DE6809592U - Vorrichtung zur herstellung kugelfoermiger teilchen. - Google Patents
Vorrichtung zur herstellung kugelfoermiger teilchen.Info
- Publication number
- DE6809592U DE6809592U DE6809592U DE6809592U DE6809592U DE 6809592 U DE6809592 U DE 6809592U DE 6809592 U DE6809592 U DE 6809592U DE 6809592 U DE6809592 U DE 6809592U DE 6809592 U DE6809592 U DE 6809592U
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- column
- solvent
- ammonia
- feed
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
- B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
- B01J2/06—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a liquid medium
- B01J2/08—Gelation of a colloidal solution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/32—Spheres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/60—Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
Description
W.R.Grace & Co.
New York, N.Y./V.St.A.
Vorrichtung zur Herstellung kugelförmiger Teilchen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung kugelförmiger Teilchen mit geregelter Größe,
die aus kolloidalen Rückständen von Lösungen und Aquasolen gebildet werden.
Mit der Erfindung lassen sich insbesondere dichte Kugeln aus als Kernbrennstoff geeigneten Verbindungen herstellen,
wie beispielsweise Uranoxyd, Thoroxyds Plutoniumoxyd und
andere Oxyde der Akciniden, des Zirkons, Yttrium- oder
Berylliumoxyd, Oxyde der Lanthanide oder von Mischsystemen, welche Oxyde der Aktiniden und Lanthaniden zusammen mit
anderen Oxyden und mit Kohlenstoff enthalten, welcher mit dem Metalloxyd unter Bildung des entsprechenden Metallkarbids
umgesetzt werden kann.
Die zur Zeit verwendeten Kernreaktoren und insbesondere Hochtemperaturreaktoren mit Gaskühlung stellen erhebliche
Ansprüche an den verwendeten Kernbrennstoff. Dieser muß oxydationsbeständig sein; der Brennstoff soll ferner beständig
gegenüber einer Freigabe der Spaltprodukte sein und soll die nahezu theoretische Dichte besitzen, um die
680»59224.β.7ΐ
erforderliche Wirksamkeit zu gewährleisten. Die Brennelemente werden gewöhnlich dadurch hergestellt, daß man
den Kernbrennstoff in einer keramischen Matrix dispergiert, die dann unter großem Druck in die gewünschte
Form verdichtet oder verpreßt wird. Aus diesem Grund müssen die Kernbrennstoffe eine ausreichende Festigkeit
haben, um die während des Verpressens auftretende Belastung aushalten zu können.
Darüberhinaus sollen die Teilchen eine gleichmäßige Form und Große haben, um eine homogene Brennstoffkonzentration
in der Matrix zu haben.
Diese Bedingungen werden erfüllt, wenn das Kernbrennstoffmaterial wie Aktinidenoxyde, Karbide und andere in Form
von kugelförmigen Teilchen vorliegen. Die kugelförmige Gestalt liefert die erforderliche Festigkeit, während die
Beständigkeit gegenüber Oxydation und Abgabe von Spaltprodukten dadurch erreicht wird, daß man die kugelförmigen
Teilchen mit einem feuerfesten Metall, ein Metalloxyd oder mit pyrolytischem Graphit überzieht.
Die ursprüngliche Verfahrensweise zur Herstellung derartiger Mikrokügelchen von gleichförmiger Größe und Ge-
"S'taS^t-d.-st überaus—uins^feäaiiioh—und kostspielig, so daß
nur eine sehr geringe Produktenausbeute eines Produktes von geringer Qualität ergab. Die Kugelform war unvollständig,
die Struktur war nicht gleichförmig, man hatte
nicht eine regelmäßige Oberfläche und die erforderliche Festigkeit. Ursprünglich wurden die feuerfesten oder
keramischen Werkstoffe zu Pulver vermählen, verpreßt, auf die angenäherte Größe verkleinert und mittels Schleifverfahren
zu Kugeln geformt und anschließend zur Herstellung der Teilchen gesintert. Bei mehreren Verfahrensstufen wurden Pulver und Teilchen klassiert und die
größenmäßig nicht passenden Teilchen wieder dem Ausgangsmaterial zugegeben. Im allgemeinen wurden bei jedem Verfahrensschritt
Ausbeuten von weniger als 20 % erhalten, so daß dieses Verfahren unwirtschaftlich war.
Es sind weitere Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln
aus Solteilchen oder aus Lösungen beschrieben worden, bei denen ein Aquasol oder eine Lösung in Form
von Tröpfchen mit geregelter Größe von oben in eine Kolonne eingeführt und dort mit einem entwässernden Lösungsmittel
in Berührung gebracht werden. Die Soltröpfchen fallen im Gegenstrom zu dem entwässernden Lösungsmittel.
