen zur Elution und Kreislauffiihrung des Adsorbermaterials.
Im einzelnen ist zu der Ausführung der vorliegenden Produktionsanlage Folgendes zu sagen: das verfahrenstechnische Grundprinzip besteht in einer Kombination von floßartigen Produktionseinheiten, die das Adsorberbett tragen, mit direkt darunterhängenden oder seitswärts angebrachten Pumpen, die die erfolderliche Wassermenge durch das etwa in der Meeresoberfläche befindliche Adsorberbett drücken und dabei eine Fluidisierung des Adsorbergranulats bewirken. Wie Untersuchungen gezeigt haben, ist zur Fluidisierung eines etwa 50 cm hohen Adsorbeibettes aus Titanoxidhydrat-Granulat eine äquivalente hydrostatische Höhe von 8 - 10 cm Wassersäule zu dberwinden. Die ponton- oder floßartigen Produktionseinheiten werden nach elfolgter Beladung in eine zentrale Überwachungs- und Eluierungseinheit (Mutterschiff) übernommen, dort einem Elutionsproze:s unterworfen, bei dem das adsorhierte Uran in geeigneter Weise von dem Adsorber beruntergewaschen wird, und anschließend zu erneuter Beladung auf See eingesetzt.
Ein Auslegungsbeispiel soll den modularen Aufbau und die dadurch ermöglichten Handhabungsvorteile untersrtreichen. Wie weiter oben bereits ausgeführt, ist für eine Produktionsanlage mit einer Kapazität von 100 t U/a bei einem Adsorptionswirkungsgrad vori 0,3 ein Wasserdurchsatz von 0.28 x 109 m3/d erforderlich, wa; einem stündlichen Wasserdurchsatz von 11,5 x 1 o6 m9 entspricht. Dieser Wasserdurchsatz kann erfindungsgemåß durch 200 identische Produktionseinheiten gewährleistet werden, die Jede durch eine Pumpe von 60 000 m3/h versorgt werden. Bei z.3.
einer Gesamtadsorberbettfläche von 64 000 m² muß die einzelne Produktionseinheit eine Fläche von 320 m² aufweisen und ca.
200 bis 250 t Adsorbermaterial aufnehmen. Damit ergeben sich ftlr die einzelnen ponton- oder floßartigen Produktionseinheiten in diesem Berechnungsbeispiel Abmessungen, die bei 10 m x 32 m in den äußeren Dimensionen und bei einer Gesamtwasserverdrängung von etwa 300 bis 350 t liegen.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung naher heschrieben.
In Zeichnungen zeigen: - Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anlage zur Extraktion von Uran aus Iieerwasser und - Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer als Ponton ausgebildeten Produktionseinheit mit Adsorberbett und Pumpe Wie Fig. 1 zeigt, werden beispielsweise 200 als Ponton odc1 I loß ausgebildete Produktionseinheiten all einem schwimmenden Steg, system angekoppelt, welches aus miteinander vcrbundenen Quer-und Längsstegen 2, 3 besteht. Diese System 2, 3 kann sowohl verankert als auch gekoppelt mit der Versorgungseinheit, bzw.
dem zugehörigen Mutterschiff 4 freitreibend ausgeführt werden.
Die für die Pumpen der Produktionseinheiten notwendige Stromversorgung, sowie weitere mögliche Verbindungen (z.U. Meß-bzw. Steuerleitungen) verlaufen über eine gemeinsame Versorgungsleitung 5, die an das Mutterschiff 4 als zentrale Betriebs- und Elutions-Einheit angeschlossen ist.
Für die Handhabung der einzelnen Produktionseinheiten 1 ist vorgesehen, daß sie nach der Beladung mit Uran mit Hilfe geeigneter Bugsier-Fahrzeuge von ihrem Platz am Stegsystem 2, 3 zum Mutterschiff geschafft werden und dort auf verschiedene Art zur Elution und Regeneration des Adsorbers an Bord genommen werden können. Due Fig. 1 zeigt zwei Möglichkeiten der Anbordnahme: das An-Bord-Winschen der Produktionseinheiten über eine Neckschleppe 6, bzw. das Einschwimmen der Produktionseiheiten 1 über seitliche Pforten 7 des Mutterschiffes 4.
