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Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Uran-Legierungen Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstelluno, von Aluminium-Uran-Legierungen.
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Es ist bekannt, zur Herstellung von Aluminium-Uran-Legierungen die
festen Metalle Aluminium und Uran in offenen Tiegeln unter reduziertem Druck und
einer kontrollierten Atmosphäre bei erhöhter Temperatur zu vermischen.
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Man hat auch bereits festes oder geschmolzenes Aluminium mit Uranoxyd
oder Uranhalogenverbindungen vermischt. Die Legierung bildet sich hierbei aus dem
durch Reduktion entstandenen Uranmetall und dem festen bzw. geschmolzenen Aluminium.
Wenn das Halogen Chlor ist, kann das gebildete Aluminiumchlorid durch Sublimation
entfernt werden.
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Ferner hat man zur Herstellung von Aluminium-Uran-Legierungen auch
schon Uranhydride und Uranoxyd mit Aluminium vermischt.
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Es ist auch schon bekannt, Aluminium-Uran-Legierungen aus einem Uranfluorid
und Aluminium zu gewinnen. Als Ausgangsmaterial verwendet man das feste Urantetrafluorid,
welches mit einem überschuß an Aluminium auf eine Temperatur erhitzt wird, die über
dem Schmelzpunkt des Aluminiums liegt. Gleichzeitig wird ein Hochvakuum angewendet,
um einmal das flüssige Aluminium vor einer übermäßigen Oxydation zu schützen und
die Reduktion zu beschleunigen sowie zum anderen, um das bei der Umsetzung gebildete
Aluminiumfluorid durch Destillation unter Vakuum zu entfernen. Im einzelnen geht
man bei diesem bekannten Verfahren so vor, daß man pulverförmiges Urantetrafluorid
oben auf einen Aluminiumbarren bringt, der sich in einem Graphittiegel befindet.
Das Ganze wird auf 9501 C
1 Stunde lang im Vakuum erhitzt. Der Aluminiumbarren
enthält 23 % Uran.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, zur Gewinnung von Uranmetall
das feste Urantetrafluorid mit Calcium bzw. Magnesium zu reduzieren. Das gewonnene
Uranmetall kann dann in einer zweiten Stufe mit Aluminium zu der entsprechenden
Legierung umgewandelt werden.
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Ferner ist die Hochtemperaturreduktion von Uranhexafluorid zu Metall
bereits beschrieben worden. Das gasförmige Uranhexafluorid wird mit elementarem
Natrium derart zur Reaktion gebracht, daß man kontinuierlich das Uranfluorid in
Dampfform und das Natrium in flüssiger Form in eine Reaktionskammer, die auf eine
Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Uran gehalten wird, einführt. Hierbei
kann das Natrium nicht nur als Flüssigkeit, sondern auch in Dampfform in das Reaktionsgefäß
eingespeist werden. Das durch eine solche Reduktion gewonnene Uranmetall kann dann
ebenfalls wieder in einer zweiten Stufe auf Aluminium zur Einwirkung gebracht werden.
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Schließlich ist es noch bekannt, Aluminium-Uran-Legierungen aus Uranhalogeniden
und insbesondere Uranchloriden mit Aluminium als Reduktionsmittel zu gewinnen, wobei
eine Mischung von Alkalichlorid und Aluminiumchlorid als Flußmittel verwendet wird.
Vorzugsweise geht man bei diesem bekannten Verfahren von dem festen Urantetrafluorid
aus und nimmt als Flußmittel eine Mischung von Alkalichlorid und Alkalibromid sowie
von Aluminiumehlorid.
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Alle bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß sie relativ umständlich
durchführbar sind, da in den meisten Fällen eine Reaktion über mehrere Stufen notwendig
ist. Auch bringt das Arbeiten mit dem festen Urantetrafluorid manche Nachteile mit
sich.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen,
welches die Herstellung von Aluminium-Uran-Legierungen in einfacherer und schnellerer
Weise gestattet.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einem Verfahren zur
Herstellung von Aluminium-Uran-Legierungen durch Reduktion eines Uranfluorids mit
Hilfe von überschüssigem Aluminium unter Verwendung eines alkalichloridhaltigen
Flußmittelgemisches darin, daß man die Oberfläche der Aluminiumschmelze mit einem
Gemisch aus gleichen Teilen Natriumehlorid, Kaliunichlorid und Natriumfluorid abdeckt
und dann gasförmiges Uranhexafluorid
unter Einhaltung einer Badtemperatur
von etwa 850' C unter die Oberfläche der Aluminiumschmelze einleitet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den beachtlichen Vorteil, daß-
es nur aus einer einzigen Stu.'e 'beste' .-.t, in welcher das U.-arbexail-,iorid
in eine Uran-Aluminium-Legierung übergeführt wird. Auf diese Weise werden alle die
Zwischenstufen, die notwendig sind, um nach den -bekannten Verfahren Uranhexafluorid
in Urantetrafluorid oder Uranoxyd überzuführen, vermieden. Ferner treten dadurch
bedingte Verluste der Ausbeute und Komplikationen, die solchen Verfahren und Einrichtungen
innewohnen, ebenfalls nicht -mehr -auf. - -
Die Absorption des Uranhexafluorids
im geschmolzenen Aluminium ist-quantitativ, und die Ausbeute dieses Verfahrens liegt
im Bereich von 99%.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu erblicken, daß die Anteile in der
Uran-Aluminium-Legierung mit großer Genauigkeit-kontrolliert werden können.
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Die Reinheit der erhaltenen Legierungen ist außergewöhnlich hoch,
wenn reines Aluminium in einem geeigneten Tiegel verwendet wird, da das Uranhexafluorid
im allgemeinen sehr rein ist. 0
Insgesamt ist das erfindungsgemäße Verfahren
fahren gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik deswegen schon so vorteilhaft,
weil es in seiner Durchführung besser kontrollierbar ist, so daß dadurch Verluste
verhindert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen an Hand eines Ausführungsbeispiels
erläutert. Beispiel In einem Tiegel aus Aluminiumoxyd, welcher in einen elektrischen
Ofen gebracht wurde, werden 350 g reines Aluminium (99,991/o) geschmolzen.
Das geschmolzene Metall wird überzogen mit einer Schicht eines Flußmittels, bestehend
aus gleichen Teilen Natriumfluorid, Kaliumchlorid und Natriumchlorid.
. Durch ein Rohr aus Aluminiumoxyd (Durchmesser 10 mm) wird ein Strom
gasförmigen Uranhexafluorides unter die Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums
mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 g/Min. während einer Zeit von etwa
5 Minuten eingeführt.
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Während dieser Operation wird die Temperatur bei etwa 8501 C
gehalten. Wenn die Einführung des Uranhexafluorids abgebrochen wird, wird das Rohr
aus Aluminiumoxyd entfernt und die so erhaltene Legierung in eine Gußmulde übergeführt.
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Auf diese Weise werden 377 g Aluminium-Uran-Legierung erhalten
mit einem Urangehalt von 9,3 0/0. Die Reaktion findet gemäß folgender Gleichung
statt: UF6 + 2A1--*U + 2AIF,3.
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Im Hinblick auf die obigen Angaben ist dieses Verfahren besonders
geeignet zur Herstellung von Brennelementen aus Uran-Aluminium mit angereichertem
Uran.