DE2743045A1

DE2743045A1 - Gegenstromextraktionskolonne zur fluessig-fluessig-extraktion zweier ineinander nicht loeslicher phasen bei gleichzeitiger elektrolyse

Info

Publication number: DE2743045A1
Application number: DE19772743045
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Goldacker; Manfred Dipl Ing Kluth; Reinhard Schlenker; Helmut Schmieder; Ernst Dr Warnecke
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1977-09-24
Filing date: 1977-09-24
Publication date: 1979-03-29
Also published as: FR2403809A1; JPS6048206B2; US4212723A; BR7806250A; FR2403809B1; DE2743045C2; GB2004913B; JPS5456981A; GB2004913A

Description

GESELLSCHAFT FÜR Q Karlsruhe, den 21. September 1977

KERNFORSCHUNG MBH ** PLA 7758 Sdt/jd

Gegenstromextraktionskolonne zut Fluss ig-Fluss ig-Extraktion zweier ineinander nicht löslicher Phasen bei gleichzeitiger Elektrolyse.

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Die Erfindung betrifft eine Gegenstromextraktionskolonne zur Flüssig-Flüssig-Extraktion zweier ineinander nicht löslicher Phasen bei gleichzeitiger Elektrolyse, vorzugsweise zur Trennung von Uran-Plutonium-Verbindungen, bestehend aus einem vertikal angeordneten, langgestreckten Kolonnenrohr, In welchem sich Anode, Kathode sowie diaphragmenlos in Verbindung stehende Anoden- und Kathodenräume befinden.

Bei einer bekannten Kolonne ist der Anodenraum vom Kathodenraum durch ein Rohr getrennt, in welches Düsenstücke eingesetzt aind, deren Bohrungen bzw. Durchgangsöffnungen die beiden Räume miteinander verbinden. Diese Bohrungen bzw. Düsenteller im Kathodenraum bilden jedoch Querschnittsverengungen, welche durch Geschwindigkeitserhöhung zum Fluten der Kolonne (Phasenumkehr von disperglerter in kontinuierliche Phase) führen. Darüber hinaus sammelt sich nach längerer Betriebszeit in dem Rohr bzw. in dem Anodenraum organische Phase an, die auf umständliche Art abgesaugt werden muß. Diese Rücksaugung ist jedoch für den Reduktionsprozeß von Nachteil..

Die weiteren Nachtelle dieser Konzeption bestehen darin, daß die wäßrige Lösung nur teilweise dem Reduktionsraum (Nutzreaktion) zugeführt werden können und zwar günstigstenfalls Im Verhältnis der Ringraumquerschnitte von Extraktionsraum und Kathodenraum. Die separierende Wirkung des Kathodenraums bezüglich der organischen Phase ist somit nicht optimal. Dadurch besteht, wie bereits erwähnt, die Gefahr stationärer Lösungsmittelansammlungen im Anodenzentralrohr.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, diese genannten Nachteile zu beseitigen unter Integration der elektrolytisch wirksamen

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Einbauten in die Kolonne. Damit soll eine möglichst geringe Störung der Extraktionseigenschaften und der systembedingten Trennergebnisse erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung bei einer Kolonne der eingangs beschriebenen'Art vor, daß als Kathoden- und Anodenraum ein ungeteilter gemeinsamer Raum ohne Trennelemente zur Abgrenzung in Kathoden- und Anodenbezirke vorgesehen ist. Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß die Anode als zentraler Stab ausgebildet ist, der die als Kathoden wirkenden Siebböden in ihrer Mitte durchdringt und diesen gegenüber elektrisch isoliert ist. Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß die kathodischen Siebböden aus einfachen, übereinanderliegenden Lochblechen gebildet werden, die mittels eines elektrischen Leiters miteinander verbunden sind und daß die kathodischen Siebböden direkt auf dem Anodenstab mittels Isolierringen, z.B. aus Keramik, befestigt sind. Letzlich besteht ein vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden Erfindung noch darin, daß das Kolonnenrohr bzw. der Kolonnenmantel ebenfalls als Kathode ausgebildet ist und mit den Siebböden in elektrisch leitender Verbindung steht.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, daß die Nutzreaktion (Reduktion) direkt im Extraktions raum ablaufen kann, d.h. Reduktion und extraktiver Stoffaustausch werden unmittelbar verkoppelt. Die gesamte innere Apparateoberfläche kann als Kathodenfläche dienen. Falls erforderlich, können zusätzliche Oberflächen als Kathode oder Anode ohne Schwierigkeiten eingebaut werden. Tote Räume, in denen sich stationäre Flüssigkeitsmengen ansammeln können, entfallen. Darüber hinaus ist die vorliegende Konstruktion bezüglich ihres Aufbaus und ihrer Montageabfolge sehr einfach. Weiterhin werden mechanisch beanspruchte Anoden- Kathodenisolierungen, z. B. in Form von zentralen Diaphragmenrohren oder flüssigkeitsdicht gebrannten Keramikzentralrohren als Phaeeneeparatoren und Siebbodenträger vermieden.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Figur näher erläutert:

Die Figur zeigt schematisch einen Kolonnenabschnitt mit Elektrodenausrüstung direkt im Extraktionsraum.

