DE1191117B - Process and device for the electrolytic production of uranium or uranium alloys - Google Patents
Process and device for the electrolytic production of uranium or uranium alloysInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
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C22dC22d
Deutsche Kl.: 40 c-3/14German class: 40 c-3/14
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U 9792 VI a/40 c
8. Mai 1963
15. April 19651191117
U 9792 VI a / 40 c
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April 15, 1965
Bereits seit längerem hat man erkannt, daß Uranmetall (dieser Ausdruck soll auch die Uranlegierungen einbeziehen) billig und zufriedenstellend auf elektrolytischem Wege hergestellt werden könnte. Bei diesen Versuchen ist geschmolzenes Halogenid als Lösungsmittel verwendet worden, das als geeigneter Elektrolyt erschien.It has long been recognized that uranium metal (this expression is also intended for uranium alloys include) could be manufactured cheaply and satisfactorily by electrolytic means. In these attempts, molten halide has been used as the solvent, which is more suitable Electrolyte appeared.
Die bei diesen Arbeiten verwendeten Uransalze waren das Trichlorid, das Tetrachlorid und das Tetrafluorid, gelöst in geschmolzenen Alkali- oder Erdalkalihalogeniden. Eine den Halogenidschmelzen eigentümliche Schwierigkeit besteht in der Bereitwilligkeit, mit der diese Schmelzen hydrolysiert werden und dabei Uranchlorid bilden, welches bei der Elektrolyse als Kathodenprodukt Urandioxyd und kein Uranmetall liefert.The uranium salts used in this work were the trichloride, the tetrachloride and the Tetrafluoride dissolved in molten alkali or alkaline earth halides. One of the halide melts The peculiar difficulty lies in the willingness with which these melts hydrolyze and thereby form uranium chloride, which is uranium dioxide as a cathode product during electrolysis and does not supply uranium metal.
Es ist auch bekannt, Urandioxyd in innigem Gemisch mit Kohlenstoff (brikettiert) in einer komplexen Fluoridschmelze zu elektrolysieren, wobei Uran bei einer Badtemperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Urans erhalten wurde.It is also known to use uranium dioxide intimately mixed with carbon (briquetted) in a complex Electrolyze fluoride melt, taking uranium at a bath temperature above the melting point of uranium was obtained.
Auch die Schmelzflußelektrolyse von Urandioxyd in einem Trägersalz, bestehend aus UF4/MgF2/BaF2 bei 1175 bis 1200° C, ist bekannt.The melt-flow electrolysis of uranium dioxide in a carrier salt, consisting of UF 4 / MgF 2 / BaF 2 at 1175 to 1200 ° C., is also known.
Aber aus keinem der beschriebenen Verfahren hat sich eine befriedigende technische Herstellung entwickelt. Dagegen würde ein Verfahren, das auf der elektrolytischen Reduktion von Urandioxyd in einem Elektrolyten, der keine gelösten Uransalze enthält —■ die Ausführbarkeit vorausgesetzt —, einfach und wirtschaftlich sein. Die Erfindung bezweckt die Erreichung dieses Zieles, wobei das verwendete Oxyd entweder das Produkt eines Vorreinigungsverfahrens ist, wie es in der britischen Patentschrift 889 307 beschrieben ist, oder leicht als Produkt durch andere Reinigungsverfahren erhalten werden kann.However, no satisfactory technical production has developed from any of the processes described. In contrast, a process based on the electrolytic reduction of uranium dioxide in one Electrolyte that does not contain any dissolved uranium salts - ■ assuming that it is feasible - simple and be economical. The invention aims to achieve this goal, the oxide used either the product of a pre-cleaning process as described in British Patent Specification 889,307 or can be easily obtained as a product by other purification methods.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Uran oder einer Uranlegierung durch elektrolytische Reduktion einer Suspension von Urandioxydteilchen in einem geschmolzenen Erdalkalimetallhalogenid unter Verwendung einer mit dem geschmolzenen Halogenid nicht reagierenden Anode, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Halogenid ein Erdalkalichlorid verwendet wird und daß die Kathode aus einem mit dem geschmolzenem Chlorid nicht reagierenden Metall besteht, wobei eine Badtemperatur unter dem Schmelzpunkt des Urans eingehalten wird.The invention relates to a process for the production of uranium or a uranium alloy by electrolytic reduction of a suspension of uranium dioxide particles in a molten one Alkaline earth metal halide using one which does not react with the molten halide Anode, which is characterized in that an alkaline earth chloride is used as the halide and that the cathode is made of a non-reactive metal with the molten chloride, one Bath temperature below the melting point of the uranium is maintained.
Als Erdalkalichlorid wird entweder Calciumchlorid oder Magnesiumchlorid verwendet, wobei Badtemperaturen zwischen 850 und 950° C eingehalten werden.Either calcium chloride or magnesium chloride is used as the alkaline earth chloride, whereby Bath temperatures between 850 and 950 ° C are maintained.
Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen
Herstellung von Uran oder UranlegierungenMethod and device for electrolytic
Production of uranium or uranium alloys
Anmelder:Applicant:
United Kingdom Atomic Energy Authority,
LondonUnited Kingdom Atomic Energy Authority,
London
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney,
Siegen, Eiserner Str. 227Siegen, Eiserner Str. 227
Als Erfinder benannt:
Allan Robert Gibson,
Ronald George Avery, LondonNamed as inventor:
Allan Robert Gibson,
Ronald George Avery, London
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Großbritannien vom 10. Mai 1962 (18 109) -Great Britain May 10, 1962 (18 109) -
Als Kathode dient Molybdän, wenn Uran gewonnen werden soll, oder ein sich mit Uran legierendes Metall, wenn die Herstellung einer Uranlegierung beabsichtigt ist, beispielsweise geschmolzenes Aluminium oder eine Uranlegierung, wie eine Uran-Eisen-Legierung. In diesen beiden letzteren Fällen ist es erforderlich, die Schmelzflußkathode durchzurühren. Molybdenum is used as the cathode when uranium is to be extracted, or one that is alloyed with uranium Metal if the intention is to produce a uranium alloy, for example molten aluminum or a uranium alloy such as a uranium-iron alloy. In the latter two cases it is necessary to stir the melt flow cathode.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Uran aus Urandioxyd,
die aus einem feuerfesten Tiegel, einem feuerfestem Tiegeldeckel und aus Einrichtungen zum Aufrechterhalten
einer inerten Atmosphäre innerhalb des Tiegels, Einrichtungen zum Rühren des geschmolzenen
Chlorids, einer Anode und einer Metallkathode innerhalb des Tiegels besteht. Vorzugsweise
ist der Tiegel aus Aluminiumoxyd hergestellt. Bei Verwendung einer Kathode aus einer geschmolzenen
Uran-Eisen-Legierung müssen Rührer zum Durchrühren der Kathode vorhanden sein.
Wünscht man, Uranpulver herzustellen, so kann die Kathode zweckmäßigerweise die Form einer
horizontal angeordneten Platte aus Molybdän oder Tantal besitzen, und die Anode kann oberhalb der
Kathode angeordnet sein, so daß das Uran auf der oberen Oberfläche der Kathode abgeschieden wird
und mit der Kathode entfernt werden kann.The invention also relates to an apparatus for the production of uranium from uranium dioxide, which consists of a refractory crucible, a refractory crucible lid and means for maintaining an inert atmosphere within the crucible, means for stirring the molten chloride, an anode and a metal cathode within the Crucible. Preferably the crucible is made of aluminum oxide. If a cathode made of a molten uranium-iron alloy is used, stirrers must be available to stir the cathode.
