DE1102415B

DE1102415B - Vorrichtung zur Herstellung pulverfoermigen Urans oder Thoriums

Info

Publication number: DE1102415B
Application number: DEC16881A
Authority: DE
Inventors: Jacques Humbert; Saint Martin La Garenne; Jacques Dubuisson; Claude Moranville; Chantenay Malabrie
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1957-05-20
Filing date: 1958-05-20
Publication date: 1961-03-16
Also published as: FR1175528A; BE567500A; US3025156A; LU36085A1; GB837513A; CH364495A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung pulverförmigen Urans oder Thoriums durch Erhitzen von in Tiegeln befindlichen, zu Briketts gepreßten Gemischen aus einer Uran- oder Thoriumverbindung, vorzugsweise des Oxyds, und einem Reduktionsmittel, vorzugsweise Calcium, unter Schutzgas oder Vakuum.

Die Darstellung von Metallen, welche wie Uran und Thorium einen stark reduzierenden Charakter und große Affinität zu vielen anderen Elementen besitzen, in Pulverform ist schwierig und erfordert besondere Arbeitsbedingungen. Man muß beispielsweise von einer innigen Mischung einer Verbindung des Metalls, beispielsweise eines Oxydes oder Chlorides, mit einem starken Reduktionsmittel, z. B. Aluminium, Magnesium oder Calcium, ausgehen. Die Reaktion muß in einer völlig inerten Atmosphäre ablaufen, wenn Verunreinigungen der Metalle vermieden werden sollen. Um eine gleichbleibende Qualität des Produktes zu gewährleisten, müssen die Bedingungen reproduzierbar sein.

Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die die obengenannten Erfordernisse erfüllen. Sie sind jedoch im allgemeinen Weiterentwicklungen von Laboratoriumseinrichtungen und -verfahren und eignen sich nicht zur laufenden Herstellung größerer Mengen. So ist es z. B. bekannt, das Reaktionsgemisch in einer geschlossenen Bombe zu erhitzen, deren Stahlwände vom Reaktionsbereich durch eine Metallzwischenlage oder ein hitzebeständiges Futter isoliert sind. Zur Reinigung der Atmosphäre in der Bombe wird ein Überschuß an Reaktionsmittel verwendet. Es ist ferner bekannt, in das Reaktionsgefäß ein Schutzgas einzuleiten oder unter Vakuum zu arbeiten.

Es ist weiterhin bekannt, den Reaktionsofen in einem Rezipienten anzuordnen, der evakuiert und anschließend mit einem Schutzgas gefüllt werden kann.

Schließlich ist es bekannt, daß zur Herstellung feinkörnigen Thoriums oder Urans das Erhitzen und Abkühlen des Reaktionsgutes während der Reduktion besondere schnell durchgeführt und die Reaktionsdauer auf höchstens 20 Minuten begrenzt werden muß. Um dieses zu gewährleisten, wird der das Reaktionsgut enthaltende Tiegel bei einem bekannten Verfahren in einen auf etwa 1000° C vorgeheizten elektrischen Ofen eingebracht, der so bemessen ist, daß er das eingebrachte Reaktionsgut innerhalb von etwa 1 bis 2 Minuten auf die erforderliche Reaktionstemperatur bringt. Nach, der Reduktion wird der das durchreagierte Gut enthaltende Eisentiegel dem Ofen entnommen und durch Abschrecken mit Wasser abgekühlt.

Die bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Uran- oder Thooumpulver eignen sich nicht für eine Herstellung in industriellem Ausmaß, da es praktisch nicht möglich ist, die bekannten Vorrichtungen einfach Vorrichtung zur Herstellung pulverförmigen Urans oder Thoriums

Anmelder: Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: Frankreich, vom 20. Mai 1957

Jacques Humbert, Saint Martin La Garenne, Seine,

Jacques Dubuisson, Paris, und Claude Moranville, Chantenay Malabrie, Seine

(Frankreich), sind als Erfinder genannt worden

entsprechend zu vergrößern, ohne daß die Sicherheit des Personals gefährdet und eine gleichbleibend gute Qualität des Endproduktes in Frage gestellt wird. Da der Temperaturgradient im Inneren des reagierenden Gutes stark eingeht, erhält man in großen Rezipienten statt des gewünschten Pulvers zum größten Teil ein gröberes Granulat. Eine Vervielfachung der bekannten Vorrichtungen unter Verwendung zahlreicher Arbeitsplätze für die Herstellung größerer Metallmengen führt zu keinem tragbaren Preis für das gewünschte Produkt.

Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung angegeben werden, die die obengenannten Nachteile vermeidet und eine kontinuierliche Herstellung größerer Mengen pulverförmigen Urans oder Thoriums mit gleichbleibender Qualität gewährleistet.

Eine Vorrichtung zur Herstellung pulverförmigen Urans oder Thoriums durch Erhitzen von in Tiegeln befindlichen, zu Briketts gepreßten Gemischen aus einer Uran- oder Thoriumverbindung, vorzugsweise des Oxydes, und einem Reduktionsmittel, vorzugsweise Calcium, unter Schutzgas oder Vakuum und einem Transport der Tiegel mit einer solchen Geschwindigkeit nacheinander durch eine erste Kühlzone, eine

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Heizzone und eine zweite Kühlzone, daß die Verweil- Der Ofen 5 kann ein beliebiges wärmeisoliertes

zeit des Reaktionsgutes in der Heizzone zwischen den Heizelement bekannter Art enthalten. Die Heizung

beiden Kühlzonen der gewünschten Reaktionsdauer kann beispielsweise durch elektrische Energie oder

entspricht, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch Verbrennungsenergie erfolgen. Die Länge des

durch eine im wesentlichen rohrförmige Kammer, in 5 Ofens braucht nicht sehr groß zusein, da die Reaktion

der sich eine Reihe von aufeinandergestellten, eine sta- praktisch sofort einsetzt, sobald die Einsatztemperatur

bile Säule bildenden Tiegeln befindet, ferner durch erreicht ist.

eine Entladeeinrichtung, durch die die Tiegelsäule ge- Die zweite Kühlvorrichtung 6 ist ebenfalls herhalten und durch die Kammer bewegt wird, durch eine kömmlich ausgebildet und umfaßt einen Zufluß 18 und erste Dichtung zwischen Kammerwand und Tiegel- io einen Abfluß 19. Um zu erreichen, daß die Tiegel den säule, einen Anschlußstutzen zur Evakuierung des an Ofen mit Zimmertemperatur verlassen, genügt es, die die erste Dichtung angrenzenden Teiles des Kammer- Sinkgeschwindigkeit der Tiegel entsprechend der inneren, eine zweite Dichtung zwischen Kammerwand Wärmekapazität der Tiegelfüllung einzustellen. Im und Tiegelsäule, einen Anschlußstutzen zum Einleiten Ofen und in den Kühlzonen wird durch einen Gasstrom, eines Schutzgases in die Kammer, eine erste Kühl- 15 der durch den Stutzen 20 eingeführt und durch den vorrichtung, einen Ofen, eine zweite Kühlvorrichtung, Stützen 21 abgelassen wird, eine inerte Atmosphäre, einen Anschlußstutzen zum Ableiten des Schutzgases z.B. aus Argon, aufrechterhalten,
und eine dritte Dichtung zwischen Kammerwand und In Fig. 2 sind vier aufeinandergestellte Tiegel 22, Tiegelsäule. 23, 24 und 25 dargestellt. Die Tiegel sind untereinan-

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bestehen 20 der gleich, sie bestehen beispielsweise aus nichtrostendie Dichtungen aus selbstzentrierenden, aufblasbaren dem Stahl oder aus einem anderen geeigneten Mate-Ringmanschetten aus elastischem Material und die rial, welches- die Ofentemperatur ohne Korrosions-Entladeeinrichtung aus zwei geeignet angetriebenen gefahr aushält. Der Boden der Tiegel ist mit einer trommeiförmigen Rollen, die aus sich abwechselnden Aussparung versehen und der obere Teil des Tiegels Scheiben aus Stahl und aus elastischem Material auf- 25 mit einem entsprechenden Vorsprung, der in die Ausgebaut sind. Die Tiegel sind an ihrem oberen Teil mit sparung des darüberliegenden Tiegels eingreifen kann, einem Vorsprung versehen, so daß der mit einer Aus- Der Boden 26' des Tiegels 25 besitzt beispielsweise die sparung versehene Boden eines daraufgesetzten Tiegels Aussparung 26 und einen Vorsprung 27; dieser greift hineinpaßt; die Wände der Tiegel weisen Luftlöcher in die entsprechende Aussparung des darüberliegenden auf. 3° Tiegels 24 ein, so daß die Tiegel zu einer stabilen Säule

Die Erfindung soll nun in Verbindung mit einem aufeinandergestellt werden können.

Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Damit die Luft aus den Tiegeln entweichen kann,

werden, das in der Zeichnung schematisch dargestellt sind die Wände mit zwei Luftlöchern 28, 29 versehen,

ist; es zeigt Das Reaktionsgemisch wird unter starkem Druck,

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung 35 beispielsweise 1 t/cm², zu Tabletten 30, 31 gepreßt und

gemäß der Erfindung, auf Scheiben 32 aus einem hitzebeständigen Material,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Reihe von auf- z.B. CaO, MgO, oder einem Metall, wie Molybdän

einandergestellten Tiegeln, , oder Tantal, gelegt.

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine selbstzentrie- Fig. 3 zeigt einen selbstzentrierenden Dichtungsring,

rende pneumatische Dichtungsmanschette, 40 z. B. den Dichtungsring 3 in Fig. 1. Er besteht aus

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eineEntladeeinrich- einer Manschette 13 aus einem elastischen Werkstoff,

tung und z. B. Gummi, deren Enden zwischen einem Ring 33

Fig. 5 einen von unten betrachteten Querschnitt und Zwischenringen 34,35 durch eine nicht dargestellte

durch die Entladeeinrichtung nach Fig. 4. Verschraubung eingeklemmt sind. Die Zwischenringe

In der Zeichnung sind lediglich die zum Verständnis 45 34 bzw. 35 sind über Flansche an der Eingangsder Erfindung notwendigen Teile schematisch darge- schleuse 1 bzw. an der ersten Kühlvorrichtung 4 bestellt; gleichartige Teile sind mit gleichen Bezugs- festigt,
zeichen versehen. Zur Abdichtung läßt man durch, den Rohrstutzen 15

Die in Fig. 1 dargestellte vertikale Kammer besteht zwischen den Ring 33 und die Manschette 13 ein Gas aus einer Eingangsschleuse 1 mit zwei Dichtungsrin- 50 einströmen; hierdurch wird die Manschette gegen die gen 2 und 3, einer ersten Kühlvorrichtung 4, einem Tiegel gedrückt. Die elastische Manschette legt sich Ofen 5, einer zweiten Kühlvorrichtung 6, einem am dabei eng an die Tiegel an, so daß längs der Tiegel-Ausgang gelegenen Dichtungsring 7 und einer Ent- wand keine Luft eindringen kann. Gleichzeitig werden ladeeinrichtung 8. Die in Fig. 2 genauer dargestellte die Tiegel automatisch zentriert, da die Manschetten Tiegelsäule ist in Fig. 1 der Einfachheit halber nur 55 zylinderförmig sind und der Druck dadurch gleichdurch einen senkrechten Zylinder 9 versinnbildlicht. mäßig verteilt wird.

Die Eingangsschleuse umfaßt eine Unterdruckkam- Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte EntladeeinrichmerlO, die über einen Anschluß stutzen 11 mit einer tung besteht aus einem Gestell 36, aus Halterungen 37 nicht dargestellten Evakuierungseinrichtung verbun- und 38 sowie aus trommeiförmigen Rollen 39 und 40, den ist, ferner die beiden Dichtungsringe 2 und 3 mit 60 deren Mantelflächen der Form der Tiegel entsprechen; Dichtungsmanschetten 12 und 13 und Zuführungen 14 in dem dargestellten Beispiel sind sie also rund. Die bzw. 15 für ein unter Druck stehendes Gas. Man ver- Halterungen 37 und 38 sind in dem Gestell 36 verwendet zweckmäßigerweise ein inertes Gas, wie Ar- schiebbar.

gon, um Lufteinbrüche im Falle eines Manschetten- Die Halterungen 37, 38 tragen Wellen 41, 42 für risses auszuschalten. Die Arbeitsweise der Dichtungs- 65 die Rollen 39 und 40. Die Rollen bestehen aus sich abringe wird im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wechselnden Scheiben 43, 44, 45, 46, 47 und 48 aus werden. ' Stahl und Scheiben 49, 50, 51, 52 und 53 aus einem

Die erste Kühlvorrichtung 4 ist in üblicher Weise elastischen Werkstoff, beispielsweise einem Chloro-

ausgebildet und enthält einen Zufluß 16 sowie einen pren-Kautschuk. Die Rollen können dadurch an den

Abfluß 17 für eine Kühlflüssigkeit, wie Wasser. ■ ■ 70 Tiegeln angreifen und ein Durchrutschen unter dem

Gewicht der Tiegelsäule verhindern. Die Andruckkraft wird durch eine geeignete Vorrichtung erzeugt, z. B. durch Gewindebolzen 54, 55, die in das Gestell 36 eingeschraubt sind.