Das entwässernde Lösungsmittel ist in der Lage, ein Teil des Wassers aus den Tröpfchen zu entfernen und diese somit
teilweise zu trocknen. Die bei den bisherigen Verfahren verwendeten Lösungsmittel haben eine begrenzte Löslichkeit
~ für Wässer, wie beispielsweise Butanol zusammen-mit
Wasser oder Hexanol zusammen mit Wasser. Die teilweise entwässerten Kugeln werden nach der Isolierung aus der
Säule getrocknet.
EK
Bei diesem Verfahren muß man in der Entwässerungssäule unter sorgfältig eingestellten Arbeitsbedingungen arbeiten,
um eine wirksame Trocknung der gleichmäßig großen Tröpfchen zu bewirken, so daß ein kugelförmiges Endprodukt
mit der gewünschten gleichmäßigen Größenzusammensetzung und Oberflächenbeschaffenheit erhalten wird, und damit
das erhaltene Produkt nach dem Trocknen und Sintern die erforderliche Festigkeit besitzt. Bei kontinuierlicher
Arbeitsweise muß die Säule konstant mit entwässerndem Lösungsmittel versorgt werden, welches eine genau eingestellte
Temperatur und einen festgelegten Wassergehalt besitzt, da diese beiden Eigenschaften die Trocknungsgeschwindigkeit
der Aquasoltrcpfchen im wesentlichen beeinflussen.
Die Erfindung betrifft nun eine neue Vorrichtung, um kugelförmige Mikroteilchen aus einem Aquasol oder einer
zugeführten Lösung zu isolieren, ohne daß man ein entwässerndes Lösungsmittel verwendet, wobei die Teilchen
nach dem Trocknen und Sintern die für einen Kernbrennstoff erforderliche Festigkeit und Gleichmäßigkeit besitzen
(es wurde früher darauf hingewiesen, daß die Abwesenheit von Wasser bei den Mikrokugeln die Oberflächeneigenschaften
nachteilig beeinflußt, wenn die Kügelchen getrocknet werden). Es wurde nun festgestellt, daß Teilchen
eines Aquasols oder Tröpfchen einer Lösung zu kleinen wasserhaltigen Teilchen geliert werden können, wenn man
erstens dafür sorgt, daß sie durch eine Säule fallen, welche
ein Lösungsmittel enthält, das im wesentlichen keine
Löslichkeit gegenüber Wasser besitzt und welches noch Ammoniak oder eine Ammoniak liefernde Verbindung enthält,
und wenn man zweitens Ammoniak während der Umsetzung in die Säule einleitet, wobei das zugeführte Ammoniak anscheinend
das beim Gelieren des Einsatzmaterial aufgebrauchte Ammoniak ergänzt. Demzufolge muß die Alkalität
bei einem Wert gehalten werden, der ausreicht, die zuge führten Kügelchen zu gelieren.
Demzufolge betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung kugelförmiger fester Teilchen aus
einem wässrigen Einsatzmaterial aus einem Aquasol oder einer Lösung von ein oder mehr Salzen eines Aktinidenmetalls, Zirkons, Yttriums oder Lanthanidenmetallen, das
gegebenenfalls noch kolloiden Kohlenstoff enthält, wobei die Vorrichtung aus einer senkrechten Säule besteht,
einer Vorrichtung zum Einleiten des wässrigen Einsatzmaterials, die mit dem Kopf der Säule in Verbindung steht
und in der Lage ist, das wässrige Einsatzmaterial in Form von Tröpfchen in die Säule zu leiten, einer Vorrichtung
zum Zuführen von Flüssigkeit, die mit der Säule verbunden ist, um ein mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel
in die Säule zu leiten, Vorrichtungen zum Einleiten und Ablassen von Gas, um Ammoniakgas in die Säule
einzuleiten und dieses Gas aus der Säule abzuziehen, und Mitteln, um die Teilchen aus der Säule zu isolieren.
Die Schwierigkeit der Einstellung des Wassergehaltes der Lösungsmittelkolonne zur Einhaltung der optimalen
Entwässerungsbedingungen, die bislang verhältnismäßig aufwendige Umwälzvorrichtungen und Entwässerungsanlagen
erforderten, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung behoben.
Da das verwendete Lösungsmittel keine Entwässerung bewirkt, ist es auch nicht erforderlich, einen kontinuierlichen
Durchfluß des Lösungsmittels vorzusehen, um das extrahierte Wasser abzuführen. Demzufolge ist ein wesentliches
Merkmal bei ainer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Tatsache, daß man zuerst
eine bestimmte Volumenmenge des Lösungsmittels in das Bad leitet, worauf dann die Tröpfchen des Einsatzmaterials
durch das Lösungsmittel geleitet werden, während das Lösungsmittel in dem Bad bleibt. In diesem Falle ist
es eine bevorzugte Methode beim Einführen von frischem Ammoniak in das Bad, dieses Ammoniak als gasförmiges
Ammoniak in das Bad einzublasen. Es ist jedoch auch möglich, das Lösungsmittel innerhalb des Bades umzuwälzen
oder zu zirkulieren, wenn a) ein Lösungsmittel verwendet wird, welches Ammoniak gelöst enthält oder b) wenn ein
Lösungsmittel verwendet wird, das gelöst eine Ammoniak freisetzende Verbindung enthält, worauf man anschließend
frisches Ammoniak in das Bad einbringt, indem man das
Ammoniak in dem Lösungsmittel auflöst, bevor das Lösungsmittel
in dem unteren Teil des Bades eintritt, um nach oben zu fließen und von einem oberen Teil des Bades wieder
abgezogen wird.
Wenn c) ein Zweischichten-System benutzt wird, bei welchem ein mit Wasser gesättigtes Lösungsmittel auf einer
Schicht aus wässrigem Ammoniak schwimmt, kann frisches Ammoniak durch Zirkulation von wässrigem Ammoniak in der
unteren Schicht eingeführt werden.
Demzufolge kann man Ammoniak während der Reaktion als gasförmiges Ammoniak oder als Ammoniumhydroxyd einleiten.
Zusätzlich zu diesem Ammoniak kann man in dem Einsatzmaterial eine Ammoniak freisetzende Verbindung wie
Hexamethylentetramin, Acetamid, Ammoniumcarbamat, Ammoniumcyanat
oder Harnstoff einbauen, welche bei Erwärmung Ammoniak abgeben. Das Einsatzmaterial kann dann mit einem
warmen Lösungsmittel oder durch äußere Erhitzung erwärmt werden. Die Ammoniak freisetzende Verbindung wird der
Lösung vorzugsweise vor dem Einleiten des Einsatzmaterials in die Säule zugesetzt. Man kann jedoch auch
die Ammoniak freisetzende Verbindung mit dem Einsatzmaterial einige Stunden vor Verwendung zugeben, wenn
man die Mischung bis kurz vor ihrer Verwendung bei niedriger Temperatur hält. Die Menge an verwendeter
Ammoniak freisetzender Verbindung in den Lösungen des
Einsatzmaterials soll ausreichen, ein Metalloxydgel aus den Metallverbindungen zu bilden, die in den Tröpfchen
der Lösung vorhanden sind, wenn diese mit dem Ammoniak enthaltenden Lösungsmittel der Kolonne in Berührung gebracht
werden» Die Menge an Ammoniak freisetzender Verbindung, die verwendet wird, kann von O bis zu einer solchen
Menge reichen, die ausreicht, um den pH-Wert des Einsatzmaterials um 0,1 pH-Werte unterhalb des Gelier-pH-Wertes
der Losung einzustellen. Der Gelier-pH-Wert des Einsatzmaterials
wird definiert als der pH-Wert, welcher eine Gelierung der Lösung innerhalb von 15 Minuten nach Einstellung
der Lösung aui' diesen pH-Wert bewirkt. Wenn ein Einsatzmaterial, welches eine Ammoniak freisetzende Verbindung
enthält, verwendet wird, so verringert sich die Ammoniakmenge, welche in das Bad eingeleitet werden muß,
um die entsprechende Alkalität zu erhalten.
Wenn man ein Lösungsmittel verwendet, welches gelöstes Ammoniak enthält, so ist die Menge des gelösten Ammoniaks
im allgemeinen ausreichend, um einen pH-Wert im Bereich von 7 bis 13,5 zu schaffen. Der bevorzugte pH-Wert-Bereich
des Lösungsmittels liegt zwischen 8,5 bis 10,0.
Die am besten geeigneten Lösungsmittel sind höhere Alkohole und Kohlenwasserstoffe, welche im wesentlichen mit
Wasser nicht mischbar sind. Die Lösungsmittel müssen inert sein und dürfen keine störenden physikalischen Eigenschaften
wie beispielsweise eine Neigung zum Emulgieren aufweisen; sie müssen eine genügend niedrige Dichte haben,
um ein Absetzen der Mikrokugeln zu ermöglichen. Wenn
in den Aquasolen eine Ammoniak freisetzende Verbindung verwendet wird, so muß das Lösungsmittel auf eine solche
Temperatur erwärmbar sein, bei der eine Zersetzung der Ammoniak freisetzenden Verbindung erfolgt, damit das
Ammoniak im wässrigen Tröpfchen, die in dieses System eingeführt werden, freigesetzt wird. Das ausgewählte Lösungsmittel
kann gegenüber Wasser niedrige Sättigungskonzentrationen besitzen. Lösungsmittel mit einer Wasserlöslichkeit
von 1 bis 30 % zeigen zufriedenstellende Ergebnisse.
Beispiele für bevorzugte Lösungsmittel sind unter anderem Hexanol, Butanol, Benzol und Toluol, welche
jedoch mit Wasser gesättigt werden müssen, so daß sie nicht als Entwässerungs-Lösungsmittel dienen.
Die Temperatur des Lösungsmittels oder der wässrigen Ammoniakschicht liegt im allgemeinen in einem Bereich von
20 bis 70° C.
Wenn das wässrige Einsatzmaterial ein gelöstes Salz des
angegebenen Metalls oder der Metalle enthält, so kann es
in Suspension bis zu 750 g eines Oxydes von ein oder
mehreren der Metalle je Liter Einsatzmaterial enthalten.
Es sind dann vorzugsweise weniger als 150 g je Liter
der suspendierten Metalloxydteilchen vorhanden, welche
vorzugsweise eine Größe von weniger als 1 Mikron und vorzugsweise weniger als 0,5 Mikron haben. Teilchen der
oben beschriebenen Aktinide, Lanthanide und der verdünnenden Oxyde sind geeignet. Wenn das Einsatzmaterial
ein gelöstes Metallsalz enthält, so sind die geeigneten Salze unter anderem lösliche Salze des U , (UOp) *
Th4+, Pu4+, (PuO2)2+, (ZrO)2+, Be2+, Y5+ der Lanthanide
und deren Mischungen. Das Einsatzmaterial enthält mindestens
0,01 g je Liter bis zur Sättigungsmenge und vorzugsweise 100 bis 500 ζ je Liter der gelösten Metallsalze,
berechnet als Oxyd. Die Lanthanide sind definiert als die seltenen Erdelemente mit Atomzahlen von 57 (Lanthan)
bis- 71 (Lutetium).
Wenn das Einsatzmaterial ein Aquasol ist, so ist es vorzugsweise ein Aquasol des Urandioxyds, Urantrioxyds,
Thoriumdioxyds, Plutoniumdioxyds, Plutoniumtrxoxyds, Zirkoniumdioxyds, Berylliumoxyds, Yttriumoxyds oder eine
Mischung derselben.
Unabhängig davon, ob das Einsatzmaterial eine Lösung oder
ein Aquasol ist, kann es kolloiden Kohlenstoff enthalten, so daß Mikrokugeln der Metalloxyde gebildet werden, die
kolloidalen Kohlenstoff enthalten, so daß beim Sintern der Mikrokugeln diese in die entsprechenden Metallkarbide
umgewandelt werden.
Für die Lösungen und für die Sole kann in beiden Fällen feinverteilter Kohlenstoff verwendet werden. Kohlenstoffdispersionen
in den Aquasolen lassen sich leicht dadurch erhalten, daß man den Kohlenstoff zu dem Aquasol
zugibt und den Kohlenstoff in einer Ultraschallvorrichtung dispergiert. Andererseits kann der Kohlenstoff auch
in Wasser dispergiert werden, welches ein Dispergiermittel enthält, und zwar mittels einer Ultraschallvorrichtung
oder mit einer Mischvorrichtung von hoher Scher- ) kraft; anschließend kann das Aquasol zu der Kohlenstoff- )
suspension zugesetzt werden. Die Menge an im Aquasol dispergiertem
Kohlenstoff kann 0 bis 5 Mole Kohlenstoff Je
Mol Metall in der Mischung betragen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt man eine
Verbesserung der bislang bekannten Verfahren zur Herstel lung von Mikrokugeln, wobei die Verbesserung darin besteht,
daß eine Lösungsmittelkolonne benutzt wird, ohne daß man das Lösungsmittel entwässern muß. Das Lösungsmittel enthält Ammoniak gelöst oder gegebenenfalls wird das Lösungsmittel in einem Zweischichten-System verwendet, wobei
wässrige Ammoniaklösung als zweite Schicht dient. Das Ammoniak tritt in die kleinen kugelförmigen Tröpfchen
ein, wenn diese durch das Lösungsmittel fallen oder wenn sie die Grenzschicht in der wässrigen Ammoniakschicht
durchqueren; hierbei wird das Metalloxyd-Aquasol geliert
oder die Metallsalze werden als Oxyde ausgefällt und die suspendierten Metalloxydteilchen werden geliert,
wobei ein Produkt in Mikrokugel-Gestalt von hervorragender
Qualität erhalten wird. In dem Lösungsmittel kann jede Ammoniakmenge verwendet werden, die den Tröpfchen
genügend Ammoniak zur Verfügung stellt. Kleinere Mengen reichen aus, wenn eine Ammoniak freisetzende Verbindung
in den Tröpfchen vorhanden ist. Bei den meisten Verfahren reicht eine Menge aus, die einen Lösungsmittel-pH-Wert
im Bereich von 8,5 bis 10 bildet.
Wenn ein wässriges Ammoniakschichten-System verwendet wird, so wird das Ammoniak im allgemeinen durch das Wasser geblasen,
um eine gesättigte Lösung bei 30 bis 60° C zu erhalten.
Die Tröpfchen des Einsatzmaterials werden kugelförmig und gelieren in der Kugelform, wenn sie durch die Säule geleitet
werden. Sie werden am Boden der Apparatur isoliert.
