Procédé pour obtenir de l'uranium métallique à l'état fondu. La présente invention a pour objet un procédé pour obtenir de l'uranium métallique à l'état fondu. Suivant ce procédé, on chauffe un sel haloïde d'uranium, libre d'oxyde, avec un agent réducteur à point d'ébulli tion inférieur à celui de l'uranium, de façon à libérer l'uranium.
L'a-gent réducteur employé sera avanta geusement d'une pureté de sensiblement 100%.
Pour obtenir le sel haloïde à employer, on peut par exemple opérer comme suit: 200 gr d'acétate d'uranyle sont dissous dans de l'eau distillée et passés' par filtra tion dans un récipient tel qu'un seau en bois ou en caoutchouc. On prépare une seconde solution au moyen de 200 gr de fluorure de potassium (ou bien aussi de fluorure de sodium) et cette dernière solution est alors filtrée pour éliminer les impuretés, après quoi les deux solutions filtrées et claires sont intimement mélangées l'une avec l'autre.
A ce mélange de solutions, on ajoute en= suite 60 em@ d'acide fluorhydrique et envi ron 60 cm' d'acide formique ou d'un autre agent réducteur approprié pour produire une cristallisation lente du sel. Aucune précipi tation ne se manifeste lors de l'addition de ces acides et les solutions combinées présenteront. une coloration jaune clair.
La réaction est seulement produite en soumettant la liqueur à l'action de rayons lumineux, par exemple à l'action: de la lumière solaire ou de rayons ultraviolets. Cette exposition à l'action de rayons lumineux se continuera jusqu'à ce que la réaction soit achevée, auquel moment la liqueur devient tout à fait incolore, et sen siblement la totalité des sels d'uranium sera précipitée sous forme d'une masse cristalline de couleur vert-brillant.
La réaction qui a eu lieu est représentée par la formule suivante: UO'dCC2H302)2 + 3gF '-,--' 2gF = KM -1- 2g20 --\- 002 + 2gc2H902. Le précipité peut être séparé de la solu tion par voie de filtration et ensuite être lavé de part en part avec de l'eau distillée pour extraire les produits solubles contenus dans le précipité. après quoi celui-ci est séché par chauffage dans un four approprié.
Après que le précipité a été bien séché, l'eau de cristallisation en est éliminée par fusion. Pour cette opération de fusion, on peut combiner le précipité, qui consiste en fluorure de potassium-uranium, avec un poids égal d'un mélange de parties égales de chlorure de sodium et de chlorure de potas sium. Il est préférable d'employer un mé lange de ce genre au lieu de l'un de ces chlorures seul, pour la raison que ce mélange fond à. une température plus basse et est plus facile à manipuler.
La fusion elle-même peut s'accomplir par chauffage d'un creuset en platine renfermant les substances à l'air au-dessus d'une flamme ouverte, dans un ap pareil de chauffage électrique, ou clans un milieu inerte, tel que de l'hydrogène, les chlorures de sodium et de potassium étant introduits dans le creuset et le fluorure de potassium-uranium y étant peu à. peu ajouté, chaque fois par petite portion, ,jusqu'à ce que la masse en fusion soit parfaitement claire. Lorsque cette condition est atteinte, la fusion du mélange -est achevée et après avoir fermé le creuset, on permet à la masse de se re froidir.
La masse fondue est alors enlevée dia ,creuset et moulue jusqu'à une finesse qui permet son passage à travers un tamis à 200 mailles par cm', à près quoi le produit pulvé rulent est suspendu dans de l'eau distillée et lavé de part en part pour éliminer tout excès en sels sodique et potassique. Le ré sidu est alors filtré, lavé à l'alcool et séché ensuite pendant environ une heure à 150 C dans un four de séchage. Le produit ainsi obtenu, qui est du fluorure de potassium- uranium et qu'on emploiera ensuite comme matière première, a été trouvé comme étant tout à fait libre d'oxyde.
Jusqu'à présent, dans la. préparation (le sels d'uranium, on a éprouvé de sérieuses difficultés pour obtenir un précipité de fluorure d'uranium qui pouvait être filtré et lavé, par suite du fait que le précipité était tellement finement divisé et tellement gélatineux qu'il obstruait les pores du filtre et empêchait la séparation du précipité de la solution Puis,, en raison de la présence d'eau, celle-ci était susceptible de se décom poser et de réagir avec le métal pour for mer des oxydes. Dans la méthode opératoire sus-décrite, ces difficultés sont évitées et on obtient un fluorure d'uranium granulé qui peut être filtré très facilement et qui peut ensuite être fondu et obenu en condition libre d'oxyde.
Pour réduire le fluorure de potassium- uranium e1- pour obtenir une fusion de l'ura nium, on opèrera de préférence de la ma nière suivante: Le sel séché est mélangé dans une pro portion de 10 parties en poids avec 1 i/2 par ties en poids de magnésium, ou tout autre agent réducteur équivalent, tel qu'un alliage de .magnésium et de caleium, ou tout autre métal ou mélange de métaux approprié.
