DK146497B - Fremgangsmaade ved fremstilling af i det vaesentlige runde, actinidholdige partikler - Google Patents

Description

146497 i

Opfindelsen angår en fremgangsmåde ved fremstilling af i det væsentlige runde, actinidholdige partikler.

Ved fremstillingen af runde, actinidholdige, så-5 som uranholdige, partikler er det sædvanlig teknik at dispergere en vandig actinidholdig sol, der om ønsket også kan indeholde et overfladeaktivt middel, i en organisk væske, som f.eks. petroleum eller carbontetra-chlorid, så at dråberne af den vandige fase under 10 dispergeringsbetingelserne størkner i den organiske væske, idet den vandige væske er helt eller i det væsentlige ublandbar med den organiske væske. De dis-pergerede dråber af solen antager kugleform på grund af deres overfladespænding i den dispergerede tilstand i 15 den organiske væske. De således dannede runde partikler har sædvanligvis en hinde af organisk væske klæbende til partiklernes overflade.

Når de dannede partikler af gel eller hydroxidmateriale efter fraskillelse fra den organiske væske 20 underkastes en vaskning med henblik på at fjerne opløselige salte, såsom nitrater og/eller chlorider, giver den nævnte hinde af organisk væske ofte anledning til vanskeligheder.

Tidligere har man anvendt de i det følgende be-25 skrevne forholdsregler til forbedring af vaskeprocessen:

Efter dannelsen i en relativt viskos organisk fase blev de runde partikler fraskilt og vasket med petroleums-ether og derpå elueret med en vandig fase. Rester af petroleumsether forårsagede i nogle tilfælde problemer.

30 Af denne grund efterfulgtes vaskningen med petroleumsether af en ny vaskeproces med methanol. Efter, vaskning med methanol udførtes den endelige vaskeproces i dette tilfælde med en vandholdig skyllefase. Det fremgår heraf, at den anvendte fremgangsmåde gør fremstillingen 35 af runde partikler vanskelig.

En anden foreslået foranstaltning omfatter regenerering af den organiske fase. Formningsolier kan i nogle tilfælde regenereres ved at lade olien komme i 146497 2 kontakt med et lag af adsorberende materiale. Det ad-sorberende materiale opsamler oliens dekompositionsprodukter. Dekompositionsprodukterne af formningsolien har tidligere undertiden fortsat hængt ved kuglerne og 5 forstyrrede således vaskningen.

Når man på den omtalte kendte måde fremstiller et kornet materiale i en organisk væske, fås dette materiale i form af mekanisk svage partikler, hvortil der klæber det omtalte tynde lag af organisk materiale.

10 For at fierne dette tynde lag ved vaskning med en vandholdig væske vil det være nødvendigt med en kraftig mekanisk omreSrino· En sådan kraftiq mekanisk vaskebehandling kan let beskadige de mekanisk svage partikler og således let nedsætte udbyttet af disse.

15 Fra eksempelvis tysk fremlæggelsesskrift nr.

1.276.006 er det kendt ved en lignende fremstilling af oxidgel-partikler ved dispergering af en vandig oxidsol i en organisk væske at tilsætte den organiske væske et overfladeaktivt middel. Formålet hermed er at forhindr^ 20 at de nydannede dråber i den organiske væske klæber sammen eller klæber til væggen på den kolonne, der benyttes til fremstillingen. De dannede gelpartikler, hvortil der også efter fraskillelsen klæber en hinde af organisk væske, underkastes ikke nogen vaskeproces som 25 i den før omtalte kendte fremgangsmåde, men underkastes derimod en særlig tørringproces, eventuelt under anvendelse af en dampdestillation, med henblik på at fjerne størsteparten af vandet med vedhængende organisk væske.

30 Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse er af den før omtalte kendte art, ved hvilken en vandig væske indeholdende en eller flere actinidforbindelser og om ønsket carbon og/eller et overfaldeaktivt middel dispergeres i en organisk væske, der er ublandbar med 35 vand, under sådanne betingelser, at de dispergerede dråber af den vandige fase danner i det væsentlige runde, faste partikler af uorganisk gel eller hydroxid, hvorpå 3 146497 disse faste partikler skilles fra den organiske fase og vaskes med en vandig væske og om ønsket derefter tørres og sintres, og fremgangsmåden er ejendommelig ved, at den flydende organiske fase indeholder et overflade-5 aktivt middel med en HLB-værdi fra 7 til mindre end 10,0, og at der til vaskning af de fra den organiske fase fraskilte faste partikler anvendes en vandig væske, som indeholder et overfladeaktivt middel med en HLB-værdi på fra 10,0 til 14.

10 Ved denne fremgangsmåde opnås, at det ikke er nødvendigt med en drastisk mekanisk vaskeproces, og at vedhængende rester af den organiske fase let kan vaskes bort ved en mild vaskebehandling med en vandholdig væska De ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen frem-15 stillede runde partikler anvendes sædvanligvis som brændstof eller brændselselementer i kernereaktorer og er sammensat af actinidmetaller og oxider deraf, herunder urandioxid, urantrioxid, thoriumdioxid, plutonium-dioxid, plutoniumtrioxid, zirconiumdioxid, beryleium-20 oxid og yttriumoxid og blandinger deraf, udfra hvilke tætte metal-mikrokugler kan fremstilles. Som nævnt kan kuglerne eventuelt indeholde carbon, sædvanligvis kolloidt carbon, der under de i teknikken kendte opvarmnings- og behandlinasbetingelser omdanner partiklerne 25 til tætte metalcarbid-småkugler,

Det nævnte HLB-tal er et mål for det overfladeaktive middels hydrofile- lipofile balance. For et overfladeaktivt middel, som er "100% hydrofilt", er HLB-tallet sat til 20. For et ikke-ionogent, overflade-30 aktivt middel på basis af estere af fedtsyrer kan HLB-tallet beregnes fra formlen: HLB = 20(1- |), hvor S = esterens forsæbningstal, og A = den dannede syres syretal.

35 Forionogene, overfladeaktive midler kan HLB-tallet bestemmes eksperimentelt.

Et overfladeaktivt middel med et HLB-tal = 10 vil således være 50% hydrofilt og 50% lipofilt.

4 148497

Det overfladeaktive middel i den organiske fase har således en vis overvægt af lipofil karakter, idet HLB-tallet er mindre end 10, nemlig i området 7-10, medens det overfladeaktive middel i den vandholdige 5 vaskefase har en vis overvægt af hydrofil karakter, idet HLB-tallet er mindst 10, nemlig i området fra 10 - 14.

Som eksempel på en anvendelig kombination af organisk fase, overfladeaktivt middel i den organiske fase og overfladeaktivt middel i den vandholdige vaske-10 fase kan anføres følgende:

Organisk fase - én eller flere alkylsubstituerede benzener, hvor alkylkæden har et gennemsnitligt carbon-atomantal på ca. 12 (en passende alkylbenzenblanding er "Dobane PT-12").

15 "Overfladeaktivt middel i organisk fase - et middel baseret på en blanding af polyoxyethylensorbitolfedtsyre og alkylarylsulfonat (et passende overfladeaktivt middel er "Atlox 3386" med et HLB-tal på 9,6).

Overfladeaktivt middel i den vandige fase - et middel 20 baseret på en blanding af polyoxyethylensorbitanestre af fedtsyrer og af harpikssyrer og alkylarylsulfonater (et passende overfladeaktivt middel er "Atlox 3335" med et HLB-tal på 13,0).

"Dobane PT-12" er en blanding af alkylbenzener, som 25 forhandles af Shell Nederland N.V.

"Atlox 3386" og "Atlox 3335" er i handelen gående produkter fra Atlas Chemical Industries.

