DE2823238C2 - Vorrichtung zur Herstellung von Hydrosolen durch Einleiten von Ammoniak in eine Lösung, die Salze von Kernbrenn- und/oder Kernbrutstoffen enthält - Google Patents

Vorrichtung zur Herstellung von Hydrosolen durch Einleiten von Ammoniak in eine Lösung, die Salze von Kernbrenn- und/oder Kernbrutstoffen enthält

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Hydrosolen durch Einleiten von Ammoniak in eine Lösung, die Salze von Kernbrenn- und/oder Kernbrntstoffen enthält, mit einem in die Lösung eintaurhbaren, von einer Rotorwelle angetriebenen Rotor, den am Ende einer Gai.eitung Durchtrittsöffnungen für das in die Lösung einzuführende Gas aufweist.
Als Ausgangslösungen zur Herstellung von Thoriumoxid oder Thorium- und Uranoxid enthaltenden Kernbrenn- und/oder Kernbrutstoffpartikeln ist es bekannt. Sole zu verwenden, die aus Lösungen, die Th(NCh^ oder Th(NChV und UO2(NO3^ enthalten, durch Zusatz von Ammoniak hergestellt werden. Der sich beim Einleiten von Ammoniak bildende Niederschlag löst sich wieder auf und peptisiert. Die so entstehenden Hydrosole werden zur Ausbildung von Partikeln in Ammoniaklösungen eingetropft und dabei unter Gelieren verfestigt.
Der Niederschlag in den Lösungen entsteht infolge lokalen Ammoniaküberschusses bei der Zugabe von Ammoniak. Die Fällung geht um so langsamer in Lösung, je mehr Ammoniak von der Lösung aufgenommen worden ist. Das Wiederauflösen und Peptisieren der Fällung läßt sich durch Rührwerke beschleunigen.
Zur Herstellung der Hydrosole ist es erforderlich, den Ammoniak in geringen Mengen zu dosieren, um einerseits ein Verklumpen zu vermeiden und andererseits gewünschte Ammoniakkonzentrationen mit großer Genauigkeit zu erreichen. Es wird daher angestrebt, den Ammoniak gasförmig in die Lösung einzuleiten. Bekannte Vorrichtungen zum Einleiten von Gasen in Flüssigkeiten über rotierend angetriebene Rotoren, wie sie etwa zur Förderung biologischer Umsetzung und Belüftung von Klärbecken aus DE-AS 12 78 409 oder DE-AS 1244 121 bekannt sind, sind hierfür nicht geeignet. Mit solchen Vorrichtungen läßt sich weder die Bildung größerer Feststoffteilchen bei der Fällungsreaktion vermeiden, noch wird ein rasches Verstopfen der Mündungen der Gasleitungen infolge der starken Absorptionsneigung des aus Durchtrittsöffnungen an den Rotoren austretenden Ammoniaks verhindert. Die heftige Absorption von Ammoniak in der Lösung löst einen Ansaugeffekt aus und führt zur Verkrustung der Durchtrittsöffnungen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Einleiten von Ammoniakgas in eine mit dem Ammoniak unter Ausbildung von Niederschlag reagierende Lösung zu schaffen, bei der sich einerseits ein Verstopfen der Gasleitungen infolge der mit hoher Geschwindigkeit entstehenden Fällung vermeiden läßt
to und bei der andererseits für ein rasches Wiederinlösunggehen und Peptisieren der Fällung Sorge getragen wird. Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch Einleiten des mit der Lösung reagierenden Ammoniakgases in einen Zwischenraum zwischen einem Rotorarm und einer Statorwandung wird ein intensives Vermischen von Gas und Lösung erreicht und sich bildender Niederschlag durch die Fliehkraftwirkung von der Mündung der Gasleitung weggeführt. Dies verhindert nicht nur ein Verkleben der Mündung der Gasleitung, sondern es werden auch die bei der Fällungsreaktion entstandenen Feststoffteilchen beschleunigt aufgelöst. Die erforderliche Zeit für die Wiederauflösung und Peptisierung der Fällung wird noch verkürzt durch die Maßnahme gemäß Anspruch 2. Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung wiedergegeben ist, näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 Vorrichtung zum Einbringen von Ammoniak, Längsschnitt gemäß F i g. 2 nach Schnittlinie I/I
Fig. 2 Querschnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach Schnittlinie II/II.
α Wie aus der Zeichnung hervorgeht weist die Vorrichtung einen Rotor auf, der in eine in einem Reaktionsgefäß 1 enthaltene Lösung 2 eintauchbar ist. Die den Rotor antriebende Rotorwelle 3 wird von einem in Fig. I schematisch und nur teilweise dargestellten Antrieb 4 in Umdrehungen versetzt. Axial ist durch die Rotorwelle 3 hindurch eine Gasleitung 5 geführt, die am äußeren Ende der Rotorwelle 3 in einen Gasanschluß 6 für Ammoniakgas mündet.
Der Rotor weist Rotorarme 7 auf, von denen im
4r> Ausführungsbeispiel nur im Rotorarm 7a eine an der Gasleitung 5 angeschlossene Gasleitung 8 dargestellt ist. Die Gasleitung 8 mündet am Ende des Rotorarms la im Zwischenraum 9 zwischen dem Rotorarm 7a und einer Statorwandung 10 eines Stators 11, der die Rotorarme
Vi 7 ortsfest umgibt. Die Statorwandung 10 weist
öffnungen 12 zum Durchtritt für den von den Rotorarmen 7 radial nach außen beschleunigten
Lösungsstrom 13 auf.
Wird über den Rotorarm 7a in die Lösung Ammoniakgas eingeleitet, so wird das Ammoniak mit der Lösung im Zwischenraum 9 intensiv vermischt. Ein sich ausbildender Niederschlag wird vom Lösungsstrom 13 mitgerissen und von der Mündung der Gasleitung 8 weggeführt. Ein Verstopfen der Gasleitung tritt nicht
M) auf.
Um eine Auflösung und Peptisierung der entstandenen Fällung zu beschleunigen, wird die Statorwandung 10 von einer zweiten Statorwandung 14 umgeben, die ebenfalls Durchtrittsöffnungen 15 für den Lösungsstrom
„5 13 aufweist. In den zwischen der Statorwandung IO und der Statorwandung 14 gebildeten Ringraum 16 greifen Rotorblätter 17 ein, die — in gleicher Weise wie die Rotorarme 7 - an der Rotorwelle 3 befestigt sind. In
bevorzugter Weise werden die Rotorblätter 17 entsprechend der Form der Statorwandungen 10 und 14 als ein mit Durchtrittsöffnungen 18 für den Flüssigkeitsstrom versehener Ring ausgebildet, der konzentrisch zur Ro torwelle 3 angeordnet ist Im Ringraum 16 gehen die bei der Fällungsreaktion entstehenden Feststoffteilchen sehr rasch in Lösung.
Der zur Einleitung des Gases am äußeren Ende der Rotorwelle 3 angebrachte Gasanschluß 6 wird im bevorzugter Weise mittels Wälzlagern 19 auf der Rotorwolle 3 abgestützt Zwischen der Rotorwelle 3 und dem Gasanschluß 6 befinden sich Dichtungen 20, die einen Gasraum 21 oberhalb der Rotorwelle 3 gegenüber dem Außenraum gasdicht abschließen.
Ausführungsbeispiel
Die Vorrichtung wurde zum Einbringen von Ammoniak in Th(NOj)4 sowie in Th(NO1J4 und UO2(NOj)2 enthaltende Lösungen eingesetzt. Es wurde ein Rotor mit 16 mrn langen Rotorarmen 7 verwendet, der mit 500 bis 1000 U/min innerhalb eines Stators rotierte, dessen Statorwandung 10 einen Durchmesser von 35 mm aufwies. Die Abstände zwischen den Rotorblättern 17 und der Statorwandung 14 waren entsprechend bemessen.
Insgesamt wurden den Lösungen Ammoniakmengen bis zu 90% des für eine vollständige Fällung erforderlichen stöchiometrischen Wertes zugegeben. Dabei konnten im Temperaturbereich zwischen 95 und 105° C bis zu 80% der Ammoniakmenge in die Lösung innerhalb der ersten 30 Minuten, die restliche Menge in einer Zeit zwischen 1,5 bis 3 Stunden eingeleitet werden. Die Lösung ging dabei in ein stabiles Hydrosol über, wobei bei Th(NOj)4 enthaltenden Hydrosolen Thoriumkonzentrationen von 2 Mol/l sowie bei Th(NOj)4 und UO2(NO3^ enthaltenden Lösungen Schwermetallkonzentratiorien zwischen 2 und 3 Mol/l erreichbar waren, letztere bei Schwermetallverhältnissen zwischen Thorium und Uran bis zu minimalen Werten von 4:1.
Die gewünschte Dosierung von Ammoniak konnte mit großer Genauigkeit vorgenommen werden, wobei bei Thorium enthaltenden Hydrosolen Viskositätswerte zwischen 5 und 20 cP und pH-Werte zwischen 33 bis 3,7 sowie bei Thorium und Uran enthaltenden Hydrosolen Viskositätswerte zwischen 5 bis 9 cP und pH-Werte zwischen 3,1 bis 3,3 eingestellt wurden.
Eine Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist jedoch nicht nur auf die Herstellung von Kembrenn- und/oder Kernbrutstoffen enthaltenden Hydrosolen beschränkt. Sie ist auch dort mit Vorteil einsetzbar, wo es darauf ankommt. Gase in Lösungen einzuleiten, die unter Ausbildung von Niederschlagen mit Bestandteilen der Lösungen reagieren und bei denen die gebildeten Feststoffteilchen wieder gelöst oder peptisiert werden sollen oder Suspensionen herzustellen sind.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Herstellung von Hydrosolen durch Einleiten von Ammoniak in eine Lösung, die Salze von Kernbrenn- und/oder Kernbrutstoffen enthält, mit einem in die Lösung eintauchbaren, von einer Rotorwelle angetriebenen Rotor, der am Ende einer Gasleitung Durchtrittsöffnungen für das in die Lösung einzuführende Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am Rotor, von der Statorwandung (10) eines ortsfesten Stators (11) mit geringem Abstand umgeben, wenigstens ein Rotorarm (7a) vorgesehen ist, der eine Gasleitung (8) aufweist, die im Zwischenraum (9) zwischen dem Rotorarm (7a) und der mit öffnungen (12) zum Durchtritt der Lösung versehenen Statorwandung (10) mündet
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwandung (10) von einer zweiten Statorwandiing (14) umgeben ist und daß in den zwischen den Statorwänden gebildeten Ringraum (16) an der Rotorwelle (3) befestigte Rotorblätter (17) eingreifen.
DE2823238A 1978-05-27 1978-05-27 Vorrichtung zur Herstellung von Hydrosolen durch Einleiten von Ammoniak in eine Lösung, die Salze von Kernbrenn- und/oder Kernbrutstoffen enthält Expired DE2823238C2 (de)

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