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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Gewinnung von Urantrioxid aus Uranylnitrat durch thermische
Zersetzung des Nitrat-hexahydrats.
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In seinen Brennstoffzyklus kann das Uran insbesondere die
Verbindung UF&sub4; durchlaufen, die zu zwei Zwecken benutzt wird.
Das Urantetrafluorid erlaubt, Uranmetall für die Versorgung
der Natururanreaktoren herzustellen. Es erlaubt ebenso die
Gewinnung von Uranhexafluorid UF&sub6;, welches das Material zur
Versorgung der Fabriken zur Anreicherung über Gasdiffusion oder
Ultrazentrifugation ist.
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Die Umwandlung des Urans in UF&sub4; erfordert infolge des
Umstandes, daß die an die Raffinierfabriken gelieferten
Urankonzentrate noch viele Verunreinigungen enthalten, einen Schritt
der Reinigung. Bei diesem Reinigungsschritt wird das
Urankonzentrat in Salpetersäure in Lösung gebracht, um ein unreines
Uranylnitrat zu ergeben, das durch Tributylphosphat (TBP)
gereinigt wird. TBP erlaubt es, reines Uranylnitrat aus der
sauren Lösung zu extrahieren.
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Einmal im Besitz des reinen Urans im Zustand des Nitrats
in wäßriger Lösung, muß man es wieder in feste Form
überführen, um es je nach den Anforderungen in Dioxid, Tetrafluorid
oder Metall umzuwandeln. Da sich das Uran auf der
Oxidationsstufe VI befindet, ist UO&sub3; das obligatorische Zwischenprodukt.
Durch Reduktion geht man anschließend zu UO&sub2; über, und durch
Einwirkung von Flußsäure gelangt man zu UF&sub4;.
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Es gibt zwei Wege, um vom Uranylnitrat in Lösung zum Oxid
UO&sub3; zu gelangen. Eine erste Lösung besteht darin, Ammoniak
hinzuzufügen, um durch Ausfällung Ammoniumdiuranat (ADU) zu
erhalten, das man thermisch zu UO&sub3; zersetzt. Eine zweite
Lösung besteht darin, Uranylnitrat nach Dehydratation thermisch
zu zersetzen.
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Das Oxid UO&sub3; besitzt unterschiedliche Eigenschaften, je
nachdem, ob es auf dem ersten oder dem zweiten Lösungsweg
erhalten wurde. Die erste Lösung liefert ein sehr reaktives
Oxid, d. h. mit einer spezifischen Oberfläche der Größenordnung
15 m²/g. Die zweite Lösung liefert ein Oxid, das wenig
reagiert, wobei seine spezifische Oberfläche 1 bis 2 m²/g
beträgt.
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Die Gewinnung der Verbindung UF&sub4; aus dem Oxid UO&sub3; kann
nach verschiedenen Verfahren erfolgen. Ein besonders
interessantes Verfahren ist dasjenige, das einen Ofen mit Fließbett
benutzt. Dieser Ofen, der einen Ofen zur Reduktion und einen
Ofen zur Hydrofluorierung kombiniert, erlaubt es, nacheinander
zwei Reaktionen auszuführen. Zunächst reagiert das Oxid UO&sub3; in
der Wärme mit thermisch gecracktem Ammoniak, um zum Oxid UO&sub2;
reduziert zu werden, welches anschließend in Kontakt mit
gasförmiger Flußsäure gebracht wird, die im Gegenstrom injiziert
wird. Am Ausgang des Ofens erhält man die Verbindung UF&sub4;. Die
spezielle Anordnung des Kopfs des Hydrofluorierungsofens
erlaubt eine Verschiebung der Gleichgewichtsreaktion durch
fortschreitende Absenkung der Temperatur, und als Folge davon wird
die Flußsäure vollständig absorbiert. Zu den Vorteilen dieses
Ofens kann man die Beseitigung des Überschusses von Flußsäure
rechnen, den man nicht mehr in den Abwässern finden wird.
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Der Fließbett-Ofen ist unter der Voraussetzung, daß man
ihn mit möglichst reaktionsfähigem Oxid UO&sub3; versorgt, eine
wirksame Vorrichtung. Ein Urantrioxid, das eine spezifische
Oberfläche zwischen 12 und 15 m²/g hat, liefert am Ausgang des
Ofens ein Produkt mit zufriedenstellenden Eigenschaften.
Dieses Produkt wird typischerweise die folgende Zusammensetzung
haben: 96% UF&sub4;, 2% UO&sub2; und 2% UO&sub2;F&sub2;. Behandelt in einem
Flammenreaktor in Gegenwart von Fluor, wird es ein Uranhexafluorid
zufriedenstellender Qualität ergeben.
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Der Fließbett-Ofen muß also mit einem Oxid UO&sub3; von
genügender Reaktivität versorgt werden. Beispielsweise führt ein
Oxid UO&sub3; mit 5 m²/g spezifischer Oberfläche zur Ausarbeitung
eines Uranhexafluorids, das nicht den industriellen Normen
entspricht. Unter diesen Umständen werden die Fließbett-Öfen
bis jetzt mit einem Oxid UO&sub3; versorgt, das auf dem ersten
angeführten Lösungsweg erhalten wurde, d. h. demjenigen, der
Am
moniak benutzt, um durch Ausfällung Ammoniumdiuranat zu
erhalten.
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Diese Lösung hat jedoch mehrere Nachteile. Einerseits
macht sie einen Verbrauch von Ammoniak nötig. Andererseits
liefert die Ausfällungsreaktion ebenso - und in bedeutenden
Mengen - eine zweite Verbindung, nämlich Ammoniumnitrat. Für
eine Jahresproduktion von 10000 t Uran gewinnt man 4500 t
Ammoniumnitrat. Bis heute wird dieses Ammoniumnitrat als Dünger
verkauft, doch da es ein Nebenprodukt der Nuklearindustrie
ist, wenn es auch nur einige ppm Uran enthält, so ist es gut
möglich, daß es in den nächsten Jahren nicht mehr vertrieben
werden kann.
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Die Aufgabe, die sich nun stellt, um die Fließbett-Öfen
weiterhin benutzen zu können, Öfen, die völlig
zufriedenstellen, ist, ein Verfahren zur Gewinnung von sehr
reaktionsfähigem UO&sub3; (d. h. mit spezifischer Oberfläche zwischen 12 und
15 m²/g) zu finden, das kein Nebenprodukt bildet. Dieses
Verfahren sollte auch keine anderen Verbindungen verbrauchen, und
es sollte insbesondere kein Ammoniak-Verbraucher sein.
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Wie oben gesagt wurde, führt die zweite bekannte Lösung,
Uranylnitrat in Lösung in das Oxid UO&sub3; zu überführen, zu einem
Produkt, das für die Fließbett-Öfen unbrauchbar ist. Die
thermische Zersetzung des Uranylnitrats benötigt Energie in Form
von Wärme, aber kein Reagens. Dieses Verfahren erlaubt sogar,
durch Wiederverbindung der nitrosen Gase mit dem von der
Dehydratation stammenden Wasserdampf die Salpetersäure
zurückzugewinnen. Es umfaßt zwei Stadien: Die Verdampfung der Lösung bis
zur Gewinnung des Hexahydrat-Salzes UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2;. 6H&sub2;O und die
Nitrat-Zersetzung oder Denitration bei 500-600ºC.