Die Kolonne besteht gemäß der Figur aus einem langgestreckten, vertikalen Kolonnenmantelrohr 1, welches aus einem metallischen, gegenüber der zu extrahierenden Lösung resistenten Werkstoff, wie z.B. Edelstahl, Titan oder Hafnium gefertigt ist. In der Mitte des Kolonnenrohres 1 ist ein zentraler Stab 2 angeordnet, der als Anode wirkt und .aus Platin, oder platinisiertem Trägermaterial besteht. Der sich zwischen beiden befindliche Ringraum 3 dient als Extraktionsraum, in welchem die beiden zu mischenden Phasen 4 und 5 bei gleichzeitiger Elektrolyse gemischt und extrahiert werden. Bei dem hier vorliegenden Prozeß ist die in der Kolonne absteigende Phase 5 eine wäßrige, d.h. eine elektrisch leitende Flüssigkeit wie eine Kernbrennstofflösung und die aufsteigende Phase 4 ein nicht leitendes, organisches Extraktionsmittel wie z. B. Tributylphosphat.

Auf dem Anodenstab 2 sind nun in gleichmäßigen Abständen übereinander eine Mehrzahl von Siebboden 6 aufeinander gesetzt, die mit Löchern

7 versehen sind. Das gepulst eingespeiste Extraktionsmittel verteilt eich an den Siebboden 6 durch die Pulsamplituden immer wieder in Tröpfchengruppen, so daß eine hohe Austauschgeschwindigkeit erzielt wird.

Die Siebböden 6 bestehen, ähnlich wie das Kolonnenmantelrohr, aus einem metallischen Werkstoff, wie z.B. Edelstahl, Titan oder Hafnium und dienen als Kathode. Zu diesem Zweck sind sie mittels der Leitung

8 elektriach leitend zusammengeschlossen. Die Leitung 8 dient dabei

als Kathodenzuleitung. Ferner können die Siebboden 6 mit dem Kolonnen-

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rohr 1 in leitender Verbindung stehen, so daß sowohl die Oberfläche der Siebböden als auch die Innenseite 9 des Mantelrohres 1 als Kathode wirken.

Zwischen den Siebböden 6 und dem Anodenstab 2,der gleichzeitig als Anodenzuleitung dient, sind keramische Körper 10 zwischengeschaltet, welche einerseits zur Halterung der Siebböden 6 und andererseits zu ihrer Isolierung gegenüber dem Anodenstab 2 dienen. Die wirksame Oberfläche der Anode besteht somit aus den Flächen 11 des Anodenstabes 2 zwischen den Ringen 10, die wirksame Kathodenfläche aus den der Flüssigkeit ausgesetzten Oberflächen der Siebböden 6 und der unter Umständen damit elektrisch verbundenen Innenseite 9 des Mantelrohres Der dazwischen eingeschlossene Raum 3 bildet den nicht mehr aufgeteilten Extraktions raum, in welchem die Elektrolyse stattfindet.

Bei dieser Konstruktion sind somit beide Elektroden, also Anode 2 und Kathode 6, 9 direkt im Extraktions raum 3 bzw. um diesen herum angeordnet, ohne daß noch eine weitere Unterteilung vorgenommen ist. Diese Ausbildung kann deswegen entgegen früherer Annahmen vorgenommen werden, da es sich gezeigt hat, daß die organische Phase an der Anode, sowie die Anodenfläche durch Benetzung mit der organischen Phase nicht wesentlich geschädigt wird. Daher kann auf eine Abteilung der Räume voneinander mit Verbindung durch Bohrungen verzichtet werden.

Neben den bereits genannten bestehen weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Kolonne darin, daß durch die Umwandlung der diskreten Reduktionsstellen in kontinuierliche Redukti ons orte eine geringere Stromdichte gefahren werden kann. Dadurch wird die Kolonnenstandzeit über die verringerte Korrosionerate wesentlich erhöht. Letztlich besteht in der Kolonne keine Gefahr der Phasenumkehr mehr.

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Claims

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 21. September 1977 KERNFORSCHUNG MBH PLA 77 58 Sdt/jd Patentansprüche:

1. Gegenstromextraktionskolonne zur Flüssig-Flüssig-Extraktion zweier ineinander nicht löslicher Phasen bei gleichzeitiger Elektrolyse, vorzugsweise zur Trennung von Uran-Plutonium-Verbindungen, bestehend aus einem vertikal angeordneten, langgestreckten Kolonnenrohr, in welchem sich Anode, Kathode sowie diaphragmenlos in Verbindung stehenden Anoden- und Kathodenräume befinden, dadurch gekennzeichnet, daß als Kathoden- und Anodenraum ein ungeteilter, gemeinsamer Raum (3) ohne Trennelemente zur Abgrenzung in Kathoden- und Anodenbezirke vorgesehen ist.

2. Kolonne nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode als zentraler Stab (2) ausgebildet ist, der die als Kathoden wirkenden Siebböden (6) in ihrer Mitte durchdringt und diesen gegenüber elektrisch isoliert ist.

3. Kolonne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kathodischen Siebböden (6) aus einfachen, übereinanderliegenden Lochblechen gebildet werden, die mittels eines elektrischen Leiters (8) miteinander verbunden sind.

4. Kolonne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kathodischen Siebböden (6) direkt auf dem Anodenstab (2) mittels Isolierringen (10), z.B. aus Keramik.befestigt sind.-

5. Kolonne nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolonnenrohr (1) bzw. der Kolonnenmantel ebenfalls als Kathode ausgebildet ist und mit den Siebböden (6) in elektrisch leitender Verbindung steht.

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ORIGINAL INSPECTED