DE2261018C3 - Gegenstromextraktrionskolonne zur Flüssig-Flüssig-Extraktion bei gleichzeitiger Elektrolyse - Google Patents

Description

3. Kolonne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungscffnungen (3) zwischen Kathoden- und Anodenraum (2 bzw. 1) aus gegen die Kolonnenachse (17) in Richtung der aufsteigenden organischen Phase geneigten Bohrungen bestehen, die in jeweils einem kegelstumpfförmigen hohlen Düsenstück (6) derartig angebracht sind, daß die äußeren Mündungen (4) der Verbindungsöffnungen (3) an der nach oben zeigenden Grundfläche

(7) des Düsenstückes (6), die inneren Mündungen

(8) an der Innenwand (9) des hohlen Düsenstükkes (6) gelegen sind.

4. Kolonne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere hohle Düsenstücke (6) übereinander angeordnet sind, deren Hohlräume gegenüber den Verbindungsöffnungen je eine miteinander elektrisch leitend verbundene Anode (10) enthalten und daß die Hohlräume mit Zwischenrohren (11) untereinander verbunden sind.

5. Kolonne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsöffnungen (3) der Düsenstücke (6) auf konzentrisch um die Kolonnenmittelachse (17) ineinanderliegenden Kegelflächen gelegen sind, wobei die Durchmesser der Verbindungsöffnungen (3) von der Mittelachse (17) nach außen hin zunehmen.

6. Kolonne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kathoden- und Anodenraum (2 bzw. 1) durch ein Rohr (12) getrennt sind, daß im Bereich der sich im Rohr befindlichen Anode (10) ein um das Rohr (12) ringförmiger Raum (13) gelegt ist, der seinerseits vom Kathodenraum (2) abgetrennt ist, und daß an der Oberseite dieses Raumes (13) die öffnungen (14) zum Kathodenraum (2), an der dem Rohr (12) zugewendeten Seite hingegen die öffnungen (16) zum Anodenraum (1) gelegen sind.

7. Kolonne nach Anspruch 6, dadurch gekenn· zeichnet, daß die öffnungen (16) zum Anodenraum (1) aus nach oben geneigten Bohrungen im Rohr (12) bestehen.

8. Kolonne nach Anspruch 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (14) zum Kathodenraum (2) auf konzentrischen Kreisen um die Kolonnenmittelachse (17) gelegen sind und die Durchmesser dieser öffnungen (14) von der Mittelachse (17) nach außen hin zunehmen.

9. Kolonne nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitspulsiereinrichtung vorhanden ist, die aus einem Stutzen (19)

besteht, der zu einer kreisförmigen Kammer (49) führt, die konzentrisch zur Kolonnenachse (17) im unteren Kolonnenraum (21) angeordnet ist und an ihrer oberen Seite Austrittsöffnungen (22) für die Pulsflüssigkeit aufweist.

10. Kolonne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (20) unmittelbar unterhalb des Einlasses für die organische Phase gelegen ist.

11. Kolonne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Kathodenraum (2) mehrere übereinanderliegende, gelochte Böden (24) angebracht sind.

12. Kolonne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Böden (24) an ihrer Unterseite strahlenförmig auf dem Boden stehende Rippen (25) aufweisen, die direkt über den Mündungen (4) der Verbindungsöffnungen (3) gelegen und als Kathode ausgebildet sind.

13. Kolonne nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ancdenraum (1) nach oben geöffnet ist.

14. Kolonne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem oberen Rohrteil (26) zwischen Anodenraum und Kathodenraum weitere Verbindungsöffnungen (27) aligebracht sind, die in dem Bereich oberhalb der Phasengrenzfläche (28) bei Normalbetrieb etwa in Höhe der Auslaßöffnungen (29) für die aufsteigende Phase gelegen sind.

Die Erfindung betrifft eine Gegenstromextraktionskolonne zur Flüssig-FIüssig-Extraktion zweier ineinander nicht löslicher Phasen bei gleichzeitiger Elektrolyse, bestehend aus einem Rohr, in welchem der Anodenraum diaphragmenlos vom Kathodenraum umgeben ist.

Solche Kolonnen werden unter anderem zum Trennen von Uran-Plutonium-Verbindungen durch Flüssig-Flüssig-Extraktion verwendet, wobei die Lö-

4> sungsflüssigkeit mit den Wertstoff verbindungen die wäßrige Phase, das Extraktionsmittel für diese Verbindungen die organische Phase darstellt. Eine Kolonne der obigen Art ist in dieser Form noch nicht bekannt und gehört nicht zum Stand der Technik.

in Es ist eine Flüssig-Flüssig-Extraktionskolonne mit gleichzeitiger Elektrolyse bekannt, bei welcher der Kathodenraum vom Anodenraum durch ein Diaphragma, d. h. einer Membran aus porösem keramischen Material getrennt ist. Diese poröse Membran

,3 bildet ein zentrales Rohr, die darin enthaltene Elektrode ein hohles Rohr.

Durch die Verwendung eines Diaphragmas weist jedoch diese Kolonne einige erhebliche Nachteile auf. Bei längerer Betriebszeit wandert auch die organische

bo Phase, die nicht mit der Anode in Berührung kommen darf, durch die poröse Membran, so daß eine absolute Trennung zwischen Dispersion und rein wäßrigen Anolyten njcht möglich ist. Die fein dispergierte organische Phase und deren radiolytische und elektroly-

hi tische Zersetzungspfodukte verstopfen die Diaphiagmaporen. Nachteilig wirkt sich ferner der durch den erhöhten elektrischen Widerstand hervorgerufene Spannungsabfall aus. Dieser erhöhte Spannungsabfall

ist damit verantwortlich für relativ hohe Stromwärmeverluste. Darüber hinaus ergeben sich bei dem Einsatz von Edelstahl bei solchen Apparaturen erhebliche Korrosionsprobleme.

Eine weitere Vorrichtung zur Durchführung eines elektrochemischen Verfahrens mit gleichzeitiger Flüssig-Flüssig-Extraktion ist bekannt. Bei dieser Einrichtung ist der Kathoden- vom Anodenraum ebenfalls durch chi Diaphragma getrennt. Im Kathodenraum befinden sich metallbeschichtete Glaskugeln, die mit einer elektrischen Leitung verbunden sind und als Kathode wirken sollen. Bezüglich des Diaphragmas gilt auch für diese Einrichtung das bereits oben Gesagte. Darüber hinaus wird bei dieser Einrichtung in Zonen überwiegender Mischphase reduziert mit der Bedingung, daß die kontinuierliche Phase die wäßrige Phase sein muß. Es kann jedoch nicht verhindert werden, daß die kontinuierliche Phase die organische Phase wird. In diesem Fall besteht keine leitende Verbindung mehr und die Elektrolyse wird unterbrochen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß der elektrische Kontakt zwischen den Kugeln verschlechtert wird, wenn z. B. eine der beiden Phasen besser benetzt als die andere. Wenn das mit der organischen Phase der Fall ist, dann schiebt sich eine isolierende Flüssigkeitsschicht zwischen die Kugeln und der metallische Kontakt ist teilweise unterbrochen, was zu einer erheblichen Verschlechterung der Elektrolyseeigenschaft führt. Außerdem ist die Form der wirksamen Kathodenfläche bei einer Kugelschüttung dieser Art vor allem in den hinteren Zonen sehr günstig.

Wird nun bei einer solchen Einrichtung zur Flüssig-Flüssig-Extraktion mit gleichzeitiger Elektrolyse a) auf ein Diaphragma verzichtet, und b) die Elektrolyse in Zonen verlegt, in denen überwiegend Mischphase vorhanden ist, dann ergeben sich folgende Schwierigkeiten:

a) Durch die Turbulenz in der Mischkammer kann nicht aufgeschlossen werden, daß eine Teilmenge des mit Sauerstoff gesättigten wäßrigen Anolyten aus dem Anodenraum in den Kathodenraum gelangt und teilweise die reduzierten Wertstoffe reoxidiert, bzw. daß Teilmengen des die reduzierten Wertstoffe enthaltenden Katholyten in den Anodenraum gelangen, in dem die Wertstoffe wieder oxidiert werden. Außerdem wäre durch die Turbulenz das Eindringen von organischer Phase, d. h. normalerweise leichter, aufsteigender Phase, in den Anodenraum nicht vollständig auszuschließen, was eine Verminderung άύτ Elektrodenwirksamkeit bewirken würde.

b) Weiterhin ist durch Schwankungen des Durchsatzes der beiden Phasen die Gefahr einer Phasenumkehr gegeben, d. h. die in der Mischphase als kontinuierliche Phase erforderliche wäßrige Phase, die die dispergierte organische Phase umhüllt, wird verhältnismäßig schnell zur diskontinuierlichen Phase und somit Von der organischen Phase umhüllt. Dies bedeutet aber eine Unterbrechung des Stromdurchganges in der betreffenden Stufe und deren Ausfall über die elektrolytische Reduktion und damit eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der gesamten Vorrichtung. Die Möglichkeiten zur automatischen Überwachung und S;r üerung der Trennvorrichtung werden durch den aus obenerwähnten

Gründen stark schwankenden Stromverlauf bei der Reduktion in der Mischkammer erschwert.

Ausgehend von dieser Problematik stellt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Weise, daß eine Vorrichtung zum kontinuierlichen, extraktiven Trennen von Wertstoffverbindungen mittels elektrolytischer Reduktion geschaffen werden soll, die die Nachteile der o. a., bekannten Vorrichtungen nicht aufweist und die eine einwandfreie elektrolytische Reduktion ohne Reoxidation sowie Extraktion und Trennung gewährleistet. Unter Wertstoffverbindungen sollen Metallverbindungen, beispielsweise Verbindungen von Actiniden verstanden werden. Darüber hinaus soll die Erfindung insbesondere anwendbar auf die Abtrennung des Plutoniums vom Uran in organischer Lösung und zur Konzentrierung des so erhaltenen Plutoniums in der wäßrigen Lösung sein. Beispielsweise soll sechswertiges Uran zu vierwertigem Uran reduziert und das vierwertige Uran auf eine gewünschte Höhe konzentriert werde-*. Es kann aber auch vierwertiges Plutonium zu dreiwertigem Plutonium reduziert werden, um eine Wiederextraktion von einer organischen in eine wäßrige Phase und Konzentrierung des dreiwertigen Plutoniums auf eine gewünschte Höhe zu gestatten. Darüber hinaus sollte es die Erfindung ermöglichen, in den Anodenraum eingedrungene organische Phase auf einfache Weise wieder zu beseitigen, um eine Verminderung der Elektrodenwirksamkeit zu verhindern.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung besteht bei der eingangs beschriebenen Einrichtung darin, daß die Mündungen der Verbindungsöffnungen zwischen Kathoden- und Anodenraum der Strömungsrichtung der organischen Phase angewendet sind. In vorteilhafter Weise ist dabei die Querschnittsebene der Mündungen senkrecht oder winkelig zur Strömungsrichtung der organischen Phase gelegen. Diese Ausbildung ist dann besonders günstig, wenn die in der Kolonne absteigende Phase eine wäßrige, d. h. eine elektrisch leitende Flüssigkeit, die aufsteigende hingegen eine organische, d. h. eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit ist.