La quantité spécifiée du magnésium peut être considérée comme étant très près de la quan tité théorique du magnésium pour la réduc tion, bien que. en raison du fait que le ma gnésium peut être facilement éliminé au eliauffage, une quantité en excès puisse très bien être employée.
Le sel et l'a.rgent réducteur finement pul vérisé sont ensuite intimement. mélangés dans un mortier et on comprime alors des quantités appropriées de ce mélange dans un moule de fer à une forme convenable pour être aisément manipulé. Le corps comprimé de sel et d'agent réducteur est alors intro duit dans un creuset en molybdène ou autre métal analogue, lequel est placé dans un appareil de chauffage, dans lequel on main tient pendant toute l'opération le vide le plus élevé.
Dans cet appareil, le creuset est lentement porté à la température néces saire .pour produire la, réaction voulue, de préférence par chauffage par induction élec trique: un appareil de chauffage convenant à cet effet étant par exemple décrit dans le brevet suisse no 100060.
Au moment où le creuset atteint la tem pérature du rouge-foncé, la réaction se pro duit et le potassium et le magnésium sont séparés par distillation à l'état de sels. Il est avantageux de continuer le chauffage de la charge pendant quelque temps après que la réaction s'est effectuée, afin de volatiliser les parties des sels qui pourraient rester après la réaction. De plus, il est désirable de pousser la réaction suffisamment . loin pour éliminer pratiquement tout le magné sium libre.
La matière ainsi obtenue est laissée se refroidir tout à fait et peut ensuite être en levée et pulvérisée et être comprimée à nou veau dans un moule plus petit à la forme voulue. La matière ainsi comprimée peut alors être posée sur un support approprié, tel qu'une couche d'oxyde thorique à l'inté rieur de la bobine primaire d'un appareil de chauffage à induction électrique, à haute fréquence, du genre susmentionné, la charge pouvant être chauffée lentement par ce chauffage par induction électrique et ce chauffage se continuant jusqu'à ce que les sels soient volatilisés et qu'il ne reste plus rien que de l'uranium métallique pur qui, dans ces conditions, accuse une conductivité élevée.
Par suite de la contraction que subit la charge, le couplage entre celle-ci et la bobine primaire de l'appareil de chauffage à induc tion tend à devenir lâche et il peut être dé sirable de resserrer ce couplage entre la charge et ladite bobine primaire. Ceci peut être facilement réalisé en permettant à la charge de se refroidir et en l'enlevant alors de l'appareil de chauffage à induction, après quoi la charge, qui est alors un petit lingot (le métal, est introduite dans une bobine plus petite qui est engagée dans l'appareil de chauffage. Les courants à haute fré quence seront alors envoyés à travers cette bobine afin de porter la charge à une tem pérature suffisante pour amener le métal à l'état fondu.
Le produit obtenu sera alors dans un état complètement fondu et homo gène de part en part, et une analyse micro- photographique et chimique a prouvé qu'il était de l'uranium pur à sensiblement 100 %.
Bien que la réduction du fluorure de potassium-uranium au moyen de magnésium pour obtenir l'uranium fondu ait été décrite comme ayant lieu dans plusieurs phases et clans plusieurs bobines de chauffage à in duction, on comprend qu'elle pourrait aussi être réalisée dans une seule opération et dans une seule bobine de chauffage à induc tion, pourvu que la construction soit telle qu'on puisse obtenir les conditions de tem pérature nécessaires pour effectuer la réduc tion et la fusion de l'uranium.
Après que le métal a été porté à une température suffisamment élevée pour le fondre, on le laisse refroidir et on le retire de l'appareil de chauffage.
Le procédé décrit a été trouvé satisfai sant pour produire de l'uranium métallique d'une pureté telle et dans des conditions telles qu'il peut être amené aux formes voulues pour des anticathodes, fils, fila ments, électrodes etc.
Process for obtaining metallic uranium in the molten state. The present invention relates to a process for obtaining metallic uranium in the molten state. According to this process, a haloid salt of uranium, free of oxide, is heated with a reducing agent having a boiling point lower than that of uranium, so as to liberate the uranium.
The reducing agent employed will advantageously have a purity of substantially 100%.
To obtain the haloid salt to be used, one can for example operate as follows: 200 g of uranyl acetate are dissolved in distilled water and filtered through a container such as a wooden or plastic bucket. rubber. A second solution is prepared by means of 200 g of potassium fluoride (or also of sodium fluoride) and this last solution is then filtered to remove the impurities, after which the two filtered and clear solutions are intimately mixed with each other. the other.
To this mixture of solutions are then added 60 ml of hydrofluoric acid and about 60 cm 3 of formic acid or other suitable reducing agent to produce slow crystallization of the salt. No precipitation will occur upon addition of these acids and the combined solutions will show. a light yellow color.
The reaction is only produced by subjecting the liquor to the action of light rays, for example to the action of: sunlight or ultraviolet rays. This exposure to the action of light rays will continue until the reaction is completed, at which point the liquor becomes quite colorless, and substantially all of the uranium salts will be precipitated as a crystalline mass. shiny green in color.
The reaction which took place is represented by the following formula: UO'dCC2H302) 2 + 3gF '-, -' 2gF = KM -1- 2g20 - \ - 002 + 2gc2H902. The precipitate can be separated from the solution by filtration and then be washed through and through with distilled water to extract the soluble products contained in the precipitate. after which this is dried by heating in a suitable oven.
After the precipitate has been dried well, the water of crystallization is removed from it by melting. For this smelting operation, the precipitate, which consists of potassium uranium fluoride, can be combined with an equal weight of a mixture of equal parts of sodium chloride and potassium chloride. It is better to use a mixture of this kind instead of one of these chlorides alone, for the reason that this mixture melts at. a lower temperature and is easier to handle.
The melting itself can be accomplished by heating a platinum crucible containing the substances in air over an open flame, in an electric heater, or in an inert medium, such as hydrogen, sodium and potassium chlorides being introduced into the crucible and potassium-uranium fluoride being little there. added little, each time in small portions, until the melt is perfectly clear. When this condition is reached, the melting of the mixture is complete and after closing the crucible, the mass is allowed to cool down.
The molten mass is then removed dia, crucible and ground to a fineness which allows it to pass through a sieve at 200 meshes per cm ', whereupon the pulverized product is suspended in distilled water and washed from side to side. in part to eliminate any excess in sodium and potassium salts. The residue is then filtered, washed with alcohol and then dried for approximately one hour at 150 ° C. in a drying oven. The product thus obtained, which is potassium uranium fluoride and which will then be used as a raw material, has been found to be quite free of oxide.
So far in the. preparation (uranium salts, serious difficulties were encountered in obtaining a precipitate of uranium fluoride which could be filtered and washed, due to the fact that the precipitate was so finely divided and so gelatinous that it blocked the pores the filter and prevented the separation of the precipitate from the solution Then, due to the presence of water, the latter was liable to decompose and react with the metal to form oxides. In the above operating method. described, these difficulties are avoided and a granulated uranium fluoride is obtained which can be filtered very easily and which can then be melted and obtained in an oxide free condition.
To reduce the potassium-uranium fluoride e1- to obtain a melting of the uranium, the following procedure is preferably carried out: The dried salt is mixed in a proportion of 10 parts by weight with 1 i / 2 per parts by weight of magnesium, or any other equivalent reducing agent, such as an alloy of .magnesium and calium, or any other suitable metal or mixture of metals.
The specified amount of magnesium can be considered to be very close to the theoretical amount of magnesium for the reduction, though. due to the fact that magnesium can be easily removed by heating, an excess amount may very well be used.
The salt and the finely pulverized reducing silver are then intimately. mixed in a mortar and then compressing appropriate amounts of this mixture in an iron mold to a shape suitable for easy handling. The compressed body of salt and reducing agent is then introduced into a crucible of molybdenum or the like, which is placed in a heater, in which the highest vacuum is held throughout the operation.
In this apparatus, the crucible is slowly brought to the temperature necessary to produce the desired reaction, preferably by electric induction heating: a heater suitable for this purpose is for example described in Swiss Patent No. 100060.
When the crucible reaches the temperature of deep red, the reaction takes place and the potassium and magnesium are separated by distillation in the form of salts. It is advantageous to continue heating the feed for some time after the reaction has taken place, in order to volatilize the parts of the salts which might remain after the reaction. In addition, it is desirable to push the reaction sufficiently. away to eliminate virtually all of the free magnesium.
The material thus obtained is allowed to cool completely and can then be leavened and pulverized and compressed again into a smaller mold of the desired shape. The material thus compressed can then be placed on a suitable support, such as a layer of thoric oxide inside the primary coil of an electrical induction heater, at high frequency, of the aforementioned type, the load which can be heated slowly by this electric induction heating and this heating continuing until the salts are volatilized and nothing remains but pure metallic uranium which, under these conditions, shows a high conductivity .
As a result of the contraction that the load undergoes, the coupling between the latter and the primary coil of the induction heater tends to become loose and it may be desirable to tighten this coupling between the load and said primary coil. . This can be easily achieved by allowing the charge to cool and then removing it from the induction heater, after which the charge, which is then a small ingot (the metal, is fed into a smaller coil. which is engaged in the heater The high frequency currents will then be sent through this coil to bring the charge to a temperature sufficient to bring the metal to the molten state.
The product obtained will then be in a completely molten state and homogeneous through and through, and microphotographic and chemical analysis has shown it to be substantially 100% pure uranium.
Although the reduction of potassium uranium fluoride by means of magnesium to obtain molten uranium has been described as taking place in several phases and in several induction heating coils, it is understood that it could also be carried out in one. single operation and in a single induction heating coil, provided that the construction is such that the temperature conditions necessary to effect the reduction and smelting of uranium can be obtained.
After the metal has been brought to a temperature high enough to melt it, it is allowed to cool and removed from the heater.
The process described has been found to be satisfactory for producing metallic uranium of such purity and under conditions such that it can be formed into desired shapes for anticathodes, wires, filaments, electrodes etc.