DE1533466C

DE1533466C - Process and device for the electrorefining of plutonium

Info

Publication number: DE1533466C
Authority: DE
Inventors: Jack Lloyd Schweikhardt Robert Dale Arvada Col Long (V St A )
Original assignee: The United States Atomic Energy Commission, Germantown, Md (V St A)
Publication date: 1972-04-27

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren rung von Plutoniürnionen in den Elektrolyten erfor-The present invention relates to a method tion of plutonic ions in the electrolyte required

und eine Vorrichtung zur Elektroraffination von derlichen Rührzeit vor dem Beginn der Elektrolyseand a device for electrorefining of the agitation time before the start of the electrolysis

Plutonium bei einer Temperatur zwischen 700 und auf eine ¹Zs bis 2 Stunden im Vergleich zu den bisherPlutonium at a temperature between 700 and on a ¹ Zs to 2 hours compared to the previous one

830° C unter . Verwendung einer Mischung aus erforderlichen 8 bis 10 Stunden. Der Elektrolyt wird830 ° C below. Use a mixture of required 8 to 10 hours. The electrolyte will

Alkali- oder Erdalkalihalogeniden als Elektrolyt. 5 vorzugsweise aus MgCl₂ zusammen mit einer äquimo-Alkali or alkaline earth halides as electrolyte. 5 preferably made of MgCl ₂ together with an equimo-

Die eiektrolytische Reinigung von Plutonium- laren Mischung aus NaCl und KCl gebildet. Die imThe electrolytic purification of plutonium laren mixture formed from NaCl and KCl. The in

metall, welches beispielsweise aus mit Plutonium be- Elektrolyten enthaltene Menge MgCl₂ beträgt vor-metal, which, for example, is made up of the amount of MgCl _{2 contained in electrolytes with plutonium.}

triebenen Kernreaktoren anfällt, nachdem es durch zugsweise 2,5 bis 9,8 Gewichtsprozente.' *driven nuclear reactors is obtained after it has passed through preferably 2.5 to 9.8 percent by weight. ' *

Spaltprodukte oder andere Verunreinigungen vergif- Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-Cleavage products or other impurities poison- For the implementation of the inventive method

tet worden ist,' gewinnt durch die wesentlichen Ko- i° fahrens ist eine Elektroraffinationszelle vorgesehen,has been switched, 'wins through the essential co- i ° driving an electric refining cell

steneinsparungen, die durch die Wiedergewinnung bei der der Ofendeckel unrein Gelenk schwenkbar istMost savings that can be made by recovering when the furnace lid can be pivoted when the hinge is unclean

von Plutonium-Reaktorbrennstoff auf Grund der und der Flansch des Deckels mit dem Flansch desof plutonium reactor fuel on the basis of and the flange of the lid with the flange of the

. hochgradigen Reinigung gemacht werden, immer Gehäuses durch über den Umfang verteilte Schraubr. high-grade cleaning can be done, always housing through screw holes distributed over the circumference

größere Bedeutung. . klemmen verbindbar ist und bei der im Deckel eingreater importance. . clamp is connectable and when in the lid

Bei einem bekannten Verfahren zur Elektroraffina- 15 Anodenstab, ein Kathodenstab und eine Rührvorrichtion von Plutonium werden ein Halogenid eines tung angeordnet sind, die in axialer Richtung verAlkali- oder eines Erdalkalimetalls oder Mischungen schiebbar und in beliebiger Höhe feststellbar sind, solcher Halogenide in dem Schmelzbad eingesetzt Die Erfindung wird anschließend an Hand der Be- und die Schmelze auf einer Temperatur von 600 bis Schreibung des Verfahrens und eines Ausführungs-850° C gehalten. Dem Elektrolyten wird noch ein *° beispiels der Elektroraffinationszelle für die Durch-Plutoniumsalz, wie beispielsweise Plutoniumchlorid führung des Verfahrens näher erläutert. Es zeigt oder -trichlorid zugesetzt, welches die für das Aus- F i g. 1 eine Schnittansicht einer Elektroraffinationslösen des Elektroraffinationsvorgangs benötigten zelle zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah-Plutoniumionen liefert. Im allgemeinen erfolgt die rens, entlang einer Linie 1-1 in Fig.2, wobei einige Elektroraffination von Plutonium in einer Zelle, die *5 Teile zur besseren Übersicht aus ihrer eigentlichen eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyten der Stellung gedreht dargestellt sind, voranstehend angeführten Zusammensetzung aufweist. Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 darge-Durch den elektrischen Stromdurchgang durch den stellte Elektroraffinationszelle, Elektrolyten wandern die Plutoniumionen zur Ka- Fig.3 einen vergrößerten Teilschnitt von Einzelthode, wo sie zu Metall "reduziert werden, welches 3« heiten der Elektroraffinationszelle und danach in einen Materialbehälter abfließt. · F i g. 4 einen Teilschnitt eines zusammenpassendenIn a known method for electrical refinery 15 anode rod, a cathode rod and a stirrer of plutonium, a halide of a device are arranged, which in the axial direction verAlkali- or an alkaline earth metal or mixtures can be pushed and locked at any height, such halides used in the molten bath. The invention is then based on the and the melt at a temperature of 600 to writing the process and an execution-850 ° C held. An example of the electrorefining cell for the through-plutonium salt is added to the electrolyte, such as plutonium chloride management of the process explained in more detail. It shows or trichloride added, which the for the Aus F i g. Fig. 1 is a sectional view of an electrorefining solution of the electrorefining process required cells to carry out the plutonium ions according to the invention supplies. In general, the rens is done along a line 1-1 in Figure 2, some being Electrorefining of plutonium in a cell, the * 5 parts for a better overview from their actual an anode, a cathode and an electrolyte are shown rotated in the position, Has the composition listed above. Fig. 2 is a plan view of the shown in Fig. 1 through the passage of electrical current through the set electrorefining cell, electrolytes, the plutonium ions migrate to the ca- Fig. 3 an enlarged partial section of the individual method, where they are reduced to metal, what 3 «units of the electrorefining cell and then flows into a material container. · F i g. 4 is a partial section of a mating one

Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden Satzes von Tiegeln.Another known method uses sets of crucibles.

einem geschmolzenen Salz aus äquimolarem Natrium- Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrensa molten salt of equimolar sodium- The apparatus for carrying out the process

chlorid (NaCl) und Kaliumchlorid (KCl) ungefähr besteht aus einer Elektroraffinationszelle 10, diechloride (NaCl) and potassium chloride (KCl) approximately consists of an electrorefining cell 10, the

10 Gewichtsprozente Plutoniumtrichlorid (PuCl₃) zu- 35 einen Ofen 12 mit einem Heizteil 14 umfaßt, in dem10 percent by weight plutonium trichloride (PuCl ₃ ) to 35 comprises a furnace 12 with a heating part 14 in which

gesetzt, um in dem geschmolzenen Elektrolyten ge- eine elektrische Heizspule 16 um die Seiten und denset to be placed in the molten electrolyte an electrical heating coil 16 around the sides and the

nügend Plutoniumionen zum Einleiten der Elektrolyse Boden eines oben offenen rohrförmigen Behälters 17Sufficient plutonium ions to initiate electrolysis at the bottom of an open-topped tubular container 17

zu erhalten. gewickelt ist, welcher die Einzelteile für die Elektro-to obtain. which is the individual parts for the electrical

Bei diesen bekannten Verfahren ist ein erheblicher raffination und die Beschickung aufnimmt. Der Heiz-In these known processes there is a significant amount of refining and loading. The heating

Zeitaufwand schon vor Beginn der Elektrolyse erfor- 40 teil kann zwei voneinander trennbare Teile aufweisen,Time required even before the start of the electrolysis 40 part can have two separable parts,

derlich, da eine geschmolzene Salzmischung, die nur deren erster aus einem hitzebeständigen Ofeneinsatzreally, because a molten salt mixture, which is only the first from a heat-resistant oven insert

Natriumchlorid und Kaliumchlorid als Elektrolyt 19 außerhalb einer äußeren Oberfläche einer Kera-Sodium chloride and potassium chloride as electrolyte 19 outside an outer surface of a ceramic

aufweist, vor dem Beginn der Elektroraffination ein mikschale 20 mit tassenartiger Gestalt besteht. Diehas, before the start of the electrorefining, there is a micshell 20 with a cup-like shape. the

vorbereitendes, 8 bis 10 Stunden dauerndes Umrüh- Heizspule 16 umgibt die Schale 20 und ist in denpreparatory stirring heating coil 16, lasting 8 to 10 hours, surrounds the shell 20 and is in the

ren erfordert, um im Elektrolyten einen genügenden 45 Ofeneinsatz 19 eingebettet.Ren requires a sufficient furnace insert 19 to be embedded in the electrolyte.

Vorrat an Plutoniumionen bereitzustellen. - Der Ofeneinsatz 19 ist auf hitzebeständigem ZiegelTo provide a supply of plutonium ions. - The furnace insert 19 is on heat-resistant brick

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die 21 abgestützt, der innerhalb eines metallischen Ofen-Elektroraffination ohne Plutoniumsalz im Elektro- mantels 22 liegt. Rings um den Einsatz befindet .sich lyten durchzuführen und die für die Einführung einer wärmeisolierendes Material 24, beispielsweise Keraausreichenden Anzahl von Plutoniumionen in den ge- 50 mikfasern. An Stelle der ringförmigen Wärmeisoschmolzenen Elektrolyten- notwendige Rührzeit, im lierung 24 kann auch ein wesentlich dickerer EinVergleich zu 8 bis 10 Stunden bei bekannten Verfah- satz 19 ohne Isoliermaterial 24 verwendet werden, ren, erheblich zu vermindern. - ' Elektrische.Leitungen stellen die Verbindungen mitIt is the object of the present invention to prop the 21 inside a metallic furnace-electrorefining lies in the electrical jacket 22 without the plutonium salt. Around the insert lytes perform and sufficient for the introduction of a heat-insulating material 24, for example Kera Number of plutonium ions in the 50 microfibers. Instead of the ring-shaped heat iso-melts Electrolyte-necessary stirring time, in the regulation 24 a much thicker comparison can also be used can be used for 8 to 10 hours with known method 19 without insulating material 24, reduce considerably. - 'Electrical.lines make the connections with

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß. Plutonium ' der Heizspule 16 her und sind mit Anschlußklemmen in Kontakt mit einer Mischung aus MgCl₂, NaCl und 55 25 und 26 versehen. Beide Anschlußklemmen sind KCl zur Bildung eines Elektrolyten und flüssigen gleich ausgebildet, und .eine jede weist einen Leiter Plutoniums geschmolzen, die Schmelze 30 bis 120 Mi- 27 auf, der durch eine hülsenförmige Öffnung 28 in nuten gerührt und anschließend in bekannter Weise den Mantel 22 hineinragt und nahe beim Ofeneinsatz der Elektrolyse unterworfen wird. Durch die Ver- 19 endet oder in dem Einsatz, wenn ein dickerer Einwendung eines'relativ billigen Magnesiumhalogenids 60 satz verwandt wird. Die Verbindung zwischen der an Stelle des bisher benutzten kostspieligen Pluto- Heizspule 16 und dem Leiter wird durch Anklemmen niumsalzes, findet im Elektrolyten zwischen dem eines Endes der Spule 16 zwischen Muttern eines Magnesium des geschmolzenen Elektrolyten und dem Verbindungsstückes 29, das auf den Leiter 27 aufge-Plutonium der Anode eine Reaktion statt, die den schraubt ist, hergestellt. Der Leiter wird zwischen der Elektrolyten mit genügend dreiwertigen Plutonium- 83 Mantelhülse und dem Leiter 27 gegenüber dem Manionen versorgt, um die Elektroraffination in Gang zu tel 22 von einem Isolierrohr 32 elektrisch isoliert. Mit bringen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen hitzebeständigem Zement 34 wird die Klemme 25 in Verfahrens ist die Verringerung der für die Einfüh- der Mantelhülse befestigt.This object is achieved in that. Plutonium 'of the heating coil 16 and are provided with connection terminals in contact with a mixture of MgCl ₂ , NaCl and 55 25 and 26. Both terminals are KCl for the formation of an electrolyte and liquid identical, and each has a conductor plutonium melted, the melt 30 to 120 Mi- 27, which is stirred through a sleeve-shaped opening 28 in grooves and then the jacket 22 in a known manner protrudes and is subjected to electrolysis close to the furnace insert. Through the 19 ends or in use if a thicker use of a relatively cheap magnesium halide 60 is used. The connection between the previously used expensive Pluto heating coil 16 and the conductor is made by clamping niumsalzes, takes place in the electrolyte between one end of the coil 16 between nuts of a magnesium of the molten electrolyte and the connector 29, which is placed on the conductor 27 -Plutonium the anode held a reaction that made the screw. The conductor is supplied with enough trivalent plutonium jacket sleeve between the electrolyte and the conductor 27 against the manions in order to electrically isolate the electrorefining in corridor to tel 22 by an insulating tube 32. Bring along. Another advantage of the heat-resistant cement 34 according to the invention is the clamp 25 in the process is the reduction in the length of the sleeve attached to the inserter.

Im Mantel 22 ist eine hülsenartige Öffnung 36 für ein Thermoelement 38 vorgesehen. Ein Thermoelementfühler 39 ragt durch eine öffnung in den Einsatz 19 hinein und liegt am Behälter 17 an. Ein Rohr 40 aus hitzebeständigem Material, beispielsweise Aluminiumoxid, isoliert einen Teil des Thermoelementr fühlers 39 in und an dem Einsatz 19 elektrisch thermisch gegenüber der Heizspule. Diese Thermoelementanordnung 38 wird zur Steuerung der Ofentemperatur verwandt. Der Thermoelementfühler 39 *° kann auch an jeder anderen geeigneten Stelle, beispielsweise am Boden des Behälters 17, angeordnet sein.A sleeve-like opening 36 for a thermocouple 38 is provided in the jacket 22. A thermocouple probe 39 protrudes through an opening into the insert 19 and rests against the container 17. A pipe 40 made of heat-resistant material, e.g. aluminum oxide, insulates a portion of the thermocouple probe 39 in and on the insert 19 electrically and thermally opposite the heating coil. This thermocouple assembly 38 is used to control the oven temperature related. The thermocouple sensor 39 * ° can also be at any other suitable location, for example be arranged at the bottom of the container 17.

Der zweite Teil des Heizteils 14 besteht aus dem Behälter 17 und einer ringförmigen Metallplatte 42, die am oberen Ende des Behälters befestigt ist und ihn umgibt. Der äußere Durchmesser des Behälters 17 ist kleiner als der innere Durchmesser der Schale 20, um einen kleinen Zwischenraum zu bilden, wenn der Behälter in die Heizspule eingefügt wird. ^ao The second part of the heating part 14 consists of the container 17 and an annular metal plate 42 which is attached to the upper end of the container and surrounds it. The outer diameter of the container 17 is smaller than the inner diameter of the shell 20 to create a small gap when the container is inserted into the heating coil. ^ao

Der Heizteil läßt sich im zusammengesetzten Zu- )} stand aller Einzelteile in einem Unterstützungsrahmen 44 oder einem Tisch od. ä. unterbringen. Die Anordnung wird durch eine öffnung 45 im Unterstützungsrahmen 44 erleichtert. Der Behälter 17 ist durch die öffnung 45 eingesetzt, und die Metallplatte 42 ist am Unterstützungsrahmen 44 durch eine Schraubenverbindung 47 befestigt. Ein Dichtungsring 48 liegt zwischen der Platte 42 und dem Unterstützungsrahmen 44. Der erste Abschnitt des Heizteils 3<> wird in bezug auf den Behälter 17 und an dem Unterstützungsrahmen 44 sowie der Platte 42 dadurch befestigt, daß das obere Ende des Mantels 22 mit einem Flansch 49 versehen wird, der durch eine Verschraubung 50 festgelegt wird. An Stelle mehrerer Schraubenverbindungen 47 und 50 kann auch nur eine einzige Verbindung 50 vorgesehen werden.The heating can be in the assembled Increase)} was all items in a support frame 44 or od a table. Ä. Accommodate. The arrangement is facilitated by an opening 45 in the support frame 44. The container 17 is inserted through the opening 45, and the metal plate 42 is attached to the support frame 44 by a screw connection 47. A sealing ring 48 lies between the plate 42 and the support frame 44. The first portion of the heating member 3 is secured with respect to the container 17 and to the support frame 44 and plate 42 by flanging the upper end of the shell 22 49 is provided, which is fixed by a screw connection 50. Instead of several screw connections 47 and 50, only a single connection 50 can be provided.

Der Ofen 12 ist nach oben durch ein Teil abgeschlossen, das abdichtet und eine Stütze für die Elektroraffinationsteile darstellt. Das obere Teil besteht aus einem Paar geflanschte zylindrische Glieder 52 und 53, die übereinandergesteckt sind. Das untere ) Glied 52 ist an der Platte 42 über dem Behälter 17 beispielsweise durch Schweißen befestigt. Das obere Glied 53 ist an seinem oberen Ende durch einen mit Schrauben 56 angebrachten Deckel 55 abgeschlossen, um den Deckel 57 abzudichten.The furnace 12 is closed at the top by a part that seals and a support for the electrical refining parts represents. The top consists of a pair of flanged cylindrical members 52 and 53, which are stacked on top of each other. The lower) member 52 is on the plate 42 above the container 17 for example attached by welding. The upper link 53 is at its upper end by a Screws 56 attached cover 55 completed to seal the cover 57.

Um einen Zugang in den Ofen zu erleichtern, ist zwischen den zylindrischen Gliedern 52 und 53 eine Gelenkkonstruktion vorgesehen. Ringförmige Flansehe 58 und 59 sind an den Gliedern 52 und 53 angeschweißt. Die Flansche liegen aufeinander und sind durch ein Gelenk 61 miteinander verbunden. Das Ge- -. lenk 61 gibt die Achse vor, um das der Ofendeckel 57 beim öffnen oder Schließen geschwenkt wird. Das Gelenk kann beliebiger Bauart sein und weist zweckmäßigerweise einen leicht entfernbaren Gelenkstift 62 auf, um ein Abheben des oberen zylindrischen Glieds vom unteren Glied zu erleichtern. Die Flansche 58 und 59 können durch beliebige Verbindungsglieder, die über den Umfang der Flansche verteilt sind, aufeinandergepreßt werden. Es können beispielsweise drei C-förmige Schraubklemmen 64 benutzt werden, um die Flansche aneinander festzulegen. Eine geeignete Dichtung, etwa ein Ring 65, ist zwischen den Flanschen 58 und 59 zur Abdichtung des Ofens vorgesehen. To facilitate access to the oven, there is one between the cylindrical members 52 and 53 Joint construction provided. Annular flanges 58 and 59 are welded to links 52 and 53. The flanges lie on top of one another and are connected to one another by a joint 61. The GE- -. steering 61 specifies the axis about which the furnace lid 57 is pivoted when opening or closing. The The hinge can be of any type and expediently has an easily removable hinge pin 62 to facilitate lifting of the upper cylindrical member from the lower member. The flanges 58 and 59 can be pressed onto one another by any connecting members distributed around the circumference of the flanges will. For example, three C-shaped screw terminals 64 can be used, to fix the flanges together. A suitable seal, such as a ring 65, is between the Flanges 58 and 59 are provided to seal the furnace.

Zusätzlich ist das obere Teil des Ofens 12 von Rohren 67 umgeben, durch welche Kühlmittel zirkuliert, um, soweit erforderlich, die Wände des oberen Ofentcils zu kühlen. Der Rohrteil, der das obere und untere zylindrische Glied verbindet, und der Rohrteil, der vom oberen Glied an einen Kühlmittelanschluß ragt, kann aus flexiblen Teilen 70 bzw. 71 bestehen. Ferner schließt eine geeignete Leitung 69 an das untere zylindrische Glied 52 des oberen Ofenteils an, um einen Anschluß an das Ofeninnere zu schaffen, damit dieser evakuiert und mit einem neutralen Gas, beispielsweise Argon, gefüllt werden kann, das während der Elektrolyse gebraucht wird.In addition, the upper part of the furnace 12 is surrounded by pipes 67 through which coolant circulates, to cool the walls of the upper furnace part if necessary. The pipe part that the upper and lower cylindrical member connects, and the pipe part that extends from the upper member to a coolant connection protrudes can consist of flexible parts 70 and 71, respectively. Furthermore, a suitable line 69 connects to the lower cylindrical member 52 of the upper furnace part to provide a connection to the furnace interior, so that it can be evacuated and filled with a neutral gas, for example argon, which during electrolysis is needed.

Die Einzelteile für die Elektroraffinationskammer 15, die in dem Ofen 12 für die Reinigung von Plutonium verwendet werden, ergeben sich am besten aus F i g. 3 und bestehen aus einem Doppcltiegel 72 aus hitzebeständigem Material, beispielsweise Magnesia (MgO), wobei der innere kürzere Tiegel 73 als Aufnahmebehälter für die Beschickung mit unreinem, zu raffinierendem Plutonium dient, während der äußere Behälter 74 als Aufnahmebehälter für den Elektrolyten aus geschmolzenem Salz und gereinigtem Plutonium 84 dient. Die Seitenwände der Tiegel sind durch einen Ringraum voneinander getrennt, welcher einen Kathodenaufnahmeraum und einen Sammelraum für das raffinierte Plutonium darstellt. Der innere und der äußere Tiegel können als eine aus einem Stück bestehende Einheit ausgebildet sein oder gemäß F i g. 3 zusammenzementiert sein. Der innere Tiegel kann auch lose in eine Aussparung im Boden des äußeren Tiegels eingesetzt sein, wie es in Fig.4 dargestellt wird. Der Doppeltiegel ist im Behälter 17 des Ofens 12 eingesetzt und wird vorzugsweise von den Behälterwänden durch einen Einsatz 76 aus geeignetem Material, beispielsweise Tantal, gegenüber dem Behälter 17 in Abstand gehalten. Eine tragende Büchse 77 aus rostfreiem Stahl (in geeigneter Stärke) liegt zwischen dem Einsatz 76 und dem äußeren Tiegel. Nach einer Abwandlung kann auch die Büchse 77 aus rostfreiem Stahl weggelassen werden, und der Tantaleinsatz 76 müßte dann mit einem (nicht dargestellten) ringförmigen Flansch am oberen Ende ausgerüstet werden. Die Kanten am Umfang des Flansches liegen an inneren Mantelflächen eines Ringes an, der an der Metallplatte 42 befestigt ist, um eine genaue Ausrichtung des Einsatzes 76 im Behälter 17 zu sichern.The individual parts for the electrical refining chamber 15, which are used in the furnace 12 for the purification of plutonium, are best shown in FIG F i g. 3 and consist of a double crucible 72 made of heat-resistant material, for example magnesia (MgO), the inner shorter crucible 73 as a receptacle for loading impure, to be refined plutonium is used, while the outer container 74 as a receptacle for the Molten salt and purified plutonium 84 electrolytes are used. The side walls of the crucible are separated from one another by an annular space, which has a cathode receiving space and a Represents the collecting space for the refined plutonium. The inner and outer crucibles can be used as one be formed from one piece unit or according to FIG. 3 cemented together. the inner crucible can also be inserted loosely into a recess in the bottom of the outer crucible, as shown in FIG Fig.4 is shown. The double crucible is in the container 17 of the furnace 12 and is preferably used from the container walls by an insert 76 made of a suitable material, for example tantalum, held at a distance from the container 17. One stainless steel bearing sleeve 77 (of suitable strength) lies between the insert 76 and the outer crucible. As a modification, the sleeve 77 made of stainless steel can also be omitted, and the tantalum insert 76 would then have to have an annular flange (not shown) on the top End to be equipped. The edges on the circumference of the flange lie on the inner lateral surfaces of a Ring attached to the metal plate 42 for precise alignment of the insert 76 in the container 17 secure.

Die elektrolytische Reinigung des Plutoniums wird ih den Tiegeln 73 und 74 vorgenommen. Hierzu wird der innere Tiegel 73 teilweise mit unreinem Plutonium 80 gefüllt und als Anode verwandt. Die Anode bedeckend wird der äußere Tiegel 74 einschließlich des Ringraums zwischen den Tiegeln mit einem Elektrolyten 81 aus geschmolzenem Salz angefüllt. Ein Teil einer Kathodenanordnung 82 wird in dem Elektrolyten zwischen den Tiegeln angeordnet. Die Kathodenanordnung 82 besteht aus einem unverschlossenen Zylinder 83 aus geeignetem Material, beispielsweise Wolfram, dessen Länge sich vom Boden des Ringraumes zwischen den Tiegeln oder vom danebenliegenden Raum bis zu einer Stelle, die über dem normalen Pegelstand des Elektrolyten 81 liegt, erstreckt. Der Kathodenzylinder 83 ist mit einer Anzahl öffnungen 89 versehen, um eine Zirkulation des Elektrolyten zu begünstigen. Eine detaillierte Beschreibung des Elektroraffinationsprozesses und des Elektrolyten wird nachstehend gegeben werden.The electrolytic cleaning of the plutonium is carried out in the crucibles 73 and 74. To do this, the inner crucible 73 partially filled with impure plutonium 80 and used as an anode. The anode The outer crucible 74 including the annular space between the crucibles is covered with an electrolyte 81 filled with molten salt. Part of a cathode assembly 82 is in the electrolyte arranged between the crucibles. The cathode assembly 82 consists of an unlocked one Cylinder 83 made of a suitable material, for example tungsten, the length of which extends from the bottom of the annulus between the crucibles or from the space next to them to a point above the normal level of the electrolyte 81 is, extends. The cathode cylinder 83 is with a number Orifices 89 provided to promote circulation of the electrolyte. A detailed description the electrorefining process and electrolyte will be given below.

Für eine elektrische Verbindung der Anode 80For an electrical connection of the anode 80