Die Rollen 39 und 40 werden von einem Motor 56 über ein Getriebe 57, Räder 58 und 59, Ketten 60 und 61 und Räder 62 und 63 angetrieben (Fig. 4).

Die beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise zur Herstellung von Uran oder Thorium durch Reduktion der Dioxyde mittels metallischen Calciums verwendet werden. Die Reaktion verläuft dabei nach folgenden Gleichungen:

U+ 2 CaO
+ 2 Ca^Th+ 2 CaO

UO₂+ 2 Ca-

Die Reaktionen verlaufen praktisch momentan und setzen zwischen 75O¹ und 800° C ein, wenn die Atmosphäre hinreichend rein ist. Das Reaktionsgemisch enthält einen Überschuß von etwa 30 % Calcium; es wird unter einem Druck von etwa 1 t/cm² zu Tabletten gepreßt. In jeden Tiegel werden auf eine Scheibe aus bei 1600° C gebranntem Kalk zwei dieser Tabletten, die etwa 30O¹ g Uran bzw. Thorium enthalten, gelegt. Nach der Entnahme aus der Vorrichtung wird das durchreagierte Gut fein zerkleinert und bei niedriger Temperatur mit 4 η-Essigsäure ausgewaschen. Dies geschieht in großen Schalen aus nichtrostendem Stahl unter Umrühren und Zirkulation der Waschflüssigkeit.

Nach reduzierendem Waschen mit 4n-Schwefelsäure wird dekantiert, dann wird das Pulver abfiltriert und im Vakuum getrocknet.

Bei Uran wird vor dem Trocknen ein Schutzüberzug aufgebracht, z. B. Paraffin oder eine elektrolytisch erzeugte Metallschicht.

Das Verfahren liefert eine Ausbeute von 97 %>. Die erhaltenen Metallpulver besitzen folgende Eigenschaften :

	Uran	Thorium
Mittlerer Korndurchmesser (μ) .. Verunreinigungen (10-*%) Ca	15 <150 0,2 5 25 <50 4	20 <150 0,2 5 25 80 6
B	5	4
Cr	50 <100	100 100
Cu
Fe
Mn
Ni
Si
Al

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung pulverförmigen Urans oder Thoriums durch Erhitzen von in Tiegeln befindlichen, zu Briketts gepreßten Gemischen aus einer Uran- oder Thoriumverbindung, vorzugsweise des Oxydes, und einem Reduktionsmittel, vorzugsweise Calcium, unter Schutzgas oder Vakuum und einem Transport der Tiegel mit einer solchen Geschwindigkeit nacheinander durch eine erste Kühlzone, eine Heizzone und eine zweite Kühlzone, daß die Verweilzeit des Reaktionsgutes in der Heizzone zwischen beiden Kühlzonen der gewünschten Reaktionsdauer entspricht, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen rohrförmige Kammer, in der sich eine Reihe von aufeinandergestellten, eine stabile Säule (9) bildenden Tiegeln befindet, durch eine Entladeeinrichtung (8), durch die die Tiegelsäule gehalten und durch die Kammer bewegt wird, und durch eine erste Dichtung (2) zwischen Kammerwand und Tiegelsäule, einen Anschlußstutzen (11) zur Evakuierung des an die erste Dichtung angrenzenden Teiles des Kammerinneren, eine zweite Dichtung (3) zwischen Kammerwand und Tiegelsäule, einen Anschlußstutzen (20) zum Einleiten eines Schutzgases in die Kammer, eine erste Kühlvorrichtung (4), einen Ofen (5), eine zweite Kühlvorrichtung (6), einen Anschlußstutzen (21) zum Ableiten des Schutzgases und eine dritte Dichtung (7) zwischen Kammerwand und Tiegelsäule.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen aus selbstzentrierenden, aufblasbaren Ringmanschetten (13) aus elastischem Material bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeeinrichtung (8) aus zwei geeignet angetriebenen trommeiförmigen Rollen (39, 40) besteht, die aus sich abwechselnden Scheiben aus Stahl (43 bis 48) und aus elastischem Material (49 bis 53) aufgebaut sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der Tiegel mit einem Vorsprung (27) ausgebildet ist, so daß der mit einer Aussparung (26) versehene Boden (26') eines daraufgesetzten Tiegels hineinpaßt, und daß die Wände der Tiegel Luftlöcher (28, 29) aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 897 545;

Zeitschrift: Anorg. und allgem. Chemie, Bd. 226, S. 23 bis 32, besonders S. 26; Bd. 234, S. 42 bis 50, besonders S. 46.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen