DE1542179B1 - Process for the production of compact metal oxide or metal carbide microspheres - Google Patents

Process for the production of compact metal oxide or metal carbide microspheres

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DE1542179B1
DE1542179B1 DE19661542179D DE1542179DA DE1542179B1 DE 1542179 B1 DE1542179 B1 DE 1542179B1 DE 19661542179 D DE19661542179 D DE 19661542179D DE 1542179D A DE1542179D A DE 1542179DA DE 1542179 B1 DE1542179 B1 DE 1542179B1
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Description

1 21 2

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur ßeren Mengen löslicher Metallsalze sind also bei den Herstellung von kompakten Metalloxyd- oder Metall- bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von carbid-Mikrokugeln durch Eintropfen eines Uran- Mikrokugeln durch Lösungsmittelentwässerung als dioxyd-, Urantrioxyd-, Thoriumdioxyd-, Plutonium- Ausgangsmaterial völlig ungeeignet,
dioxy-, Plutoniumtrioxyd-, Zirkondioxyd-, Beryllium- 5 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die einfache oxyd-, Yttriumoxyd-Aquasols oder eines Gemisches Herstellung von kompakten derartigen Mikrokugelderselben, das bei Herstellung der Metallcarbid-Mikro- kernen, die nicht mehr die. obenerwähnten Nachteile kugeln bis zu 5 Mol kolloidalen Kohlenstoff je Mol zeigen. i'f ;.,
Metall enthält, in ein entwässerndes Lösungsmittel, Zur Lösung dieser Auf&be^ht die Erfindung aus Isolierung der entwässerten Mikrokugeln aus dem ent- ίο von einem Verfahren zur f^sKtelluög von kompakten wässernden Lösungsmittel und gegebenenfalls Sinte- Metalloxyd- oder Metallcarm^Mikrokugeln durch rung· Eintropfen eines Urandioxyd-, Urantrioxyd-, Thorium-Für Kernreaktor-Brennelemente werden Metall- dioxyd-, Plutoniumdioxyd-, Plutoniumtrioxyd-, Zirverbindungen benötigt, zu denen Aktinidenverbindun- kondioxyd-, Berylliumoxyd-, Yttriumoxyd-Aquasols gen, insbesondere Urandioxyd, Urantrioxyd, Thorium- 15 oder eines Gemisches derselben, bei Herstellung der dioxyd, Plutoniumdioxyd und Plutoniumtrioxyd, ver- Metallcarbide mit bis zu 5 Mol kolloidalem Kohlendünnende Oxyde wie Zirkondioxyd, Yttriumoxyd und stoff je Mol Metall, in ein entwässerndes Lösungsmittel, Berylliumoxyd und die diesen Metalloxyden ent- Isolierung der entwässerten Mikrokugeln aus dem entsprechenden Metallcarbide gehören. wässernden Lösungsmittel und gegebenenfalls Sinte-Die Metallkationen der genannten Aktinidenoxyde 20 rung. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß und verdünnenden Oxyde sind U+4, (UO2)+2, Th+4, man das Aquasol mit einem ammoniakabgebenden Pu+4, (PuO2)+2, (ZrO)+2, Be+2 und Y+3. Mittel vermischt und die Mischung in ein entwässern-Dichte Mikrokugeln aus diesen Oxyden allein oder des Lösungsmittel gibt, dessen Temperatur für eine in Kombination mit anderen Metalloxyden und/oder weitgehende Zersetzung des ammoniakabgebenden Kohlenstoff im Größenbereich von 50 bis 200 Mikron 25 Mittels ausreicht.
The present invention relates to a method for large amounts of soluble metal salts are so in the production of compact metal oxide or metal previously known method for the production of carbide microspheres by dropping a uranium microspheres by solvent dehydration as dioxide, uranium trioxide, thorium dioxide, Plutonium raw material completely unsuitable,
Dioxy, plutonium trioxide, zirconium dioxide, beryllium 5 The object of the present invention is the simple oxide, yttrium oxide aquasols or a mixture of such compact microspheres that are used in the production of metal carbide micro-cores that are no longer the. Above mentioned disadvantages show up to 5 moles of colloidal carbon per mole. i'f ; .,
Contains metal, in a dehydrating solvent, to solve this problem, the invention consists of isolating the dehydrated microspheres from the ent- ίο of a process for the f ^ sKtelluög of compact watering solvents and possibly sintered metal oxide or metal carm ^ microspheres through Dropping in of uranium dioxide, uranium trioxide, thorium. For nuclear reactor fuel elements, metal dioxide, plutonium dioxide, plutonium trioxide and zirconia compounds are required, to which actinide compounds include kondioxide, beryllium oxide, yttrium oxide, thorium dioxide, uranium dioxide - 15 or a mixture thereof, in the production of the dioxide, plutonium dioxide and plutonium trioxide, metal carbides with up to 5 moles of colloidal carbon thinning oxides such as zirconium dioxide, yttrium oxide and substance per mole of metal, in a dehydrating solvent, beryllium oxide and the isolation of these metal oxides of the dehydrated microspheres made from the corresponding metal carbide. aqueous solvents and optionally sintering-die metal cations of said actinidene oxides. The invention is characterized in that and diluting oxides are U +4 , (UO 2 ) + 2 , Th +4 , the Aquasol with an ammonia-releasing Pu + 4 , (PuO 2 ) + 2 , (ZrO) + 2 , Be + 2 and Y + 3 . Agents mixed and the mixture in a dehydrating-tight microspheres from these oxides alone or the solvent, the temperature of which is sufficient for a combination with other metal oxides and / or extensive decomposition of the ammonia-releasing carbon in the size range of 50 to 200 microns 25 agent.

sind für die Herstellung von Brennelementen für Hoch- In dem Aquasol können bis zur Sättigungskonzentra-are for the production of fuel assemblies for high- In the Aquasol, up to the saturation concentration

temperatur-Kernreaktoren wie beispielsweise gasge- tion ein oder mehrere Salze von einem oder mehrerentemperature nuclear reactors such as gasification one or more salts of one or more

kühlte Reaktoren wichtig. Derartige Mikrokugeln be- der Metallkationen U+4, (UO2)+2, Th+4, Pu+4, (PuO2)+2,cooled reactors important. Such microspheres contain metal cations U + 4 , (UO 2 ) + 2 , Th + 4 , Pu + 4 , (PuO 2 ) + 2 ,

stehen aus zwei Teilen, einem Kern und einem Über- Be+2 und Y+s gelöst und gegebenenfalls bis zu 5 Molare made up of two parts, a core and a supernatant Be + 2 and Y + s dissolved and optionally up to 5 mol

zug. Der Kernteil enthält das Aktinidenoxyd, entweder 30 kolloidaler Kohlenstoff pro Mol im Aquasol enthalte-train. The core part contains the actinidene oxide, either 30 colloidal carbon per mole contained in the Aquasol-

allein oder in fester Lösung mit einem anderen Oxyd. nes Metall dispergiert sein.alone or in solid solution with another oxide. be dispersed in a metal.

Der Kern kann auch aus einem Aktinidencarbid be- Bei Verwendung von Aquasolen, die weitgehend frei stehen, welches aus Mischungen von Aktinidenoxyden von löslichen Metallsalzen sind, als Ausgangsmaterial und Kohlenstoff gebildet werden kann. Der Kern muß für das erfindungsgemäße Verfahren werden Mikroeine gute Kugelgestalt, Festigkeit und hohe Dichte auf- 35 kugeln hoher Qualität erhalten, die den nach den beweisen. Zur Spaltproduktretention ist der Kern mit kannten Verfahren hergestellten Kugeln bei weitem einem undurchlässigen Überzug aus feuerfestem überlegen sind, wobei außerdem innerhalb wesentlich Metalloxyd oder pyrolytisch hergestelltem Ruß ver- breiterer Arbeitsbedingungen gearbeitet und das Versehen. Die überzogenen Mikrokugeln werden dann in fahren wesentlich leichter gesteuert werden kann,
einer Matrix dispergiert und zu Brennelementen ver- 40 Die gelösten Metallsalze in dem als Ausgangsarbeitet, material verwendeten Aquasol entsprechen den in den Nach einem eigenen Vorschlag kann man Mikro- herzustellenden Mikrokugeln gewünschten Metallkugeln durch Entwässern von Aquasoltropfen in oxyden, d. h. sie umfassen Metallsalze mit den Kateinem Lösungsmittel herstellen. Bei diesem Verfahren ionen U+4, (UO2)+8, Th+4, Pu+4, (PuO2)+2, (ZrO)+2, werden die Soltropfen in ein entwässerndes Lösungs- 45 Be+2 und Y+3, deren Anionen wasserlösliche Salze ermittel eingespritzt und in entwässerter Form aus dem geben, wie beispielsweise die Metallchloride, -bromide, Lösungsmittel abgezogen. Da hierbei ein großer Volum- -nitrate, -sulfate, -formiate und -acetate; einwertige teil der Tropfen, d. h. Wasser, entfernt wurde, wird die Anionen werden bevorzugt.
The core can also be formed from an actinidene carbide and carbon can be formed from an actinidene carbide as the starting material. For the process according to the invention, the core must be micro, have a good spherical shape, strength and high density on spheres of high quality, which are proven by the. For fission product retention, the core made with known processes is by far superior to an impermeable coating made of refractory, and in addition, working conditions are widespread within substantially metal oxide or pyrolytically produced soot and oversight. The coated microspheres are then driven in much easier can be controlled
40 The dissolved metal salts in the aquasol used as the starting material correspond to the metal spheres desired in the microspheres to be produced in microspheres by dewatering aquasol droplets in oxides, ie they comprise metal salts with the catalysts Making solvent. In this process ionen U + 4 , (UO 2 ) + 8 , Th + 4 , Pu + 4 , (PuO 2 ) + 2 , (ZrO) +2 , the sol droplets are in a dehydrating solution 45 Be + 2 and Y +3 , their Anions to determine water-soluble salts are injected and removed in dehydrated form from the type, such as the metal chlorides, bromides, solvents. Since this is a large volume nitrates, sulfates, formates and acetates; monovalent part of the droplets, ie water, has been removed, the anions are preferred.

Größe der Tropfen während des Entwässerns stark Einige Metalloxydaquasole enthalten auf Grund desSize of the droplets during dehydration strong. Some metal oxide aquasols contain due to the

verringert. Die nach diesem Verfahren erhaltenen 5° zu ihrer Herstellung angewendeten Verfahrens gelöstedecreased. The 5 ° obtained by this process used to prepare them

Mikrokugeln weisen häufig Löcher, Risse und Hohl- Metallsalze. Beispielsweise werden Urandioxyd-Zir-Microspheres often have holes, cracks and hollow metal salts. For example, uranium dioxide zirconia

räume im Innern auf. Durch genaue Steuerung des kondioxyd-Aquasole durch Peptisieren eines Nieder-tidy up inside. Through precise control of the condioxide aquasole by peptizing a lower

Verfahrens kann zwar der Anteil an schadhaften Schlages aus wasserhaltigem Urandioxyd mit einemAlthough the proportion of damaged blow from water-containing uranium dioxide with a method can

Kugeln verringert werden, jedoch ist diese Steuerung Zirkonylsalz hergestellt, wobei das erhaltene AquasolBalls are reduced, however, this control is made of zirconyl salt, the obtained Aquasol

des Verfahrens außerordentlich schwierig und führt 55 Zirkonylsalze in Lösung und auf der Oberfläche derthe process extremely difficult and results in 55 zirconyl salts in solution and on the surface of the

immer noch zu einem beträchtlichen Anteil an schad- Urandioxydmicellen absorbiert enthält,still contains a considerable proportion of harmful uranium dioxide micelles absorbed,

haften Mikrokugeln. Auf die gleiche Weise werden Aquasole durch Pepti-adhere to microspheres. In the same way, Aquasols are produced by peptides

Bei anderen bekannten Verfahren zur Herstellung sieren eines Metalloxyds mit einem Salz des gleichenIn other known processes for the preparation of a metal oxide with a salt of the same

von Mikrokugeln durch Lösungsmittelentwässerung Metalls hergestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Ver-Made of metal microspheres by solvent drainage. With the inventive

ist das Ausgangsmaterial auf Metalloxydaquasole be- 60 fahren lassen sich Mikrokugeln hoher Qualität ausIf the starting material is based on metal oxide aquasols, high quality microspheres can be made

schränkt. Nebenbei in den Aquasolen enthaltene derartigen Aquasolen herstellen.restricts. Incidentally, produce such aquasols contained in the aquasols.

Metallsalze verbleiben in löslicher Form in den Mikro- Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auchMetal salts remain in soluble form in the micro- The method according to the invention also enables

kugeln. Infolgedessen können nur sehr geringe Mengen die Herstellung von Mikrokugelkernen aus Aquasolen,balls. As a result, only very small quantities can produce microsphere cores from aquasols,

löslicher Metallsalze in den zur Herstellung der Mikro- welche mit Metallsalzlösungen vermischt werden, umsoluble metal salts in the for the production of the micro which are mixed with metal salt solutions to

kugeln verwendeten Aquasolen zugelassen werden und 65 ein Aquasol mit einem Gehalt an gelösten Metallsalzenspheres used Aquasols are approved and 65 an Aquasol with a content of dissolved metal salts

es müssen umständliche Verfahren zur Vermeidung zu erhalten. So lassen sich nach diesem Verfahrenthere have to be cumbersome procedures to avoid it. So can be according to this procedure

von Verlusten an Metallionen aus den entwässerten gleichmäßige Metalloxydmischungen enthaltendeof losses of metal ions from the dewatered containing uniform metal oxide mixtures

Mikrokugeln durchgeführt werden. Aquasole mit grö- Mikrokugeln aus Aquasolen herstellen, welche Oxyd-Microspheres are carried out. Manufacture Aquasols with large microspheres from Aquasols, which contain oxide

teilchen eines Metalles und gelöste Salze des gleichen düngen im Aquasol kann, ausgedrückt als Metalloxyd,Particles of a metal and dissolved salts of the same can fertilize the Aquasol, expressed as metal oxide,

oder eines anderen Metalles enthalten. im Bereich von 1 bis 500 g je Liter und vorzugsweiseor another metal. in the range from 1 to 500 g per liter and preferably

Vorteilhaft ist es, ein Aquasol zu verwenden, welches zwischen 50 und 150 g je Liter liegen. Die Menge anIt is advantageous to use an Aquasol which is between 50 and 150 g per liter. The amount of

ein oder mehrere gelöste Salze eines oder mehrerer der gelösten Metallsalzen im Aquasol liegt vorzugsweiseone or more dissolved salts of one or more of the dissolved metal salts in the Aquasol is preferably located

Metallkationen U+*, (UOO+2, Th+4, Pu+4, (PuOa)+2, 5 zwischen 0,1 g je Liter und der höchsten noch nicht zurMetal cations U + *, (UOO +2 , Th +4 , Pu +4 , (PuOa) +2 , 5 between 0.1 g per liter and the highest not yet available

(ZrO)+2 und Y+3 in Mengen bis zur Sättigungskonzen- Ausflockung führenden Menge. Das ammoniak-(ZrO) +2 and Y +3 in amounts up to the saturation concentration level leading to flocculation. The ammonia

tration enthält. abgebende Mittel wird mit dem Aquasol in einercontains tration. dispensing agent is combined with the Aquasol in one

Die Konzentration an Metallverbindungen in dem Menge vermischt, welche zur Bildung eines Metallals Ausgangsmaterial verwendeten Aquasol kann in oxydgels aus den im Aquasol enthaltenen Metallweitem Bereich variieren. So kann die Gesamtkonzen- io verbindungen ausreicht. Wenn das Metalloxydaquasol tration an Metallverbindungen im Aquasol, ausgedrückt weitgehend frei von gelösten Metallsalzen ist, wird vorals Metalloxyd, zwischen 1 und 500 g pro Liter und teilhaft so viel ammoniakabgebendes Mittel zugesetzt, vorzugsweise zwischen etwa 50 und 150 g pro Liter daß der pH-Wert des Aquasols auf 1,0 bis 0,1 pH-Einliegen. Gelöste Metallsalze können in den Aquasolen heiten unter dem Gelierungs-pH-Wert des Sols eingevon 0 bis zur Sättigungskonzentration enthalten sein. 15 stellt wird. Wenn das Aquasol wesentliche Mengen ge-Ein Aquasol wird als mit löslichen Metallsalzen »ge- löste Metallsalze enthält, wird das ammoniakabgesättigt« bezeichnet, wenn die flüssige Phase mit den bende Mittel in einer Menge verwendet, welche 70 bis löslichen Metallsalzen gesättigt ist. Die gelösten 300 % der zum Ausfällen der Metallsalze erforder-Metallsalze können im Aquasol in Mengen von über liehen stöchiometrischen Menge Ammoniak liefert.
0,1 g pro Liter enthalten sein. Vorzugsweise sind die 20 Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwengelösten Metallsalze in Mengen zugegen, welche nicht deten ammoniakabgebenden Mittel bestehen im allgezum Ausflocken der Solteilchen ausreichen, jedoch meinen aus Verbindungen, welche beim Erwärmen können auch zur Ausflockung führende Mengen an über Raumtemperatur durch thermische Zersetzung gelösten Metallsalzen im Ausgangsmaterial verwendet wesentliche Mengen Ammoniak abgeben, bei Raumwerden. Unter der Bezeichnung Metalloxydaquasole 25 temperatur jedoch relativ stabil sind. Auf Grund ihrer werden in der vorliegenden Beschreibung außer Metall- geringen Reaktionsgeschwindigkeit und Ammoniakoxydaquasolen, welche keine gelösten Metallsalze oder abgabe bei Raumtemperatur können diese Verbindunweniger als zur Ausflockung führende Mengen ge- gen den Metalloxydaquasolen bei Raumtemperatur zulöster Salze enthalten, auch Metalloxydaquasole ver- gesetzt werden, ohne sofort eine Reaktion hervorzurustanden, welche zur Ausflockung der Solteilchen aus- 30 fen. Wenn die Aquasoltropfen dann durch Kontakt reichende Menge gelöste Metallsalze enthalten. Durch mit dem entwässernden Lösungsmittel erwärmt wer-Variieren der Konzentration der Lösung und der den, zersetzen sich diese Verbindungen schnell unter Größe der in das entwässernde Lösungsmittel einge- Ammoniakabgabe. Das Ammoniak reagiert mit den brachten Tropfen können nach dem Entwässern Metallverbindungen in den Aquasolen und bildet in Mikrokugeln der verschiedensten Größe erhalten 35 den Tropfen ein Metalloxydgel. Das ammoniak werden. abgebende Mittel wird dem Aquasol vorzugsweise un-
The concentration of metal compounds mixed in the amount which Aquasol used to form a metal as a starting material can vary in oxide gels from the metal-wide range contained in the Aquasol. So the overall concentration can be sufficient. If the metal oxide aquasol tration of metal compounds in the Aquasol, expressed is largely free of dissolved metal salts, between 1 and 500 g per liter and partly as much ammonia-releasing agent is added as the metal oxide, preferably between about 50 and 150 g per liter that the pH value of the Aquasol to a pH of 1.0 to 0.1. Dissolved metal salts can be contained in the Aquasols units below the gelation pH value of the sol, ranging from 0 to the saturation concentration. 15 represents. When the Aquasol is used in substantial quantities, it is said to contain "dissolved metal salts" if the liquid phase is saturated with soluble metal salts if the liquid phase is saturated with the solvent. The dissolved 300% of the metal salts required to precipitate the metal salts can be supplied in the Aquasol in amounts of over borrowed stoichiometric amounts of ammonia.
0.1 g per liter should be included. The metal salts used in the process according to the invention are preferably present in amounts which do not consist of the ammonia-releasing agents are generally sufficient to flocculate the sol particles, but mean from compounds which, when heated, can also lead to flocculation amounts of metal salts dissolved above room temperature by thermal decomposition Used in the starting material, emit significant amounts of ammonia when space becomes available. Under the name Metalloxydaquasole 25 temperature, however, are relatively stable. Due to their low reaction rate of metal and ammonia oxydaquasols, which do not contain any dissolved metal salts or release at room temperature, these compounds can also be added to metal oxide aquasols in less than amounts that lead to flocculation to the metal oxide aquasols against the salts dissolved at room temperature. without immediately producing a reaction leading to flocculation of the sol particles. If the Aquasol drops then contain sufficient amounts of dissolved metal salts through contact. By varying the concentration of the solution and the dehydrating solvent heated by the dehydrating solvent, these compounds decompose rapidly, increasing the amount of ammonia released into the dehydrating solvent. The ammonia reacts with the drops brought in, after dehydration, metal compounds in the aquasols and forms a metal oxide gel in microspheres of various sizes. The ammonia will be. the Aquasol is preferably un-

Die Herstellung von Metallcarbid-Mikrokugeln für mittelbar vor Einbringen in das entwässernde Lösungsdie Verwendung in Brennelementen für Kernreaktoren mittel zugesetzt. Jedoch kann das ammoniakabgebende hat in letzter Zeit sehr an Bedeutung gewonnen. Diese Mittel auch mehrere Stunden vor Gebrauch mit dem Mikrokugeln können aus Mikrokugeln hergestellt 40 Ausgangsaquasol vermischt werden, wenn die Miwerden, welche eine Mischung von Metalloxyd und schung bis zum Gebrauch bei verhältnismäßig niedrikolloidalem Kohlenstoff enthalten. Das ernndungs- ger Temperatur aufbewahrt wird,
gemäße Verfahren kann zur Herstellung von Mikro- Die mit den Ausgangsaquasolen vermischte Menge kugeln mit einem sehr innigen gleichmäßigen Gemisch an ammoniakabgebendem Mittel soll vorteilhaft so von Metalloxyd und Kohlenstoff aus Metalloxyd- 45 bemessen sein, daß sie ausreicht, um aus den in den aquasolen mit einem Gehalt an dispergiertem kolloida- Soltropfen enthaltenden Metallverbindungen bei Konlem Kohlenstoff angewendet werden. Die dispergierten takt mit dem entwässernden Lösungsmittel ein Metall-Kohlenstoff enthaltenden Metalloxydaquasole lassen oxydgel zu bilden. Metalloxydaquasole, welche weit» sich nach verschiedenen einfachen Verfahren herstellen. gehend frei von gelösten Metallsalzen sind, können Hierfür ist handelsüblicher feinteiliger Kohlenstoff 50 mit so viel ammoniakabgebendem Mittel vermischt (Ruß) geeignet. Die Dispergierung des Kohlenstoffes werden, daß der pH-Wert des Ausgangsmaterials auf in den Aquasolen kann leicht dadurch erfolgen, daß 1,0 bis 0,1 und vorzugsweise etwa 0,8 bis 0,4 pH-Einman den Kohlenstoff dem Aquasol oder der mit dem heiten unter dem Gelierungs-pH-Wert des Sols einge-Aquasol zu vermischenden Lösung zusetzt und mit stellt wird. Unter dem Gelierungs-pH-Wert eines einem Ultraschallmischer dispergiert. Eine andere 55 Aquasols wird der pH-Wert verstanden, bei welchem Methode besteht darin, daß man den Kohlenstoff das Sol innerhalb von 15 Minuten nach Einstellung mittels eines Ultraschallmischers oder eines Mischers dieses pH-Wertes geliert. Wenn das Ausgangsaquasol mit hoher Scherkraft in Wasser dispergiert und die wesentliche Mengen gelöste Metallsalze enthält, wird Kohlenstoffsuspension dann zu dem Aquasol oder der das ammoniakabgebende Mittel in einer Menge vermit dem Aquasol zu vermischenden Metallsalzlösung 60 wendet, welche 70 bis 300% und vorzugsweise 100 bis gibt. Das zur Dispergierung des Kohlenstoffs im 150 °/0 der zur Ausfällung der Metallsalze im Aus-Aquasol angewendete Verfahren ist jedoch nicht kri- gangsmaterial erforderlichen stöchiometrischen Menge tisch. Ammoniak liefert.
The production of metal carbide microspheres for indirect use in fuel assemblies for nuclear reactors before being added to the dehydrating solution. However, the ammonia-releasing substance has become very important recently. These agents can also be mixed with the microspheres several hours prior to use made from microspheres. The temperature is kept at the correct temperature,
According to the method can be used for the production of micro- The mixed with the starting aquasols amount of balls with a very intimate, uniform mixture of ammonia-releasing agent should advantageously be of metal oxide and carbon from metal oxide 45 such that it is sufficient to remove from the in the aquasols with a Content of dispersed metal compounds containing colloidal sol droplets are used in the case of Konlem carbon. The dispersed tact with the dehydrating solvent allow a metal-carbon-containing metal oxide aquasole to form oxydgel. Metal oxide aquasols, which are widely produced by various simple processes. are free of dissolved metal salts, commercially available finely divided carbon 50 mixed with as much ammonia-releasing agent (soot) is suitable. The dispersion of the carbon that the pH of the starting material on in the Aquasol can easily be done by adding 1.0 to 0.1 and preferably about 0.8 to 0.4 pH-Einman the carbon of the Aquasol or with the solution to be mixed is added to the solution to be mixed below the gelation pH value of the sol and is made with. Dispersed below the gelation pH of an ultrasonic mixer. Another method is the pH value, which method consists in gelling the carbon in the sol within 15 minutes of setting this pH value using an ultrasonic mixer or a mixer. If the starting aquasol is dispersed with high shear force in water and contains substantial amounts of dissolved metal salts, carbon suspension is then added to the Aquasol or the ammonia-releasing agent in an amount to be mixed with the Aquasol metal salt solution 60 which is 70 to 300% and preferably 100% . The dispersion of the carbon in the 150 ° / 0 of the employed to precipitate the metal salts in the off Aquasol process is not critical starting material required stoichiometric amount table. Ammonia supplies.

Als ammoniakabgebende Mittel werden für das er- Die Mikrokugeln können aus den Metalloxyd- und findungsgemäße Verfahren die Verbindungen Hexa- 65 Metalloxyd-Kohlenstoff-Aquasolen, welche das am-The microspheres can be made from the metal oxide and inventive method the compounds hexa- 65 metal oxide-carbon aquasoles, which the am-

methylentetramin, Acetamid, Ammoniumcarbamat, moniakabgebende Mittel enthalten, unter Verwendungmethylentetramine, acetamide, ammonium carbamate, monia-releasing agents contain using

Ammoniumcyanat, Harnstoff und Mischungen der- einer Lösungsmittelkolonne hergestellt werden, wie sieAmmonium cyanate, urea and mixtures of a solvent column are produced as they are

selben bevorzugt. Die Gesamtmenge an Metallverbin- in den deutschen Offenlegungsschriften 1 542 157same preferred. The total amount of metal compounds in German Offenlegungsschrift 1 542 157

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und 1 542 158 beschrieben ist. Bei diesem System mittel Sättigungskonzentrationen mit Wasser in einem werden die Aquasoltropfen von oben in einen durch die Einstellung von Trocknungsbedingungen gestatteneine hohe Kolonne aufsteigenden Gegenstrom aus den Bereich aufweisen. Bei einem Lösevermögen für heißem entwässernden Lösungsmittel eingebracht. Wasser von etwa 1 bis 30°/0 wurden befriedigende Das heiße Lösungsmittel erhitzt die Tropfen und be- 5 Ergebnisse erzielt. Bevorzugte Lösungsmittel sind beiwirkt eine Zersetzung des ammoniakabgebenden spielsweise Hexanol, Äthylhexanol und Äthylbutanol. Mittels, und das frei werdende Ammoniak reagiert mit Lösungsmittel mit zu hohem Wasserlösevermögen den Metalloxydsolteilchen und gegebenenfalls den ge- können mit einem bestimmten Wassergehalt aus dem lösten Metallsalzen unter Bildung des entsprechenden Destillationsgefäß zurückgeführt werden, wodurch das Oxydgels in den wäßrigen Tropfen. Auf ihrem Wege io effektive Wasserlösevermögen verringert wird. So durch die Kolonne nach unten werden die Tropfen wird beispielsweise Butanol, welches in der Hitze ein entwässert. Die entwässerten Mikrokugeln werden am Lösevermögen für Wasser von etwa 28 Gewichts-Boden der Kolonne aufgefangen, kontinuierlich abge- prozent aufweist, nahezu mit Wasser gesättigt in die führt, von Lösungsmittel befreit und vor dem Sintern Kolonne eingeführt. Dagegen wird Äthylhexanol, weiter getrocknet. 15 welches in der Hitze ein Lösevermögen für Wasser vonand 1,542,158. In this system with saturation concentrations of water in one, the aquasol droplets will have a high column rising countercurrent out of the area from above in a high column that is permitted by the setting of drying conditions. Introduced at a solvency for hot dehydrating solvent. Water from about 1 to 30 ° / 0 was satisfactory. The hot solvent heats the drops and results are achieved. Preferred solvents are a decomposition of the ammonia-releasing, for example, hexanol, ethylhexanol and ethylbutanol. By means of, and the released ammonia reacts with solvents with too high a water-dissolving power, the metal oxide sol particles and, if necessary, those with a certain water content from the dissolved metal salts can be returned to form the corresponding distillation vessel, whereby the oxide gel in the aqueous droplets. On their way io effective water dissolving power is decreased. So through the column down the drops are for example butanol, which is dehydrated in the heat. The dehydrated microspheres are collected at the solvency capacity for water of about 28 weight trays of the column, continuously showing percent, almost saturated with water in the leads, freed from solvent and introduced into the column before sintering. In contrast, ethylhexanol is further dried. 15 which in the heat a solvency for water of

Die Vorrichtung besteht aus einer hohen Kolonne 4 bis 6 Gewichtsprozent hat, in nahezu wasserfreierThe device consists of a high column of 4 to 6 percent by weight, in almost anhydrous

mit konischem Boden, in welchem sich die Mikro- Form in die Kolonne zurückgeführt. Hexanol, welcheswith a conical bottom in which the micro-shape is returned to the column. Hexanol, which

kugeln absetzen. Das entwässernde Lösungsmittel wird in der Hitze ein Lösevermögen für Wasser von 10 bisdrop balls. The dehydrating solvent will have a solvency for water of 10 to in the heat

von unten in die Kolonne eingeführt und am Kopf der 11 Gewichtsprozent hat, wird mit einem WassergehaltIntroduced into the column from below and at the top, which has 11 percent by weight, has a water content

Kolonne abgezogen. Das Sol kann auf verschiedene 20 von 3 bis 6% verwendet.Column withdrawn. The sol can be used on various 20 from 3 to 6%.

Weise in Tropfenform in den Kolonnenkopf einge- Das entwässernde Lösungsmittel tritt im allgeführt werden. Beispielsweise kann ein enges Rohr oder meinen mit einer Temperatur von etwa 60 bis 1200C eine Injektionsnadel mit einem inneren Durchmesser in die Kolonne ein und ist beim Verlassen der Kolonne von 0,15 bis 0,6 mm verwendet werden, um das Sol in um etwa 10 bis 4O0C abgekühlt. Dieser Temperaturdas Lösungsmittel einzubringen und die bevorzugten 25 bereich ist für die Abgabe von Ammoniak in den Teilchen zu bilden. Vorzugsweise ist die Nadel von Aquasoltropfen bei den meisten ammoniakabgebenden einem größeren Kapillarrohr umgeben, durch welches Mittel ideal. Bei ammoniakabgebenden Mitteln wie Lösungsmittel geführt wird, und das Sol wird in Harnstoff können höhere Lösungsmitteltemperaturen gleicher Richtung mit diesem Lösungsmittelstrom ein- angewendet werden.The dehydrating solvent occurs in the form of drops in the top of the column. For example, a narrow tube or mean with a temperature of about 60 to 120 0 C an injection needle with an inner diameter in the column and is used when leaving the column of 0.15 to 0.6 mm to the sol in about 10 to 40 0 C cooled. This temperature is used to introduce the solvent and the preferred range is for the release of ammonia to form in the particles. Preferably, the needle is surrounded by aquasol droplets in most ammonia-releasing a larger capillary tube, which is ideal. In the case of ammonia-releasing agents, such as solvent is carried out and the sol is in urea, higher solvent temperatures in the same direction can be used with this solvent stream.

geführt. Bei einer anderen Arbeitsweise wird das Sol in 30 Es ist vorteilhaft, die Aquasoltropfen in der Kolonneguided. In another mode of operation, the sol is in 30 It is advantageous to have the aquasol droplets in the column

einem geeigneten Lösungsmittel zu einer Tropfen von im allgemeinen bis zu einem Wassergehalt von untera suitable solvent to a drop of generally to a water content of below

gleichmäßiger Größe enthaltenden Emulsion disper- 50 °/0 und vorzugsweise unter 25 °/o zu trocknen. Wennuniform size emulsion containing dispersive 50 ° / 0 and preferably to dry at 25 ° / o. if

giert und die Emulsion durch eine geeignete Einfüh- die als Produkt gewonnenen teilweise entwässertenyed and the emulsion partially dehydrated the product obtained as a product through a suitable inlet

rungsvorrichtung in die Kolonne eingebracht. Die Mikrokugeln nicht umgesetztes Fällungsmittel, Am-approximately device introduced into the column. The microspheres unreacted precipitant, am-

entwässerten Mikrokugeln werden aus dem konischen 35 moniumsalze und andere Neutralisationsprodukte ent-dehydrated microspheres are formed from the conical 35 monium salts and other neutralization products.

Bodenteil der Kolonne abgezogen. halten, müssen diese vor dem Sintern entfernt werden.The bottom part of the column is withdrawn. hold, these must be removed before sintering.

Bei diesem Verfahren kann das Lösungsmittel zur Hierfür werden die Mikrokugeln mit Ammoniak beWiederverwendung aufbereitet werden, indem es durch handelt, um die Oxydkomponenten zu fixieren, dann ein Destillationsgefäß geführt wird, wo das Wasser mit Wasser gewaschen und schließlich in einem Inertdaraus entfernt wird. Das Destillationsgefäß dient als 40 gasstrom oder unter Vakuum getrocknet. Vorzugsweise Lösungsmittelreservoir für das System und kann durch werden die Mikrokugeln beim Trocknen langsam von Einstellung der Wasserentfernung und der Destilla- 40 auf 1100C erhitzt. Die erhaltenen Mikrokugeln tionstemperatur so reguliert werden, daß es ein Lö- können dann gesintert werden.In this process, the solvent for reuse of the microspheres with ammonia can be prepared by acting to fix the oxide components, then passed to a distillation vessel where the water is washed with water and finally removed from it in an inert. The distillation vessel serves as a 40 gas stream or dried under vacuum. Preferably a solvent reservoir for the system and the microspheres can be heated slowly to 110 ° C. by setting the water removal and the distillation 40 during drying. The microspheres obtained can be temperature controlled so that there is a soldering can then be sintered.

sungsmittel mit dem gewünschten Wassergehalt liefert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden In der Lösungsmittelzufuhrleitung kann ein Wasser- 45 wesentliche Fortschritte in der Herstellung von Matekühler zur Einstellung des Lösungsmittels auf die ge- rialien für Kernreaktor-Brennelemente erzielt. In früwünschte Temperatur angebracht werden. Dieses Ver- heren Versuchen wurde Hexamethylentetramin zur fahren hat den Vorteil, daß die Bedingungen in der Herstellung von Thoriumoxydgelen aus Thorium-Kolonne in weitem Bereich variiert werden können. nitrat verwendet. Es wurde jedoch festgestellt, daß diesupplies solvent with the desired water content. With the method according to the invention In the solvent supply line, a significant progress in the manufacture of material coolers for adjusting the solvent to the materials for nuclear reactor fuel assemblies can be achieved. In early wished Temperature. Hexamethylenetetramine was used to attempt this driving has the advantage that the conditions in the production of thorium oxide gels from thorium column can be varied over a wide range. nitrate used. However, it was found that the

Eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete 50 auf diese Weise hergestellten Gele bei mehrstündigemA gel that is suitable for the process according to the invention is produced in this way for several hours

Vorrichtung besteht aus einer Kolonne von 178 cm Stehen in Sole zurückverwandelt wurden. Bei weiterenApparatus consists of a 178 cm column standing converted back into brine. With further

Höhe und 7,6 cm Durchmesser mit konischem Boden eigenen Vorversuchen wurde HexamethylentetraminHeight and 7.6 cm in diameter with a conical bottom own preliminary tests was hexamethylenetetramine

zum Auffangen der sich absetzenden Mikrokugeln. mit vorab hergestellten Thoriumoxyd-Aquasolen zurto catch the settling microspheres. with previously prepared thorium oxide aquasols for

Das Lösungsmittel wird 10,2 cm über dem Kolonnen- Herstellung von Gelperlen vermischt. Dieses VerfahrenThe solvent is mixed 10.2 cm above the column making gel beads. This method

boden in die Kolonne gepumpt und 10,2 cm unter dem 55 weist eine Anzahl erheblicher Schwierigkeiten auf,bottom pumped into the column and 10.2 cm below the 55 has a number of significant difficulties

Kolonnenkopf aus der Kolonne abgeführt. welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nichtThe top of the column is discharged from the column. which are not in the method according to the invention

Die Wahl des Lösungsmittels für dieses System ist auftreten. So waren die erhaltenen Gelperlen nicht entsehr wichtig. Die besten Ergebnisse werden mit den wässert und von geringer Festigkeit, so daß ihre Handhöheren Alkoholen mit dem gewünschten Lösevermö- habung mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden gen für Wasser erzielt. Das Lösungsmittel soll inert 60 war. Die Entwässerung erfolgte erst, nachdem die sein, keine unerwünschten physikalischen Eigenschaf- Perlen gebildet, abgetrennt und in eine separate Vorten wie beispielsweise Neigung zur Emulsionsbildung richtung eingebracht worden waren. Schließlich wur- und eine das Absetzen der Mikrokugeln gestattende den keine so gleichmäßige Größe und Oberfläche und geringe Dichte aufweisen und auf eine Temperatur er- keine so hohe Dichte der Mikrokugeln wie mit dem erwärmt werden können, die zur Zersetzung des ammo- 65 findungsgemäßen Verfahren erzielt,
niakabgebenden Mittels unter Ammoniakabgabe in Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein einfaches den in dieses System eingeführten wäßrigen Tropfen Verfahren dar. Da die Hydrolysiergeschwindigkeit der ausreicht. Außerdem müssen die gewählten Lösungs- ammoniakabgebenden Mittel mit der Temperatur
The choice of solvent for this system is incurred. So the gel beads obtained were not very important. The best results are obtained with the watered and of low strength, so that their hand-higher alcohols with the desired solvency are associated with considerable difficulties for water. The solvent should be inert 60. The drainage took place only after the pearls, which had no undesirable physical properties, had been formed, separated and introduced into a separate direction, such as, for example, tendency to emulsify. Finally, one that allows the microspheres to settle does not have such a uniform size and surface area and low density and cannot be heated to a temperature as high as the density of the microspheres as that achieved for the decomposition of the ammo according to the invention ,
The process according to the invention represents a simple aqueous drop process introduced into this system. Since the rate of hydrolysis is sufficient. In addition, the selected ammonia-releasing agents must vary with the temperature

steigt, können diese Mittel bei Raumtemperatur, wo die Hydrolysiergeschwindigkeit sehr gering ist und noch keine Fällung bewirkt, in dem Aquasol gelöst werden. Wenn die das Fällungsmittel enthaltenden Aquasole dann den höheren Temperaturen des entwässernden Lösungsmittels ausgesetzt werden, wird die Ammoniakabgabe wesentlich beschleunigt und in den Tropfen das wasserhaltige Oxyd ausgefällt. Durch das entwässernde Lösungsmittel wird nach und nach Wasser aus den gefällten Tropfen extrahiert, bis weitgehend trockene Mikrokugeln erhalten werden.increases, these agents can be used at room temperature, where the rate of hydrolysis is very slow and no precipitation has yet been effected in which Aquasol are dissolved. If those containing the precipitant Aquasole will then be exposed to the higher temperatures of the dehydrating solvent the ammonia release is significantly accelerated and the water-containing oxide is precipitated in the droplets. By the dehydrating solvent is gradually extracted from the precipitated drops until water is largely extracted dry microspheres can be obtained.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ist jedoch nicht auf dieselben beschränkt. The invention is illustrated in more detail by the following examples, but is not restricted to the same.

Beispiel 1
Herstellung von Thoriumdioxyd-Mikrokugeln
example 1
Manufacture of thorium dioxide microspheres

Zur Herstellung eines Thoriumdioxyd-Sols mit einem Gehalt von 15,5 Gewichtsprozent Thoriumdioxyd wurde wasserhaltiges Thoriumdioxyd mit Ammoniak gefällt, der Niederschlag mit wäßriger Ammoniaklösung und anschließend mit Wasser elektrolytfrei gewaschen, dann zur Erniedrigung des pH-Wertes mit Salpetersäure versetzt und schließlich zur Bildung eines Sols auf etwa 1000C erhitzt. Von diesem Sol wurden 190 ml unter kräftigem Rühren mit 4,0 g Hexamethylentetramin versetzt. Die Mischung hatte einen pH-Wert von 4,0.To produce a thorium dioxide sol with a thorium dioxide content of 15.5 percent by weight, aqueous thorium dioxide was precipitated with ammonia, the precipitate was washed free of electrolytes with aqueous ammonia solution and then with water, then nitric acid was added to lower the pH value and finally to form a sol heated to about 100 0 C. Of this sol, 4.0 g of hexamethylenetetramine were added to 190 ml with vigorous stirring. The mixture had a pH of 4.0.

Das mit Hexamethylentetramin behandelte Sol wurde durch eine Injektionsnadel Nr. 23 (23 gauge), welche von einer 2,8 mm weiten Kapillare umgeben war, durch welche in gleicher Richtung ein Hexanolstrom floß, in den Kopf einer 213 cm hohen Kolonne eingespritzt, durch welche im Gegenstrom Hexanol gepumpt wurde. Die Bedingungen in der Kolonne waren wie folgt:The hexamethylenetetramine treated sol was injected through a 23 gauge hypodermic needle, which was surrounded by a 2.8 mm wide capillary through which a stream of hexanol in the same direction flowed, injected into the head of a 213 cm high column, through which hexanol in countercurrent was pumped. The conditions in the column were as follows:

SoMnjektionsgeschwindigkeit 2,6 ml/minSo injection rate 2.6 ml / min

Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels Flow rate of the solvent

zur Nadel 110 ml/minto the needle 110 ml / min

zur Kolonne 690 ml/minto the column 690 ml / min

Temperatur des LösungsmittelsTemperature of the solvent

zur Nadel 28°Cto the needle 28 ° C

zur Kolonne 10O0Cto the column 10O 0 C

von der Kolonne 740Cfrom the column 74 0 C

im Destillationsgefäß 1100C 110 0 C in the distillation vessel

Die am Kolonnenboden aufgefangenen Mikrokugelkerne wurden etwa 15 Minuten lang in konzentrierte wäßrige Ammoniumhydroxydlösung getaucht, mit Wasser elektrolytfrei gewaschen und getrocknet.The microspheres collected on the column bottom were concentrated for about 15 minutes dipped aqueous ammonium hydroxide solution, washed free of electrolytes with water and dried.

Die erhaltenen Teilchen bestanden aus glatten Mikrokugeln von 150 bis 250 Mikron Größe. Aus dem gleichen Sol unter gleichen Bedingungen, jedoch ohne Hexamethylentetramin hergestellte Mikrokugeln wiesen eine unregelmäßige Form und tiefe Löcher auf und waren häufig zerbrochen. Durch den Zusatz von Hexamethylentetramin zum Ausgangssol wurde also die Kugelgestalt der Teilchen verbessert und die Loch- und Bruchbildung wesentlich verringert.The particles obtained consisted of smooth microspheres 150 to 250 microns in size. From the The same sol had microspheres produced under the same conditions but without hexamethylenetetramine had an irregular shape and deep holes, and were often broken. By adding Hexamethylenetetramine to the starting sol, the spherical shape of the particles was improved and the hole and fracture formation is significantly reduced.

Beispiel 2
Herstellung von Uraniumdioxyd-Mikrokugeln
Example 2
Manufacture of uranium dioxide microspheres

Zur Herstellung eines Urandioxydsols wurde eine Uranylchloridlösung elektrolytisch zu dem entsprechenden Uran-IV-Salz reduziert und dann die Chloridionen durch Elektrodialyse entfernt. Die Temperatur des Systems betrug bei beiden Vorgängen 400C. Das erhaltene Sol hatte ein Gleichgewichts-pH von 2,5 und eine spezifische Leitfähigkeit von 3,2 · 10"3Q-1 · cm-1. Die Größe der Urandioxydmicellen wurde elektronenmikroskopisch zu 10 ΐημ ermittelt. Die Solkonzentration betrug 95,8 g UO2 pro Liter Sol.
Ein Teil dieses Sols wurde ohne weitere Behandlung
To produce a uranium dioxide sol, a uranyl chloride solution was electrolytically reduced to the corresponding uranium IV salt and the chloride ions were then removed by electrodialysis. The temperature of the system was 40 ° C. in both processes. The sol obtained had an equilibrium pH of 2.5 and a specific conductivity of 3.2 × 10 -3 Ω- 1 × cm- 1 . The size of the uranium dioxide micelles was determined by an electron microscope The sol concentration was 95.8 g UO 2 per liter of sol.
Part of this sol was left without further treatment

ίο in die im Beispiel 1 beschriebene Kolonne eingespritzt. Ein zweiter Teil des Sols wurde mit so viel Hexamethylentetramin vermischt, daß sein pH-Wert 4,4 betrug. Für die Zugabe des Hexamethylentetramins wurden 12,0 g Hexamethylentetramin in 50 ml Wasser gelöst und diese Lösung mit 50 ml des Sols vermischt.ίο injected into the column described in Example 1. A second part of the sol was mixed with so much hexamethylenetetramine that its pH value was 4.4 fraud. For the addition of the hexamethylenetetramine, 12.0 g of hexamethylenetetramine in 50 ml of water were used dissolved and this solution mixed with 50 ml of the sol.

Die beiden Solproben, mit und ohne Hexamethylen-The two sol samples, with and without hexamethylene

tetraminbehandlung, wurde nacheinander durch die Kolonne geschickt. Die Bedingungen in der Kolonne waren in beiden Fällen die gleichen, und zwar:tetramine treatment, was passed through the column in sequence. The conditions in the column were the same in both cases, namely:

Sol-Injektionsgeschwindigkeit 2,7 ml/minSol injection rate 2.7 ml / min

Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels Flow rate of the solvent

zur Nadel 100 ml/minto the needle 100 ml / min

zur Kolonne 750 ml/minto the column 750 ml / min

Temperatur des LösungsmittelsTemperature of the solvent

zur Nadel 4O0Cto the needle 4O 0 C

zur Kolonne 950Cto the column 95 0 C

aus der Kolonne 7O0Cfrom the column 7O 0 C

im Destillationsgefäß 1080C 108 0 C in the distillation vessel

Die Mikrokugeln wurden wie im Beispiel 1 mit Ammoniak behandelt, gewaschen und getrocknet.The microspheres were treated with ammonia as in Example 1, washed and dried.

Mit dem Sol, welches nicht mit Hexamethylentetramin behandelt worden war, wurden nur Mikrokugeln mit tiefen Löchern erhalten, während bei Verwendung des mit Hexamethylentetramin behandelten Sols in jeder Beziehung vollkommene Mikrokugeln erhalten wurden. Die letzteren wiesen eine glänzende schwarze Oberfläche und keine Lochbildung oder Verzerrungen der Form auf. Aus beiden Solen wurden Mikrokugeln mit einer Größe von 150 bis 300 Mikron erhalten.The sol that was not treated with hexamethylenetetramine only became microspheres obtained with deep holes while using the hexamethylenetetramine treated Sols microspheres perfect in every respect were obtained. The latter had a shiny black surface and no pitting or distortion of the shape. Both brines became Microspheres 150 to 300 microns in size were obtained.

Beispiel 3Example 3

Herstellung von Mikrokugeln
mit zwei Metalloxydkomponenten
Manufacture of microspheres
with two metal oxide components

(Urandioxyd und Zirkondioxyd)(Uranium dioxide and zirconium dioxide)

Zur Herstellung des Sols wurden die entsprechenden wasserhaltigen Oxyde in einem UO2:ZrO2-Gewichtsverhältnis von 4:1 zusammen ausgefällt. Der Niederschlag wurde mit verdünnter Ammoniaklösung und Wasser elektrolytfrei gewaschen und dann durch Erniedrigung des pH-Wertes mit Salpetersäure zu einem Sol peptisiert und das angesäuerte Sol I Stunde lang auf Rückflußtemperatur erhitzt. Das Sol hatte einen pH-Wert von 1,5 und eine spezifische Leitfähigkeit von 3,0 · 10~2Ω-1 · cm"1. Die Micellengröße des Sols betrug im Durchschnitt 10 ηαμ.To prepare the sol, the corresponding hydrous oxides were precipitated together in a UO 2 : ZrO 2 weight ratio of 4: 1. The precipitate was washed free of electrolytes with dilute ammonia solution and water and then peptized to a sol by lowering the pH with nitric acid and the acidified sol was heated to reflux temperature for 1 hour. The sol had a pH of 1.5 and a specific conductivity of 3.0 x 10 -2 Ω- 1 · cm "1. The micelle size of the sol was an average of 10 ηαμ.

Ein Teil des Sols wurde mit 1,5 g kristallinem Hexamethylentetramin behandelt. Durch diese Menge Hexamethylentetramin wurde der pH-Wert des Sols auf 4,1 gebracht. Ein anderer Teil des Sols wurde nicht mit Hexamethylentetramin behandelt.A portion of the sol was mixed with 1.5 g of crystalline hexamethylenetetramine treated. This amount of hexamethylenetetramine became the pH of the sol brought to 4.1. Another part of the sol was not treated with hexamethylenetetramine.

009 546/406009 546/406

Die beiden Solproben, mit und ohne Hexamethylentetraminbehandlung, wurde unter den folgenden Bedingungen durch die Kolonne geschickt:The two sol samples, with and without hexamethylenetetramine treatment, was sent through the column under the following conditions:

Sol-Injektionsgeschwindigkeit 2,0 ml/minSol injection rate 2.0 ml / min

Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels Flow rate of the solvent

zur Nadel 85 ml/minto the needle 85 ml / min

zur Kolonne 700 ml/minto the column 700 ml / min

Temperatur des LösungsmittelsTemperature of the solvent

zur Nadel 300Cto the needle 30 0 C

zur Kolonne 1000Cto the column 100 0 C

aus der Kolonne 75°Cfrom the column 75 ° C

im Destillationsgefäß 1100C 110 0 C in the distillation vessel

Die Mikrokugeln wurden wie im Beispiel 1 mit Ammoniak behandelt, gewaschen und getrocknet. Die Mikrokugeln aus dem mit Hexamethylentetramin behandelten Sol wiesen eine schwarze glänzende Oberfläche und keinerlei Fehler auf. Die Mikrokugeln aus dem nicht mit Hexamethylentetramin behandelten Sol zeigten tiefe Löcher und waren zum großen Teil zerbrochen oder abgesplittert. Die Mikrokugeln aus beiden Solen hatten eine Größe von 100 bis 250 Mikron. The microspheres were treated with ammonia as in Example 1, washed and dried. the Microspheres made from the hexamethylenetetramine treated sol had a black glossy surface and no errors whatsoever. The microspheres from the one not treated with hexamethylenetetramine Sol showed deep holes and were largely broken or chipped. The microspheres out both sols were 100 to 250 microns in size.

B ei s ρ i e 1 4B ei s ρ i e 1 4

Herstellung von Urandioxyd-Kohlenstoff-Mikrokugeln Manufacture of uranium dioxide carbon microspheres

Als Ausgangsmaterial wurde ein Urandioxyd-Kohlenstoff-Aquasol mit einem Molverhältnis von Kohlenstoff zu Uranmetall von 4,4:1 verwendet. Das zur Herstellung des Ausgangsmaterials verwendete Urandioxydsol bestand aus dem im Beispiel 2 beschriebenen Sol. Dieses Sol enthielt 95,8 g UO2 pro Liter Sol. Die zur Herstellung des Ausgangsmaterials verwendete Dispersion von kolloidalem Kohlenstoff wurde durch Dispergieren von kolloidalem Kohlenstoff (Ruß) in 0,019 η Ammoniaklösung, welche ein Dispergiermittel enthielt, hergestellt. Als Dispergiermittel wurde ein Natriumsalz einer polymerisierten Alkylnaphthalinsulfonsäure verwendet. Die Kohlenstoffdispersion hatte eine Konzentration von 9,76 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Der verwendete kolloidale Kohlenstoff bestand aus kugelförmigen Teilchen mit einer durchschnittlichen Größe von 55 ιημ.A uranium dioxide-carbon Aquasol with a molar ratio of carbon to uranium metal of 4.4: 1 was used as the starting material. The uranium dioxide sol used to prepare the starting material consisted of the sol described in Example 2. This sol contained 95.8 g of UO 2 per liter of sol. The colloidal carbon dispersion used to prepare the starting material was prepared by dispersing colloidal carbon (carbon black) in 0.019 η ammonia solution containing a dispersant. A sodium salt of a polymerized alkylnaphthalenesulfonic acid was used as the dispersant. The carbon dispersion had a concentration of 9.76 weight percent carbon. The colloidal carbon used consisted of spherical particles with an average size of 55 μm.

Zur Herstellung der Ausgangslösung wurden 296 ml des Urandioxydsols mit 57,2 g der wäßrigen Kohlenstoffdispersion vermischt. Das Kohlenstoff: Uran-Verhältnis 4,4 wurde zur Erzielung eines Urandicarbids nach dem Sintern gewählt. Es wurde ein Überschuß an Kohlenstoff verwendet, da beim Sintern durch Verflüchtigung und Umsetzung mit Sauerstoff ein beträchtlicher Kohlenstoffverlust auftritt. Die Urandioxyd-Kohlenstoff-Solmischung hatte einen pH-Wert von 2,6 und eine spezifische Leitfähigkeit von 2,8-10-3Q-1-cm-1.To prepare the starting solution, 296 ml of the uranium dioxide sol were mixed with 57.2 g of the aqueous carbon dispersion. The carbon: uranium ratio 4.4 was chosen to achieve a uranium dicarbide after sintering. An excess of carbon was used because of the considerable loss of carbon on sintering by volatilization and reaction with oxygen. The uranium dioxide-carbon sol mixture had a pH of 2.6 and a specific conductivity of 3 2,8-10- Q 1 -C m. 1

Ein Teil dieser Solmischung wurde nicht mit Hexamethylentetramin behandelt. Ein anderer Teil der Mischung wurde mit so viel Hexamethylentetraminlösung vermischt, daß er einen pH-Wert von 4,0 hatte. Die Hexamethylentetraminlösung wurde durch Auflösen von 12 g kristallinem Hexamethylentetramin in 50 ml Wasser erhalten.Part of this sol mixture was not treated with hexamethylenetetramine. Another part of the The mixture was mixed with so much hexamethylenetetramine solution that it had a pH of 4.0 would have. The hexamethylenetetramine solution was made by dissolving 12 g of crystalline hexamethylenetetramine obtained in 50 ml of water.

Das unbehandelte und das behandelte Sol wurden nacheinander unter den folgenden Bedingungen durch die im Beispiel 1 beschriebene Kolonne geschickt:The untreated and the treated sol were passed through successively under the following conditions sent the column described in example 1:

Sol-Injektionsgeschwindigkeit 4,0 ml/minSol injection rate 4.0 ml / min

Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels Flow rate of the solvent

zur Nadel 100 ml/minto the needle 100 ml / min

zur Kolonne 750 ml/minto the column 750 ml / min

Temperatur des LösungsmittelsTemperature of the solvent

zur Nadel 40°Cto the needle 40 ° C

zur Kolonne 95°Cto the column 95 ° C

aus der Kolonne 74°Cfrom the column 74 ° C

im Destillationsgefäß 112°C112 ° C in the distillation vessel

Die Mikrokugeln wurden wie im Beispiel 1 mitThe microspheres were as in Example 1 with

Ammoniak behandelt, gewaschen und getrocknet. Die aus dem unbehandelten Sol erhaltenen Mikrokugeln wiesen tiefe Löcher auf. Bei den Mikrokugeln aus dem mit Hexamethylentetramin behandelten Sol waren die Löcher vollständig verschwunden. Die aus beiden Solen erhaltenen Mikrokugeln hatten eine Größe im Bereich von 150 bis 300 ιημ.Treated with ammonia, washed and dried. The microspheres obtained from the untreated sol had deep holes. For the hexamethylenetetramine treated sol microspheres, the Holes completely disappeared. The microspheres obtained from both sols had a size im Range from 150 to 300 ιημ.

Diese Mikrokugeln können durch Sintern in Urandicarbid überführt werden.These microspheres can be converted into uranium dicarbide by sintering.

Beispiel 5Example 5

Herstellung von Urandioxyd-Mikrokugeln
aus einem gelöstes Uran-IV-chlorid
Manufacture of uranium dioxide microspheres
from a dissolved uranium IV chloride

enthaltenden Aquasolcontaining Aquasol

Zur Herstellung des Ausgangsmaterials wurde ein Urandioxydsol mit einer Uran-IV-chloridlösung vermischt. Zur Herstellung des Urandioxydsols wurde eine Uranylchloridlösung elektrolytisch zu einer Uran-IV-chloridlösung reduziert, aus der Lösung mit einer wäßrigen Ammoniaklösung Urandioxyd ausgefällt, der Niederschlag elektrolytfrei gewaschen, in Wasser dispergiert, mit 6 η Schwefelsäurelösung an-To prepare the starting material, a uranium dioxide sol was mixed with a uranium IV chloride solution. To produce the uranium dioxide sol, a uranyl chloride solution was electrolytically made into one Uranium IV chloride solution reduced, uranium dioxide precipitated from the solution with an aqueous ammonia solution, the precipitate washed free of electrolytes, dispersed in water, treated with 6 η sulfuric acid solution

gesäuert und die angesäuerte Urandioxydsuspension unter Stickstoff 1 Stunde auf 100° C erhitzt.acidified and the acidified uranium dioxide suspension heated to 100 ° C for 1 hour under nitrogen.

Von dem erhaltenen Urandioxydsol, welches 100 g UO2 pro Liter Suspension enthielt, wurden 100 ml mit 211 ml einer Uran-IV-chloridlösung einer 95 g UO2 100 ml of the uranium dioxide sol obtained, which contained 100 g of UO 2 per liter of suspension, were mixed with 211 ml of a uranium IV chloride solution of 95 g of UO 2

pro Liter entsprechenden Konzentration vermischt. Dann wurde eine gesättigte Lösung von Hexamethylentetramin, welche insgesamt 16,1 g Hexamethylentetramin enthielt, unter kräftigem Rühren zu dieser Mischung gegeben.mixed per liter corresponding concentration. Then a saturated solution of hexamethylenetetramine, which contained a total of 16.1 g of hexamethylenetetramine, with vigorous stirring to this Mixture given.

Zur Herstellung von Urandioxyd-Mikrokugeln wurde dieses Sol unter den folgenden Bedingungen in die im Beispiel 1 beschriebene Kolonne eingespritzt:For the production of uranium dioxide microspheres, this sol was under the following conditions in the column described in example 1 injected:

Sol-Injektionsgeschwindigkeit 2,3 ml/minSol injection rate 2.3 ml / min

Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels Flow rate of the solvent

zur Nadel 85 ml/minto the needle 85 ml / min

zur Kolonne 690 ml/minto the column 690 ml / min

Temperatur des LösungsmittelsTemperature of the solvent

zur Nadel 29°Cto the needle 29 ° C

zur Kolonne 1000Cto the column 100 0 C

aus der Kolonne 740Cfrom the column 74 0 C

im Destillationsgefäß 1120C 112 0 C in the distillation vessel

Die Mikrokugeln wurden wie im Beispiel 1 mit Ammoniak behandelt, gewaschen und getrocknet. Das Produkt bestand aus vollkommenen schwarzen Mikrokugeln im Größenbereich von 115 bis 250 Mikron. Hieraus geht deutlich hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln hoher Qualität aus Aquasolen, welche beträchtliche Mengen gelöste Metallsalze enthalten, eingesetzt werden kann.The microspheres were treated with ammonia as in Example 1, washed and dried. The product consisted of perfectly black microspheres ranging in size from 115 to 250 microns. It is clear from this that the process according to the invention for the production of microspheres high quality from aquasols, which contain considerable amounts of dissolved metal salts, are used can be.

Beispiel 6Example 6

Herstellung von MikrokugelnManufacture of microspheres

mit zwei Oxydkomponenten aus einem Sol,with two oxide components from a sol,

welches auf Grund des Solherstellungsverfahrenswhich due to the brine production process

gelöste Metallsalze enthieltcontained dissolved metal salts

Zur Herstellung eines Urandioxyd-Zirkondioxyd-Aquasols wurde frisch gefälltes wasserhaltiges Urandioxyd mit Zirkonylnitratlösung peptisiert. Eine Uranylchloridlösung wurde elektrolytisch zu einer Uran-IV-chloridlösung reduziert. 1040 ml dieser Uran-IV-chloridlösung, welche das Äquivalent von 50 g UO2 pro Liter enthielt, wurden zur Bildung eines Urandioxydniederschlages mit wäßriger Ammoniaklösung vermischt. Der wasserhaltige Urandioxydniederschlag wurde abfiltriert und elektrolytfrei gewaschen. Der gewaschene Niederschlag wurde mit Wasser zu 605 ml Suspension aufgeschlämmt. Diese Urandioxydaufschlämmung wurde unter Rühren mit 45 ml Zirkonylnitratlösung einer 287 g ZrO2 pro Liter entsprechenden Konzentration versetzt. Die Mischung wurde unter Stickstoff 2 Stunden lang auf 100° C erhitzt; es wurde ein sich nicht absetzendes schwarzes Sol erhalten.To produce a uranium dioxide-zirconium dioxide aquasol, freshly precipitated water-containing uranium dioxide was peptized with zirconyl nitrate solution. A uranyl chloride solution was electrolytically reduced to a uranium IV chloride solution. 1040 ml of this uranium IV chloride solution, which contained the equivalent of 50 g UO 2 per liter, were mixed with aqueous ammonia solution to form a uranium dioxide precipitate. The water-containing uranium dioxide precipitate was filtered off and washed free of electrolytes. The washed precipitate was slurried with water to give 605 ml of suspension. 45 ml of zirconyl nitrate solution with a concentration corresponding to 287 g of ZrO 2 per liter were added to this uranium dioxide suspension while stirring. The mixture was heated to 100 ° C under nitrogen for 2 hours; a non-settling black sol was obtained.