Die erhaltenen kleinen Kügelchen können noch nicht umgesetztes Pällungsmittel und Ammoniumsalze und andere
Neutralisationsprodukte enthalten. Diese müssen vor dem Sintern entfernt werden. Demzufolge werden die Mikrokügelchen
mit Ammoniak behandelt, um die Oxydkomponenten festzulegen; anschließend werden sie mit Wasser gewaschen,
und in einem inerten Gas oder unter Vakuum durch Erhitzen getrocknet. Vorzugsweise werden die Mikrokügelchen allmählich
von 40° O während des Trocknens bis zu 110° G erhitzt.
Die erhaltenen Mikrokügelchen sind dann bereit für den Sintervorgang.
Das Lösungsmittel kann aus dem System entfernt werden, von Verunreinigungen der Teilchen gesäubert und wieder
£ in die Kolonne zurückgeführt werden.
Die Lösung oder das Aquasolexnsatzmaterial kann auf verschiedene Weise in der Kolonne dispergiert werden. Man
kann das Einsatzmaterial direkt in das Lösungsmittel durch eine Injektionsnadel oder andere kleine Röhren einspritzen,
so daß sich Tröpfchen in dem Lösungsmittel bilden. Das Einsatzmaterial kann auch durch ein kleines Rohr in ein
entgegengesetzt strömendes Lösungsmittel injiziert werden,
so daß sich Tröpfchen bilden; diese Dispersion kann dann /" am Kopf der Kolonne in das Lösungsmittel eingeleitet wer
den. Praktisch läßt sich jedes Arbeitsverfahren anwenden,
mit dem man die Tröpfchen des Einsatzmaterials bilden und/oder in das Lösungsmittel einleiten kann.
Da ein wesentliches Merkmal die Einleitung von Ammoniak im Verlaufe der Umsetzung ist, so ist ein wesentliches
Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Vorhanden-
sein einer Vorrichtung zur Einleitung von Ammoniak in der Kolonne während der Reaktion.
Wenn ein Zweischichten-System verwendet wird, so hat die Vorrichtung einen Einlaß für wässriges Ammoniak und
einen weiteren Einlaß für das Lösungsmittel sowie einen Einlaß und einen Auslaß für das gasförmige Ammoniak, jedoch
ist ein getrennter Auslaß für das Lösungsmittel nicht erforderlich.
Wenn Ammoniak in das Bad in Lösung in einem Umwälzlösungsmittel eingeführt wird, so hat die Vorrichtung
einen Einlaß für das Lösungsmittel, der in Verbindung steht mit einem Einlaß für das Ammoniak, so daß das
Lösungsmittel beim Eintreten in die Kolonne mit Ammoniak versetzt werden kann, ferner ist ein Auslaß für das
Ammoniakgas und ein Auslaß für das Lösungsmittel vorhanden.
Die Säule der erfindungsgemäßen Vorrichtung muß entsprechend
den Säulen bei dem Entwässerungsverfahren
zur Herstellung von Mikrokugeln eine sehr große oder hohe Säule gegenüber der Säulenbreite sein, da das Wesen des
Verfahrens darin liegt, daß die Mikrokugeln geliert werden, wenn sie durch die Säule fallen. Die Kolonnenhöhe
ist mindestens 20mal so groß wie der durchschnitt-
·■■ : : : /ff
liehe Querschnitt der Säule. Die Kolonne soll vorzugsweise
verhältnismäßig eng sein; beispielsweise hat eine ringförmige Kolonne einen Durchmesser von 6 bis 12,5 cm.
In dem folgenden Beispiel wird beispielsweise eine Kolonne mit einem Durchmesser von 7»6 cm und einer Höhe von
2,75 πι verwendet.
Im folgenden soll die Vorrichtung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden; es
zeigen:
Fig. 1 - eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Verwendung in einer Zweischichten-Säule ;
Fig. 2 - eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein homogenes Kolonnensystem.
Die in Fig. 1 gezeigte Säule 10 hat einen spitz oder konisch zulaufenden Boden und besitzt eine Eintrittsleitung 12 für das Sol oder die Lösung, eine Einlaßleitung
14 für das Lösungsmittel, eine Ammoniakgaszufuhr 18 am unteren Ende der Säule und eine Auslaß- I
öffnung 20 für die kugelförmigen Teile an dem konisch zulaufenden Säulenboden.
Die Eintrittsleitung 12 für das Sol oder die Lösung
ist mit einer Vorrichtung zur Dispersion des Sols oder der Lösung verbunden; diese Vorrichtung besteht
aus einem Lösungsvorratsbehälter 24. Eine Eintrittsleitung
22 für das Sol oder die Lösung und eine Druckgaszufuhrleitung 26 sind mit dem Vorratsbehälter 24 verbunden,
so daß die Lösung aus dem Vorratsbehälter unter Gasdruck durch einen Strömungsmesser 19 in die Zufuhrleitung
12 für die Lösung strömt.
Das Sol oder die Lösung kann auf verschiedene Weise in die Säule eingeleitet werden. Beispielsweise kann das
Sol oder die Lösung direkt in den Kopf der Kolonne durch eine Einspritznadel oder ein anderes schmales Rohr injiziert
werden, so daß sich Tröpfchen in dem Lösungsmittel bilden; das Sol oder die Lösung kann auch durch ein kleines
Rohr in einen Strom des Lösungsmittels injiziert werden, so daß sich da Tröpfchen bilden und kann dann in das
Lösungsmittel gegeben werden= Alternativ kann das Sol oder die Lösung zur Bildung einer Dispersion von Tröpfchen
emulgiert werden, welche dann in den Kopf der Säule eingeleitet wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann jedes Verfahren benutzt werden, durch welches Tröpfchen gebildet und/oder in den Kopf der
Kolonne 10 eingeleitet werden; die im Rahmen eines durchschnittlichen Fachmanns liegenden Abwandlungen sind
möglich. In der Patentanmeldung P 1? 69 837 vom 23.7.1968
ist eine Vorrichtung beschrieben worden, wie man das
Einsatzmaterial vor dem Eintritt in die Kolonne mit einem Lautsprecher beschallen kann.
Der Austritt 20 für die kugelförmigen Teilchen kann aus einem ersten Ventil 28 bestehen, welches mit dem Boden
der Kolonne 10 verbunden und an diese angeschlossen ist, einem zweiten Ventil 30, welches einen Einlaß und einen
Auslaß besitzt und einer Zwischenkammer 32, welche mit
dem Auslaß des ersten Ventils und dem Einlaß des zweiten Ventils in Verbindung steht.
Es können auch alternativ andere Vorrichtungen zur Entfernung der Mikrokugeln aus der Säule 10 benutzt werden,
welche nicht die Verwendung eines Doppelventils und einer Spülleitung erfordern; beispielsweise können die Mikrokugeln
durch Absaugen oder mittels eines automatischen Austrittsventils entfernt werden. Das ausgewählte System
darf jedoch nicht die Arbeitsweise der Säule und die Arbeitsbedingungen stören oder unterbrechen.
Um die Zweischichten-Säule in Betrieb zu nehmen, wird ein mit Wasser unmischbares Lösungsmittel durch die Zufuhrleitung
14 in die Säule 10 gepumpt, bis die Säule etwa zur Eälfte oder zu zwei Drittel gefüllt ist. An diesem
Punkt wird der Zutritt weiteren Lösungsmittels unterbrochen. Eine vorher bereitete wässrige Ammoniaklösung
wird dann von dem Boden durch ein Zufuhrrohr 34- zur
Auffüllung der Säule 10 in diese gepumpt. Zu diesem
68095S224.6.71
Zeitpunkt hat die Säule 2 deutliche Schichten, von denen
die obere aus dem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel 38 und die untere aus der wässrigen Ammoniaklösung
40 besteht.
Das Einsatzmaterial in Form des Sols oder der Lösung kann dann über die Zufuhrleitung 12 in die Säule 10 gegeben
werden. Während die Tröpfchen durch die stehende Lösungsmittelschicht 38 und durch die Grenzschicht 4-2
in die stehende wässrige Ammoniakschicht 40 fallen, wird Ammoniakgas durch das Gaseinleitungsrohr 18 durch die
Kolonne 10 geblasen. Die Gasblasen dienen einmal dazu, das mit den Tröpfchen reagierende Ammoniak zu ersetzen
und zum anderen, um die Grenzschicht aufzurühren, damit die Tröpfchen leichter durch die Grenzschicht durchtreten
können. Das Gas wird über eine Auslaßöffnung 44- am Kopf der Säule 10 abgezogen.
Man kann auch Alternativen vorsehen, um die Grenzschicht 4-2 zwischen Lösungsmittel und Lösung umzurühren. Man
kann ein inertes Gas wie Stickstoff durch die Gasleitung 18 einblasen und/oder ein Tensid der einen oder beiden
Lösungsmittelschichten zusetzen, um die Oberflächenspannung an der Grenzfläche 4-2 zu verringern.
Bei einer Abwandlung der in Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung kann eine verhältnismäßig stationäre Lösungsmittel-
68095M24.6.71
schicht vorgesehen sein, und fließendes wässriges .Ammoniak
würde durch die Säule gepumpt werden, welche sowohl Einlaß- als auch Zuflußleitungen unterhalb des stumpfkonischen
Teiles der Säule 10 besitzt. In diesem Fall würde die Absetzkammer 20 mit ihren Ventilen und Kammern von
der Säule 10 getrennt sein, damit man das wässrige Ammoniak besser zuführen kann. Andere Methoden des Abtrennens der
kugelförmigen Teilchen von der Ammoniakschicht würden ebenfalls möglich sein.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist eine Anordnung wiedergegeben, die mit einem einschichtigen Säulensystem
arbeitet. Das mit Wasser unmischbare Lösungsmittel ist mit Wasser gesättigt, mit Ammoniak versetzt und wird dann
durch das Zuflußrohr 34 in die Kolonne 10 gepumpt, bis diese mit dem ammoniakalisch gemachten Lösungsmittel angefüllt
ist. Dieses wird dadurch erreicht, daß man das Ammoniakgaseinlaßrohr 18 direkt in das Einlaßrohr 34 führt,
das mit Wasser unlösliche Lösungsmittel münden läßt, und zwar in einem Punkt, bevor das Zuflußrohr 34 für das Lösungsmittel
sich zur Säule 10 öffnet. Der Gaszufluß 18 kann während der Tropfenbildung entweder konstant oder
periodisch benutzt werden, um Ammoniak einzuleiten, um den in dem nichtfließenden System zu ersetzen. Der Gasaustritt
ist bei 44 gezeigt, während das Lösungsmittel durch das Rohr 15 abgeleitet wird.
Bei einer Veränderung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung kann man ein fließendes, mit Ammoniak versetztes, mit
Wasser gesättigtes Lösungsmittel vorsehen, indem man die Eintrittsseite 34· des Lösungsmittels und die Austrittsseite 15 cles Lösungsmittels in einem hier nicht gezeigten
Pumpsystem verbindet. Bei dieser Methode kann das Lösungsmittel von Elektrolyten freigewaschen werden, die
von dem Sol oder den Lösungströpfchen zugeführt werden, wobei man entweder durch direkte Zugabe von Ammoniakgas
oder durch Zufügung von Ammoniak zum V/aschwasser verlorenes Ammoniak ergänzt und das Lösungsmittel wieder
in die Kolonnen 10 zurückführt.
Obgleich die obige Beschreibung die Entfernung der kugelförmigen Endprodukte vom Boden der Kolonne durch die Kammer
20 offenbart, können auch andere geeignete Vorrichtungen benutzt werden. Zusätzlich können die erhaltenen Kugeln
mit dem fließenden Lösungsmittel nach oben getragen und anschließend durch Zentrifugieren, Filtrieren oder andere
geeignete Verfahrensschritte entfernt werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung in bestimmten Ausführungsformen
beschrieben wurde, können zahlreiche Kombinationen der beiden Systeme gemäß Fig. 1 und 2 verwendet
werden und liegen im Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung. Beispielsweise kann ein Fachmann aus den Fig.
68095S224.8.71
1 und 2 leicht eine mögliche Zweischiohtenkolonne mit
einem fließenden mit Wasser gesättigten Lösungsmittel und einem fließenden wässrigen Ammoniaklösungssystem mit
einer Vorrichtung zur Entfernung der kugelförmigen Produkte vom Kopf oder vom Boden der Säule 10 kombinieren.
Es ist auch möglich, eine Anordnung vorzusehen, mit einem fließenden mit Wasser gesättigten Lösungsmittel und einer
verhältnismäßig stationären wässrigen Ammoniakschicht.
&80959224.6.71
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Erzeugung kugelförmiger fester Teilchen aus einem wässrigen Einsatzmaterial, wobei dieses
Einsatzmaterial aus einem Aquasol oder einer Lösung aus ein oder mehreren Salzen eines Aktinidenmetalls,
Zirkon, Yttrium oder einem Lanthaniden-Metall besteht
und gegebenenfalls noch kolloidalen Kohlenstoff enthält, bestehend aus einer senkrechten Säule, Vorrichtungen
zum Einleiten des wässrigen Einsatzmaterials, die mit dem Kopf der Säule in Verbindung stehen und
das wässrige Einsatzmaterial in Form von Tröpfchen in die Säule einbringen können, und aus einer flüssigen
Einlaßvorrichtung, die mit der Säule verbunden ist, um ein mit Wasser unmischbares Lösungsmittel in die
Säule einzuführen, sowie aus Mitteln, um die Teilchen aus der Säule zu entfernen, gekennzeichnet durch eine
Gaszufuhrvorrichtung (10) und eine Auslaßvorrichtung (44), um Ammoniakgas in die Säule einzuleiten und das
Gas aus der Säule abzuziehen.
6809532 24.6.71
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Zufuhrvorrichtungen (34) vorgesehen
sind, die mit der Säule verbunden sind, um eine wässrige Ammoniaklösung in die Säule einzuleiten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 29 dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaszufuhrvorrichtung direkt in die Säule führt (Fig. 1).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhrvorrichtung direkt in die
Zufuhrvorrichtung für das mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel an einem Punkt mündet, bevor die Vorrichtung
zum Einleiten des Lösungsmittels in die Säule führt und daß Austrittsvorrichtungen vorgesehen sind
für das Lösungsmittel im Bereich des Kopfes der Kolonne (Fig. 2).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule eine Höhe hat, die mindestens
20 mal größer als der Durchmesser ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Säulendurchmesser zwischen 6 cm und 12,5 cm
beträgt.
