DE1051829B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Uranfluorid - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
 PATENTAMT

kl. 12 η 10

INTERNAT. KL. COIg

ι ϊ / 0 6 " -

AUSLEGESCHRIFT 1051829

C 11382 IVa/12 η

/If ANMELDETAG: 11.JUNI1955

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFTi

5.MÄRZ 1959

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Uranfluorid durch Umsetzung von Uranoxyd mit gasförmiger Flußsäure sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Durch die Erfindung wird bezweckt, die Schwierigkeiten zu überwinden, welche bei der bekannten Herstellung von Uranfluorid durch Umsetzung von Uranoxyd mit gasförmiger Flußsäure vor allem durch das dabei auftretende Quellen des Materials entstanden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Uranoxyd vor der Behandlung zu Preßlingen, besonders in Form von Tabletten oder ähnlichen linsenförmigen Körpern, verpreßt wird.

Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß das Material bestrebt ist, sich in zusammengeballtem Zustand zu erhalten, wobei es aber trotzdem porös bleibt. Dadurch \vird die freie Zirkulation des Gases während des Behandlungsvorganges gesichert, ohne daß Schwierigkeiten durch Verstopfungen auftreten, welche bisher durch das Quellen des Materials hervorgerufen wurden. Bei der Ausführung des Verfahrens wurde ferner gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, einen verhältnismäßig starken Druck zum Verpressen der Preßlinge anzuwenden, und zwar soll sich dieser Druck in der Größenordnung von 100 kg/ cm² bewegen. Tablettenpressen sind an sich in der chemischen Großindustrie bekannt. Auf solche Pressen erstreckt sich die Erfindung nicht.

Bei der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Uranfluorid mit Hilfe von zu Preßlingen verpreßtem Uranoxyd können noch Schwierigkeiten auftreten, die ihre Ursache in der Natur dieser Preßlinge haben und die bei Benutzung üblicher Vorrichtungen oder Apparate nicht beseitigt werden. Trotz der Zusammenballung ihres Materials kann nämlich immer noch ein gewisses Quellen der Preßlinge stattfinden. Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung hat einen senkrecht stehenden, im wesentlichen konisch geformten, sich nach unten erweiternden Behandlungsraum, der von einer elektrischen Widerstandsheizung umgeben ist. Würde man die Behandlung der Preßling« in einem Behandlungsraum der üblichen, zylindrischen Form vornehmen, so würde dies zur Folge haben, daß eine starke Reibung zwischen den Preßlingen und der Innenwandung des zylindrischen Behandlungsraumes eintreten würde, sobald die Preßlinge zu quellen beginnen. Die Preßlinge wurden dann rasch zerstört werden, und die Vorrichtung würde sich verstopfen. Dies wird durch die Zunahme des Querschnittes des Behandlungsraumes von oben nach unten vermieden.

Außerdem ist es zweckmäßig, die Preßlinge von vornherein gegen bestimmte, vor allem thermische Verfahren und Vorrichtung
zur Herstellung von Uranfluorid

Anmelder:

Commissariat a l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. F. Eitner, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 8

IO

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 18. Juni 1954

Paul Vertes, Vert-le-Petit, Seine-et-Oise,

Jean Sauteron, Paris,

und Maurice Delange, Saint-Quen, Seine (Frankreich), sind als Erfinder genannt worden

ao

Einflüsse zu sichern, welche ein Zerplatzen derselben herbeiführen könnten. Die elektrische Beheizung des

*5 sich nach unten erweiternden Behandlungsraumes könnte im unteren Teil desselben einen zu hohen Anstieg der Temperatur bewirken. Dadurch könnte ein Zerplatzen der Preßlinge und eine Verstopfung des Behandlungsraumes verursacht werden. Um dies zu

vermeiden, sind zweckmäßig im unteren Teil des Behandlungsraumes Kühlrippen od. dgl. angebracht.

Schließlich hat es sich insbesondere im Falle einer diskontinuierlichen Arbeitsweise als vorteilhaft erwiesen, im unteren Teil des Behandlungsraumes ein

schieberförmiges Auslaßventil vorzusehen. Im unteren Teil der Vorrichtung soll zweckmäßig ein Druck aufrechterhalten werden, welcher etwa dem Atmosphärendruck entspricht oder etwas höher als dieser ist. Durch das Auslaßventil wird jeglicher Luftein-

tritt vermieden. Das Eindringen von Luft könnte sonst eine Oxydation des Fluorids, eine für die Vorrichtung schädliche Temperatursteigerung und ein Zerplatzen der Preßlinge bewirken.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durch-

führung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch in einem vertikalen Längsschnitt beispielsweise veranschaulicht.

