NL1010958C2 - Werkwijze voor het wijzigen van de isotoopverhouding van het metaal van een metaalalkyl. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het wijzigen van de isotoopverhouding van het metaal van een metaalalkyl

De uitvinding betrekking op een werkwijze voor het wijzigen van de isotoop-verhouding van het metaal van een metaalalkyl.

De verschillende elementen, welke in de natuur 5 voorkomen, bestaan voor het overgrote deel uit een mengsel van verschillende isotopen, waarbij de onderlinge verhouding van die isotopen steeds dezelfde is. Verschillende isotopen van een element vertonen dezelfde chemische eigenschappen. De verschillen bestaan in wezen 10 slechts uit afwijkingen van de atoommassa, omdat de aantallen neutronen in de betreffende atoomkernen verschillend zijn.

Er zijn toepassingen, waarbij uitsluitend één bepaalde isotoop gebruikt mag worden, zodat uit een 15 uitgangsmateriaal alle andere isotopen zo goed als mogelijk verwijderd moeten worden. Dit verwijderen geschiedt met een scheidingsproces. Het product, materiaal met een overmaat van de ene gewenste isotoop, wordt verrijkt genoemd. Er zijn ook toepassingen, waarbij slechts één isotoop 20 verwijderd behoeft te worden. Men spreekt dan van verarmd materiaal. Er bestaan verschillende industriële scheidingsprocessen. Een voorbeeld is het scheiden met behulp van ultracentrifuges.

Bij het scheiden van isotopen met behulp van 25 ultracentrifuges dient men te beschikken over gasvormig materiaal, waarin de te scheiden isotopen zich bevinden. Veel elementen, waarop men isotopenscheiding wil toepassen zijn evenwel niet of niet gemakkelijk in gasvorm te brengen, zodat men (bijvoorbeeld in het geval van te 30 scheiden metaalisotopen) vaak gebruik maakt van een chemische verbinding van het te scheiden materiaal. In het geval van metaal wordt daarbij wel gebruik gemaakt van een i 0 1 09 5 8 ’ 2 metaalalkyl. Een metaalalkyl is gewoonlijk gemakkelijker in gasvormige toestand te brengen dan het metaal zelf.

In de praktijk wordt het voedingsmateriaal, in het onderhavige geval een metaalalkyl met natuurlijke 5 isotopensamenstelling, in een scheidingsinstallatie gevoerd en deze produceert vervolgens een stroom verrijkt metaalalkyl en een stroom verarmd metaalalkyl. De stroom, die men wenst te verkrijgen wordt het product genoemd en de stroom, die resteert is de waste-stroom. Aldus is 10 afhankelijk van het gewenste product de waste-stroom een stroom van verrijkt materiaal of een stroom van verarmd materiaal. Gewoonlijk is er geen emplooi voor een dergelijke waste-stroom en dient deze te worden afgevoerd en vernietigd. Dit kan tot problemen leiden. Sommige 15 metaalalkylen zijn slechts op een bewerkelijke manier te vernietigen.

Het zou voordelig zijn, als een waste-stroom zodanig zou kunnen worden bewerkt, dat een product ontstaat, dat opnieuw als basis van een scheidingsbewerking kan dienen.

20 Dit is vooral voordelig in gevallen, dat een dergelijk uitgangsmateriaal vrij kostbaar is.

De uitvinding beoogt nu een werkwijze te verschaffen, met behulp waarvan de isotoopverhouding in een product met een isotoopverhouding, die afwijkt van de 25 natuurlijke verhouding, wordt gewijzigd in de richting van de natuurlijke verhouding.

Het gestelde doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een werkwijze, waarbij men een hoeveelheid verarmd of verrijkt metaalalkyl in bij voorkeur vloeibare vorm in 30 aanraking brengt met een hoeveelheid van het metaal van de metaalalkyl of een legering van het metaal van de metaalalkyl en gedurende enige tijd in aanraking houdt.