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und der Kathodenanordnung 82 mit (nicht dargestellten) Energiequellen, die außerhalb des Ofens 12 gelegen sind, ragt ein Anodenstab 85 und ein Kathodenstab 86 durch den Ofendeckel 55. Der Anodenstab 85 ist beweglich im Deckel 55 befestigt, um ein Endteil der Anode 85 in den inneren Tiegel 73 stekken zu können, ohne den Ofen zu^ffnen. Der Kathodenstab 86, der mit geeigneten Mitteln, beispielsweise Nieten oder Schrauben, am oberen Ende des Kathodenzylinders 83 befestigt ist, kann ebenfalls im Deckel 55 beweglich angeordnet sein, um ein Absenken oder Herausheben des Kathodenzylinders 83 aus dem äußeren Tiegel 74 zu erleichtern. Der Anodenstab 85 weist einen oberen Anodenstab 87 aus geeignetem Material, beispielsweise Tantal, auf, wobei ein Ende des Stabes 87 eine abstehende Klammer 88 trägt. Ein weiterer Anodenstab 90 aus geeignetem Material, beispielsweise Wolfram, liegt mit einem Ende in der Klammer 88 fest und hat vorzugsweise eine ausreichende Länge, so daß sich die abstehende Klammer 88, wenn das andere Ende neben oder auf dem Boden des inneren Tiegels 74 ruht, über dem oberen Pegelstand des Elektrolyten 81 befindet. Der untere Anodenstab 90 ist mit einer Schutzhülle 91 aus geeignetem elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O.,), überzogen, das gegenüber korrosiven Wirkungen widerstandsfähig ist, um sicherzustellen, daß mehr das unreine Plutonium 80 als Anode wirkt als der Wolframstab 90. Am untersten Ende des Stabteils 90 ist ein kleiner Anodenschuh 93 vorgesehen, um zu verhindern, daß die Hülle 91 von dem Stab abgleitet, und um eine elektrische Verbindung mit der Plutoniumanode 80 herzustellen.and the cathode assembly 82 with power sources (not shown) located outside of the furnace 12, an anode rod 85 and a cathode rod 86 protrude through the furnace lid 55. The anode rod 85 is movably mounted in the lid 55 to insert an end portion of the anode 85 into the inner crucible 73 without opening the oven. The cathode rod 86, which is fastened to the upper end of the cathode cylinder 83 by suitable means, for example rivets or screws, can also be movably arranged in the cover 55 in order to facilitate lowering or lifting of the cathode cylinder 83 from the outer crucible 74. The anode rod 85 has an upper anode rod 87 made of a suitable material, for example tantalum, one end of the rod 87 carrying a protruding bracket 88. Another anode rod 90 made of a suitable material, for example tungsten, is fixed at one end in the bracket 88 and is preferably of sufficient length so that the protruding bracket 88, when the other end rests next to or on the bottom of the inner crucible 74, is above the upper level of the electrolyte 81. The lower anode rod 90 is covered with a protective sheath 91 of suitable electrically insulating material, such as aluminum oxide (Al ₂ O. 90. A small anode shoe 93 is provided at the lowermost end of the rod portion 90 to prevent the sheath 91 from sliding off the rod and to establish an electrical connection with the plutonium anode 80.

Der obere Anodenstab 87 und der Kathodenstab 86 sind durch öffnungen im Ofendeckel 55 und mittels geeigneter Stabeinstellanordnungen, die auf der anderen Oberfläche des Deckels 55 angebracht sind und für ein wahlweises Einstellen der Stäbe im geschlossenen Ofen neben der Abdichtung des Ofens angebracht sind, bedienbar. Eine solche Stabeinstellanordnung 94 ist für den oberen Anodenstab 87 dargestellt. Sie weist einen Klemmkörper 95 auf, der eine Hülse 96 aus geeignetem elektrisch isolierendem Plastikmaterial umgibt, welche ihrerseits den Stab 87 umgibt. Der Klemmkörper 95 kann wahlweise betätigt werden, um die Hülse 96 oder andere Klemmmittel gegen den Stab 87 zu pressen, um letzteren im Ofen in einer gewünschten vertikalen Stellung zu halten und um gleichzeitig den Ofen abzudichten oder um den Stab für eine vertikale Bewegung im Ofen freizugeben.The upper anode rod 87 and the cathode rod 86 are through openings in the furnace lid 55 and by means of suitable rod adjustment assemblies mounted on the other surface of the lid 55 and for optional placement of the rods in the closed oven adjacent to the seal of the oven are attached, operable. One such rod adjustment assembly 94 is shown for the upper anode rod 87. It has a clamping body 95 which has a sleeve 96 made of a suitable electrically insulating plastic material which in turn surrounds the rod 87. The clamping body 95 can be operated optionally be to press the sleeve 96 or other clamping means against the rod 87 to the latter to hold in a desired vertical position in the oven and to seal the oven at the same time or to free the rod for vertical movement in the oven.

Um eine Elektroraffination zu bewerkstelligen, wird der geschmolzene Elektrolyt 81 und die Plutoniumanode 80 vor und während der Elektrolyse vorzugsweise umgerührt. Für diese Bewegung des Elek-. trolytcn und der Plutoniumanode ist eine Rühreinrichtung 98 im Ofen durch eine öffnung im Ofendeckel 55 hindurchgeführt und mit einer Klemmvorrichtung 99 versehen, die der der Stabeinstellanordnung 94 zürn wahlweisen Einstellen der Rühreinrichtung gleicht. Die Rühreinrichtung 98 weist eine Stange 100 aus geeignetem Keramikmaterial, beispielsweise Magnesium, auf und hat eine ausreichende Länge, die von einer Stelle oberhalb des Elektrolytcnpcgcls bis zu einer Stelle kurz über dem Boden der Plutoniumanode 80! reicht. Diese Keramikstange ist mit geeigneten F^;lüssigkeitsbewcgungsmitteln versehen, etwa Flügelrädern 101 und 102, die für eine erwünschte Umwälzung des Elektrolyten und der Plutoniumanode sorgen. Nach Wunsch können auch andere Flüssigkeitsbewegungsmittel auf der Stange an Stelle des Flügelrades 102 benutzt werden, etwa eine (nicht gezeigte) geriffelte Anordnung qm unteren Ende der Stange 100, die sich innerhalb des Elektrolyten und innerhalb der Plutoniumanode befindet. Die keramische Stange 100 ist mit einer RührwelleTo accomplish electrorefining, the molten electrolyte 81 and plutonium anode 80 are preferably agitated before and during the electrolysis. For this movement of the elec-. trolytcn and the plutonium anode, a stirring device 98 in the furnace is passed through an opening in the furnace lid 55 and is provided with a clamping device 99 which is similar to that of the rod setting arrangement 94 for the optional setting of the stirring device. The stirring device 98 has a rod 100 made of a suitable ceramic material, for example magnesium, and has a sufficient length, which extends from a point above the electrolyte piece to a point just above the bottom of the plutonium anode 80! suffices. This ceramic rod is with suitable F ^; Provided liquid moving means, such as impellers 101 and 102, which ensure a desired circulation of the electrolyte and the plutonium anode. If desired, other fluid moving means on the rod may be used in place of the impeller 102, such as a corrugated arrangement (not shown) at the bottom of the rod 100 located within the electrolyte and within the plutonium anode. The ceramic rod 100 is provided with an agitator shaft

ίο 104 in beliebiger Weise verbunden, beispielsweise dadurch, daß die Stange mit einem spitz zulaufenden Ende versehen ist, das in einer zusammenpassenden spitz zulaufenden Fassung einer Kupplung angeordnet ist und darin von einem Stift, wie gezeigt, gehal-ίο 104 connected in any way, for example by that the rod is provided with a tapered end that is in a mating tapered socket of a coupling is arranged and held therein by a pin, as shown,

ten ist. Die Kupplung ist mit der Welle 104 in beliebiger Weise befestigt.ten is. The coupling is attached to the shaft 104 in any desired manner.

Die Rührwelle 104 erstreckt sich von der Keramikstange 100 durch eine Büchse in der Einstell- und Abdichtvorrichtung 99 zur flexiblen Kupplung 109.The agitator shaft 104 extends from the ceramic rod 100 through a sleeve in the adjustment and Sealing device 99 for flexible coupling 109.

ao Wie bei der unteren Kupplung können auch hier alle geeigneten Mittel zur Befestigung der Welle an der Kupplung verwandt werden. Die Drehung der Rühreinrichtung 98 erfolgt durch einen Elektromotor 107 mit variabler Geschwindigkeit, der auf einer Stützeao As with the lower coupling, all suitable means for fastening the shaft to the Clutch can be used. The stirring device 98 is rotated by an electric motor 107 variable speed, which is on a support

as 108 lösbar angeordnet ist. Die Stütze ist am Ofen befestigt. Die Rührwelle 104 ist durch eine flexible, leicht lösbare Kupplung 109 angekuppelt, um eine Vertikalbewegung der Rühreinrichtung 98 zu erleichtern. as 108 is detachably arranged. The support is on the stove attached. The agitator shaft 104 is coupled by a flexible, easily detachable coupling 109 to a To facilitate vertical movement of the agitator 98.

Die neue Salzmischung kann so hergestellt werden, .daß zu äqui-molarem NaCl—KCl etwa eine zwischen 2,5 und 9,8 Gewichtsprozent liegende Menge MgCl₂ The new salt mixture can be produced in such a way that for equi-molar NaCl-KCl there is an amount of MgCl _{2 between 2.5 and 9.8 percent by weight}

hinzugefügt wird. Diese Mischung wird vorzugsweise in einen festen Block vorgegossen, wie nachstehend beschrieben werden wird. Nachdem er in der Zelle im Kontakt mit dem unreinen Plutoniummetall geschmolzen worden ist, werden die Salzlösungen und das geschmolzene Plutonium gleichzeitig etwa V2 bis 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 700 bis 830° C gerührt. So werden genügend Plutoniumionen in die Mischung eingebracht, daß die Elektroraffination begonnen werden kann.will be added. This mixture is preferably precast into a solid block, as follows will be described. After being melted in the cell in contact with the impure plutonium metal has been, the salt solutions and the molten plutonium become about V2 to at the same time Stirred for 2 hours at a temperature of about 700 to 830 ° C. So there will be enough plutonium ions introduced into the mixture so that the electrorefining can be started.

Der neue geschmolzene Salzelektrolyt wird vorbereitend durch Erhitzen einer Mischung aus 50 Gewichtsprozent MgCl₂ und 50 Gewichtsprozent äquimolarem NaCl—KCl auf ungefähr 850° C gebracht (danach wird trocknes Hydrogen-Chloridgas ungefähr 15 Minuten lang durch die geschmolzene Mischung geblasen, wenn es erforderlich ist, die Wi'rkung der Feuchtigkeit herabzusetzen). Die Mischung wird dann gekühlt, um einen Salzguß zu erhalten, der weniger als 1,5 Gewichtsprozent Magnesiumoxid enthält. Teile dieses Gusses werden dann beim Vorließen des NaCI—KCl zugesetzt werden, um in der Salzmischung gewünschte MgCl₂-Konzentrationen zu haben.The new molten salt electrolyte is preliminarily brought to about 850 ° C by heating a mixture of 50 percent by weight MgCl ₂ and 50 percent by weight equimolar NaCl — KCl (then dry hydrogen chloride gas is bubbled through the molten mixture for about 15 minutes if necessary, to reduce the effect of moisture). The mixture is then cooled to obtain a salt cast containing less than 1.5 weight percent magnesium oxide. Parts of this casting are then added while the NaCl — KCl is flowing in, in order to have the desired MgCl ₂ concentrations in the salt mixture.

Bei einem typischen Arbeitsgang (bei welchem selbstverständlich die geeigneten Genauigkeits-, Sicherheits- und Verschmutzungskontrollen für die Behandlung von Plutonium vorgenommen werden) wird der Doppeltiegel Ti mit einer Menge unreinem Plutonium 80 und der Elektrolyt-Salz-Masse beschickt, indem das unreine Plutonium in den inneren Tiegel 73 gebracht wird und danach der innere Tiegel 73 bedeckt und der äußere Tiegel 74 im wesentlichen mitIn a typical operation (which of course includes the appropriate accuracy, safety and pollution controls for the treatment of plutonium) the double crucible Ti is charged with a quantity of impure plutonium 80 and the electrolyte salt mass by pouring the impure plutonium into the inner crucible 73 is brought and then the inner crucible 73 is covered and the outer crucible 74 essentially with it

y der Elektrolyt-Salz-Massc angefüllt wird, die entweder in der Form von Stücken oder Blök- y the electrolyte salt mass is filled, either in the form of pieces or blocks

ken vorliegt. Der gefüllte Doppeltiegel 72 wird dann in den Tantal-Einsatz 76 und in den Ofenbehälter 17 (und, soweit diese benutzt wird, die Tragebüchse 77) eingesetzt. ' . ■ken is present. The filled double crucible 72 is then inserted into the tantalum insert 76 and into the furnace container 17 (and, if this is used, the carrying sleeve 77) . '. ■

': Die Anode, Kathode und die Rühreinrichtungen sollten sich im oberen Teil des Ofens befinden oder dorthin gebracht und durch die Stab- und Rühreinstellvorrichtürigen dort gehalten werden, um sicherzustellen, daß nach Schließen des Ofendeckels 57 die vorstehend genannten Einrichtungen leicht mit der festen Salzmasse in Berührung kommen. Der Ofen wird durch Drehen des Ofendeckels 57 um das Gelenk 61 geschlossen. Die Schraubklemmen 64 werden festgezogen, um den Ofen abzudichten.
'>■ Der Ofen wird durch ein nicht dargestelltes Vakuum-Pumpen-System über die Leitung 69 evakuiert. Ein ausreichendes Vakuum kann sich bei ungefähr 5 Mikron Druck/Minute einstellen.^: ' ■ '
• Nachdem der Ofen geschlossen und evakuiert worden ist oder zu jeder anderen gewünschten Zeit kann die Ofenauf heizung begonnen werden, indem ein elektrischer Strom einstellbar durch die Ofenheizspule. 16 geschickt wird. Die Ofenauf heizung wird fortgesetzt, bis eine Ofenhaltetemperatur von etwa 700 bis: etwa 900° C erreicht ist, um den Elektrolyten und die Plutoniumanode zu verflüssigen (die Salztemperaturen liegen im allgemeinen etwa 70° C niedriger als die Ofentemperatur). Während der Öfenaüfheizung wird der Ofen bei etwa 500° C vorzugsweise mit neutralem Gas, beispielsweise Argon,^: auf einen Druck von etwa 0,21 at gefüllt. ': The anode, cathode and stirring devices should be located in the upper part of the furnace, or brought there and held there by the rod and stirring adjustment devices, to ensure that after the furnace lid 57 is closed, the above devices are easily absorbed by the solid salt mass Come into contact. The furnace is closed by rotating the furnace lid 57 around the hinge 61. The screw terminals 64 are tightened to seal the oven.
'> ■ The furnace is evacuated by an unrepresented vacuum pump system via the line 69th A sufficient vacuum can be established at approximately 5 microns pressure / minute. ^: '■'
• After the furnace has been closed and evacuated or at any other desired time, furnace heating can be started by applying an adjustable electric current through the furnace heating coil. 16 is sent. The furnace heating is continued until a furnace hold temperature of about 700 to: about 900 ° C is reached in order to liquefy the electrolyte and the plutonium anode (the salt temperatures are generally about 70 ° C lower than the furnace temperature). During the Öfenaüfheizung the oven at about 500 ° C is preferably used with a neutral gas such as ^argon: filled at a pressure of about 0.21.

Wenn sich der Ofen auf seiner vorbestimmten Arbeitstemperätur und der Elektrolyt und die Plutoniumanode sich im geschmolzenen Zustand befinden, werden die Stab- und Rühreinstelleinrichtungen gelöst, um das Absenken der Kathode, der Anode und der Rühreinrichtungen in ihre richtigen, im Bild gezeigten Stellungen im Doppeltiegel 72 zu ermöglichen. Die Stab- und die Rühreinstelleinrichtungen werden wieder festgezogen, um den Ofen abzudichten, während die Rührwelle 104 zum Drehen frei bleibt. Der Rührwerkmotor 107 wird über die Kupplung 109 an die Rührwelle 104 angeschlossen, um mit dem Rühren des geschmolzenen Elektrolyten und der Plutoniumanode in der erfoderlichen Geschwindigkeit zu beginnen.When the furnace is at its predetermined operating temperature and the electrolyte and plutonium anode are in the molten state, the rod and stirrer adjusters are released to lower the cathode, anode and stirrers to their correct positions in the double crucible 72 as shown in the picture to enable. The rod and agitator adjusters are retightened to seal the oven while the agitator shaft 104 remains free to rotate. The agitator motor 107 is connected to the agitator shaft 104 via the coupling 109 in order to start agitating the molten electrolyte and the plutonium anode at the required speed.

Während der anfänglichen Rührzeit findet die ReaktionDuring the initial stirring time, the reaction

2 Pu" + 3 MgCl₂ -> 2 PuCl₃ + 3 Mg°2 Pu "+ 3 MgCl ₂ -> 2 PuCl ₃ + 3 Mg °

zwischen dem MgCl₂ des geschmolzenen Salzes und dem geschmolzenen Plutonium der Anode statt, um im Elektrolyten geeignete Plutoniumionen für den Beginn der Elektroraffination verfügbar zu machen. Ungefähr Vz bis 2 Stunden Rührzeit reicht aus, um eine genügende Menge Plutoniumionen in den Elektrolyten einzubringen und damit die Elektrolyse fortgesetzt werden kann.between the MgCl _{2 of} the molten salt and the molten plutonium of the anode in order to make suitable plutonium ions available in the electrolyte for the start of the electrorefining. Approximately Vz to 2 hours stirring time is sufficient to introduce a sufficient amount of plutonium ions into the electrolyte and so that the electrolysis can be continued.

Vor der Elektroraffination des Plutoniums der Anode 80 ist es empfehlenswert, eine Periode einer Vorelektrolyse anzusetzen, um einen »reinen« Elektrolyten zu haben. Diese Vorelektrolysenstufe kann dadurch ersetzt werden, daß die Anode negativ und die Kathode positiv gemacht wird und dann ungefähr eine halbe Stunde lang bei ungefähr 3 Ampere und etwa 1,5 Volt Gleichstrom die Elektrolyse durchgeführt wird.Before electrorefining the plutonium of the anode 80, it is recommended that a period of one Prepare pre-electrolysis in order to have a "pure" electrolyte. This pre-electrolysis stage can be replaced by making the anode negative and the cathode positive and then approximately for half an hour at about 3 amps and about 1.5 volts direct current the electrolysis is carried out.

^! "Die Elektrolyse wird dann dadurch begonnen, daß die Polaritäten der Anode und der Kathode postiv bzw. negativ gemacht werden und ein gleichbleibender elektrischer Strom von 10 bis 40 Ampere-Gleich- ^;5 strom vorgesehen wird. Die besondere. Stromeins teilung im obengenannten Bereich ist für den Zeitraum des gewünschten Elektrolysenverlaufs ausgewählt. Während der Elektrolyse werden die Plutoniumionen zur Kathode gebracht, wo sie in Plutoniumlö metall 84 umgewandelt werden, welches in den Materialsammelbehälter, der im Ringraum zwischen den. inneren und äußeren Tiegeln vorgesehen ist, abfließt. - Während des Zeitintervalls, in dem die Elektrolyse ihrer Vollendung zugeht, können erforderliche Anderungen im Elektrolysenstrom, in der Ofentemperatur, der Rührgeschwindigkeit usw. vorgenommen werden. Die Vollendung der Elektrolyse kann auf verschiedene Arten festgestellt werden, wie beispielsweise an einer Rück-EMK größer als 0,3 Volt, an einem plotzao liehen Anwachsen des Widerstandes oder durch eine Berechnung des theoretischen Ergebnisses. Nach dem Abschluß des Elektrolysendurchlaufs wird die elektrische Stromzufuhr abgeschaltet, das Rührwerk angehalten und die Kathode, Anode und die Rührein-25' richtungen aus dem Doppeltiegel 72 in den oberen Teil" des Ofens zurückgezogen. ) ^! "The electrolysis is then commenced in that the polarities of the anode and the cathode are made postive or negative, and a constant electric current of 10 to 40 ampere ^DC,.. 5, current is provided, the special current fuel distribution in the above range is During the electrolysis, the plutonium ions are brought to the cathode, where they are converted into plutonium molten metal 84, which flows into the material collecting container provided in the annulus between the inner and outer crucibles After the electrolysis is nearing completion, necessary changes can be made in the electrolysis current, oven temperature, agitation speed, etc. Completion of electrolysis can be determined in several ways, such as a back emf greater than 0.3 Volts, borrowed from a plotzao increase in resistance, or d by calculating the theoretical result. After the electrolysis run is complete, the electrical power supply is turned off, the agitator is stopped, and the cathode, anode and agitator devices are withdrawn from the double crucible 72 into the upper part of the furnace. )

Wenn der Ofen genügend ausgekühlt ist, wird die Argonzuführung abgeschlossen und der" Ofendeckel 57 durch Lösen der Schraubklemmen 64 und; Drehen 30; des Deckels 57 um das Gelenk 61 geöffnet. Der Tantal-Einsatz 76 (oder die Tragbüchse 77, wenn die letztere verwandt wird) und sein Inhalt werden entfernt und für eine nachfolgende Trennung und Wägung der verschiedenen Teile in einen »Losbrech«-Bereich gebracht einschließlich des Metallproduktes 84, des Anodenrückstandes, loser Metallkörner, des Elektrolyten und von Keramik- oder hitzebeständigen Bruchstücken.When the furnace has cooled down sufficiently, the argon supply is shut off and the furnace cover 57 is opened by loosening the screw clamps 64 and turning 30; the cover 57 around the hinge 61. The tantalum insert 76 (or the support sleeve 77, if the latter is used and its contents are removed and placed in a "breakaway" area for subsequent separation and weighing of the various parts including metal product 84, anode debris, loose metal grains, electrolyte, and ceramic or refractory fragments.

Das sich ergebende Metallprodukt ist wesentlich reiner als das als Anode benutzte zugeführte Metall. Zum Beispiel kann Plutoniummetall mit mehr als 7400 Teilen Unreinheiten pro Million (ppm) auf weniger als 200 ppm feststellbare Gesamtunreinheiten gereinigt werden. Der Gebrauch des MgCl₂ im Elektrolyten hat keine schädlichen Auswirkungen auf die Reinigung des Plutoniums; während der Magnesiumgehalt im allgemeinen vom unreinen zügeführten Metall zum raffinierten Metall zunimmt, nimmt er ab, ' wenn das elektroraffinierte Metall vakuumvergossen wird. Beispielsweise schwand der Magnesiumgehalt bei einem Verlauf von 10 ppm in elektroraffiniertem Metall auf 3 ppm im Gußmetall.The resulting metal product is substantially purer than the input metal used as the anode. For example, plutonium metal with greater than 7400 parts per million (ppm) of impurities can be purified to less than 200 ppm total detectable impurities. The use of the MgCl ₂ in the electrolyte has no harmful effects on the purification of the plutonium; While the magnesium content generally increases from the impure fed metal to the refined metal, it decreases as the electrorefined metal is vacuum potted. For example, the magnesium content decreased from 10 ppm in electro-refined metal to 3 ppm in cast metal.

Es ist deutlich, daß die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der Elektroraffination von Plutonium bedeutende Vorteile bringt. Durch den Wegfall der teuren Plutoniummischungen zu Beginn der Elektrolyse erfolgt eine erhebliche Einsparung. Die Anwendung von MgCl₂ sorgt für eine schnelle Einführung der Plutoniumionen in den Elektrolyten durch chemisehe Reaktion. Es werden nur Va bis 2 Stunden gebraucht im Vergleich mit den 8 bis 10 Stunden, die ohne MgCl₂ erforderlich waren.It can be seen that the present invention has significant advantages in the electrorefining of plutonium. The elimination of the expensive plutonium mixtures at the beginning of the electrolysis results in considerable savings. The use of MgCl ₂ ensures a quick introduction of the plutonium ions into the electrolyte by chemical reaction. It only takes up to 2 hours compared to the 8 to 10 hours that were required _{without MgCl 2.}

Die Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind kurz zusammengefaßt:The advantages over the prior art are briefly summarized:

1. Es braucht kein teures Plutoniumsalz benutzt zu werden;1. There is no need to use an expensive plutonium salt;

2. ein billiges Salz, Magnesiumchlorid, reagiert mit2. a cheap salt, magnesium chloride, reacts with

1ΠΟ1ΠΟ

dem unreinen Plutonium, um Plutoniumionen zu schaffen, undthe impure plutonium to create plutonium ions, and

3. eine Verkürzung der Elektroraffinationszeit von 8 bis 10 Stunden auf 30 bis 120 Minuten.3. A shortening of the electrorefining time from 8 to 10 hours to 30 to 120 minutes.

In der nachstehenden Tafel sind Rührzeiten und Ergebnisse angegeben, die beim Gebrauch der Mischung NaCl—KCl mit 2^lh Gewichtsprozent MgCl₂ erfolgreich in einer Reihe von Elektroraffinationsdurchgängen erzielt wurden:The table below shows the stirring times and results that were successfully achieved in a series of electrorefining runs using the mixture NaCl-KCl with 2 ^l h weight percent MgCl _2:

IOIO

Versuch
Nr.attempt
No. Unreine
BeschickungUnclean
feed Raffiniertes
ProduktRefined
product Ofen
tempe
raturoven
tempe
rature Vor
Elektrolyse
Zeit,In front
electrolysis
Time, Gewicht, gWeight, g Gewicht, gWeight, g ⁰C ⁰ C MinutenMinutes 11 29242924 22532253 770770 6060 22 2650.2650. 23292329 720720 . 60. 60 33 21302130 12681268 790790 6060 44th 972972 626626 780780 . 60. 60 55 10021002 629629 770770 6060 66th 28112811 16431643 820820 3030th 77th 2762 ··2762 ·· 17211721 790790 6060 88th 27562756 22512251 730730 6060 99 28882888 20202020 780780 6060 1010 24712471 12191219 820820 6060 1111th 25232523 14391439 780780 6060 1212th 27072707 15851585 800800 3030th 1313th 26992699 23712371 900900 3030th

2020th

Claims

Patent claims:

1. A method for electrorefining plutonium at a temperature between 700 and 830 ° C using a mixture of alkali or alkaline earth halides as the electrolyte, characterized in that plutonium in contact with a mixture of MgCl ₂ , NaCl and KCl to form an electrolyte and liquid Plutonium is melted, the melt stirred for 30 to 120 minutes and then subjected to electrolysis in a known manner.

2. The method according to claim 1, characterized in that the electrolyte is formed from MgCl ₂ together with an equimolar mixture of NaCl and KCl.

3. The method according to claim 2, characterized in that the electrolyte contains 2.5 to 9.8 percent by weight of MgCl ₂ .

4. Electrorefining cell for performing the method according to claim 1 with a one Housing containing heatable container, closable by a cover, thereby; characterized in that the furnace lid (57) around a Joint (61) is pivotable and the flange (59): of the cover (57) with the flange (58) of the housing by screwing distributed over the circumference; clamps (64) are connectable and that in the lid an anode rod (85), a cathode rod (86) and a stirring device (98) are arranged, which in are displaceable in the axial direction and can be locked at any height. . 1

5. electrical refining cell according to claim 4, characterized in that a cover (55) the cylindrical member (53) of the furnace lid (57) closes, on the outside of which rod adjustment devices (94) for adjusting the anode, (85) and cathode rod (86) and a clamping, device (99) for the stirring device (98) are provided. . :

6. electric refining cell according to claim, characterized in that the cylindrical members (52, 53) are made up of one or more tubes (67) through which coolant flows.

7. electrical refining cell according to claims 4 and 5, characterized in that a double crucible (72) with an inner crucible (73) lower in height than an outer crucible (74) removably arranged in the container (17) and at a distance from its walls by a Oven insert (19) is held, the two crucibles (73, 74) having an annular space for receiving them the cathode (82) and the molten metal.

8. electrical refining cell according to claims 4 and 5, characterized in that the cathode (82) is designed in the shape of a cylinder jacket and is provided with openings (89). r

9. electrical refining cell according to claims 4 and 5, characterized in that a lower anode rod (90) is surrounded by an insulating jacket (91) and extends to the bottom of the inner crucible (73) is performed.

1 sheet of drawings