Den flydende uorganiske fase, som skal dispergeres i den organiske fase, består af actinidmetalhydroxid-30 soler eller metalsaltopløsninger eller anionfattige actinidmetalsaltopløsninger eller blandinger af disse væsker. Som nævnt i det foregående kan carbonpulver være dispergeret, ved hjælp af det overfladeaktive middel, i den flydende uroganiske fase.

35 Ifølge en foretrukken udførelsesform for frem gangsmåden kan der i den organiske fase inkorporeres fri ammoniak og/eller et eller flere ammoniakafgivende midler. Sidstnævnte kan hensigtsmæssigt blandes med 146497 5 metalhydroxidsolen, eller opløsningen af metalsalt eller anionfattig metalsalt før fordeling deraf i den organiske fase.

Ammoniakfrigørende midler er f.eks. urinstof, 5 hexamethylentetramin, ammoniumcarbonat, kaliumcyanat, ammoniumcyanat, acetamid, formamid, etc. Efter blanding af det ammoniakfrigørende middel med den uorganiske fase er det fordelagtigt, at de blandede væsker afkøles før dispergering.

10 Det er muligt at opretholde en koncentration af ammoniak eller ammoniakfrigørende middel i den organiske fase.

Det kan yderligere være hensigtsmæssigt på i og for sig kendt måde at sætte en ammoniakopløsning til den 15 vandige vaskefase.

Til forbedring af egenskaberne af de endelige produkter kan den vandige uorganiske fase, som indeholder actinidbestanddele, også indeholde bestanddele med grundstofferne ZrIV, HfIV, Y111, Se111 og trivalente 20 sjældne jordarter.

En flydende uorganisk fase, som er særligt egnet til dispergering, består i hovedsagen af en vandig opløsning af uranylnitrat eller anionfattig uranyl-nitrat. Den vandige vaskefase kan i dette tilfælde 25 hensigtsmæssigt bestå af vandig ammoniak, hvortil er sat overfladeaktivt middel.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen forklares nærmere i det følgende ved hjælp af et eksempel.

30 Eksempel

En vandig anionfattig uranylnitratopløsning blev blandet med urinstof og hexamethylentetraminopløsning, og opløsningen sprøjtedes ud over en varm, organisk væske, som indeholdt et overfladeaktivt middel.

35 Den vandige opløsning bestod af en volumendel af en vandig nitratfattig uranylnitratopløsning med en molær koncentration af UO-jiNOg)^ g(OH)- ^ på 2,85, og opløsningen blev under afkøling til 10°C blandet med 146497 6 1,2 volumendele afkølet vandig opløsning af hexamethyl-entetramin og urinstof, og koncentrationen af begge de ammoniakafgivende forbindelser var 3 molær.

Den til 95°C opvarmede organiske væske bestod af 5 en blanding af alkylsubstituerede benzener, hvis sidekæder gennemsnitlig indeholdt 12 carbonatomer ("Dobane PT-12") .

Det lipofile, overfladeaktive middel ("Atlox 3386") udgjorde 0,2 volumen% af den organiske fase og 10 var baseret på en blanding af polyoxyethylensorbitol-fedtsyre og alkylarylsulfonat. Dråberne af uranyl-nitratopløsningen, som faldt ned i den organiske væske, størknede som følge af den forhøjede temperatur, der også bevirkede, at de ammoniakafgivende forbindelser 15 spaltedes under dannelse af ammoniak. Efter fra-skillelse fra den organiske fase blev det opnåede kornede materiale vasket med en vandig ammoniakopløsning som indeholdt 0,2 volumen% af et hydrofilt overfladeaktivt middel ("Atlox 3335", HLB = 13,0).

20 Den vandige ammoniakopløsnings pH-værdi var 9 eller derover og holdtes på dette niveau ved tilsætning af mere koncentreret ammoniakopløsning.

Ved den nævnte vaskeproces blev den organiske fase ialt væsentligt fuldstændig fjernet fra det kornede 25 materialet, som derefter kunne tørres og sintres.