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Verfahren zum Trennen von Elektrolytgemischen, insbesondere Isotopen,
in einem engen, von einem elektrischen Strom durchflossenen Spalt Es ist bekannt,
flüssige Gemische im Trennrohr zu trennen. Der in radialer Richtung durch Thermodiffusion
entstehende Trenneffekt wird dabei durch die über die Länge des Rohres auftretende,
durch das Temperaturgefälle bedingte Zirkularströmung gegenstrommäßig vervielfacht.
Demgemäß wurde auch schon versucht, wäßrige Elektrolyte zu entmischen.
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Da die Anionen bzw. Kationen eines Elektrolytgemisches im elektrischen
Feld voneinander verschiedene Wanderungsgeschwindigkeiten aufweisen, hat man diesen
Effekt auch zur Isotopentrennung in Salzschmelzen bereits ausgenutzt. Dabei muß
man den Elektrolyt ständig regenerieren, da der Strombedarf für die Isotopentrennung
demjenigen der elektrolytischen Zersetzung um ein Vielfaches übertrifft. Einer Vergrößerung
der kleinen Trennräume stehen Materialschwierigkeiten und durch die Stromwärme erzeugte,
durchmischend wirkende Strömungen entgegen. Dieses Verfahren hat man auch schon
derart abgewandelt, daß die Ionen waagerecht wandern und sich eine durch den Stromdurchgang
bedingte Dichteänderung des Elektrolyts senkrecht zirkulierende Konvektionsströmung
ergibt. Hierbei wird also der radiale Thermodiffusionseffekt des Trennrohres durch
den Trenneffekt durch Ionenwanderung ersetzt. Dadurch wird die Zirkularströmung
wie beim Trennrohr zur Vervielfachung des kleinen radialen Trenneffektes ausgenutzt,
der jedoch von der äußerst geringen Dichtedifferenz abhängig und daher nur außerordentlich
klein ist. Eine Zersetzung der Elektrolyte (wäßrige NaCl-Lösung) wird dadurch vermieden,
da die Elektrode mit Silberchlorid überzogen ist. Das Silberchlorid wird verbraucht
und dieselbe Menge an der Gegenelektrode gebildet. Damit ist das Verfahren auf wenige
Elektrolyte beschränkt, für die reversible Elektrodenbeläge existieren.
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Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile und Beschränkungen
vermeiden kann, wenn man das Verfahren zum Trennen von flüssigen Elektrolytgemischen,
die in einem engen Spalt einem dort fließenden elektrischen Strom unter Ausnutzung
einer quer zur Stromrichtung verlaufenden Zirkularströmung unterworfen werden, auf
schmelzflüssige Elektrolyte anwendet und dafür sorgt, daß keine Elektrolyseprodukte
entstehen. Der elektrische Strom fließt zwischen den aus Metall oder Kohle bestehenden
Spaltwänden. Wenn die Elektroden nahe genug beieinander, z. B. 111o bis l/loo mm,
sind und der Druck auf den verwendeten Elektrolyt hinreichend groß ist, lösen sich
die bei normaler Elektrolyse entstehenden Elektrolyseprodukte, so daß die ständige
Zersetzung des Elektrolyts in seine Bestandteile vermieden wird.
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Im allgemeinen geht der Stromdurchgang bei einer Klemmenspannung vor
sich, die weit unter der Summe
der Abscheidungsspannungen für die normalen Elektrolyseprodukte
liegt. Etwaige Elektrolyseprodukte verbleiben in dem flüssigen Elektrolyt und rekombinieren
zu der ursprünglichen Verbindung. Beim Stromdurchgang werden meist schon mit sehr
niedrigen Spannungen sehr große Stromdichten erzielt.
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Infolge der hohen Stromdichten ist der Ionentransport groß. Die bei
Stromdurchgang auftretende Entmischung der Ionen infolge der unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeit
erfaßt also eine hohe Ionenmenge.
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Auf diese Weise wird schon bei kurzen Längen der Zirkularströmung
eine große Trennschärfe und gute Raum-Zeit-Ausbeute erreicht.
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Durch die im Elektrolyt unvermeidlich auftretende Stromwärme, die
bei hoher Stromdichte beträchtlich ist, wird die innere oder besser wärmeisolierte
Elektrode gegenüber der mit der Umgebung im Wärmeaustausch stehenden äußeren oder
schlechter isolierten Elektrode erwärmt, wodurch die Zirkularströmung zustande kommt.
Das vofliegende Verfahren ist nicht abhängig von einem Temperaturgefälle zwischen
den Elektroden, die den spaltförmigen Trennraum bilden.
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Die Zirkularströmung kann nämlich auch beispielsweise durch eine relative
Bewegung der die Elektroden bildenden Rohre hervorgebracht werden. Es ist jedoch
besonders günstig, die Zirkularströmung durch das Temperaturgefälle, d. h. eine
Konvektionsströmung nach Art des Trennrohres, zu benutzen, weil dann die Temperaturdifferenz
durch Kühlung einer der Spaltwände ohne weiteres erhalten wird, In der Abb. 1 a
ist das Verfahren schematisch dargestellt. Zwischen den beiden Elektroden a und
b, von denen a mit dem positiven Pol und b mit dem negativen
Pol
der Stromquelle verbunden ist, befindet sich ein Elektrolyt, beispielsweise Lithiumnitrat.
Die Wandung a wird kälter gehalten als die Wandung b.
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Dann bildet sich ein Zirkularstrom in Richtung der Pfeile c und d
aus.
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Denkt man sich den Raum zwischen den beiden Elektroden in einzelne
waagerechte Volumenelemente aufgeteilt, dann wandert in jedem dieser Volumenelemente
im allgemeinen das leichtere der zu trennenden Kationen der Schmelze (OLi) rascher
nach der Elektrode b. Beträgt, bedingt durch die verschiedene Wanderungsgeschwindigkeit
der Kationen der Schmelze in dem Volumenelement e, die Konzentration des leichteren
Ions (6Li) an der Elektrode b 51 0/o und an der Elektrode a 50 O/o, so stellt sich
dieser Konzentrationsunterschied von 1 °/o auch in sämtlichen anderen waagerecht
zu denkenden Volumenelementen ein. Wird nun durch das Temperaturgefälle zwischen
den Elektroden ein an der Elektrode b aufsteigender Zirkularstrom hervorgerufen,
dann strömen die Kationen des Elektrodenraumes b des Volumenelementes e in den Raum
des nach oben anschließenden Volumenelementes ein. Da über die ganze Elektrodenbreite
mit der gleichen prozentualen Entmischung zu rechnen ist, strömen in dem nach oben
anschließenden Volumenelement f dem Raum an der Elektrode b weitere raschere Kationen
zu, so daß sich ihre Konzentration auf 52 0/o erhöht. Dies setzt sich entlang der
Elektrode b nach oben hin fort, und zwar bei ausreichender Länge bis zu einer 1000/oigen
Anreicherung. Da sich der Zirkularstrom am oberen Ende des Raumes zwischen den Elektroden
schließt und im oberen Volumenelement g daher die Inhalte des Raumes an der Elektrode
b durch den Zirkularstrom nach der Elektrode a getrieben werden, ist an der Elektrode
a am oberen Ende die höchste Konzentration an rascheren Ionen (6Li) vorhanden, während
deren Konzentration nach unten hin in dem Maß abnimmt, wie durch die Wanderung in
jedem Volumenelement eine Verarmung am rascheren Ion an der Elektrode a eintritt.
Da sich diese Verarmung so auswirkt, daß in jedem Volumenelement die Konzentration
an der Elektrode a um 1 0/o niedriger ist als an der Elektrode b, entstehen an der
Elektrode a die in Prozent eingetragenen Konzentrationen des schnelleren Ions Eine
Vervielfältigung des Trenneffektes kann auch durch Anwendung des in Abb. 1 b schematisch
dargestellten Prinzips der Trennwalze erreicht werden.
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Die Elektroden sind hierbei als waagerecht gelegte konzentrische
Rohre a und b ausgebildet, wobei die Elektrode a an den positiven, die Elektrode
b an den negativen Pol geschaltet ist. Durch Relativbewegung der rohrförmigen Elektroden
gegeneinander, beispielsweise der Elektrode a in dem in der Abbildung eingezeichneten
Sinn bei ruhender Elektrode b, bildet sich durch Mitnahme der Randflüssigkeit eine
Strömung aus, die durch den Pfeil c angedeutet ist. Bei ruhender Elektrode b ist
eine zugleich abdichtende ruhende Sperrer erforderlich, um diese Strömung umzukehren
und eine Gegenströmung d an der Elektrode b auszulösen. Die Sperreh ist nicht nur
zur Umkehrung der Strömungsrichtung erforderlich, sondern auch um die jeweils maximal
angereicherten Elektrolyte zu trennen.
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Durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Elektroden kann, unabhängig
vom Elektrodenabstand, die Strömungsgeschwindigkeit so eingestellt werden, wie sie
für die Ionentrennung am günstigsten ist.
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Die in Abb. 1 a am Beispiel der Konvektionsströmung angestellte Überlegung
trifft nur zu, wenn die
Zirkularströmung gegenüber der Ionenwanderung nicht überwiegt,
da sonst die Kationen schneller zur Elektrode a zurückgeführt werden, als sie nach
der Elektrode b hinwandern.
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Es wurde ermittelt, daß bei einem solchen Arbeiten die im Gleichgewicht
an der positiven Elektrode gelösten Gase zusammen mit dem Lithiumoxyd und Lithiumnitrit,
die sich an der negativen Elektrode nach der Gleichung 2Li + KINO3 = Li2O + LiNO2
bilden, nach den Gleichungen Li2O + 2NO2 + t/202 = 2LiNOS und LiN02 + t/2 °2 = LiNO3
Lithiumnitrat zurückbilden, so daß die theoretischen Überlegungen an Hand der Abb.
la sich auch praktisch durchführen lassen.
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Dieser glatte Verlauf der Rekombination des Lithiumnitrats wird außerdem
begünstigt durch einen geringen Elektrodenabstand. Wählt man diesen Elektrodenabstand
besonders niedrig, d. h. in der Größenordnung von V100 bis l/lo mm, dann können
erhebliche Stromdichten angewandt werden, ohne daß Elektrolyseprodukte Störungen
ergeben.
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Um die schnelle Rekombination der Elektrolyseprodukte in jedem Fall
sicherzustellen und um die Anhäufung von Elektrolyseprodukten zu vermeiden, ist
ein enger Abstand von Elektroden in der Größenordnung von 1/10, bis 11io mm angebracht.
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Das Verfahren wird zweckmäßigerweise in einer geschlossenen Zelle
durchgeführt, da die meisten Elektrolyte an der Anode Gase bilden, die in die Atmosphäre
entweichen würden. Um eine zu weitgehende Zersetzung zu vermeiden und eine möglichst
schnelle Rekombination der Elektrolyseprodukte zu erreichen, wird das Verfahren
vorzugsweise unter Druck betrieben, wobei man entweder die Zelle vor Beginn der
Elektrolyse unter Druck setzt oder den Druck durch die sich abscheidenden Gase bilden
läßt.
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Das Verfahren läßt sich auch für andere Trennprobleme als der Trennung
von Lithiumisotopen anwenden, bei denen elektrolytische Trenneffekte infolge von
unterschiedlicher Ionenwanderung oder unterschiedlicher Abscheidungsspannung an
den Elektroden realisierbar sind. Beispielsweise kann dieses Verfahren angewandt
werden zur Trennung anderer Isotopen, z. B. des Urans, unter Benutzung des Urantetrachlorids
unter Chlordruck. Das Verfahren ist gleichfalls anwendbar zur Trennung schwer trennbarer
Metalle, beispielsweise Zirkon und Hafnium, in Form ihrer Salze.
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Zur Durchführung des Verfahrens können plattenförmige Elektroden
einander gegenüber angeordnet werden, die zwei gegenüberliegende Wandungen des Elektrolytgefäßes
bilden. Die Querwandungen werden aus einem isolierenden Stoff gebildet. Besonders
vorteilhaft ist es jedoch, die Elektroden konzentrisch anzuordnen, da in diesem
Fall in sich geschlossene Wandungen aus dem gleichen Metall verwendet werden können.