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Der Anmelder unternahm Arbeiten, um zu versuchen, das
Stadium der Denitration zu verbessern, damit ein Trioxid
erhalten werden kann, das genügend reaktionsfähig ist, um
anschließend in einem Fließbett-Ofen behandelt zu werden. Bei
dieser Gelegenheit wurden die grundlegenden Mechanismen der
thermischen Denitration eines Uranylnitrat-hexahydrats zur
Gewinnung von sehr reaktivem UO&sub3; untersucht. Unter den
angewandten milden Bedingungen, die zu niedrigen
Reaktionsgeschwindigkeiten führen, zeigt sich, daß die Reaktivität von UO&sub3; direkt
mit dem über dem Feststoff herrschenden Partialdruck des
Wassers zusammenhängt. Ein niedriger Partialdruck bei niedriger
Temperatur erlaubt die notwendige Entkopplung der Schritte der
Dehydratation und der Calcination. Die "aktive" blättrige
Struktur von UO&sub3; bildet sich sich bereits bei der Dehydration
aus, deren Ende (Übergang des Dihydrats zum wasserfreien
Uranylnitrat) bestimmend ist und mit Vorsicht ausgeführt
werden muß, da sonst das gut aufgebaute Dihydrat sich in seinem
Kristallwasser auflöst.
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Eine Testvorrichtung wurde auf der Basis dieser
Ergebnisse errichtet. Die Komplexität und die Kosten der Anlage waren
jedoch so, daß auf die industrielle Ausnutzung verzichtet
wurde.
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Man kennt andererseits das Patent US-A-3 041 136,
angemeldet am 8. April 1960, das ein in der Flamme ausgeführtes
Verfahren zur Denitration und Reduktion von wäßrigem
Uranylnitrat zu Urandioxid bekanntmacht. Das Verfahren wird in einem
Reaktionsraum durchgeführt, und es führt die Umwandlung zum
Dioxid in einem einzigen Schritt aus. Die Flamme wird in einem
Brenner erzeugt, der am höchsten Punkt des Reaktionsraums
aufgestellt ist, und sie ist Resultat der unvollständigen
Verbrennung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs wie etwa Propan.
Sie breitet sich in dem Reaktionsraum aus. Eine
Versorgungsvorrichtung durchzieht den Brenner in der Achse der Flamme, um
zu dem Reaktionsraum zu führen und das Uranylnitrat in der
Flamme zu zerstäuben. Das Uranylnitrat wird erst
hinzugelassen, wenn die Temperatur am unteren Teil des Reaktors (d. h. an
seinem Ausgang) 982ºC (1800ºF) erreicht. Die sehr einfache
Apparatur wirkt verlockend, aber ihre Ausführung muß schwierig
sein, denn es scheint nicht, daß die Versuche das
experimentelle Stadium in der Versuchswerkstatt überschritten haben.
Ein sich auf dieses Patent beziehender Artikel mit dem Titel
"Production of Uranium Dioxide by Flame Denitration" von W. H.
Hedley, R. J. Roehrs und W. T. Trask Jr., einige Jahre später in
I&EC Process Design and Development, Bd. 3, Nr. 1, Januar
1964, erschienen, erwähnt übrigens, daß ergänzende Arbeiten
einzuplanen sind, um verschiedene Probleme zu lösen, darunter
das Vorhandensein des Oxids U&sub3;O&sub8; in dem gebildeten Produkt.
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Man kennt ebenfalls nach dem Dokument DE-A-38 02 047 ein
Verfahren zur Trennung eines radioaktiven Metalls
(beispielsweise Uran), das in einer Uranverbindung enthalten ist. Nach
diesem Verfahren verwendet man einen Brenner mit Flamme. Die
Flamme ist Resultat der Verbrennung eines brennbaren Gases in
Luft. Eine wäßrige Lösung, die einen Urankomplex enthält, wird
in der Flamme zerstäubt. Man gewinnt einen Niederschlag von
Uranoxid, dessen Typ nicht genauer angegeben wird.
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Auf einem ganz anderen Gebiet hat die Firma VICARB
Verfahren entwickelt, an denen zwei Hauptphasen beteiligt sind:
einerseits eine gasförmige Phase, die ein großes Volumen
einnimmt und leicht eine große thermisch-mechanische Energie
besitzt, andererseits eine dichte, im allgemeinen flüssige Phase
mit kleinem Volumen. Anstatt die flüssige Phase in dem Gas zu
zerstäuben und unabhängig von diesem wie in den klassischen
Zerstäubern und Brennern, wird die durch die Gasphase
zugeführte thermische und mechanische Energie in Form einer
symmetrischen wirbelförmigen Strömung eingesetzt, um zu dem
gleichen Resultat zu führen. Die Trajektorien der elementaren
Mischungen (wobei eine elementare Mischung aus einem
Flüssigkeitströpfchen und dem es umgebenden Gas besteht), die daraus
resultieren, bilden während der ersten Augenblicke des "Flash-
Kontakts" die Erzeugenden eines einflächigen Hyperboloids,
divergente und sich nicht schneidende Trajektorien. Die
charakteristischen Eigenschaften der Zone dieses Flash-Kontakts
können unter dem Namen des Isoflash-Effekts zusammengefaßt
werden.
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Eine erste Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens,
vertrieben von der Firma VICARB, enthält einen Raum, in dem
der Isoflash-Effekt ausgenutzt wird, und einen Kopf zur
Injektion der Reaktionsprodukte. Eine vertikale Leitung erlaubt, am
Eingang des Raums die flüssige Phase zu injizieren. Um diese
vertikale Leitung ist ein gelochter Korb mit einem einzigen
tangentialen Eingang für die Gasphase vorgesehen. Die Löcher
des Korbs bilden im Innern des Injektionskopfs eine große
Anzahl von elementaren tangentialen Eingängen, die regelmäßig
verteilt sind und ein System zur Gleichverteilung des
injizierten heißen Gases bilden. Dieser gelochte Korb endet am
Eingang des Raums, wo die Zone des Flash-Kontakts zwischen den
beiden Phasen beginnt. Der Flash-Kontakt ist dann sehr schnell
(Bruchteile einer Sekunde).
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Eine zweite Vorrichtung wurde von der Firma VICARB
entworfen. Um die heißen Wände zu vermeiden, werden alle Wände
gekühlt, der Kopf wird mit kalter Luft versorgt und enthält
einen mit brennbarem Gas versorgten Kranz. Die Verbrennung
dieses Gases wird ganz in dem Injektionskopf durchgeführt, der
die Rolle eines Brenners spielt. Die gebildeten
Verbrennungsgase dringen in symmetrischer wirbelförmiger Strömung in den
Raum ein, um den Flash-Kontakt mit der flüssigen Phase
herzustellen.
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Die Gesamtheit der physikalischen Phänomene in diesen
Vorrichtungen, die in ungefähr einer tausendstel Sekunde
innerhalb des Paars aus "Geber" und "Empfänger" der
thermischmechanischen Energie ablaufen, umfaßt insbesondere die
Erzeugung und das Verschwinden eines Mikrotropfens, Stoß durch
Transfer kinetischer Energie, Eigenschwingung, Rotation, wobei
alle Effekte eine Anregung des Transfers von Masse und Wärme
und selbstverständlich die Flash-Verdampfung verursachen,
deren lokal endotherme Wirkung das resultierende trockene
Produkt schützt. Als Beispiel können die Verbrennungsgase auf
30 cm Strecke 1000ºC verlieren, und die dichte Phase kann sich
um 60ºC erwärmen. Diese Vorrichtungen sind besonders gut an
die Trocknung von Nahrungsmitteln und Pharmazeutika angepaßt.
Sie gestatten, ein sehr feines Pulver zu erhalten, und
degradieren nicht die biologischen Produkte.
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Die Erfinder haben nun gedacht, den Isoflash-Effekt für
die Herstellung von Urantrioxid zu benutzen, obwohl ihr
technisches Gebiet von der Trocknung von Nahrungsmitteln und
Pharmazeutika weit entfernt ist.
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Die von dem Anmelder zur Denitration betriebenen Studien
zeigten, wie oben gesagt, daß die Schritte der Dehydratation
und der Calcination von Uranylnitrat normalerweise sehr
vorsichtig ausgeführt werden müssen, wenn man eine reaktive
Struktur erhalten will. In der Tat war die Idee der Erfinder,
die eine der oben beschriebenen Vorrichtungen der Firma VICARB
zu benutzen, um einfach das Uranylnitrat-hexahydrat zu
dehy
dratisieren, bevor man es mit einer anderen Methode
calciniert. Nach Experimenten bemerkten die Erfinder, daß nicht
allein die Dehydratation korrekt abläuft, sondern daß sie
darüber hinaus im Verlauf derselben Operation die Umwandlung zu
Urantrioxid durchführen konnten und daß dieses Trioxid sehr
reaktiv war. Es scheint nun festzustehen, daß unter
Berücksichtigung der besonderen Bedingungen für den Isoflash-Effekt
die Wiederauflösung des Urantrioxids in seinem Kristallwasser
(mit Zerstörung der aktiven Struktur) während des
Schlüsselschritts der Beendigung der Dehydratation nicht stattfinden
kann. Die Kinetik dieser Wiederauflösung ist zu langsam, als
daß sie stören könnte.
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Die an einer Testvorrichtung ausgeführten Experimente
erwiesen sich als vollkommen überzeugend, denn das erhaltene
Oxid UO&sub3; ist mindestens so reaktionsfähig wie das auf dem
Lösungsweg gebildete, welcher die Ausfällung von
Ammoniumdiuranat erfordert.
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Die Erfindung hat somit zum Gegenstand ein Verfahren zur
Gewinnung von Urantrioxid aus einer Lösung von Uranylnitrat,
wobei das erhaltene Urantrioxid eine im wesentlichen zwischen
12 und 15 m²/g liegende spezifische Oberfläche aufweisen soll,
das darin besteht, in einem Bereich eines Reaktionsraums,
Kontaktzone genannt, einen thermisch-mechanischen Kontakt
herzustellen zwischen der Uranylnitratlösung, die in Richtung einer
in der Kontaktzone vorgegebenen Achse in feine Tröpfchen
zerstäubt wird, und einem gasförmigen Fluid, das in die
Kontaktzone in Form einer Strömung, die um genannte Achse der
Zerstäubung der Uranylnitratlösung einen Wirbel bildet; zugeführt
wird, wobei das gasförmige Fluid auf einer genügend hohen
Temperatur ist und eine genügend hohe mechanische Energie
besitzt, um in der Kontaktzone die Dehydratation und Calcination
des Uranylnitrats zu bewirken, wobei die zerstäubte
Uranylnitratlösung niemals mit einer Flamme in Kontakt ist.
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Die Experimente haben gezeigt, daß das Verfahren für
Lösungen funktioniert, die eine Uranylnitrat-Konzentration
zwischen 350 und 1200 g/l besitzen.
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Das gasförmige Fluid kann aus Verbrennungsgasen bestehen,
beispielsweise aus Gasen, die aus der Verbrennung eines
gas
förmigen Kohlenwasserstoffs und der Luft hervorgehen.
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Die Erfindung wird besser verstanden und andere Vorteile
und Besonderheiten werden hervortreten bei der Lektüre der nun
folgenden Beschreibung, die als nicht begrenzendes Beispiel
gegeben wird, begleitet von den beigefügten Zeichnungen.
Darunter stellt:
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- Fig. 1 eine Vorrichtung dar, die es gestattet, das
erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Urantrioxid durch
direkte thermische Denitration von Uranylnitrat auszuführen,
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- Fig. 2 ist eine Schnittansicht im Detail eines Elements
der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,
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- Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Achse III-
III der Fig. 2.
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Als Beispiel wird sich die weitere Beschreibung auf eine
Uranylnitratlösung beziehen, die aus Uranylnitrat-hexahydrat
besteht.
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Nach der Erfindung zersetzt man thermisch das
Uranylnitrat-hexahydrat zu Urantrioxid in folgender Weise:
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UO&sub2;(NO&sub3;)&sub2; 6H&sub2;O -> UO&sub3; + 1,86 NO&sub2; + 0,14 NO +
0,57 O&sub2; + 6 H&sub2;O
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Die für die Reaktion erforderliche Wärme kann
beispielsweise durch die Verbrennung von Propan und Luft zugeführt
werden:
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C&sub3;H&sub8; + 5 O&sub2; -> 3 CO&sub2; + 4 H&sub2;O
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen
Reaktionsraum 1, der begrenzt wird von einer zylindrischen Hülle,
die an jedem Ende durch einen Kegel verlängert ist, der die
Querschnitte des Eingangs 2 bzw. des Ausgangs 3 des
Reaktionsraums reduziert. Der Eingang 2 ist mit einem Brenner 4
verbunden, der durch die Leitung 5 mit Luft und durch die
Leitung 6 mit brennbarem Gas versorgt wird. Eine Leitung 7
erlaubt, den Reaktionsraum 1 mit Uranylnitrat-hexahydrat zu
versorgen.
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Der Ausgang 3 des Reaktionsraums 1 ist über eine
Leitung 9 mit einem Zyklon 8 verbunden. Die größten gebildeten
UO&sub3;-Partikel werden über die Leitung 10 gewonnen, die an dem
unteren Ausgang des Zyklons 8 angeschlossen ist. Die feinen
Partikel werden durch die Gas-Abzugslöcher oben am Zyklon
be
fördert und durch die Leitung 11 zu einem Sackfilter 12
geschickt. Die feinen Partikel werden über die Leitung 13
gewonnen. Die entstaubten Gase werden mit Hilfe eines Ventilators,
der sich am Ausgang des Filters befindet, durch eine Leitung
14 abgesaugt.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen den Aufbau des Brenners 4. Alle
Wände des Brenners werden durch eine nicht dargestellte
Umwälzung von Wasser gekühlt. Der Brenner enthält eine zylindrische
äußere Hülle 20, die an ihrem oberen Teil geschlossen ist und
an ihrem unteren Teil eine Öffnung 28 aufweist, die mit dem
Eingang 2 des Reaktionsraums 1 in Verbindung steht (siehe
Fig. 1). Er enthält ebenso eine innere Hülle oder Korb 21, die
zusammen mit der äußeren Hülle einen ringförmigen Bereich 22
begrenzt. Der Korb 21 ist in seinem oberen Teil mit einer
Reihe von Löchern 23 versehen, die ganz um den Korb herumgeht.
Die Leitung 5 steht tangential mit dem ringförmigen Bereich 22
in Verbindung.
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Die Leitung 7 durchquert den Brenner in seiner ganzen
Länge, um an seiner Öffnung 28 zu endigen, d. h. am Eingang des
Reaktionsraums. Ein nach unten zeigender Kegelstumpf 24
verbindet den oberen Teil der Hülle 20 mit dem in der Öffnung 28
gelegenen Ende der Leitung 7. Er trägt zusammen mit dem
düsenförmigen Teil 25 der inneren Hülle 21 dazu bei, den
Verbrennungsgasen die gewünschte Bewegung zu geben.
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Die obere Fläche 26 der äußeren Hülle 20 enthält einen
Kranz 27 zur Versorgung mit brennbarem Gas, wobei die Leitung
6 am Boden dieses Kranzes mündet.
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Es wird nun eine Art und Weise der Herstellung von
Urantrioxid aus Uranylnitrat-hexahydrat mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren unter Verwendung der durch die Fig. 1 bis 3
beschriebenen Vorrichtung beschrieben.
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Das Uranylnitrat-hexahydrat ist in einem wärmeisolierten
Tank enthalten, wo es unter Rühren gehalten wird. Da seine
Schmelztemperatur gleich 65ºC ist, wird der Tank mit einer
inneren Kühlschlange erwärmt, die mit Dampf oder mit gekühltem
Wasser versorgt werden kann. Das Uranylnitrat-hexahydrat wird
den folgenden Eigenschaften entsprechend hergestellt:
Urankonzentration bei 1200 g/l, Dichte bei 2400 kg/m³, Temperatur bei
80ºC.