Uranfluorid wird durch die exotherme Reaktion

UO₂ + 4 HF = UF₄ + 2 H₂O

erhalten. Es ist nicht schwierig, diese Reaktion im Laboratorium mit kleinen Materialmengen und diskontinuierlich zu verwirklichen. Die fortlaufende, industrielle Herstellung zur Erzielung eines wirt-

schaftlichen Betriebes stößt jedoch auf beträchtliche Schwierigkeiten. Diese beruhen hauptsächlich auf dem Quellen des Uranoxyds bei dessen Umwandlung in Fluorid, wodurch der Durchtritt der Gase behindert und die Gefahr einer Verstopfung der Behandlungsvorrichtung hervorgerufen wird.

Das Uranoxyd wird daher erfindungsgemäß vor der Behandlung mit der gasförmigen Flußsäure zu Preßlingen verpreßt und dadurch in einen sehr dichten Zustand übergeführt. Dadurch kann nicht nur das schädliche Quellen wesentlich vermindert und der Durchtritt des Gases durch die Zwischenräume zwischen den Bestandteilen der Preßlinge während der Behandlung aufrechterhalten werden, sondern es wird auch ein gutes Reaktionsvermögen erzielt, da diese Bestandteile eine hohe Porosität aufweisen und von den Gasen gut durchströmt werden können. Der zu verpressende Stoff, nämlich das Urandioxyd, hat im allgemeinen nach den verschiedenen, vorangegangenen Herstellungsvorgängen, deren letzter die Reduktion des Urantrioxyds zu Urandioxyd ist, eine feinverteilte, kristalline Form und besitzt ein hohes Reaktionsvermögen. Diese Bedingungen werden nun bei dem Preßvorgang aufrechterhalten, d. h. die Preßlinge bleiben porös, so daß das Gas auch in das Innere derselben eindringen kann. Die porösen Preßlinge haben zweckmäßig verhältnismäßig kleine Abmessungen, insbesondere eine geringe Stärke. Sie erhalten daher insbesondere die Form von Tabletten, welche z. B. für eine Behandlungsvorrichtung der nachstehend beschriebenen Art einen Durchmesser von 6 mm und eine Stärke von 3 mm haben können.

Die Behandlungsvorrichtung besteht beispielsweise aus einem etwa lotrechten Rohr 1, welches konisch geformt ist und sich nach unten erweitert. Dk Preßlinge werden in den oberen Teil des Rohres I, z. B. durch einen Fülltrichter 2, eingeführt, während die gasförmige Flußsäure am unteren Teil des Rohres in Richtung des Pfeiles 3 eingeführt wird. Ferner sind Heizmittel zur Einleitung der Reaktion sowie Kühlmittel zur Abführung der infolge der exothermen Art der Reaktion erzeugten, überschüssigen Wärme vorgesehen.

Die Einführung der gasförmigen Flußsäure erfolgt vorzugsweise in vorgewärmtem Zustand durch einen sich trichterförmig nach unten verjüngenden Teil 4, wodurch eine Verstopfung an dieser Stelle der Vorrichtung vermieden wird.

Zur Beheizung dient beispielsweise ein elektrischer Widerstand 8. Die gesamte Vorrichtung wird dabei von einer Wärmeisolierung 6 umgeben. Zur Abführung der überschüssigen Wärme sind Kühlrippen 7 vorgesehen, die den Wärmeaustausch mittels eines Luftstromes oder sonstigen strömenden Mediums erleichtern, welches vorzugsweise regelbar zwischen dem Rohr 1 und einem Kaminrohr 5 hindurchströmt. Dadurch wird dit Aufrechterhaltung der richtigen Reaktionstemperatur ermöglicht.

Die Abführung der Gase, insbesondere des Wasserdampfes und des überschüssigen Fluorwasserstoffes geschieht z. B. durch ein an den Fülltrichter 2 angeschlossenes Rohr 9. Ferner sind Mittel zur Regelung des Umlaufes des Behandlungsgutes vorgesehen. Dieser Umlauf erfolgt zweckmäßig kontinuierlich, so daß die Preßlinge in ununterbrochener Folge durch den Rohrstutzen 10 eintreten und als Uranfluorid am unteren Ende des Rohres 1 durch den Stutzen 11 kontinuierlich austreten.