Gevonden werd dat, indien een hoeveelheid vloeibaar of gasvormig metaalalkyl gedurende enige tijd in aanraking 35 wordt gehouden met een hoeveelheid metaal van de alkyl of legering van het metaal van de alkyl er een uitwisseling 10109 5 Qn 3 van metaalionen optreedt tussen het metaalalkyl en het metaal of de legering, zodat de isotopenverhouding van het metaal in de alkyl zich beweegt in de richting van de isotopensamenstelling van het metaal of het metaal in de 5 legering. Indien derhalve uitgegaan wordt van een overmaat van het metaal in de natuurlijke samenstelling, al dan niet in de vorm van een legering, zal na verloop van tijd de isotopensamenstelling van het metaal in de metaalalkyl de natuurlijke samenstelling gaan benaderen. Aldus kan een 10 waste-stroom worden omgevormd in een hoeveelheid van het uitgangsmateriaal, zodat het voor een volgende scheidings-bewerking kan worden toegepast.

Bij voorkeur wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding deeltjesvormig metaal of metaallegering 15 toegepast. Gebleken is dat toepassing van deeltjesvormig metaal tot betere resultaten leidt.

Bij voorkeur worden voorts bij de werkwijze volgens de uitvinding de metaalalkyl en het metaal of de legering bij een temperatuur boven kamertemperatuur met elkaar in 20 aanraking gebracht en gehouden. Gebleken is dat de uitwisseling van de metaalionen bij een verhoogde temperatuur sneller verloopt.

Voorts werd gevonden dat de uitwisseling van metaalionen eveneens sneller verloopt indien de metaalalkyl 25 en/of het metaal of de legering gedurende het in aanraking houden worden bewogen.

De werkwij ze volgens de uitvinding kan op geschikte wijze worden toegepast op di-ethylzink, in welk geval het di-ethylzink in aanraking wordt gebracht met zink of een 30 zinklegering. Daarbij wordt op geschikte wijze een temperatuur tussen 20 en 110 °C, en bij voorkeur een temperatuur van tenminste 50 °C toegepast. Daarbij worden goede resultaten bereikt, indien zink in poedervorm met een deeltjesgrootte van T μπι of minder, wordt toegepast. De 35 methode is zeer geschikt om te worden toegepast voor het in de richting van de natuurlijke samenstelling wijzigen van , 1 09 5 8* 4 de isotopenverhouding van zink in di-ethylzink, verrijkt aan 64Zn.

Zoals bekend mag worden verondersteld bevat natuurlijk zink vijf isotopen in de volgende verhouding: 5 e4Zn 48,6 % 66Zn 27,9 % 67Zn 4,1 % 58Zn 18,8 % 70Zn 0,6% 10 Er is een aantal, veelal medische toepassingen bekend voor verrijkt δ8Ζη en voor verrijkt 70Zn, maar er is ook vraag naar verarmd S4Zn. Dit laatste wordt toegepast als additief voor het koelsysteem in kerncentrales.

De te scheiden isotopen kunnen niet direct in een 15 ultracentrifuge worden geleid, want deze werkt met gas en zink is onder normale omstandigheden een vaste stof. Er wordt daarom gebruik gemaakt van een chemische verbinding van zink, die een laag kookpunt heeft en dus gemakkelijk gasvormig is te maken. Een dergelijke chemische verbinding 2 0 is di-ethylzink, ook wel DEZ genoemd. In de praktijk wordt het voedingsmateriaal, DEZ van natuurlijke isotopensamenstelling in de scheidingsinstallatie geleid en deze produceert vervolgens een verrijkte stroom DEZ en een verarmde stroom DEZ. In het geval van e4Zn wenst men 25 verarmd 64Zn te verkrijgen en is de verrijkte stroom de waste-stroom. Deze waste-stroom is beduidend groter (wel ongeveer 5 maal) dan de product-stroom. De waste-stroom is verder niet bruikbaar en dient te worden afgevoerd en vernietigd. Dit is niet eenvoudig, want-DEZ is pyrofoor 30 (ontbrandt spontaan bij aanraking met lucht). Om DEZ te vernietigen dient het eerst met een grote hoeveelheid oplosmiddel te worden verdund, alvorens het gecontroleerd kan worden verbrand. Het voedingsmateriaal is voorts vrij kostbaar.