In diesem Fall kann man beispielsweise innerhalb eines zylindrischen Gefäßes, das
als eine Elektrode geschaltet wird, einen Stab einsetzen, der nicht bis zum Boden
reicht und der als die andere Elektrode geschaltet wird. Die konzentrische Zelle
läßt sich auch zu einer Batterie vergrößern, so daß das Trennrohrvolumen gegenüber
der Einzelzelle ein Vielfaches beträgt. Durch Hintereinanderschaltung der
einzelnen
Elektrolytränme in der Batterie läßt sich der Trenneffekt bekanntermaßen vervielfachen.
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Für die Elektroden wird Kohle oder insbesondere Metall verwendet.
Für die Isotopenftennung des Lithiums aus Lithiumnitrat sind beispielsweise kohlenstoffarmes
Eisen oder austenitische Chrom-Nickel-Stähle als Elektrodenmaterial für Dauerbetrieb
geeignet. Die Materialfrage ist entscheidend für die Durchführung von Isotopentrennungen,
da die Elektrolyse hierbei über Wochen hin laufen muß und über diese Zeit hin das
Elektrodenmaterial durch den Elektrolyt nicht in störendem Maß angegriffen werden
darf.
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Infolge der großen Auswahl an metallischen Werkstoffen und der Anpassungsfähigkeit
der Legierungen an die Elektrolyte hat man die Möglichkeit, für jeden Elektrolyt
einen so resistenten Werkstoff zu finden, daß ein Dauerbetrieb möglich wird. Man
kann dann beispielsweise das eine Lithiumisotop in Form des Salzes am oberen Ende
der Trennbatterie abziehen, das andere Lithiumisotop als Salz am unteren Ende ablassen
und das normale Salz an der Stelle der Trennbatterie zuführen, in der diese normale
Isotopenverteilung herrscht.
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Bei der konzentrischen Anordnung wird der Abstand der Elektroden
vorzugsweise dadurch eingestellt und fixiert, daß die Elektroden konisch ausgebildet
und zwischen den Elektroden isolierende Körner, z. B. aus gesintertem Aluminiumoxyd,
als Abstandshalter angeordnet sind. Dies kann dadurch geschehen, daß man die eine
Elektrodenoberfläche vor dem Zusammensetzen der Zelle mit Aluminiumoxydkörnern bestäubt,
die zuvor auf die gewünschte Korngröße ausgesiebt worden sind. Auf diese Weise gelingt
es, sehr geringe Abstände, z. B. auf t/loo mm genau, einzustellen und über den ganzen
Umfang zu halten.
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Das erforderliche Temperaturgefälle läßt sich am günstigsten bei
der konzentrischen Anordnung aufrechterhalten. Hier führt die bei der Elektrolyse
entstehende Stromwärme zu einer höheren Temperatur im Zentrum der konzentrischen
Zelle, da bei der einfachsten Bauart die Wärme durch die äußerste Elektrode abgeleitet
wird.
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Da bereits ganz geringe Temperaturgefälle genügen, erübrigt sich
im allgemeinen ein zusätzliches Heizen.
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Bei einem Elektrodenabstand von t/lOo bis t/lO mm genügen Temperaturgefälle
zwischen 0,1 und 10° C.
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Je zäher der Elektrolyt und je größer die Reibung des Elektrolyts
an der Gefäßwandung ist, um so dicker kann unter sonst gleichen Bedingungen die
Elektrolytschicht gewählt werden. Um eine möglichst weitgehende Trennung in möglichst
kurzer Zeit zu erreichen, lassen sich optimale Abstände, Temperaturgefälle und Stromdichten
durch entsprechende Versuche ermitteln.
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Das Trennverfahren sei an Hand einiger Beispiele und Abbildungen
näher erläutert.
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Beispiel 1 In Abb. 2, die der natürlichen Größe einer Versuchsapparatur
entspricht, ist eine konzentrische Zelle dargestellt. Hierbei dient als äußere Elektrode
ein Metallblock 1, der eine Bohrung von etwa 10 mm aufweist.
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Die Elektrode 1, die gleichzeitig Zellenwandung ist, ist blockartig
ausgebildet, insbesondere in dem die eigentliche Elektrolytzelle umgebenden Teil,
um zeitlich und räumlich die Temperaturkonstanz der Zellenwandungen sicherzustellen.
Als Gegenelektrode dient der Metallstab 2, der sich schwach konisch im unteren Teil
3 verjüngt. An dieser Stelle ist die Bohrung im
Metallblock im gleichen Winkel konisch
ausgebildet.
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Der Block 1 wird gegebenenfalls durch eine, nicht gezeichnete, elektrische
Heizmanschette auf die Temperatur aufgeheizt, bei der die Elektrolyse durchgeführt
wird. Bevor der Stab 2, 3 in die Bohrung des Blockes 1 eingeführt wird, wird er
in seinem Teil 3 mit einem Pulver aus einem isolierenden, dem Elektrolyt gegenüber
chemisch resistenten Material dünn eingestaubt, so daß auf seiner Oberfläche nur
wenige Körner, die zur Abstandshaltung gegenüber der Gegenelektrode genügen, haften.
Der Stab wird dann in die Bohrung eingeführt und fügt sich durch sein Gewicht auf
den durch die Körner vorgegebenen Abstand ein.
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Nun wird der schmelzflüssige Elektrolyt von oben in den Zwischenraum
zwischen den Elektroden eingefüllt, wobei die Zelle nach unten offen ist, so daß
die Luft und der nachströmende Elektrolyt durch die sehr enge Öffnung 15 nach unten
entweichen können.
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Man läßt den Elektrolyt Idabei so lange zwischen den Elektroden durchströmen,
bis der Raum zwischen dem Teil 3 und der Bohrung des Blockes 1 luftfrei mit dem
Elektrolyt gefüllt ist. Der Druck des Stabgewichts hält dabei die Abstand haltenden
Körner zwischen den Elektroden fest; so daß diese nicht mit weggespült werden. Der
ausgelaufene Anteil des Elektrolyts wird oben wieder aufgegeben. Es wird mehrfach
mit dem Elektrolyt durchgespült, wobei dafür gesorgt wird, daß der konische Teil,
der als Trennzelle dienen soll, immer mit Elektrolyt gefüllt ist. Nachdem auf diese
Weise der Zwischenraum zwischen dem Block 1 und dem Elektrodenteil 3 gleichmäßig
und luftfrei gefüllt ist, wird seine Standhöhe an der Zelle bis etwa 1 cm über dem
konischen Teil 3 eingestellt. Vorzugsweise wird der Abstand der Elektroden in dem
über der Schmelze stehenden Raum breiter gewählt als in der eigentlichen Trennzelle,
um elektrischen Kurzschluß zu vermeiden. Der Auslauf 16 wird dann, beispielsweise
mit einem Stöpsel 16a, verschlossen, und der Elektrolyt beispielsweise im unteren
Teil des Ausflußrohres 16 erstarren gelassen. Auf den oberen Teil des Blockes 1
wird dann die Folie 10 aus isolierendem Material, das gegen die einzufüllenden Gase
resistent ist, aufgelegt. Hierauf wird die Runddichtung 9, z. B. aus Silikonkautschuk,
aufgelegt und dann die Metallbuchse 4 aufgesetzt. Der Ring 7 ist ein weiteres elastisches
Dichtungsmaterial. Der Körper 8 besteht aus hartem, den elektrischen Strom isolierendem
Material, der die Buchse 4 gegen die Gewindekappe 5 isoliert und führt. Durch Aufschrauben
der Kappe 5 werden die aufgelegten Teile eingespannt. Dann wird die Mutter 11 eingeschraubt,
die den metallischen Kontakt auf der Buchse 4 zu der inneren Elektrode herstellt,
und der Gasraum durch Einschrauben der Kappe 6 in die Buchse 4 abgeschlossen. Die
Buchse 4 und die Kappe 6 sind durch die Dichtung 12 gedichtet.
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13 und 12 a sind die Anschluß schrauben für die Stromzuführung zu
den Elektroden. 14 ist ein Ventilnippel. Das Ventil dient dazu, die Gasatmosphäre
über der Schmelze einzustellen. Durch dieses Ventil wird nunmehr das für die Verhinderung
der Entwicklung von Gasblasen im Elektrolyt erforderliche Gas bzw.
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Gasgemisch mit dem erforderlichen Druck aufgedrückt.
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In dieser Apparatur wurden die Isotope des Lithiums in einer Lithiumnitratschmelze
durchgeführt, wobei 500 mg Lithiumnitrat verwendet wurden. Der Elektrodenabstand
betrug 0,05 mm bei einer Temperatur der Schmelze von 2800 C. Bei 13 wurde der negative
Pol an die innere Elektrode und bei 13 a der
positive Pol angelegt.
Bei einem Strom von 10 Amp. betrug die Temperaturdifferenz zwischen den Elektroden
etwa 200 C. Der Druck des auf die Schmelze aufgegebenen Gases aus N O2 $ i/2 O2
betrug etwa 10 atü. Der Konuswinkel des Stabes 3 und die entsprechende Bohrung im
Block 1 war 20. Als Abstandshalter wurde ein auf 0,05 mm ausgesiebter Elektrokorund
verwendet. Als Material für die Elektroden diente kohlenstoffarmes Eisen.
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Die Schmelze wurde nach verschiedenen Zeiten, nämlich nach 3 Tagen
und 3 Wochen ununterbrochenen Stromflusses abgelassen. Hierfür wurde das Abflußrohr
16 erwärmt und der Stöpsell6a vorsichtig gelockert, worauf der Inhalt auf ein unterhalb
der Offnung vorbeigeführtes Blech tropft. Die erstarrten Tropfen wurden nach Verwerfen
eines Vorlaufes in fünf Abteilungen zusammengefaßt. Mit diesen Abteilungen wurden
Isotopenhäufigkeitsanalysen angestellt nach einer von Wänke und Monse (Zeitschrift
für Naturforschung, 10a, 1955, S. 667) beschriebenen Methode. Der Gehalt an 7Lithium
war in der ersten Abteilung am größten, in der letzten Abteilung am kleinsten. In
der mittleren Abteilung entsprach er dem Ausgangsmaterial. Nach 3 Tagen Stromfluß
war z. B. in der ersten Abteilung der Gehalt an 7Li etwa um 1°/o höher als im Ausgangsmaterial.
Bei 3wöchigem Betrieb konnten 100 mg 990/obiges 5Lithium gewonnen werden.
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Beispiel 2 In Abb. 3 ist eine Batterie aus konzentrischen Elektroden
dargestellt. Abb. 3 a ist ein Schnitt längsA-A' des in Abb. 3b dargestellten Querschnitts.
Abb. 3b ist ein Schnitt längs B-B' der Abb. 3 a. 17 ist ein dickwandiger Behälter.
Er ist im Innern nach unten konisch sich verjüngend ausgebildet. 18 ist ein Rohr
mit demselben Konuswinkel, das mit 17 einen geringen Abstand bildet, der durch Isolierkörper
19 fixiert ist. Im Anschluß an 18 befindet sich das Rohr 20, das nach unten durch
einen eingeschraubten Boden 20a abgeschlossen ist. 20 weist diametral zwei Nuten
20 b auf. Es folgt wieder ein rohrförmiger Teil 21, der wieder durch Körner 19 in
gleichmäßigem Abstand gegen das Rohr 20 gehalten wird. Dann folgt wieder ohne Abstand
ein mit Nuten 22 b und Boden 22a versehenes Rohr 22. Nach innen hin schließen sich
weiter abwechselnd glatte Rohre und mit Nuten versehene Rohre an. Zuinnerst befindet
sich ein Rohr 23 ohne Boden und ohne Nuten.
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In den Hohlräumen zwischen den einzelnen ineinandergesetzten Rohren
befindet sich die zu elektrolysierende Schmelze. Die durch die Abstandshalter 19
gebildeten Elektrolyträume stehen jeweils über die zwischen den einzelnen Böden
gebildeten Räume und die Nuten nur mit dem nächsten durch Abstandshalter gebildeten
Trennraum in Verbindung, so daß vom mittelsten Rohr bis zum Trennraum unmittelbar
an der Gefäßwandung die einzelnen Trennräume hintereinandergeschaltet sind. In der
Abbildung ist zwar eine Batterie mit fünf Trennräumen dargestellt, jedoch läßt sich
die Zahl der Trennräume beliebig variieren.
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Der Elektrolyt steht dabei über den Nuten und Böden tragenden Rohren,
während die bodenlosen Rohre aus dem Elektrolyt herausragen.
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Die Füllung der Batterie kann dadurch erfolgen, daß man in den Behälter
17 die Schmelze einfüllt und dann nacheinander die einzelnen konischen Rohre einsetzt.
Dann wird der Deckel 24 aufgesetzt, der mit einem drehbar gelagerten Gewicht 25
den metallischen Kontakt zum innersten Rohr 23 herstellt. Der Deckel
ist von der
Gefäßwandung 17 durch eine elektrisch isolierendeFolie26 getrennt. Auch dieBolzen
27 und 28 werden mit Hilfe der Isolationsbuchsen 29 und 30 isoliert. Die Gasdichtigkeit
der Zelle wird durch den Dichtungsring 31, beispielsweise Silikonkautschuk, sichergestellt.
Im Deckel befindet sich eine Bohrung 32 mit Anschluß an ein Manometer 33 und Ventil
34 für die Einstellung des Gasdrucks. Die Stromzuführung zur inneren Elektrode 23
erfolgt über den Deckel 24. Der andere Pol wird an der Außenwandung 17 angelegt.
Bei dieser Versuchsanordnung wird durch die Hintereinanderschaltung der einzelnen
Räume zwischen den Rohren, die durch Abstandshalter gebildet sind, eine Gesamtlänge
des Ionentrennraumes erreicht, die bei einzelliger Ausbildung zu Schwierigkeiten
in der gleich mäßigen Temperierung über die ganze Länge und Einstellung eines gleichmäßigen
Temperaturgefälles auf der ganzen Länge, insbesondere bei hohen Temperaturen, wie
sie bei einer Schmelzflußelektrolyse meist auftreten, führen würde.
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Außerdem wirken die Elektroden bei dieser Bauweise nach Art einer
bipolaren Batterie, so daß mit einer größeren Klemmenspannung gearbeitet werden
kann.
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Eine solche Anordnung ist außerdem besonders günstig für die Einstellung
des Temperaturgefälles, da sich dieses durch die Stromwärme und den Wärmeverlust
durch die Außenwandung von selbst einstellen kann.
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Die Batterie wird vorzugsweise so betrieben, daß die Komponente mit
der geringeren Häufigkeit sich an der inneren Elektrode anreichert, da das Elektrolytvolumen
in den spaltförmigen einzelnen Ionentrennräumen von innen nach außen steigt. Vor
dem Arbeiten wird durch die Bohrung 32 der erforderliche Gasdruck aufgebracht. Beim
Entleeren der Zelle wird nach Abschalten des Stromes der Gasdruck abgelassen, der
Deckel abgeschraubt und im mittelsten und im äußersten Elektrolytraum die endständigen
Anteile des Gesamtelektrolyts getrennt herausgenommen. Dann wird der Elektrolyt
aufgefffllt an dem Elektrolysenspalt, der die gleiche Häufigkeit aufweist wie das
Ausgangsmaterial, und die gefüllte Batterie erneut in Betrieb gesetzt. Man kann
diese Batterie auch für kontinu,ierlichenBetrieb konstruieren dadurch, daß man das
innerste Rohr 23 mit einer Abzugsvorrichtung verbindet und auch eine Entnahmevorrichtung
für Elektrolyt aus dem äußersten Ionentrennraum vorsieht Der mittelständigen Zelle
wird dann der Elektrolyt, der die gleiche Zusammensetzung wie der in der Mittelzelle
hat, kontinuierlich aufgegeben.
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PATENTANSPRtJCHE 1. Verfahren zum Trennen von flüssigen Elektrolytgemischen,
insbesondere von Isotopen, in einem engen Spalt, in welchem ein elektrischer Strom
fließt, unter Ausnutzung einer quer zum elektrischen Strom verlaufenden Zirkularströmung,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmelze bei Anwendung von Druck elektrolysiert
wird.