If it is desired to manufacture uranium powder, the cathode can conveniently be in the form of a horizontally arranged plate of molybdenum or tantalum and the anode can be arranged above the cathode so that the uranium is deposited on the upper surface of the cathode and removed with the cathode can be.
Die Anode ist vorzugsweise aus Graphit, da die aus dem Elektrolyten während der Elektrolyse sichThe anode is preferably made of graphite, since that is made up of the electrolyte during electrolysis
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entwickelnden Gase in erster Linie Chlor und später Kohlenoxyde sind. evolving gases primarily chlorine and carbon oxides are later.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden bestimmte Ausfiihrungsformen an Hand eines Bei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser bedeutet For a better understanding of the invention, certain embodiments will be described on hand of an example of with reference to the drawings. In this means
F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Zelle für die Herstellung von Uran, F i g. 1 shows a cross section through a cell for the production of uranium,
F i g. 2 eine Ansicht von oben auf die Zelle nach g, F i g. 2 is a view from above of the cell according to g,
Fig. 3 einen Schnitt ähnlich dem der Fig. 1 durch eine Zelle, die für die Herstellung einer Uran-Aluminium-Legierung bestimmt ist, Fig. 3 is a section similar to that of FIG. 1 by a cell that is intended for the production of a uranium aluminum alloy,
Fig. 4 einen Schnitt ähnlich der Fig. 1 durch eine Zelle für die Herstellung einer Uran-Eisen-Legierung. 4 shows a section similar to FIG. 1 through a cell for the production of a uranium-iron alloy.
Wie sich aus den F i g. 1 und 2 ergibt, besteht die Vorrichtung aus einem konischen Tiegel 1 aus AIu- miniumoxyd mit flachem Boden, der in einem Ofen 2 angeordnet ist, und aus einem Isolierring 3, der dazu dient, den Tiegel 1 in der Bohrung des Ofens 2 zu tragen oder zu halten. Das obere Ende des Tiegels ist durch einen feuerfesten Deckel 4, beispielsweise aus Pyrophillit (Al2O.-4 SiO2 H2O), der mit einer öffnung 5 für die Zufuhr von Argon für die Auf rechterhaltung einer inerten Atmosphäre innerhalb der Zelle versehen ist, durch welche Urandioxyd in die Zelle eingebracht werden kann. As can be seen from FIGS. 1 and 2 shows the device consists of a conical crucible 1 from AIu- miniumoxyd with a flat bottom, which is placed in a furnace 2, and an insulating ring 3 which serves to support the crucible 1 in the bore of the furnace 2 or to hold. The upper end of the crucible is provided with a refractory cover 4, for example made of pyrophillite (Al 2 O.-4 SiO 2 H 2 O), which has an opening 5 for the supply of argon to maintain an inert atmosphere inside the cell is through which uranium dioxide can be introduced into the cell.
Ein Flügelrührer 6 aus Molybdän, der an einer Welle 7 aus Edelstahl sitzt, ist dicht über dem Boden des Tiegels 1 angebracht, wobei die Welle von einer Aluminiumoxydschicht 8 umgeben ist und an deren oberem Ende Einrichtungen für die Kupplungen an einem Rührmotor (nicht dargestellt) vorgesehen sind. Die Kathode 9 besitzt die Form eines runden Tellers aus Molybdän mit einer Fläche von 23 cm2 und ist mit vier Schlitzen 10 versehen, um die Zirkulation des Elektrolyten und des darin befindlichen Urandioxyds unter dem Einfluß des Rührers 6 zu ermögliehen. Die Kathode 9 wird von einem Wolframstab 11 gehalten, der mit einer Aluminiumoxydschicht 12 versehen ist und der auch als Kathodenzuleitung dient. A paddle stirrer 6 made of molybdenum, which sits on a shaft 7 made of stainless steel , is attached just above the bottom of the crucible 1, the shaft being surrounded by an aluminum oxide layer 8 and at its upper end facilities for the couplings on a stirring motor (not shown) are provided. The cathode 9 has the shape of a round plate made of molybdenum with an area of 23 cm 2 and is provided with four slots 10 to allow the electrolyte and the uranium dioxide contained therein to circulate under the influence of the stirrer 6. The cathode 9 is held by a tungsten rod 11 which is provided with an aluminum oxide layer 12 and which also serves as a cathode lead.
Zwei Graphitanoden 12 a sind ebenfalls vorgesehen und oberhalb der Kathode 9 angebracht, wobei jede dieser Anoden an einem Ende eines Graphitstabes 13 befestigt ist und jeder dieser Stäbe durch eine Aluminiumoxydschicht 14 geschützt wird, wenigstens so weit, wie der Schmelzbadspiegel steht,Two graphite anodes 12 a are also provided and attached above the cathode 9, wherein each of these anodes is attached to one end of a graphite rod 13 and each of these rods through an aluminum oxide layer 14 is protected, at least as far as the molten bath level is,
ao wie bei 15 angezeigt wird. Geeignete öffnungen sind in dem Deckel 4 für den Durchgang der Anodenstäbe, der Kathodenzuführung und der Rührwelle.ao as indicated at 15. Suitable openings are in the cover 4 for the passage of the anode rods, the cathode feed and the agitator shaft.
Die in der Zeichnung dargestellte Zelle ist für Versuche im kleinen Maßstab vorgesehen für eineThe cell shown in the drawing is intended for small-scale experiments for a
as Einsatzmenge von 85Og wasserfreiem Calciumchlorid, wobei das Fassungsvermögen in der Größenordnung von 750 ml liegt.the amount of 85Og anhydrous calcium chloride used, the capacity being of the order of 750 ml.
Bei einem Versuch, der unter Verwendung der beschriebenen Zelle ausgeführt wurde, waren die Einzelheiten des Versuchs wie folgt:In one experiment carried out using the cell described, the details were of the experiment as follows:
0C 0 C
Es wird darauf hingewiesen, daß der Rührer 6 ausgeschaltet wurde, bevor das Ende des Versuchs erreicht war; dieser Kunstgriff wurde angewendet, um sicherzugehen, daß soweit als möglich alles auf der Kathode abgesetzte Urandioxyd reduziert war. It should be noted that the stirrer 6 was switched off before the end of the experiment was reached; this device was used to ensure that all the uranium dioxide deposited on the cathode was reduced as much as possible.
Um einen Angriff durch die Atmosphäre auf ein Mindestmaß herabzudrücken, wurde ein geeigneter Schutzdeckel über dem Deckel 4 vorgesehen, wobei als inerte Atmosphäre Argon verwendet wurde, um den Kathodenniederschlag abzudecken. Dieser Nie derschlag bestand — wie gefunden wurde — aus reinem Uran in Pulverform; beim Ausbau der Ka thode wurde eine verhältnismäßig große Menge an haftender Schmelze mit dem Pulver entnommen. Jedoch kann das Uran von der Kathode entfernt, gelaugt und getrocknet werden, wobei ein feines graues kristallines Pulver erhalten wird, das bei Raumtemperatur nicht pyrophor ist. Dieses Pulver wurde mit Erfolg ohne Bindemittel in einer Form mit 12,7 mm Durchmesser verdichtet. In order to suppress attack by the atmosphere to a minimum, a suitable protective cover was provided over the cover 4 , argon being used as the inert atmosphere to cover the cathode deposit. This failure consisted - as was found - of pure uranium in powder form; When removing the Ka method, a relatively large amount of adhesive melt was removed with the powder. However, the uranium can be removed from the cathode, leached and dried to give a fine gray crystalline powder that is not pyrophoric at room temperature. This powder was successfully compacted without a binder in a 12.7 mm diameter mold.