Der Umlauf des Behandlungsgutes kann aber auch diskontinuierlich erfolgen, indem jeweils bestimmte Materialmengen nacheinander in die Vorrichtung eingeführt werden, so daß auch der Austritt des fertigen Produktes an der Stelle 11 periodisch erfolgt. In diesem, in der Zeichnung veranschaulichten Fall werden am Eintritt und am Austritt Ventile 12, insbesondere schieberförmige Ventile, vorgesehen, die z. B. mit Hilfe von Dichtungen aus einem nachgiebigen Werkstoff abgedichtet werden. Die verschiedenen Teile der Vorrichtung bestehen aus Werkstoffen, wie z. B. Nikkel oder Monelmetall, welche durch die Reaktionen nicht angegriffen werden.

Im oberen Teil der Vorrichtung wird zweckmäßig ein leichter Unterdruck erzeugt, wobei der in dem Behandlungsgut entstehende Druckabfall im allgemeinen ausreicht, um den Druck in der Nähe des unteren Auslaßventils 12 etwa gleich dem Atmosphärendruck oder etwas darüber zu halten. Auf diese Weise wird der Eintritt von Luft durch das Auslaßventil vermieden, welcher eine Oxydation des Fluoricls, eine für die Haltbarkeit der Vorrichtung schädliche Temperaturerhöhung und ein Zerplatzen der Preßlinge durch Vergrößerung ihres spezifischen Volumens bewirken würde.

Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird das Verfahren wie folgt durchgeführt:

Die aus Uranoxyd hergestellten Tabletten oder sonstigen Preßlinge werden durch ein Ventil in aufeinanderfolgenden Einsätzen in den Fülltrichter 2 eingeführt, während die bei der Behandlung entstehenden Preßlinge aus Uranfluorid periodisch durch das untere Auslaßventil 12 abgeführt werden. Die Zufuhr und die Abfuhr wird so geregelt, daß die in der Vorrichtung enthaltene Materialmenge praktisch konstant bleibt und sich die Temperaturzonen in der Vorrichtung praktisch nicht ändern. Die Behandlung wird zu Beginn 'des Vorganges mittels der Heizung 8 eingeleitet, welche danach abgestellt wird. Beispielsweise gestattet eine Vorrichtung mit einem Reaktionsrohr von 1,20 m Höhe und mit einem oberen Durchmesser von 90 mm und einem unteren Durchmesser von 150 mm die Erzeugung von 12 bis 15 kg Uranfluorid in der Stunde. Die Verwendung von Preßlingen gestattet auch einen kontinuierlichen Betrieb, wobei die Preßlinge am Austrittsende des Rohres 1 die gleiche Form wie am Eintritt haben. Da das Reaktionsvermögen des Uranoxyds dank der Porosität der Preßlinge aufrechterhalten bleibt, wird eine hohe Leistung erzielt. Die Abscheidung der bei der Reaktion erzeugten Gase, wie Wasserdampf usw., kann bequem vorgenommen werden, während diese Abscheidung wesentlich schwieriger wäre, wenn man versucht, die gasförmige Flußsäure mit einer pulverförmigen Masse von Uranoxyd umzusetzen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Uranfluorid durch Umsetzung von Uranoxyd mit gasförmiger Fluißsäure, dadurch gekennzeichnet, daß das Uranoxyd vor der Behandlung zu Preßlingen, besonders in Form von Tabletten oder ähnlichen linsenförmigen· Körpern, verpreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vorpressen der Preßlinge ein Druck in der Größenordnung von 100 kg/cm² angewendet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nadh den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen senkrecht stehenden, im wesentlichen konisch geformten, sich nach unten

erweiternden Behandlungsraum (1), der von einer elektrischen Widerstandsheizung (8) umgeben ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch im unteren Teil des Behandlungsraumes angebrachte Kühlrippen (7) oder dergleichen·.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, insbesondere für diskontinuierliche Arbeitsweise, gekennzeichnet durch ein am unteren Teil des Behandlungsraumes vorgesehenes, sdhieberförmiges Auslaßventil (12).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen