DE1442362A1

DE1442362A1 - Verfahren zum Trennen von Isotopen

Info

Publication number: DE1442362A1
Application number: DE19641442362
Authority: DE
Inventors: Hidetake Kakihana; Maomi Seko
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1963-08-02
Filing date: 1964-07-31
Publication date: 1968-10-24
Also published as: GB1067567A; DE1442362B2; US3414500A

Description

AwisteAftktorio-Stro6e <5 Dr.-Ing. HANS RUSCHKE Pienzenouer Strafte 2

Wpl-lng. HEINZ AGULAR . ^Τοϊ,Α«

PATENTANWÄLTE Postscheckkonto«

Manchen «42 77 Bankkonto«

DeposUenkoMe 32 MmmmmmMmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmtmmmme^Onuäner Bank Berlin 33 I —^ —- « BMOndien

Teplitaer Strafte 42 I l\*« 17 ««■«<«. I ■ Dep.-Kasse leopolosfrafl·

^100327608 I LJ T · HXDL lKto.59515

Telegramm- Adresse ι I \ I Teleoramm-Adreste«

Quadratur Berlin '■>'*«■■■ ■■-** Quadratur München

Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha, Osaka, Japan, Hidetake Kakihana, Tokyo, Japan.

Verfahren zum Trennen von Isotopen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Isotopen, die im Ionenzustand in Elektrolytlösungen vorliegen, mittels durchlaßselektiver (engl.:permselective) Kationenaustauschharzmembranen und Änionenaus tauschharzmembranen, die abwechselnd in einer Elektrodialysevorrichtung angeordnet sind, wobei an die Zelle (ileichspannung angelegt wird. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trennung von Isotopen - ausgenommen diejenigen der Edelgase r insbesondere Isotopen von Uran, Lithium, Calcium, Bor, Deuterium, Stickstoff, Chlor und Kohlenstoff, mittels vielfacher Elektrodialysezellen, die aus zwei oder mehreren Konzentrierabteilungen und Entsalzungsabteilungen bestehen, die darin abwechselnd hintereinander zwischen einem Paar Elektroden gebildet werden.

Zur Trennung und Anreicherung von Isotopen sind mehrere physikalische Verfahren, z.B. das Gasdiffusions-

809805/0964

verfahren, das Zentrifugaltrennverfahren od. dgl., bekannt. Alle diese Verfahren erfordern jedoch eine Vorrichtung von außerordentlicher Größe und einen großen Kapitalaufwand, so daß die Produkte zwangsläufig sehr teuer werden. Es sind auch schon einige chemische Verfahren zur Trennung von Isotopen vorgeschlagen worden. So wurde z.B. die Trennung von Iaaotopen durch elektrolytische Wanderung in wäßriger Lösung von A. K. Brewer, S.L. Mardrosky (J, Research Nat. Bur. Standards 28, 137 (1947)), S.L·. Mardrosky und S.' Straus (gleiche Zeitschrift ^8, 185 (194-7)) usw., vorgeschlagen. Diese Verfahren haben sich aber nicht als wirksam erwiesen, weil die Wanderung der isotopen Ionen durch die Wanderung der in entgegengesetzter Richtung wandernden Gegenionen gestört wurde. Ferner wird durch die. Hydratisierung der Ionen während der Wanderung der durch den Massenunterschied der Isotope bewirkte Trenneffekt vermindert. Eine Trennung und Anreicherung von Isotopen im technischen Maßstab ist nach diesen Verfahren nicht möglich.

Ferner wurde von A. Klemm und A. Neubert

(Z. f. Naturforschung 16a, 685 (1961)) ein Verfahren vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Salz zur Anreicherung und Trennung von Isotopen verwendet, um die

- i^:;iTUH.;.ii;-·

Solvatisierungs- bzw. Hydratisierungswirkung auszuschließen, _r doch bereitet dieses Verfahren große Schwierigkeiten, weil geschmolzenes Salz bei hoher Temperatur angewendet werden muß. Schließlich wurde noch ein Elektrowanderungsverfahreh zur

8 0980 δ/0 9 6U

Trennung und Anreicherung von Isotopen vor ge schläger, bei dem zu einer Säule gepackte gekörnte Ionenaustauschharze verwendet werden. Bei diesem Verfahren werden die zu trennenden Isotopenionen durch die Harze aus der Flüssigkeit durch Ionenaustausch absorbiert, worauf sie durch Elektrolysewirkung in den Harzen wandern.