Die Ausbeute bei dem beschriebenen Versuch war annähernd 55 g Uran entsprechend etwa 1 g/A/Std., was einer Stromausbeute von etwa 45%, bezogen auf vierwertiges Uran, entspricht. Die Prüfung nach dem Augenschein zeigte keinen nennenswerten Rückstand an Urandioxyd; der geringe Verlust an Metall ist wahrscheinlich während der Laugung und der Waschoperation eingetreten. The yield in the experiment described was approximately 55 g uranium, corresponding to about 1 g / A / hour, which corresponds to a current yield of about 45%, based on tetravalent uranium. The inspection after inspection showed no significant residue of uranium dioxide; the slight loss of metal likely occurred during the leach and wash operation.
Es ist wichtig, darauf zu achten, daß eine geeignete Qualität des Urandioxyds eingesetzt wird, wobei für den Einsatz entweder elektrolytisch hergestelltes Dioxyd (beispielsweise hergestellt nach dem Verfahren gemäß der britischen Patentschrift 889 307) oder wasserstoffgefällte Oxyde bevorzugt werden. Diese Oxyde sind merklich gröber als wassergefälltes Material, welches sich nicht als günstig erwiesen hat. Es ist weiter zu beachten, daß bei diesem Verfahren der Uranpulverherstellung intensiv gerührt werden muß, um einen Strom von Urandioxyd über die Kathodenfläche aufrechtzuerhalten. Mechanisches Rühren hat sich gegenüber einem Einführen von Gas in die Schmelze als weit überlegen erwiesen.It is important to ensure that a suitable quality uranium dioxide is used, whereby for use either electrolytically produced dioxide (for example produced by the process according to British patent specification 889 307) or hydrogen-precipitated oxides are preferred. These Oxides are noticeably coarser than water-precipitated material, which has not proven to be beneficial. It It should also be noted that this uranium powder production process requires intensive stirring, to maintain a flow of uranium dioxide across the cathode surface. Has mechanical stirring proved to be far superior to introducing gas into the melt.
Wenn die Herstellung einer Legierung aus Uran und Aluminium für einen möglichen Einsatz in ein Kernreaktorbrennstoffelement gewünscht wird, so ist die die in F i g. 3 gezeigte Vorrichtung für die Verwendung geeignet. Diese Apparatur besteht aus einem tiefen zylindrischen Aluminiumoxydtiegel 20,When producing an alloy of uranium and aluminum for possible use in one Nuclear reactor fuel element is desired, it is the one shown in FIG. 3 shown device for use suitable. This apparatus consists of a deep cylindrical aluminum oxide crucible 20,
der von einem Isolierring 21 in einem Ofen 22 gehalten wird, wobei der Tiegel von einem Pyrophillitdeckel 23 verschlossen werden kann. Bei dieser Anordnung besteht die Kathode aus einem Sumpf von geschmolzenem Aluminium, in den eine Scheibe 24 aus Edelstahl eingetaucht ist. Die Scheibe 24 ist dicht über dem Boden des Tiegels 20 angeordnet und mit einem Edelstahlstab 25 verbunden, der als Kathodenstromzuführung dient, wobei dieser Stab von einer AIu-which is held in an oven 22 by an insulating ring 21, the crucible being covered by a pyrophillite lid 23 can be closed. In this arrangement the cathode consists of a sump of molten material Aluminum into which a disc 24 made of stainless steel is immersed. The disc 24 is close above the bottom of the crucible 20 and connected to a stainless steel rod 25, which serves as a cathode power supply serves, with this rod from an AIu-
ses UAlj-Pulvers in einem Aluminiumoxydschiffchen in einem Ofen auf 1500° C unter einem Vakuum von 1-50"5 mm Hg erhitzt. In einem Versuch betrug die in den Ofen eingesetzte Anfangsmenge 11,7 g und die Produktauswaage 9,5 g, entsprechend einem Verlust von 2,2 g Aluminium. Eine Analyse des Produktes zeigte, daß es einen Urangehalt von 79 Gewichtsprozent hatte und wirklich reines UAl2 war. Es wurde mit Erfolg in einem Argon-LichtbogenofenThis UAlj powder was heated in an aluminum oxide boat in an oven to 1500 ° C. under a vacuum of 1-50 " 5 mm Hg. In an experiment, the initial amount used in the oven was 11.7 g and the product weight was 9.5 g, accordingly a loss of 2.2 g of aluminum Analysis of the product showed that it had a uranium content of 79% by weight and was truly pure UAl 2. It was made with success in an argon arc furnace
miniumoxydschicht 26 umgeben ist. Die Anode ist io geschmolzen, in der Form eines Graphitstabes 27 vorhanden, der Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf dieminiumoxide layer 26 is surrounded. The anode has melted in the form of a graphite rod 27, which when the method according to the invention is applied to the
mit einem dünneren Graphitstab 28 verbunden ist, Herstellung einer Uran-Eisen-Legierung angewendetis connected to a thinner graphite rod 28, production of a uranium-iron alloy is applied
werden soll, ist eine Änderung der für die Uran-Aluminium-Legierung angewendeten Technik not-is a change made for the uranium-aluminum alloy applied technology
und dieser letztere Stab ist durch eine Aluminiumoxydschicht 29 geschützt. Die Anoden- und Katho-and this latter rod is protected by a layer 29 of aluminum oxide. The anode and cathode
denstromzuführungen gehen durch den Deckel 23, 15 wendig. Aus dem Zustandsprogramm des Urandenstromzuführungen go through the cover 23, 15 manoeuvrable. From the state program of uranium
der auch noch mit einem (nicht dargestellten) Gasabzug versehen ist.which is also provided with a gas vent (not shown).
Entgegen der vorher beschriebenen Ausführungsart ist hier kein Rührer vorgesehen, weil gefunden Contrary to the previously described embodiment, no stirrer is provided here because it has been found
Eisen-Systems ist zu ersehen, daß ein Eutektikum, das annähernd 12,5% Eisen enthält, in dem Arbeitsbereich des Calciumchloridelektrolyten geschmolzen ist. Anfängliche Versuche, Uran aus reduziertemIron System, it can be seen that a eutectic containing approximately 12.5% iron is in the work area of the calcium chloride electrolyte has melted. Initial attempts to reduce uranium from
wurde, daß es angezeigt ist, nicht zu rühren, und 20 UO2 in einer solchen Legierung ohne Rühren zuthat it is indicated not to stir, and 20 UO 2 in such an alloy without stirring
zwar weder den Elektrolyten, der erfindungsgemäß wasserfreies Calciumchlorid ist, noch die Kathodenlegierung, die sich in einem Sumpf oberhalb der Kathode 24 befindet. Der Grund hierfür liegt darin, daßalthough neither the electrolyte, which is anhydrous calcium chloride according to the invention, nor the cathode alloy, which is located in a sump above the cathode 24. The reason for this is that
elektrolysieren, erwiesen sich als unzweckmäßig, weil das Uran als feste Metallteilchen über dem Kathodensumpf abgeschieden wurde, ohne einlegiert zu werden. Anhaltendes Rühren der geschmolzenen Le-electrolyze turned out to be inexpedient because the uranium was deposited as solid metal particles above the cathode sump was deposited without being alloyed. Continuous stirring of the molten le-