In 200 ml dieses Sols wurden unter kräftigem Rühren 4,4 g kristallines Hexamethylentetramin gelöst. Durch das Hexamethylentetramin wurde der pH-Wert des Sols von 1,7 auf 4,0 erhöht. Das Sol wurde wie im Beispiel 1 zur Herstellung von Mikrokugeln verwendet.4.4 g of crystalline hexamethylenetetramine were dissolved in 200 ml of this sol with vigorous stirring. The pH of the sol was increased from 1.7 to 4.0 by the hexamethylenetetramine. The sol was like in Example 1 used to manufacture microspheres.

Die Bedingungen in der Kolonne waren wie folgt:The conditions in the column were as follows:

Sol-Injektionsgeschwindigkeit 2,8 ml/minSol injection rate 2.8 ml / min

Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels Flow rate of the solvent

zur Nadel 90 ml/minto the needle 90 ml / min

zur Kolonne 690 ml/minto the column 690 ml / min

Temperatur des LösungsmittelsTemperature of the solvent

zur Nadel 28°Cto the needle 28 ° C

zur Kolonne 1000Cto the column 100 0 C

aus der Kolonne 73° Cfrom the column 73 ° C

im Destillationsgefäß 1080C 108 0 C in the distillation vessel

Die Mikrokugeln wurden wie im Beispiel 1 etwa 15 Minuten lang mit konzentrierter Ammoniaklösung behandelt, mit Wasser elektrolytfrei gewaschen und getrocknet. As in Example 1, the microspheres were soaked in concentrated ammonia solution for about 15 minutes treated, washed free of electrolytes with water and dried.

Es wurden vollkommene Mikrokugeln erhalten. Sie wiesen eine schwarze glänzende Oberfläche auf und hatten eine Größe von 100 bis 250 Mikron.Perfect microspheres were obtained. They had a black glossy surface and ranged in size from 100 to 250 microns.

Beispiel 7Example 7

Herstellung von Urandioxyd-Zirkondioxyd-Production of uranium dioxide-zirconium dioxide-

Mikrokugeln aus einem Sol,Microspheres from a sol,

welches durch Vermischen eines Urandioxydaquasols mit einer Zirkonsalzlösung erhalten wurdewhich was obtained by mixing a uranium dioxide aquasol with a zirconium salt solution

Es wurde ein Urandioxyd auf die gleiche Weise wie im Beispiel 5 hergestellt, jedoch wurde der Urandioxydniederschlag vor dem Peptisieren mit Salpetersäure angesäuert. Von diesem Sol, welches 61 g UO2 pro Liter enthielt, wurden 268 ml mit 118 ml einer Zirkonylnitratlösung einer 287 g ZrO2 pro Liter entsprechenden Konzentration vermischt. Das Gewichtsverhältnis UO2: ZrO2 in diesem Sol betrug 3,25:10. Zu 100 ml dieses Aquasols wurden 2,0 Hexamethylentetraminlösung gegeben, die durch Auflösen von 12 g festem Hexamethylentetramin in 50 ml erhalten war, wodurch der pH-Wert des Sols auf 1,0 gebracht wurde.A uranium dioxide was produced in the same way as in Example 5, except that the uranium dioxide precipitate was acidified with nitric acid before peptization. Of this sol, which contained 61 g of UO 2 per liter, 268 ml were mixed with 118 ml of a zirconyl nitrate solution with a concentration corresponding to 287 g of ZrO 2 per liter. The weight ratio UO 2 : ZrO 2 in this sol was 3.25: 10. To 100 ml of this Aquasol was added 2.0 hexamethylenetetramine solution obtained by dissolving 12 g of solid hexamethylenetetramine in 50 ml, whereby the pH of the sol was brought to 1.0.

Aus dem mit Hexamethylentetramin behandelten Aquasol wurden unter den folgenden Bedingungen wie im Beispiel 1 Mikrokugeln hergestellt:From the Aquasol treated with hexamethylenetetramine, under the following conditions were as in example 1 microspheres produced:

Sol-Injektionsgeschwindigkeit 2,5 ml/minSol injection rate 2.5 ml / min

Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels Flow rate of the solvent

zur Nadel 100 ml/minto the needle 100 ml / min

zur Kolonne 690 ml/minto the column 690 ml / min

Temperatur des LösungsmittelsTemperature of the solvent

zur Nadel 400Cto the needle 40 0 C

zur Kolonne 1010Cto the column 101 0 C

aus der Kolonne 740Cfrom the column 74 0 C

im Destillationsgefäß IH0Cin the distillation vessel IH 0 C

Es wurden schwarze Mikrokugeln mit einer durchschnittlichen Größe von 350 Mikron erhalten. Die Mikrokugeln wurden etwa 15 Minuten lang in konzentrierte Ammoniaklösung getaucht, elektrolytfrei »ο gewaschen und getrocknet.Black microspheres with an average size of 350 microns were obtained. the Microspheres were immersed in concentrated ammonia solution for about 15 minutes, electrolyte free »Ο washed and dried.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von kompakten Metalloxyd- oder Metallcarbid-Mikrokugeln durch Eintropfen eines Urandioxyd-, Urantrioxyd-, Thoriumdioxyd-, Plutoniumdioxyd-, Plutoniumtrioxyd-, Zirkondioxyd-, Berylliumoxyd-, Yttriumoxyd-Aquasols oder eines Gemisches derselben, bei Herstellung der Metallcarbide mit bis zu 5 Mol kolloidalem Kohlenstoff je Mol Metall, in ein entwässerndes Lösungsmittel, Isolierung der entwässerten Mikrokugeln aus dem entwässernden Lösungsmittel und gegebenenfalls Sinterung, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aquasol mit einem ammoniakabgebenden Mittel vermischt und die Mischung in ein entwässerndes Lösungsmittel gibt, dessen Temperatur für eine weitgehende Zersetzung des ammoniakabgebenden Mittels ausreicht.1. Process for the production of compact metal oxide or metal carbide microspheres by Dropping a uranium dioxide, uranium trioxide, thorium dioxide, plutonium dioxide, plutonium trioxide, Zirconium oxide, beryllium oxide, yttrium oxide aquasols or a mixture thereof, during manufacture of metal carbides with up to 5 moles of colloidal carbon per mole of metal, in a dehydrating Solvent, isolation of the dehydrated microspheres from the dehydrating solvent and optionally sintering, thereby characterized in that the Aquasol is mixed with an ammonia-releasing agent and the mixture in a dehydrating Solvent, the temperature of which for a substantial decomposition of the ammonia-releasing Means is enough. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als entwässerndes Lösungsmittel Butanol, Hexanol, Äthylhexanol oder Äthylbutanol verwendet.2. The method according to claim 1, characterized in that one is used as the dehydrating solvent Butanol, hexanol, ethylhexanol or ethylbutanol are used. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mikrokugeln bis zu einem Wassergehalt von unter 50 Gewichtsprozent trocknet, bevor man sie aus dem entwässernden Lösungsmittel abzieht.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the microspheres up to a water content of less than 50 weight percent dries before they are removed from the dehydrating Removes solvent. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein von gelösten Metallsalzen weitgehend freies Aquasol und das ammoniakabgebende Mittel in einer zur Einstellung des Aquasols auf einen pH-Wert von 1,0 bis 0,1 pH-Einheiten unter dem Gelierungs-pH-Wert des Sols ausreichenden Menge verwendet.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that one of dissolved metal salts largely free Aquasol and the ammonia-releasing agent in one for setting the Aquasols to a pH of 1.0 to 0.1 pH units below the gelation pH of the Sols sufficient amount used. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Aquasol verwendet, welches ein oder mehrere gelöste Salze eines oder mehrerer der Metallkationen U+4, (UO2)+2, Th+4, Pu+4, (PuO2)+2, (ZrO)+2 und Y+3 in Mengen bis zur Sättigungskonzentration enthält.5. The method according to claim 1 to 3, characterized in that an Aquasol is used which contains one or more dissolved salts of one or more of the metal cations U +4 , (UO 2 ) + 2 , Th +4 , Pu + 4 , (PuO 2 ) + 2 , (ZrO) + 2 and Y + 3 in amounts up to saturation concentration. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aquasol mit dem ammoniakabgebenden Mittel in einer Menge vermischt, die bei Einbringen des Sols in das entwässernde Lösungsmittel zur Bildung eines Metalloxydgels aus den Metallverbindungen in den Soltropfen ausreicht.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the Aquasol with the ammonia-releasing agent mixed in an amount that is when the sol is introduced into the dehydrating Solvent to form a metal oxide gel from the metal compounds in the sol droplets sufficient.
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