Die Trennwirkung nach diesem Verfahren ist a'bffr gering.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren

zur Trennung von Isotopen, bei dem alle Nachteile der bisher bekannten Verfahren beseitigt sind.

Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren, das die kontinuierliche und wirtschaftliche Trennung von Isotopen im technischen Maßstabe ermöglicht.

Diese und weitere Ziele werden durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht.

Erfindungsgemäß wird unter Verwendung einer Elektrodialysevorrichtung, in der Kationenaustauschharzmembranen und Anionenaustauschharzmembranen abwechselnd zwischen einer Kathode und einer Anode angeordnet sind, so daß sie dazwischen zwei oder mehrere abwechselnde Konzentrier- und Entsalzungsabteilungen bilden, ein Elektrolyt, der isotope Ionen'eines Elements enthält, in eine bestimmte Entsalzungsabteilung geleitet, die aus einer Kationenaustauschharzmembran an der Kathodenseite und einer Anionenaustauschharzmem-

809805/0964

bran an der Anodenseite besteht, und durch Hindurchschikken von Gleichstrom werden die leichteren der zu trennenden isotopen Ionen in der Abteilung bevorzugt zur Wanderung durch die Ionenaustauschharzmembran in die benachbarte Abteilung gezwungen, und die durch Passieren der Austauschermembran erhaltene Lösung wird weiter in die benachbarte Abteilung geleitet, die in der Richtung der Wanderung der zu trenneaden Isotopenionen liegt, und dieses Verfahren wird in der Zelle wiederholt, um im Bndzustand eine ausreichende Trennung zu bewirken.

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses nun an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert _r die das Trennverfahren darstellt. Figur 1 ist eine schematische Ansicht der erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung, Gemäß Figur 1 sind mehrere kationendurchlaß-

seLektive Harzmembranen G^, C₂, CU, G^, Gc- und an-

ionendurchlaßselektive Harzmembranen a^,, a₂, a^, a., a,- abwechselnd und mit geringem Abstand zwischen einer Kathode und einer Anode derart angeordnet, daß sie Entsalzungsabteilungen Ax], A₂, A^, A^, Aj- o... und Konzentrierabteilun;j;en

B^, B₂, B₇., B^ abwechselnd in der Elektrodialysevor-

richtung bilden. Wenn eine Elektrolytlösung, die ein isotopes Kation enthält, in eine bestimmte Entsalzungsabteilung., z.B. Ax| geleitet und Gleichstrom durch die Zelle geschickt

809805/0964

wird, wandern die leichteren isotopen Ionen infolge ihrer Massendifferenz bevorzugt durch die kationendurchlaßselektive Harzmembran (im Folgenden als Ka-Mambran bezeichnet), auch wenn die Ionen aus der gleichen Verbindung dissoziiert sind. Im allgemeinen passieren die leichteren Kationenisotope (bzw. diejenigen der Anionen) die durchlaßselektiven Membranen leichter als die schwereren.

Wenn nun die Elektrolytlösung, die die leichteren Kationenisotope enthält, in die Entsalzungsabteilung A^ geleitet wird, passieren die Kationenisotope die Ka-Membran C^ und wandern schneller als die schwereren Kationenisotope in Richtung auf die benachbarte Konzentrierabteilung B^ auf der Kathodenseite der Entsalzungsabteilung, d.h. auf der linken Seite von A^ in der Zeichnung. Da die Harzmembran an der Kathodenseite dieser Kammer B^ eine anionendurchlaßselektive Harzmembran a^ ist (im Folgenden als An-Membran bezeichnet), werden die Kationenisotope nicht weiter in Richtung auf die Kathodenseite in dieser Kammer transportiert, und die leichteren Kationenisotope werden von den schwereren Eationenisotopen getrennt und in dieser Abteilung angereichert .

Wenn die Lösung, in der die leichreren Kationenisotope von den schwereren Kationenisotopen getrennt und dadurch in der Konzentrierä&eilung B^ konzentriert worden sind, durch eine Leitung X in eine benachbarte Entsalzungs-