ue: ma
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US68814767A | 1967-12-05 | 1967-12-05 | |
US70184868A | 1968-01-31 | 1968-01-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE6809592U true DE6809592U (de) | 1971-06-24 |
Family
ID=27104169
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE6809592U Expired DE6809592U (de) | 1967-12-05 | 1968-12-03 | Vorrichtung zur herstellung kugelfoermiger teilchen. |
DE19681812326 Pending DE1812326A1 (de) | 1967-12-05 | 1968-12-03 | Zerfahren und Vorrichtung zur Herstellung kugelfoermiger Teilchen |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19681812326 Pending DE1812326A1 (de) | 1967-12-05 | 1968-12-03 | Zerfahren und Vorrichtung zur Herstellung kugelfoermiger Teilchen |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE6809592U (de) |
FR (1) | FR1594141A (de) |
GB (1) | GB1232123A (de) |
NL (1) | NL6817438A (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1594588A (en) * | 1976-10-26 | 1981-07-30 | Atomic Energy Authority Uk | Drying of gel materials |
US4528119A (en) * | 1984-06-28 | 1985-07-09 | Eltech Systems Corporation | Metal borides, carbides, nitrides, silicides, oxide materials and their method of preparation |
GB8501881D0 (en) * | 1985-01-25 | 1985-03-27 | Atomic Energy Authority Uk | Composite materials |
DE3834774C2 (de) * | 1988-10-12 | 1995-01-05 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Herstellung einer kugelförmige Oxidteilchen enthaltenden Suspension |
-
1968
- 1968-12-03 DE DE6809592U patent/DE6809592U/de not_active Expired
- 1968-12-03 DE DE19681812326 patent/DE1812326A1/de active Pending
- 1968-12-05 NL NL6817438A patent/NL6817438A/xx unknown
- 1968-12-05 GB GB1232123D patent/GB1232123A/en not_active Expired
- 1968-12-05 FR FR1594141D patent/FR1594141A/fr not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1812326A1 (de) | 1969-09-11 |
FR1594141A (de) | 1970-06-01 |
NL6817438A (de) | 1969-06-09 |
GB1232123A (de) | 1971-05-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1276006B (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Oxydgel-Kuegelchen aus Solen | |
DE2623977B2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von rieselfähigem, direkt verpressbarem Urandioxid-Pulver | |
DE1592098B2 (de) | Verfahren zur herstellung von kugelfoermigen aluminiumoxidteilchen | |
DE1542165B2 (de) | Verfahren zur Herstellung kompakter kugelförmiger Teilchen | |
DE1769837B2 (de) | Verfahren zur erzeugung von mikrokugelfoermigen teilchen | |
DE1767627A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln | |
DE6809592U (de) | Vorrichtung zur herstellung kugelfoermiger teilchen. | |
DE3308889A1 (de) | Verfahren zum herstellen von kernbrennstoff-pellets | |
DE68908502T2 (de) | Verfahren zur Fabrikation von Kernbrennstofftabletten, umfassend die Produktion und Verwendung von freifliessendem und sinterfähigem Pulver, gewonnen durch Ausfällung von Peroxid. | |
DE1667069A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln aus Metalloxyden | |
DE3114363A1 (de) | Verfahren zur herstellung von calciumsulfat-hemihydrat vom (alpha) -typ | |
DE2037232B2 (de) | Verfahren zur Herstellung von oxidischen und karbidischen Kernbrenn - und Brutstoffpartikeln für Hochtemperatur-Reaktoren | |
DE1812326B (de) | Verfahren zur Herstellung von kugeligen Teilchen aus Metalloxyden und -carbiden | |
EP0019853B1 (de) | Giesslösung enthaltend Uranylnitrat zur Herstellung kugelförmiger Kernbrennstoffpartikel und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE1542179C (de) | Verfahren zur Herstellung von kompak ten Metalloxyd oder Metallcarbid Mikro kugeln | |
DE1542191A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln aus Metalloxydaquasolen | |
DE2147472C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Metalloxid- oder Metallcarbid-Teilchen | |
DE1592477B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Ammoniumuranylcarbonat | |
DE2231305A1 (de) | Verfahren zum reinigen gelatinoeser niederschlaege | |
DE2120009A1 (de) | Verfahren zur Herstellung keramischer Spheroide | |
DE1442712C3 (de) | Verfahren zur Herstellung kompakter, kugelförmiger Mikroteilchen | |
DE1618816C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von Oxalsäure | |
DE2241733A1 (de) | Verfahren zur herstellung von mikrokuegelchen | |
DE893495C (de) | Reaktionsgefaess fuer katalytische Reaktionen in der Gasphase oder Dampfphase und Verfahren zu dessen Betrieb | |
DE1592184C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von etwa kugelförmigen Teilchen aus Aluminiumoxyd oder einem Aluminiumoxyd enthaltenden anorganischen Oxydgemisch |