Die Dichte der Lösung wird mit einem Dichtemesser
kontrolliert. Eine Zufuhr von demineralisiertem Wasser in den
Tank ist möglich, um die Lösung zu verdünnen, wenn die Dichte
zu hoch ist. Alle Leitungen zur Zufuhr des Nitrats zum Brenner
sind wärmeisoliert und für Dampf entworfen, um die
Kristallisation des Nitrats auszuschließen.
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Das benutzte brennbare Gas kann Propan sein, das den
Brenner unter einem Druck von ungefähr 1,4 bar versorgt. Die
Luft wird durch einen Verdichter mit einem Relativdruck
zwischen 0,3 und 0,6 bar zugeführt.
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Der Brenner stellt die Verbrennung des Propans (ungefähr
5 kg/h) in der verdichteten Luft (ungefähr 150 kg/h) durch
Zündung einer in den Figuren nicht dargestellten Zündkerze
sicher. Die Verbrennung erfolgt ganz in dem Brenner, was zur
Folge hat, daß das injizierte Uranylnitrat niemals mit der
Flamme in Kontakt ist. Wie die Pfeile in den Fig. 2 und 3
zeigen, gewinnt die in den Brenner injizierte Luft eine
wirbelförmige Bewegung. Dies beruht auf der besonderen Geometrie des
Brenners: tangentiale Versorgung mit Luft, Anwesenheit eines
gelochten Korbs und konische Form gewisser Bauelemente. Diese
von der Luft gewonnene Bewegung wird ebenso dem brennbaren Gas
und den Verbrennungsgasen gegeben, die durch den Ausgang 28
entweichen und in den Reaktionsraum eintreten. Die aus der
Verbrennung hervorgehenden Gase mit einer Temperatur von
ungefähr 1400ºC werden in dem Brenner beschleunigt, um in dem
oberen konischen Teil des Reaktionsraums 1, der die Reaktionszone
ist, eine Geschwindigkeit von ungefähr 300 m/s zu erreichen.
Der Teil der Leitung 7 innerhalb des Brenners wird mit Wasser
unter Druck mit ungefähr 1,5 m³/h Durchsatz gekühlt. Die
Temperatur des Kühlwassers erhöht sich so beim Durchgang durch
den Brenner von 25ºC auf 32ºC.
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In dem Reaktionsraum, der auch noch Bikonus genannt wird,
werden die heißen Verbrennungsgase und das
Uranylnitrat-hexahydrat in Kontakt gebracht. Das Nitrat wird oben im Bikonus zu
feinen Tröpfchen zerstäubt, und die Reaktion erfolgt, sobald
die Tröpfchen mit den Gasen in Kontakt gebracht sind. Das
restliche Volumen des Bikonus erlaubt die Verdampfung des
Wassers und die Bildung von UO&sub3;-Partikeln.
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Die Geschwindigkeit des Motors der volumetrischen Pumpe,
die zur Injektion des Nitrats verwendet wird, wird auf die
Innentemperatur unten am Bikonus geregelt. Auf dieser Höhe liegt
diese Temperatur zwischen 350ºC und 500ºC. Der
Temperaturanstieg der heißen Gase bei der Verbrennung löst also die Pumpe
aus.
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Die größten gebildeten UO&sub3;-Partikel werden durch eine
Zyklon-Absaugung am Ausgang des Bikonus gewonnen. Die feinen
Partikel werden durch die Leitung 11 zu dem Sackfilter 12
übertragen. Da die maximale Temperatur der mit Feststoffen
beladenen Gase, die für die Filtersäcke zulässig ist, 140ºC
beträgt, werden die Gas-Abzugslöcher am Oberteil des Zyklons 8
mit Luft gekühlt (ungefähr 300 kg Luft pro Stunde). Die
entstaubten und am Ausgang des Filters 12 angesaugten Gase werden
in Abtreib-Türmen behandelt, wo die nitrosen Gase mit Wasser
gewaschen und in Natronlauge neutralisiert werden.