die intermetallische Verbindung UAl2 einen Schmelz- as gierung erwies sich als wirksam zur Herstellung einer punkt von 1590° C besitzt und es als unzweckmäßig homogenen Legierung. Infolgedessen wurde die Vorrichtung gemäß Fig. 4 konstruiert; sie besteht aus einem konischen Tiegel 30 aus Aluminiumoxyd, derThe intermetallic compound UAl 2 a melting alloy proved to be effective for the production of a point of 1590 ° C and possesses it as an inexpedient homogeneous alloy. As a result, the device was constructed according to Figure 4; it consists of a conical crucible 30 made of aluminum oxide, the
durch einen Isolierring 31 in dem Ofen 32 gehaltenheld in the furnace 32 by an insulating ring 31
führung besteht in der Form eines Wolframstabes 34, dessen unteres Ende so gebogen ist, daß er einen U-förmigen Rührer 35 bildet. Der gerade, senkrechteleadership is in the form of a tungsten rod 34, the lower end of which is bent so that it has a U-shaped stirrer 35 forms. The straight, vertical one
angesehen wird, die Zelle bei einer Temperatur zu betreiben, bei der diese Verbindung geschmolzen ist, und zwar wegen des hohen Dampfdruckes des CaI-is considered to operate the cell at a temperature at which this compound has melted, because of the high vapor pressure of the CaI
ciumchlorids bei dieser Temperatur und den schwie- 30 wird. Das obere Ende des Tiegels ist durch einen
rigen Bedingungen, mit denen die Zelle belastet wer- Pyrophillitdeckel 33 verschlossen. Die Kathodenzuden
müßte. Zu Beginn der Elektrolyse wird daher
der Kathodensumpf durch 7,5 g Aluminium gebildet,
während die Füllung in der Zelle aus 100 g Calciumchlorid und 25 g Urandioxyd besteht. Einzelheiten 35 Teil des Wolframstabes ist durch eine Aluminiumeines
typischen Laufs unter Verwendung der Zelle oxydschicht 36 geschützt. Zwei Graphitanoden 37
sind folgende: sind vorgesehen; die Graphitanodenzuführungen 38cium chloride at this temperature and which becomes difficult. The upper end of the crucible is closed by the pyrophillite cover 33 under certain conditions with which the cell is loaded. The cathode should be. Therefore, at the beginning of the electrolysis
the cathode sump formed by 7.5 g of aluminum,
while the filling in the cell consists of 100 g calcium chloride and 25 g uranium dioxide. Details 35 Part of the tungsten rod is protected by an aluminum of a typical barrel using the cell oxide layer 36. Two graphite anodes 37 are as follows: are provided; the graphite anode leads 38
sind ebenfalls durch Aluminiumoxydschichten 39 geschützt. are also protected by layers of aluminum oxide 39.
40 Da beabsichtigt ist, den Kathodensumpf während der ganzen Zeit flüssig zu halten, und da die Elektrolysetemperatur
um 900° C liegt, ist es selbstverständlich möglich, mit reinem Eisen als Kathode zu beginnen,
da der Schmelzpunkt des Eisens bei 1535° C 45 liegt. Deshalb wurde eine Kathodenlegierung (annähernd
das Eutektikum) hergestellt durch Mischen von 183,35 g Uran und 26 g Eisen und Erhitzen des
Gemisches unter Vakuum auf 1300° C, wobei 209 g einer homogenen Legierung erhalten wurden. Die so
50 hergestellte Legierung wurde in die Vorrichtung ge-Aus dem Zustandsdiagramm des Uran-Aluminium- maß Fig. 4 gebracht, um dort den Kathodensumpf
Systems ist zu ersehen, daß die günstigste Temperatur 40 zu bilden, in den der Rührer 35 eingetaucht war.
für die Elektrolyse bei 900° C liegt. Da Aluminium Die Füllung der Zelle wurde vervollständigt durch
bei 660° C schmilzt, wird nach einer sehr kurzen 125 g wasserfreies Calciumchlorid und 24 g Uran-Elektrolysedauer
die Kathodenlegierung so an Uran 55 dioxyd. Die Einzelheiten eines einzelnen Versuchs
angereichert, daß ihr Schmelzpunkt auf über 900° C waren wie folgt: kommt, wodurch es unmöglich wird, die Legierung
zu rühren. Dafür wurde gefunden, daß der Diffusionsvorgang groß genug ist, um eine im wesentlichen
homogene Legierung zu erhalten, welche in dem 60
vorstehenden Versuch 74,2 Gewichtsprozent Uran
enthielt, entsprechend einer intermetallischen Verbindung mit der Formel UAl3. Bei der Entfernung
dieser Verbindung und Laugung mit Wasser bestand
das untersuchte Produkt aus einzelnen Teilchen eines 65
groben Pulvers.40 Since the intention is to keep the cathode sump liquid all the time, and since the electrolysis temperature is around 900 ° C, it is of course possible to start with pure iron as the cathode, since the melting point of iron is 1535 ° C 45. Therefore, a cathode alloy (approximately the eutectic) was prepared by mixing 183.35 g of uranium and 26 g of iron and heating the mixture under vacuum to 1300 ° C. to obtain 209 g of a homogeneous alloy. The alloy produced in this way was brought into the device from the state diagram of the uranium-aluminum measure in FIG. 4, in order to see the cathode sump system that the most favorable temperature 40 is formed, in which the stirrer 35 was immersed. for electrolysis is 900 ° C. Since aluminum The filling of the cell was completed by melting at 660 ° C, after a very short 125 g of anhydrous calcium chloride and 24 g of uranium electrolysis time, the cathode alloy becomes so uranium 55 dioxide. The details of a single experiment enriched that its melting point was above 900 ° C as follows: This makes it impossible to make the alloy
to stir. For this, it has been found that the diffusion process is large enough to essentially produce a
to obtain a homogeneous alloy, which in the 60th
above experiment 74.2 percent by weight uranium
contained, corresponding to an intermetallic compound with the formula UAl 3 . At the distance
this connection and leaching with water existed
the investigated product of individual particles of a 65
coarse powder.
Um Legierungen der Zusammensetzung ent- Nach beendeter Elektrolyse wurde der homogeneAfter the electrolysis was complete, the homogeneous
sprechend UAl2 herzustellen, wurde eine Probe die- Legierungsbarren aus der Zelle entfernt und ergabTo produce speaking UAl 2 , a sample of the alloy ingot was removed from the cell and revealed
ein Gewicht von 231g* entsprechend einer Strom- ausbeute von annähernd 66*/e. Diese Legierung er gab bei der Analyse einen Urangehalt von 89°/o, verglichen mit einem Urangehalt von 87,55 °/o in dem Anfangs-Kathodensumpf. Die Zugabe von Eisen zu dem geschmolzenen Kathodensumpf kann das Ganze auf seine Anfangszusammensetzung bringen. Auf diese Weise kann eine Kathodenlegierung mit der eutektischen Zusammensetzung hergestellt wer den, die 12 Ve Eisen enthält, wodurch ein kontinuier- liches Herstellungsverfahren ermöglicht wird. a weight of 231g * corresponding to a current yield of approximately 66 * / e. This alloy was analyzed to have a uranium content of 89 % compared to a uranium content of 87.55% in the initial cathode sump. The addition of iron to the molten cathode sump can bring the whole thing to its initial composition. In this way, a cathode alloy with the eutectic composition containing 12 Ve iron can be produced, thereby enabling a continuous production process.
Bei fast allen beschriebenen Versuchen erfolgte nur ein sehr geringer Angriff auf das Tiegelmaterial, mit Ausnahme des Falles der Bildung von Uran- Aluminium-Legierung, die den Tiegel etwas angriff. In almost all experiments described very little attack on the crucible material, except for the case took place the formation of uranium-aluminum alloy, which attacked the pot a bit.
Claims (13)
Belgische Patentschrift Nr. 538 989;
Zeitschrift »Nucleonics«, 16 (Januar 1958), Nr. 1, . 64, 65.Considered publications:
Belgian Patent No. 538,989;
Nucleonics magazine, 16 (January 1958), No. 1,. 64, 65.
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