Die Verbindungsöffnungen zwischen Kathoden- und Anodenraum besteht gemäß der Erfindung aus gegen die Kolonnenachse in Richtung der aufsteigenden organischen Phase geneigten Bohrungen, die in jeweils einem kegelstumpfförmigen, hohlen Düsenstück derartig angebracht sind, daß die äußeren Mündungen der Verbindungsöffnungen an der nach oben zeigenden Grundfläche des Düsenstückes, die inneren Mündungen an der Innenwand des hohlen Düsenstükkes gelegen sind. Die Verbindungsöffnungen der Düsenstüclfs sind dabei in vorteilhafter Weise auf konzentrisch um die Kolonnenmittelachse ineinanderliegende Kegelflächen gelegen, wobei die Durchmesser der Verbindungsöffnungen von der Mittelachse nach außen hin zunehmen. Dadurch wird eine gleichmäßigere Stromlinienverteilung in der Flüssigkeit erreicht, d. h. die Bevorzugung der oberen, kürzeren Bohrungen wird vermieden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere hohle Düsenstücke übereinander angeordnet, wobei deren Hohlräume gegenüber den Verbindungsöffnungen je eine miteinander elektrisch. leitend verbundene Anode enthalten und wobei die Hohlräume mit Zwischenrohren untereinander verbunden sind.

Eine vorteilhafte Alternativlösung besteht gemäß

einem, an deren Erfindungsgedanken nach darin, daß Kathoden- und Anodenraum durch ein Rohr getrennt sind, daß im Bereich der im Rohr befindlichen Anode ein um das Rohr ringförmiger Raum gelegen ist, der seinerseits vom Kathodenraum abgetrennt ist und an der Oberseite dieses Raumes öffnungen zum Kathodenraum, an der dem Rohr zugewendeten Seite hingegen die Offnungen zum Anodenraum gelegen sind. Diese Offnungen zum Anodenraum bestehen in vorteilhafter Weise aus nach oben geneigten Bohrungen im Rohr. Die öffnungen zum Kathodenraum hingegen liegen auf konzentrischen Kreisen um die Kolonne nmittelachse und nehmen im Durchmesser wie die bereits obenerwähnten von der Mittelachse nach außen hin zu.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist eine Flüssigkeitspulsiereinrichtung vorhanden, die aus einem Stutzen besteht, der zu einer kreisringförmiaen Kammer führt, die konzentrisch zur Kolonnenachse im unteren Kolonnenraum angeordnet ist und an ihrer oberen Seite Austrittsöffnungen für die Pulsflüssigkeit aufweist, wobei die Kammer unmittelbar unterhalb des Einlasses für die organische Phase gelegen ist.

Letztlich bestehen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung darin, daß in dem Kathodenraum mehrere übereinanderliegende, gelochte Böden angebracht sind, daß ein oder mehrere Böden an ihrer Unterseite strahlenförmig auf dem Boden stehende Rippen aufweisen, die direkt über den Mündungen der Verbindungsöffnungen gelegen und als Kathode ausgebildet sind, daß der Anodenraum nach oben geöffnet ist und daß im oberen Rohrteil zwischen Anodenraum und Kathodenraum weitere Verbindungsöffnungen angebracht sind, die in dem Bereich oberhalb der Phasengrenzfläche bei Normalbetrieb, etwa in Höhe der Auslaßöffnungen für die aufsteigende Phase gelegen sind.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in folgenden Punkten:

1. Durch die Ausbildung des Anodenrohres mit den besonderen Düsenstücken wird erreicht, daß sich im Rcdukiionsbereich vorwiegend wäßrige Phase aufhält, während sich die dispergierte organische Phase nach oben bewegt.

2. Die Prozeßführung wird durch die besondere Elektrodenform, bei der die Elektroden auch mit getrennten Stromzuführungen ausgestattet sein können, erleichtert.

3. Geringer Spannungsabfall in der Kolonne durch den Verzicht auf ein Diaphragma.

4. Durch die Lage der Phasentrennschicht im Kopf der Säule wird die Elektrolyse ermöglicht, da immer sichergestellt ist, daß die wäßrige Phase die kontinuierliche ist.

5. Verbesserung der Elektrodenwirksamkeit durch Fernhalten der organischen Phase von der Anode.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand der Fi g. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Gegenstromextraktionskolonne in gepulster Ausführung und

Fig. 2 eine veränderte Ausführungsform des Details ».-4« in der Fig. !.

Gemäß der Fig. 1 besteht die Extraktionskolonne aus einem langgestreckten äußeren Rohr 30, welches den Innenraum bzw. unteren Kolonnenraum 21 eines unteren Gefäßes 31 mit dem oberen Kolonnenraum 32 des oberen Gefäßes 33 verbindet. Bei der gezeichneten Ausführungsform ist das untere Gefäß 31 zerlegbar und kann mit Hilfe der Verschraubung 34 zu Versuchszwecken geöffnet werden. In dem Rohr 30 befinden sich zwei konzentrisch ineinanderliegende Räume, der innere, kreiszylindrische Anodenraum 1 und der ringförmig darumliegende, ebenfalls zylindrisch langgestreckte Kathodenraum 2. Die beiden

'" Räume 1 und 2 sind durch eine Wand voneinander getrennt, die unter anderem aus den Zwischenrohren 11 gebildet ist, die Räume stehen jedoch mittels der Verbindungsöffnungen 3 auf die später noch genauer eingegangen wird, miteinander in Verbindung.

ι · Der kreisringförmige Kathodenraum 2 mündet an seinem unteren Ende in den unteren Kolonnenraum 21, an seinem oberen Ende in den oberen Kolonnen-32 Oi?*? beiden Räume ?! und 32 sind nach

außen abgeschlossen. Der obere Raum 32 in dem Gefaß 33 weist die Einspeisung für die wäßrige, d. h. die in der Kolonne absteigende Phase auf. Diese Einspeisung besteht aus dem in das Gefäß 33 führende Rohr 37, welches in dem Ringrohr 38 mündet, welches am oberen Ende des Kathodenraumes 2 gelegen ist und zu diesem hin nach unten zugerichtete Einlauföffnungen 39 aufweist. Desweiteren befinden sich an der Seite des oberen Gefäßes 33 Stutzen 40 mit Auslaßöffnungen 29 für den Austritt der organischen, d. h. der in der Kolonne aufsteigenden, leichteren Phase. In Höhe dieser öffnungen 29 befinden sich zwischen Anodenraum 1 und oberen Raum 32 weitere Verbindungsöffnungen 27, die oberhalb der Phasengrenzfläche 28 bei Normalbetrieb der Kolonne gelegen sind. Mit ihrer Hilfe kann in den Anodenraum 1 eingedrungene organische Phase abgezogen werden.

Die Einlaßvorrichtung für die organische Phase befindet sich im oberen Teil des unteren Kolonnenraumes 21 bzw. des Gefäßes 31. Sie besteht aus einem in dieses Gefäß nach oben führenden unteren Rohr 41, welches in ein unteres Einlaßstück 23 mündet, welches sich etwa am unteren Ende des Kathodenraumes L befindet. Dieses untere fcinlaüstuck ii weist eine kegelige Mantelfläche 42 auf, auf welcher Einlaßöffnungen 43 in konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Die Einlaßöffnungen 43 stehen mittels der Verbindungsbohrungen 44 mit dem Rohr 41 in Verbindung.

Neben der Einlaßvorrichtung für die organische Phase befindet sich im unteren Gefäß 31 bzw. im unteren Raum 21 noch der Auslaß für die wäßrig . d. h. absteigende Phase. Der Auslaß besteht aus dem Boden 45 eingelassenen Ringkanal 36, in welchen die eigentliche Auslaßöffnung 35 mündet. An einem Rohr 46 ist noch ein senkrecht nach oben führendes weiteres Rohr 47 angebracht, das zu einer ebenfalls nicht dargestellten Niveauhalteeinrichtung und zum Auslaß führt. An den Boden 45 ist noch ein weiterer Rohrstutzen 48 zum Anschluß einer Flüssigkeits-Pulsiereinrichtung angebracht. Der Rohrstutzen 48 steht mit einem weiteren Druckstutzen 19 im Gefäß 31 in Verbindung, auf welchen eine plattenförmige Ringkammer 49 konzentrisch zur Kolonnenmittelachse 17 aufgesetzt ist. Der Innenraum 20 der Ringkammer 49 weist an seiner Oberseite öffnungen 22 auf, die direkt unterhalb der Einlaßöffnungen 43 des unteren Einlaßstückes 23 gelegen sind.

Bei der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Extraktionskolonne ist der Anoden-

raum 1 vom Kathodenraum 2 durch mehrere Teile in etwa rohrartig getrennt. Von oben nach unten erfolgt diese Trennung mittels des oberen Rohrteiles 26, den kegelstumpfförmigen, hohlen Düsenstücken 6 sowie den verschiedenen Zwischenräumen 11. Nach unten ist der Anodenraum 1 verschlossen und sitzt mit seinem Fußstück 50 auf dem EinlaßstUck 23 für den Einlaß der organischen Phase auf. Im langgestreckten Anocki/raum 1 befinden sich in Höhe der hohlen Düsenstücke 6 jeweils eine Anode, wobei die Anoden mittels der Leitung 51 miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Oberste der Anoden 10 ist mit der aus der Kolonne austretenden Zuleitung 52 verbunden, wobei die Leitung 51 und die Zuleitung 52 gleichzeitig als Halterungen für die Anoden lOdienen. Der Anodenraum 1 ist nach oben mittels der öffnung 51 entlüftet.

Wie bereits erwähnt, sind die Anoden 10 im Anodenraum 1 jeweils in Höhe der hohlen Düsensiücke 6 angeordnet, in diesen hohien Düsensiükken 6 sind nun Verbindungsöffnungen bzw. -bohrungen angebracht, die den Anodenraum 1 mit dem Kathodenraum 2 verbinden. Die inneren Mündungen 8 der Verbindungsöffnungen 3 befinden sich an der Innenwand 9 des hohlen Düsenstückes 6, die außeren Mündungen 4 an der nach oben weisenden Grundfläche 7 der hohlen Düsenstücke 6. Die Fläche der inneren Mündungen 8 sollte der Anodenfläche entsprechen, eine Anpassung kann durch Veränderung der Neigung der Verbindungsöffnungen 3 erzielt werden. Diese Verbindungsöffnungen 3 sind nun schräg nach oben bzw. gegen die Kolonnenachse 17 geneigt, so daß ihre äußeren Mündungen 4 der Strömungsrichtung 5 der auftretenden organischen Phase abgewendet sind. Auf diese Weise wird der Eintritt von organischer Phase aus dem Kathodenraum 2 über die Verbindungsöffnungen 3 in den Anodenraum 1 verhindert bzw. mindestens sehr stark eingeschränkt, da sich die Offnungen 4 bezogen auf die Strömungsrichtung 5 in einem toten Strömungsgebiet bzw. im Strömungsschatten befinden. Darüber hinaus wird durch die Neigung der Verbindungsöffnungen 3 errp.irht HaR 7 R Hurrh Hip Piilsipnino pinopHrunopnp Tröpfchen der organischen Phase in den Verbindungsöffnungen 3 nach einer gewissen Länge mittels der Auftriebkraft wieder nach oben steigen, ohne in den Anodenraum 1 einzudringen. Dadurch wird die Zone gebildet, in der die organische Phase verringert bzw. möglichst nicht vorhanden ist. Die Verbindungsöffnungen 3 sind nun in mehreren Gruppen übereinander geordnet und liegen auf konzentrisch ineinanderliegenden Kegelflächen, wobei die Durchmesser der öffnungen 3 von innen nach außen hin zunehmen, um ihre unterschiedlichen Elektrolytwiderstände auszugleichen, d. h. eine Bevorzugung der inneren öffnungen zu verhindern.

Direkt oberhalb der äußeren Mündung 4 sind die Kathoden 25 angebracht, wobei die angebotene Kathodenfläche in diesem Bereich möglichst groß sein soll. Beispielsweise bestehen die Kathoden 25 aus Rippen, die strahlenförmig auf die Unterseite von gelochten Böden 24 aufgesetzt sind. Rippen 25 und Boden 24 sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Böden 24 haben kreisringförmigen Querschnitt und weisen Löcher 54 zum Durchtritt der Phasen auf. Die Kathoden 25 bzw. die Böden 24 sind mittels der Verbindungen 56 elektrisch leitend verbunden, die Zuleitung nach außen erfolgt mittels der Leitung 57.

Zwischen den verschiedenen, den einzelnen hohlen Düsenstücken 6 bzw. Anoden 10 zugeordneten und die Kathoden 25 tragenden Böden 24 sind weitere Lochböden 55 mit Bohrungen 58 vorgesehen, um eine gute Durchmischung der Phasen in der gepulsten Flüssigkeitssäule zu erzielen. Die Pulsation der Flüssigkeitssäule erfolgt über die bereits beschriebene Pulsiereinrichtung und die Ringkammer 49 im unteren Teil der Kolonne, es kann jedoch auch mittels der gelochten Zwischenboden 55 bzw. 24 (nicht näher dargestellt) gepulst werden, sofern diese beweglich angeordnet und mit Antrieben versehen sind.

In der Fig. 2 ist eine veränderte Ausführungsform des Details »A« der Fig. 1 dargestellt. Die Kolonne besteht hier aus einem äußeren Rohr 30 und einem koaxial darin angeordneten inneren Rohr 12. Der Kathodenraum 2 wird durch den Ringraum zwischen den beiden Rohren 12 und 30 gebildet, der Anodenraum 1 uuf Cii den Innenraum des Ruhrcs 12. Kaihuüe 15 und Anode 10 sind schematisch dargestellt, sie entsprechen den Elementen der Fig. 1. Im Bereich der Anode 10 ist um das Rohr 12 ein Ringraum 13 gelegt, der mittels einer Wand 59 vom Kathodenraum 2 abgetrennt ist. Der Ringraum ist in etwa dretecksförmig und besitzt an seiner Wand 59 eine nach unten zulaufende, schräge Räche 60, seine äußere Form entspricht somit in etwa der Form des Düsenstückes 6 gemäß der Fig. 1. Die obere, senkrecht zur Kolonnenachse 17 stehende Wand 61 verdickt sich zur Kolonnenmitte zu. In dieser Wand 61 sind Bohrungen

15 auf konzentrischen Kreisen um die Achse 17 eingebracht, deren Durchmesser von innen nach außen hin zunehmen. Die äußerste Bohrung 62 befindet sich dabei ganz am Außenrand hin zu der Wand 59. Zwischen dem Ringraum 13 und dem Anodenraum 1 sind in dieses Rohr 12 weitere Bohrungen 16 eingebracht, die ähnlich den Verbindungsöffnungen 3 der Fig. 1 schräg nach oben geneigt sind. Die Neigung kann variiert werden, damit die Offnungsfläche der Bohrungen

16 der Anodenfläche entspricht.

Mit dieser Ausführungsform des Ringraumes 13

wirH pin olpichrneBiePf E'pktTolvtwwJpretanH prrpirht und ein »Beruhigungsraum« geschaffen, der eine Abtrennung von evtl. eingedrungener organischer Phase durch Schwerkraft ermöglicht. Diese Phase kann durch die Bohrungen 14 nach oben wieder austreten, ohne in den Anodenraum 1 zu gelangen.

Die Kolonne ist nun so gebaut, daß Elektrolyse und extraktive Trennung zugleich in ihr ablaufen können. Die Aufgabe der leichten (organischen) Phase erfolgt . von unten, die Dosierung der schweren (wäßrigen) Phase von oben. Durch die konstruktive Ausbildung wird eine über den Säulenquerschnitt gleichmäßige Tropfenbildung erreicht Der Austritt der schweren und leichten Phase erfolgt im Fuß- bzw. Kopfraum. Mit Hilfe einer Niveauhalteeinrichtung wird nun die Phasengrenzfläche 28 so gelegt, daß die elektrisch leitende Phase zur kontinuierlichen wird, was die Elektrolyse im Extraktionsraum erst erlaubt. Das Zentralvolumen 1 in der Kolonne bildet im Falle der elektrolytischen Reduktion den Anodenraum, während der äußere Ringraum 2 den Kathodenraum darstellt, in dem gleichzeitig extrahiert wird. Soll dagegen im Extraktionsraum oxidiert werden, wird der zentrale Raum 1 als Kathoden- und das äußere Ringvolumen 2 als Anodenraum benutzt. Im vorher beschriebenen Fall der kathodischen Reduktion im Ringraum,

existiert für alle Reduktionsorte also nur ein gemeinsamer Anodenraum, der durch den Kopfraum geführt wird und zur Entgasung des Anolyten oben offen bleibt. Wie bereits erwähnt, wird die Kolonne gepulst, d. h. es wird eine Pulsierung auf die in der Kolonne befindliche beMeη Phasen aufgebracht, um diese in den guten Kontakt zu bringen, der für eine entsprechende gute Extraktion erforderlich ist.

Die Verstellung der Spiegeihöhe bzw. der Phasengrenzfläche in der Kolonne erfolgt nach dem U-Rohrprinzip durch ein Überlaufgefäß bzw. eine Niveauhalteeinrichtung. Mit ihr kann auch in den Anodenraum durch Pulsierung oder durch unbeabsichtigtes Absinken der Phasengrenzfläche eingedrungene organische Phase entfernt werden. Der Spiegel wird dann so weit angehoben, daß die in dem Raum 1 über der wäßrigen Phase anstehende organische Phase über die Bohrungen 27 in den Raum 32 abfließen bzw. ausgedrückt werden kann.

10

Ausführungsbeispiel

Zur Reduktion von Uran(IV)-Nitrat unter den Bedingungen der Gegenstromextraktion wurden mit einem Prototyp der erfindungsgemäßen elektrolytischen Extraktionskolonne folgende Ergebnisse erzielt:

Extraktionsmittel 20% TBP
Flußverhältnis organisch zu anorganisch 10
Kolonnendurchmesser 40 mm
Kathodenstromdichte 50mA/ctrr
Anodenstromdichte 20 mA/cnr
Spannungsabfall 5 Volt
Gleichgewichtskonzentration,
organisch 40 gr. Uran (VI) pro Liter

anorganisch 30 gr. Uran (VI) pro Litei

3 gr. Uran (IV) pro Liter

Stromausbeute bezogen auf Uran (IV) pro elektrolytischem Boden ungefähr 20%.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gegenstromextraktionskolonne zur Flüssig-FIüssig-Extraktion zweier ineinander nicht löslicher Phasen bei gleichzeitiger Elektrolyse, bestehend aus einem Rohr, in welchem der Anodenraum diaphragmenlos vom Kathodenraum umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (4) der Verbindungsöffnungen (3) zwischen Kathodenraum (2) und Anodenraum (1) der Strömungsrichtung (5) der organischen Phase abgewendet sind.

2. Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsebene der Mündungen (4) senkrecht oder winkelig zur Strömungsrichtung (5) der organischen Phase gelegen ist.