Wenn man von dem vorstehenden Berechnungsbeipsiel ausgeht, nimmt eine Gruppe von zwanzig Produktionseinheiten eine Fläche von ca. 110 x 70 m ein. Bei einem angemessenen Abstand zwischen den einzelnen Zwanziger-Gruppen ergibt sich dann für die Gesamtheit von zweihundert Produktionseinheiten eine Fläche von ca. 220 x 520 m.
Die in Fig. 2 dargestellte Produktionseinheit besteht entsprechend einem denkbaren Ausführungsbeispiel aus einem Ponton 10 mit einer unter dem Ponton 10 hängenden Tauchpumpe 11.
Mittels dieser Tauchpumpe 11 wird das Seewasser über einen Verteilungstrichter 12, der für eine gleiclunäßige Verteilung des Wasserdurchsatzes zu sorgen hat, dem eigentlichen Adsorberbett 13 zugeführt. I)er Ponton 10 ist ein Schwimmkörper beliebigen Querschnitts, der mit einem auswechselbaren, siebartigen Boden 14 ausgestattet i.t, dessen Durchlassöffnungen kleiner als der Korndurchmesser des Adsorbergranulates im Adsorberbett 13 sind.
Dieser Siebboden 14 soll zusammen mit dem Verteilertrichter 12 hewirken, daß der Wasserstrom das Adsorberbett 13 gleichmäßig über die gesamte Querschnittsfläche durchsetzt. Das in Fig. 2 angegebene Bezugszeichen WL kennzeichnet die Wasserlinie.
@bweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. @ besteht auch die Möglichkeit, die Seewasserpumpe mit über der Wasserlinie WL liegenden Antriebsmotor seitlich am Ponton 10 anzubringen und ein rampenartiges Wasserverteilungssystem vorzusehen, über das das von der Seewasserpumpe kommende Wasser über die Adsorberbettfläche verteil wird.
Rine weitere Variante der seitlichen Anordnung der Pumpe kann darin bestehen, daß man die Pumpe nicht an der Produktionseinheit, sondern am Stegsystem montiert

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen gelöster Wertstoffe aus Meerwasser Patentansprüche: 1. Verfahren zum Gewinnen gelöster Wertstoffe, insbesondere Uran aus Meerwasser durch Adsosption in @luidsierten, vom Wasser im wesentlichen quer zur ihrer Fläche durchströmten Adsorberbette,dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberbetten in Form von schwimmfähigen pontonartigen Körpern im offenen @eer ausgesetzt und dort durch eine Pumpanlage mit Meerwasser durchströrnt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die adsorberbetten am Einsatzort verankert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberbe-tten an einem Mutterschiff angekoppelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die mit adsorbiertem Wertstoff beladenen Adsorberbetten ins Muterschiff verbracht und dort durch elution regeneriert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gelcennzeichnet, daß die Adsorberbetten vor der Wiederaussetzung an Bord von biologischem Bewuchs und Krusten befreit werden.
G. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 gekennzeichnet durch die Verwendung einer Mehrzahl von indentisch modular gestalteten, gruppenweise koppelbaren Adsorberbetten.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß mit einer zentralen Pumpanlape eine Mehrzahl von Adsorberbetten versorgt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen Adsorberbetten separate Pumpanlagen zugeordnet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 4 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß den separaten Pumpanlagen die erforderliche Antriebsenergie vom Nutterschiff geliefert wird.
10. Vorrichtung zum Durchfiihren des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberbetten (13j in einem schwimmfa-higen, vertikal durchströmbaren Ponton (10) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daf. die Pontons (10) mit einer bordeigene1i Pumpe (11) versehen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die bordeigene Pumpe eine unter dem Asorberbett (13) angeordnete Tauchpumpe (11) ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die bordeigene Pumpe mit über Wasserniveau liegender Antriebsmotor seitlich am Ponton angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Mehrzahl von untereinander gleichen, mlt Adsorberbett (13) versehenen modulartigen Pontons (10) bs steht
15. Vorrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß die modulartigen Pontons (1,10) gruppenweise koppelbar (,3) sind.