35 Bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding kan de waste worden hergebruikt. Bij een proefneming werd r ~ 9 £ ^ .j v j 'm 5 fijn verdeeld metallisch zink van natuurlijke samenstelling samengebracht met vloeibare DEZ, waarvan de isotopensamenstelling was gewijzigd. Het mengsel werd een aantal dagen bewaard bij een temperatuur van 50 °C en vervolgens werd de 5 isotopensamenstelling van het DEZ gemeten. Deze bleek sterk verlopen in de richting van de natuurlijke samenstelling. Een tweede meting na opnieuw een aantal dagen gaf een nog verder verloop te zien. Daaruit blijkt dat de zinkatomen van de metaaldeeltjes van plaats verwisselen met die van 10 het DEZ. Uit verder onderzoek bleek nog dat indien het contact tussen het DEZ en de zinkdeeltjes wordt gentensiveerd, bijvoorbeeld door beweging van het mengsel, de uitwisseling van metaalatomen/-ionen sneller verloopt.

De werkwijze volgens de uitvinding kan op geschikte 15 wijze in een zogenaamd flow-proces worden uitgevoerd. Bij toepassing op DEZ kan men bijvoorbeeld een aantal reactoren met ieder een bed van zinkdeeltjes met natuurlijke isotopensamenstelling langzaam laten doorstromen met vloeibaar DEZ met gewijzigde isotopensamenstelling.

20 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

Voorbeeld I

Een houder van 75 ml werd in een zogenaamde glovebox 25 gevuld met 12,4 g poeder van natuurlijk zink (mw =* 65,38; 0,19 mol). De houder„werd onder stikstof afgesloten, gekoeld in vloeibaar "stikstof en afgepompt. Vervolgens werd 3,4 g di-ethylzink (DEZ) (mw = 125,3; 0,027 mol) verarmd in 64Zn (6,09 %) overgevroren in de houder. Nadat de houder 30 ongeveer 72 uur ongeroerd bij kamertemperatuur was

gehouden, werd een massaspectrum opgenomen om de 64Zn concentratie te bepalen. Deze bedroeg 6,41 %. Omdat deze concentratie nauwelijks afweek van de beginconcentratie werd besloten de temperatuur te verhogen. Na respectieve-35 lijk 240 uur, 17 dagen en 31 dagen ongeroerd bij 50 °C werd de 64Zn-concentratie gemeten. De resultaten zijn in tabel A

6 weergegeven. Voor elke isotoopmeting werd 0,3 - 1 g van het aanwezige DEZ verbruikt.

Voorbeeld II

5 Een houder van 75 ml werd in de glovebox gevuld met 35 g poeder van natuurlijk zink (mw = 65,38; 0,535 mol). De houder werd onder stikstof afgesloten, gekoeld in vloeibaar stikstof en afgepompt. Vervolgens werd 10,51 g DEZ (mw = 125,3; 0,0839 mol) verarmd in 64Zn (5,81 %) overgevroren in 10 de houder. Nadat de houder ongeveer 25 uur ongeroerd bij 20 °C was gehouden, werd een massaspectrum opgenomen om de 64Zn-concentratie te bepalen. Deze bedroeg 5,89 %. De houder werd vervolgens in een oven geplaatst en bij 70 °C gehouden. Na respectievelijk 46, 134,5, 199,5, 287,8 en 15 352,3 uur werd de 64Zn-concentratie gemeten. De resultaten zijn in tabel A weergegeven. Voor elke isotoopmeting werd 0,3 - 1 g van het aanwezige DEZ verbruikt.

Voorbeeld III

20 Een houder van 75 ml werd in de glovebox gevuld met 35 g poeder van natuurlijk zink (mw = 65,38; 0,535 mol). De houder werd onder stikstof afgesloten, gekoeld in vloeibaar stikstof en afgepompt. Vervolgens werd 8,96 g DEZ (mw = 125,3; 0,0715 mol) verarmd in δ4Ζη (5,86 %) overgevroren in 25 de houder. Nadat de houder ongeveer 74 uur ongeroerd bij 20 °C was gehouden, werd een massaspectrum opgenomen om de 64Zn-concentratie te bepalen. Deze bedroeg 6,15 %. De houder werd vervolgens in een oven geplaatst en bij een temperatuur van 70 °C voortdurend gerold. Na respectieve-30 lijk 88,5, 154,5, 220,0 en 284,5 uur werd de 64Zn- concentratie gemeten. De resultaten zijn in tabel A weergegeven. Voor elke isotoopmeting werd 0,3 - 1 g van het aanwezige DEZ verbruikt. Bij het nemen van de monsters voor die metingen deden zich enkele problemen voor. Bij de 35 eerste monsterneming na 88,5 uur kon de houder niet goed

' — ~N

7 worden afgepompt als gevolg van het feit, dat de kraan van de flesvormige houder volledig was verstopt met geagglomereerd zink (poeder). Dit materiaal was zodanig samengepakt dat er bijna sprake was van een metaalstaafje.