809805/0964

kammer A₂ auf der Kathodenseite von B^ geleitet wird, um eine weitere Trennung zu bewirken, passieren die leichteren Kationenisotope die Ka-Membran C₂ und wandern in Richtung auf eine Konzentrierabteilung B₂ an der Kathodenseite, wo sie ebenso wie in der vorhergehenden Konzentrierabteilung B^ selektiv von den schwereren Kationenisotopen von A₂ getrennt werden. Die Lösung in der Konzentrierabteilung B₂ wird dann wieder durch die Leitung X in Kathodenrichtung in die Entsalzungsabteilung A^ geleitet, wo eine weitere Trennung durch die Ka-Membranen erfolgt. Da die leichteren Kationenisotope selektiv getrennt werden und infolge der ai gelegten Spannung in Richtung auf die Konzentrierabteilung an der Kathodenseite wandern, während die Elektrolytlösung in die Entsalzungskammern geleitet und darin bewegt wird, nimmt die Konzentration der leichteren Kationenisotope in der Nähe des Auslasses der Entsalzungsabteilungen ab. Daher wird die aus der Entsalzungsabteilung austretende Lösung durch eine Leitung X in Richtung auf die Anodenseite in eine andere Entsalzungskammer in der Weise zurückgeführt, daß die aus der Entsalzungsabteilung A₁, austretende Lösung in die Entsalzungsabteilung A₂, die aus A^ austretende Lösung nach A^, die aus A^ nach Aj- zurückgeführt wiLrd, um eine weitere Trennung zu erreichen.

Durch Wiederholung des oben beschriebenen Verfahrens wird das leichtere Kationenisotop, das in der

809805/0964

auf die Entsalzungsabteilungen der Zelle aufgegebenen Elektrolytlösung vorliegt, wirksam von dem schwereren Kationenisotop getrennt und in der Konzentrierabteilung, die sich am nächsten zur Kathode befindet, angereichert und dort abgenommen, während das scherere Kationenisotop in der am nächsten zur Anode liegenden Konzentrierabteilung angereichert und von dort abgenommen wird.

In der Zeichnung bedeutet La die Kathodenlösung und Lc die Anodenlösung.

Zur Trennung der isotopen Anionen wird die

Elektrolytlösung in die Entsalzungsabteilun^ A gegeben, und die leichteren isotopen Anionan wandern leichter durch die An-Membrane» als die schereren isotopen Anionen, so daß sie von den schereren Ionen getrennt und in den Konzentrierabteilungen B konzentriert werden. Die Lösung, in der die Konzentration an leichteren isotopen Ionen größer ist als die der schwereren Ionen in B, wird durch die Leitung X in Richtung zur Anode in der Weise in die Entsalzun_ü ⁱsabteilungen geleitet, daß die Lösung von B₂ nach Ap, von B^ nach A*_t von B, nach A^, und von B„ nach Aj- geleitet wird, um eine weitere Trennung zu bewirken. Die aus den Entsalzungsabteilungen Ar, A^, A^, A₂ austretende Lösung wird durch die Leitung Y in Richtung zur Kathode in die Entsalzun^sabteilungen A^, A^, A₂ bzw. A, geleitet, um eine weitere Trennung zu bewirken.

8098-05/0964

Bisher wurde zwar ein Verfahren beschrieben, bei dem die Trennung und Anreicherung von Kationen und Anionen in einem System getrennt erfolgt, doch ist es auch möglich, die Zuführung und Zurückführung der Lösungen in jeder Abteilung derart zu regeln, daß die Trennung der leichteren Kationenisotope in den Konzentrierabteilungen an der Kathodenseite und die Trennung der leichteren isotopen Anionen in den Kammern an der Anodenseite eines Systems erfolgt.

Bei der Trennung von Isotopen nach dem oben beschriebenen Verfahren wird die Lösung, diesen Entsalzungsabteilungen A aufgegeben wird, verdünnt, während die in die Kpnzentrierabteilungen B geleitete Lösung konzentriert wirdo

Manchmal ist eas also vorteilhaft, nur die Trennung von isotopen Ionen durch Zusetzen von Wasser zu der am nächsten zur Kathode liegenden Konzentrierkammer wegen der Konzentration der Lösung durchzuführen, um dadurch den Konzentrationseffekt der Lösung herabzusetzen.

•Manchmal ist es auch vorteilhaft, den pH-Wert in jeder Abteilung und normale chemische Reaktionen, wie Oxydation und Reduktion der Lösung, während der Zuleitung und Zurückführung durch die Leitungen X und Y unter Kontrolle zu halten. Hier wird die Leitung X verwendet, um die Lösung aus einer bestimmten Abteilung in die benachbarte Abteilung zu transportieren, währeneTzum Transport zu jeden?anderen Abteilung mit leichteren Ionen durch Membranen dient.

80980 5/0964

— g —

Die Leichtigkeit, mit der die leichteren Ionen die durchlaßselektive Membran passieren, d. h. die a&ektive Permeabilität, wird im allgemeinen als Quotient des Verhältnisses der Mengen an isotopen Ionen zwischen leichteren und schwereren isotopen Ionen, die die Membran passiert haben, d.h. ihres Mengenverhältnisses in der Lösung, angegeben. Sie hängt z.B. von der physikalisch-chemischen Natur der Harzmerabranen, der Austauschkapazität, der Leitfähigkeit, der Stromstärke, der Stromdichte, der Konzentration der Lösung in jeder Abteilung und der !«'ließgeschwindigkeit der Lösung ab. Je besser die Pließbedingungen sind und je länger die Wanderungsstrecke in der Membran im Verhältnis zur Konzentration der Lösung ist, desto größer ist im allgemeinen die Selektivität für die leichteren isotopen Ionen.

Das Verhältnis von Zurückführung (Rücklauf), jj'ließgeschwindigkeit der Lösung, Strom und dergl. bei der Trennung von isotopen Ionen in einem Kaskadensystem mit der oben beschriebenen Trennanordnun.. kann - wie bei dem üblichen Kaskadentrennverfahren - aus dem Trennverhältnis der Isotopen, der Zusamuensetzun,; des Ausgangsmaterials und dem Trennkoefrizienten für einen Durchgang durch die Harzmembran berechnet werden.

Die übliche Elektrodialysevorrichtung wird

durch abwechselnde Anordnung von zwei oder mehreren kationendurchlaßselaktiven Harzmembranen und anionendurchlaßselekti-

BAD ORIGINAL

809805/0964

ven Harzmembranen gebildet. Es ist zweckmäßig, eine derartige Elektrodialysezelle derart anzuordnen, daß zwei oder mehrere dieser Elektrodialysevorrichtungen, die aus einem Mehrfachen von 10 oder 100 Paaren von Membranen be.stehen,zwischen einem Paar Elektroden angebracht sind, so daß sich die Zusammensetzung der Ausgangs- und Rücklauflösung, die Anordnung der Zelle im technischen Maßstab und die günstigste Trennung nach dem Kaskadensystem einstellen lassen.

Eine Gleichstromdichte, die in keiner Abteilung eine Polarisation hervorruft, wird angewendet. Wenn in jeder Entsalzungsabteilung Polarisation eintritt, kann ein Spannungsanstieg und eine pH-Änderung erfolgen, die häufig zur Bildung unlöslicher Niederschläge führen«, Deshalb wird zweckmäßig die Lösung an der Oberfläche der Membranen gerührt, um eine Polarisation und pH-Änderung der Lösung in jeder Abteilung zu verhindern. Im allgemeinen liegt die Grenze der Stromdichte, bei der noch eine Elektrodialyse ohne Polarisation möglich ist, im Bereich von i/c » 50 - 2000, sie hängt aber von der Art der Zelle ab, wobei c die mittlere Aquivalentkonzentration der Lösung in der Entsalzungsabteilung und i (mA/cm ) die Stromdichte ist. Um eine Polarisation zu verhindern, ist es ferner zweckmäßig, die Stromrichtung periodisch in bestimmten Abständen während der Elektrodialyse oder rasch umzukehren oder einen entgegengesetzt gerichteten Wechselstrom zu überlagern» Es ist ferner mög-

809805/0964

lieh, eine Elektrodialysezelle zu verwanden, die in jeder Abteilung poröse grobe Gewebe oder dünne durchlöcherte Platten enthält oder in der der Weg der Lösung in jeder Abteilung durch enge, lange, gekrümrate Hohlräume führt (gewundener Weg).

Die Zuführung und der Rücklauf der Lösung in die Abteilungen oder aus ihnen heraus oder zwischen ihnen erfolgt zweckmäßig durch Leitungen, die gebildet werden, indem mehrere Löcher in die Membranen und Dichtungen an den entsprechenden Stellen geschnitten werden, wobei die Dichtungen die vier äußeren Teile jeder Abteilung bilden, und indem die Membranen und Dichtungen so angeordnet werden, daß sie an ihren äußeren Teil.en Leitungen zwischen den Elektroden bilden. Die erfindungsgemäßen kationendurchlaßselektiven Membranen und anionendurchlaßselektiven Membranen bestehen aus Kationen- bzw. Anionenaustauschharzen.

Die erfindungsgemäß verwendeten Kationeaaaustauschharze sind homogene oder nicht homogene Ionenauatauschharze, die Sulfonsäure-, Carboxyl-, Phosphorsäure- oder Hydroxylgruppen enthalten. Die Anionenaustauschharze sind homogene oder nicht homogene Ionenaustauschharze, die Amino- oder quaternäre Ammoniumcruppen enthalten.

Das Gerüst des Harzes besteht bevorzugt aus einem harzartigen Polymerisat einer Monovinylverbindung, wie Styrol, und einer Divinylverbindung, wie Divinylbenzol,

809805/096 4

und dieses Grundpolymerisat enthält Sulfonsäure- oder Aminogruppen oder quaternäre Ammoniumreste oder Phosphorsäurereste. Die Ionenaustauschharze können Mischpolymerisate aus Monovinylverbindungen mit Sulfonsäureresten oder entsprechenden Derivaten, Garbonsäureresten oder entsprechemden Derivaten und Divinylverbindungen sein.

Die Ionenaustauschharze können auch durch

Kondensieren von aromatischen Verbindungen mit SuIfansäureresten oder Aminogruppen und Aldehyden hergestellt werden.

Ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeignetes Austauschharz hat eine Ionenaustauschkapazität von mehr als 0,1 mVal je g-Äquivalent des trockenen Harzes.

Ehe das Harz verformt wird, kann die ionenaustauschende Gruppe des Harzes in die Form des Neutralsalzes, der Säure oder .der Base gebracht werden. Stäbe, Röhren oder anders geformte Ionenaustauschharze können erfindungsgemäß außer Membranen verwendet werden, soweit sie sich zum Aufbau der Elektrodialysezelle eignen.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Transportzahl der Ionenaustauschharzmembran möglichst groß ist. Wenn ein Transport von Gegenionen erfolgt, wird die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich herabgesetzt. Die erfindungsgemäß verwendete Elektrolytlösung kann so beschaffen sein, daß sie den Koeffizienten der selektiven Absoption der isotopen Ionen an den Membranen erhöht. Wenn

09805/0964

z.B. Li von 'Li getrennt werden soll, ist die Verwendung der Hydroxydlösung zweckmäßiger als die der Chloridlösung. Die Art der Gegenionen und der pH-Wert der Lösung sollten also sorgfältig gewählt werden, weil die Selektivität der Ionentrennun^ durch die Gegenionen herabgesetzt wird. Wenn der selektive Austausch zwischen verschiedenen Arten von isotopen Ionen in den Membranen oder in der Lösung erfolgt, ändert sich das Mengenverhältnis der unterschiedlichen isotopen Ionen in der höheren Oxydationsstufe zu denen der niederen Oxydationsstufe je nach dem 'frennkoeffizient , so daß häufig eine Wirkung aui? die Wanderungsrichtung der Ionen im elektrischea Strom ausgeübt wird. Es ist daher zweckmäßig, diesen Effekt möglichst weitgehend auszunützen. Wann z.B. bei der Anreicherung von XT^ aus einem Gemisch von XT*** und U ^ in Lösung vierwertiges Uran neben sechswertigem Uran vorliegt, besteht das folgende Gleichgewicht:

²^VO₂ ²⁺ + ²^V⁺ F^ ²⁵⁸UO₂ ²⁺ + 23V*

Wenn die Oxydationsbedin^ungen und der pH-Wert der Reaktion usw. geeignet sind, das Gleichgewicht zu verschieben, wird

es in saurer Lösung nach rechts verschoben, wobei das ^U

häufiger als U -Ion oder als Uvorliegt, das,mit Anionen verknüpft ist, und * U vorwiegend als UOp²⁺ oder als mit Anionen verbundenes UO₂ ⁺ vorliegt. Die Anwendung von Oxydations- oder Reduktionssystemen bei der Anreicherung von

809805/096

bildet daher ein wirksames Mittel, indem man den Oxydationsgrad zur Herstellung des gewünschten Verhältnisses von

2+ 4+
UOp zu U nutzbar macht.

Um die Azidität auf einem wirksamen Wert zu halten, sind sowohl anorganische als auch organische Säuren im Bereich von 0,001 bis 10 η geeignet. Insbesondere Schwefelsäure und Salzsäure werden mit Vorteil verwendet.

Eine wirksame Trennung von Isotopen im Ionenzustand kann man erreichen, in dem man ein Isotopengleichgewicht in einem Redoxsystem sich einstellen läßt, ein Verfahren das sich außer auf Uran auch auf alle Elemente anwenden läßt. Ein anorganisches oder organisches Oxydationsmittel, wie Luft, Sauerstoff, Wasserstoffperoxyd, Chlor oder dergl., kann verwendet und die Oxydation oder Reduktion einfach bei der Zuführung oder Zurückführung der Lösung in eine Kammer durchgeführt werden.

Obwohl bisher nur die Trennung von isotopen Kationen beschrieben wurde, können natürlich auch isotope Anionen in praktisch der gleichen Weise durch Änderung der Zuführungsrichtung der Lösung und der Zurückführung im Hinblick auf die Wanderungsrichtung der Anionen getrennt werden.

Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren noch eingehender erläatern, es aber nicht begrenzen. -

80980 5/0964

Beispiel 1

Eine Elektrodialysezelle aus einer Kathodenkammer-, einer Zwischenkammer (Entsalzungsabteilung) und einer Anodenkammer wurde aus einer Kathode und einer kationendurchlaßselektiven Harzmembran, einer anionendurchlaßselektxven Harzraembran und einer Anode in der angegebenen Reihenfolge hergestellt. Die Kationenaustauschharzmembran bestand aus einem Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymerisat mit Sulfonsäuregruppen und hatte eine wirksame Fläche von 1 m und eine Stärke von 0,3 mm; die Anionenaustauschharzmembran bestand aus einem ähnlichen Polymerisat mit quaternären Ammoniumgruppen und hatte die gleichen Abmessungen. In der mittleren Kammer wurden 100 Liter 0,05 η JL Schwefelsäure, die 0,5 η Uranylsulfat und 0,5 η Uran -sulfat enthielt, (die Konzentration an Xr^ im Gesamturan betrug 0,7185 Gew.-.?) umlaufen gelassen. 0,5 η Schwefelsäure wurde in der Kathodenkammer und 0,5 η Natriumsulfatlösung in der Anodenkammer umlaufen gelassen.

Die Elektrodialyse wurde durch Ilindurchleiten von 120 A Gleichstrom durchgeführt, wobei die Urankonsentration in der Zwischenkammer gleichzeitig mit dem Stromfluß abnahm, während sie in der Kathodenkammer zunahm; 295 δ Sulfationen wurden Je Stunde in die Anodenkammer transportiert. Der Gehalt an ^U in dem Uran in der Kathodenkammer wurde größer.

809805/0964

Das zur Kathodenseite transportierte Uran

wurde im Massenspetrographen untersucht, und der mittlere

2-55
Gehalt an -^Tf im Gesamturan war nach JO Minuten 0,723 % und 9,5 Stunden nach Beginn 0,726 °/o.

Beispiel 2

In der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 1 wurde eine 1 η Lösung von Uranylsulfat in der Zwischonkammer umlaufen gelassen, und es wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 gearbeitet. Die mittlere Konzentration an

"TF im Gesamturan in der Kathodenkammer war nach 30 Minuten

0,721 Gew.-je" und nach 9,5 Stunden 0,723 Gew.->0.

Beispiel j>

Eine vielzellige Elektrodialysevorrichtung

wurde errichtet, indem in abwechselnder Polge 701 Paar kationendurchlaßselektiver Harzmembranen und anionendurch laßselektiver Harzmembranen mit einem Abstand von 1 mm zwischen 1 Paar Elektroden angebracht wurden, so daß sie abwechselnd Entsalzungs- und Konzentrierkammern bildeten, wobei die kationendurchlaßselektüven Harzmembranen die gleichen wie in Beispiel 1 waren, In eine Zwischenkammer (Entsalzungskammer), die aus der Kationenaustauschharzmembx-an aus der Kathodenseite und einer Anionenaustauschhar£membran auf der Anodenseite bestand und dem 350. Paar von der Kathode her entsprach, wurde 0,05 η Schwefelsäure, die 0,25 η Uranylsulfatierung und 0,25 η Uran -sulfatlösuns enthielt (die Konzentration an ²^U im

8 09805/0964

Gesamturan betrug 0,7185 )ό) geleitet, wobei die gesamte Zelle als Kaskadensystem wie in Figur 1 gezeigt in Betrieb genommen und ein Strom von 120 Ampere hindurchgeschickt wurde. Nach Erreichen des stationären Zustande wurde eine Lösung, die 1,00 # *-% enthielt, aus der am nächsten zur Kathode liegaüen Konzentrierkammer abgenommen, die aus einer 'Kationenaustauschmembran und einer Membran auf der Anodenseite bestand, und eine Lösung, die 0,437 > U enthielt, wurde von der am nächsten zur Anode liegenden Kammer abgenommen, die aus einer Kationenaustauschharzmembran auf der Kathodenseite bestand. Um eine Erhöhung der Konzentration der Lösung in der Konzentrierabteilung, die aus einer Anionenaustausclamembran auf der Kathodenseite und einer Kationenaustauschmembran auf der Anodenseite bestand, bei diesem Kaskadenverfahren zu verhindern, wurden alle Stunde 35 Liter Wasser in die am nächsten zur Kathode liegende Konzentrierkammer gegeben, um die Urankonzentration in der Konzentx'ierkammer bei 0,5 n. zu halten. Andererseits wurde die Lösung in jeder Übertragungsleitung von der Konzentrierkammer zur benachbarten Entsalzungs-Austauschharzkammer an der Kathodenseite der Konzentrierkaramer mit Luft oxydiert, um das Verhältnis von vierwertigem zu sechswertigem Uran in der Lösung ungefähr konstant zu halten.

Beispiel 4-

Eine vielzellige Elektrodia lesevorrichtung

809805/0964

wurde aus 701 Membranen aus sulfonierten kationßndurchlaßselektiven Harzmembranen aus einem Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymerisat und 700 Membranen aus anionendurchlaßJiektivem Harz, das durch Chlormethylieren.und Aminieren eines Styrol-Divinylbenzol-Mischpolymerisats hergestellt worden

ρ war, beide mit einer wirksamen Fläche von 1 m und einer Stärke von 0,3 mm, hergestellt, indem diese in der Reihenfolge :

Kathodenkammer, Kationenmembran, Anionenmembran, ...» Anionenmembran und Anodenkammer abwechselnd angeordnet wurden.

Eine 0,1 η Mthiumhydroxydlösung wurde in die von der Kathode aus 350. Entsalzungskammer geleitet, die aus einer Kationenaustauschharzmembran an der Kathodenseite und einer Anionenaustauschharzmembran an der Anodenseite bestand und die eine Abteilung des gesamten Kaskadensystems von Figur darstellte. Die Vorrichtung wurde in Betrieb genommen, indem ein Strom von 110 A hindurchgeleitet wurde. Der Gehalt an

Li in der ursprünglich auf die Kammer aufgegebenen Lithiumhydroxydlösung betrug 7,52 Gew.-<0 der Ge samt lithiummenge. Nach Erreichen de,s stationären Zustande wurde in der am. nächsten Zur Kathode liegenden Konzentrierkammer, die an der Anodenseite eine Kationenaustauschharzmembran enthielt, eine Lösung mit einem Gehalt von 8,25 % ⁶Li erhalten, während in

809805/0964

der am nächsten zur Anode liegenden Entsalzungskammer, die eine Kationenaustauschharzmembran an der Kathodenseite enthielt, eine Lösung von 6,82 Gew.-^ Li, bezogen auf die Gesamtlithiummenge, erhalten wurde. Bei diesem Kaskadenverfahren wurde wie im Beispiel 5 Wasser in die am nächsten zur Kathode liegende Konzentrierkammer gegeben, um die Konzentration des Lithiums bei 0,1 η zu halten. Ein praktisch gleicher Versuch wurde durchgeführt, wobei eine Lithiumchloridlösung unter gleichen Bedingungen wie oben die Lithium· hydroxydlösung zugesetzt wurde. Aus der am nächsten zur Kathode liegenden Konzentrierkammer wurde eine Lösung mit 8,05 # Li und aus der in umgekehrter Richtung liegenden

CZ

Konzentrierkammer wurde eine Lösung mit 7>00 ^c/o Li ab genommen.

809805/096Λ

Claims

- 20 - Patentansprüche

1. Verfahren zum Isolieren von Isotopen im Ionenzustand mittels einer Elektrodialysevorrichtung, die aus zwei oder mehreren kationendurchlaßselektiven Membranen und anionendurchlaßselektiven Membranen besteht, die abwedaselnd zwischen einer Anode und einer Kathode derart angeordnet sind, daß sie zwei oder mehiBere abwechselnde Entsalzung-s- und Konzentrierabteilungen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolytlösung, die die zu trennenden Isotope im Ionenzustand enthält, in die"Abteilungen der Vorrichtung leitet, wobei jede dieser Abteilungen aus einer kationendurchlaßselektiven Membran an der Kathodenseite· und einer anionendurchlaßselektiven Membran an der Anodenseite besteht, daß man Gleichstrom durch die Vorrichtung schickt, wobei die zu trennenden isotopen Ionen selektiv durch die Membranen wandern, die Ionen des gleichen Vorzeichens wie die isotopen Ionen in die benachbarten Abteilungen durchlassen, wobei man aus den am nächsten zu den Elektroden gelegenen Abteilungen eine Lösung erhält, die de Isotope im Ionenzustand getrennt und angereichert enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösun··;, in der die leichteren isotopen Ionen angereichert aind, nachdem sie selektiv die Membran passiert haben, die Ionen des gleichen Vorzeichens wie die iso-

BAD ORIGINAL

8 09 80 5/Q96 4

topen Ionen hindurchläßt, in die benachbarten Abteilungen leitet, die in der Wanderungsrichtung der isotopen Ionen liegen, um eine weitere Wanderung und Trennung mittels dieser Membranen zubewirken, die Ionen des gleichen Vorzeichens wie die isotopen Ionen hindurchlassen, daß man die aus der Entsalzungsabteilung erhaltene Lösung, in der die Konzentration der isotopen Ionen kleiner ist als vor" der Wanderung in die zweite Entsalzungsabteilung in der der Wanderung der isotopen Ionen entgegengesetzten Richtung, zurücklaufen läßt, um eine weitere Wanderung und Trennung zu bewirken, und daß man eine Lösung, in der die gleichen isotopen Ionen getrennt und angereichert sind, aus den am nächsten zu den Elektroden liegenden Konzentrierkammern abnimmt.

3. Verfahren zum Trennen von Isotopen im Ionenzustand mittels einer Elektrodialysevorrichtung, die aus zwei oder mehreren kationendurchlaßselektiven Membranen und anionendurchlaßselektiven Membranen besteht, die abwechselnd zwischen einer Anode und einer Kathode derart angeordnet sind, daß sie zwei oder mehrere abwechselnde Entsalzungsund Konzentrierabteilungen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Elektrolytlösung, die die zu trennenden Isotope im Ionenzustand enthält, in die Entsalzungsabteilungen der Vorrichtung leitet, wobei jede dieser Abteilungen aus einer kationendurchlaßselektiven Membran an der Kathodenseite und einer anionendurchlaßselektiven Membran an der Anodenseite

809805/0964

besteht, daß man Gleichstrom durch die Vorrichtung schickt, wobei die zu trennenden isotopen Ionen durch die Membranen wandern, die Ionen des gleichen Vorzeichens wie die isotopen Ionen in die benachbarten Abteilungen durchlassen, und daß man aus den am nächsten zu den Elektroden gelegenen Konzentrierabteilungen eine Lösung erhält, in der die gleichen isotopen Ionen getrennt und angereichert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß man die aus den Entsalzungsabteilungen erhaltene Lösung, in der die zu trennenden isotopen Ionen getrennt und angereichert sind, nachdem sie die Membranen passiert haben, in die benachbarten Abteilungen leitet, die in der Wanderungsrichtung der isotopen Ionen liegen, um eine weitere Wanderung und Trennung mittels dieser Membranen zu erreichen, daß man die austretende Lösung, in der die Konzentration der leichteren isotopen Ionen kleiner ist &1ε vor der Wanderung in die zweite Entsalzungsabteilung in der der Wanderung der isotopen Ionen entgegengesetzten Richtung, zurücklaufen läßt, um eine weitere Wanderung und Trennung zu bewirken, und daß man eine Losung, in der die gleichen isotppen Ionen getrennt und angereichert sind, aus den am nächsten zu den Elektroden liegenden Konzentrierkammern abnimmt.

5· Verfahren nach Anspruch 3 oder 4- zum Trennen und Anreichern von isotopen Kationen und isotopen

BAD ORiGINAL 809805/0964

Anionen in der gleichen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß man die isotopen Kationen in den Abteilungen an der Kathodenseite und die isotopen Anionen in den Abteilungen an der Anodenseite trennt und anreichert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche außer Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolytlösung, die auf die Abteilungen aufgegeben wird, oxydierenden Bedingungen unterwirft oder die Lösung in den Abteilungen derart beeinflußt, daß das Hedoxygleichgewicht zwischen verschiedenen isotopen Ionen verschoben wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur-ch gekennzeichnet, daß man ^U von · ^U trennt und anreichert.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden

6 7 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man Li von 'Li trennt und anreichert.

809805/0964