5 Om dit te verwijderen werd de houder koud afgepompt en werd er een andere kraan op gemonteerd. Het gevolg was dat de . uitgangsverhouding zinkpoeder/DEZ wellicht veranderd was. Ook de vervolgmetingën verliepen moeizaam. Niettemin was het mogelijk de isotoopsamenstelling van het DEZ te 10 bepalen.

Tabel A.

Voorbeeld I Voorbeeld II Voorbeeld III

15 (50 °C, statisch) (70 °C, statisch) (70 °C, gerold) t (dagen) , 64Zn(%) t (uren) , 64Zn(%) t (uren) , 64Zn(%)

DEZ DEZ DEZ

0 6,09 0 5,89 0 6,15 20 10 18,6 .....46 9,35 88,5 20,12 17 25,38 ...134,5 18,40 154,5 30,40 31 33,18 199,5 25,24 220,0 34,24 287,8 30,52 284,5 36,22 352,3 33,90 735,7 40,53 25 - 803,5 40,08 1 0 1 08 5 8-

Claims (8)

1. Werkwijze voor het wijzigen van de isotoopverhouding van het metaal van een metaalalkyl, met het kenmerk dat men een hoeveelheid verarmd of verrijkt metaalalkyl in bij voorkeur vloeibare vorm in aanraking brengt met een 5 hoeveelheid van het metaal van de metaalalkyl of een legering van het metaal van de metaalalkyl en gedurende enige tijd in aanraking houdt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat deeltjesvormig metaal of metaallegering wordt toegepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1-2, met het kenmerk dat de metaalalkyl en het metaal of de legering bij een temperatuur boven kamertemperatuur met elkaar in aanraking worden gebracht en gehouden.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, met het kenmerk dat 15 de metaalalkyl en/of het metaal of de legering gedurende het in aanraking houden wordt/worden bewogen.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 - 4, met het kenmerk dat bij toepassing van di-ethylzink en zink een temperatuur tussen 20 en 110 °C wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk dat een temperatuur van tenminste 50 °C wordt toegepast.

7. Werkwijze volgens conclusie 5-6, met het kenmerk dat zink in poedervorm met een deeltjesgrootte van 7 μπι of minder, wordt toegepast.

8. Werkwijze volgens conclusie 5-7, met het kenmerk dat di-ethylzink, verrijkt aan 64Zn, wordt toegepast. <·' r s r n ' v ; > . 4 bAfvltivWfcKKI NbiVfcKUKAG (PL I) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHEIDSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFIKATIE VAN 0£ NATIONALE AANVRAGE Kenmerk van de aanvrager of van de gemachtigde P11332NLOO Nederlandse aanvrage nr. Indieningsdatum 1010958 5 januari 1939 Ingeroepen voorrangsdatum Aanvrager (Naam) URENCO NEDERLAND B.V. Datum van het verzoek voor een onderzoek van internationaal type Door da Instantie voor Internationaal Onderzoek (ISA) aan het verzoek voor een onderzoek van internationaal type toegekend nr. SN 32513 NL I. CLASSIFICATIE VAN HET ON DER WERP (bij toepassing van verschillende classificaties, alle classificatiesymbolen opgeven) Volgent de Internationale classificatie (IPC) Int. Cl.6: B 01 D 59/28 II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK Onderzochte minimum documentatie Classificatiesysteem Classificatiesymbolen Int. Cl.° B 01 D Onderzochte andere documentatie dan de minimum documentatie voor zover dergetijke documenten in de onderzochte gebieden zijn opgenomen III. GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerki ngen op aanvullingsblad) I IV- [ 1 GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerkingen op aanvullingsblad) Form PCT/IS-s/rOM») 07. 1979