DE2436787A1

DE2436787A1 - Verfahren zur erzeugung von uranoxydreichen zusammensetzungen aus uranhexafluorid

Info

Publication number: DE2436787A1
Application number: DE2436787A
Authority: DE
Inventors: William Roger Dehollander; Charles Paine Fenimore
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1974-07-31
Publication date: 1975-03-06
Also published as: IT1019840B; JPS5516976B2; JPS5072895A; CH612404A5; DE2436787C2; SE7410233L; FR2240187B1; SE407054B; ES427340A1; BE818525A; GB1426159A; NL7410751A; FR2240187A1; US4090976A

Description

Uranoxvde besitzen vielfache Verwendbarkeit in der Kerninc.ustrie. Urandioxvd wird in der Kernindustrie als ein Brennstoff für Kernreaktoren verwendet. Bei Anwendungen auf dem Gebiete der Kerntechnik muß dps Urandioxvd einen niedrigen Gehalt f.. Verunreinigungen, einen bestimmten Gr?d der Anreicherung mit dem Isotop υ ^l und eine ?usgewählte Dichte in einem vorgegebenen Bereich der Dichte besitzen. Die Erzeugung von angereichertem Urandioxyd erfolgt gewöhnlich unter Verwendung der Verbindung Uranhexafluorid. Daher wird ein Verfahren zur Umwandlung von Uranhexa f luorj d. in Urandioxyd in einer Form benötigt, die leicht zu Formkörpem ™i einem geringen FluoridgehaIt weiterverarbeitet werden kant).

5098 10/0688 BADOR₁G₁NAL

Fin gegenwärtig verwendetes Verfrhren zur Umwandlung von Lrrnhexafluorid i.n Urrnoxvd benutzt die Hvdrolvse des UranhexPi luorids zur Erzeugung einer Lösung von Uranvlfluorid und Fluorwasserstoff, nus der dann durch Zusatz von Ammoniak Aramondiuranat ausgefällt wird. Drs Ammondiurpn?t besitzt einen hohen Gehalt an Fluoridionen und wird n?ch der Wiedergewinnung in Salpetersäure aufgelöst. Die Beseitigung des Fluorids pus der erhaltenen Uranvlnitrat-Lösung wird durch Lösungsmittelextraktion durchgeführt. Das Ammondiuranat wird aus der erhaltenen gereinigten Uranvlnitrat-Lö~ sung erneut ausgefällt und dann gebrannt. Hierdurch erhält man U₃O₈, das zur Erzeugung von Urandioxyd mit Wasserstoff reduziert wird.

Es wurden Versuche unternommen, um diesen komplizierten und kostspieligen Umwandlungsprozeß von Ammondiurana t durch eine Reaktion von Uranhexafluorid und einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre in der Gasphase zu ersetzen. Ein solches Verfahren wurde in der US-Patentschrift 3.235.327 vorgeschlagen und offenbart eine Reaktion von Uranhexafluorid mit Dampf bei einer Temperatur von mindestens 130°C bei Anwesenheit eines für diese Umwandlungsreaktion inerten Gases. Bei dieser Reaktion wird Uranylfluorid in Pulverform erzeugt, das eine spezifische Oberfläche (surface area) im Bereich von 3 bis 12 Quadratmeter pro Gramm besitzt. Das Uranvlfluorid-Pulver wird anschließend in Urandioxvd umgewandelt, wobei Wasserstoff und Dampf bei einer Temperatur von .^c50 bis 600°C verwendet werden. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß es einen Zweikammer-Reaktor benötigt.

Ein weiteres Verfahren ist in der US-Patentschrift 3 179 491 angegeben und ergibt Urandioxvd durch eine innige und homogene Mischung von gasförmigem Uranhexafluorid mit Dampf und mit mindestens einem der reduzierenden Gase Wasserstoff, Ammoniak und Kohlenmonoxyd. Dieses Verfahren beinhaltet die Erzeugung einer schnellen spiralförmigen Bewegung der Reaktionsgase, Diese wird

BAD ORIGINAL

509810/0688

dadurch erzeugt, daß die miteinander rengierenden Grse durch konvergierende GnseinlafJrohre eingeführt werden, die in ein vertikales Reaktionsgefäß hineingerichtet sind. Dieses Verfahren besitzt inhärente Grenzen für die Erzeugungsgeschwindigkeit von Urandioxvd .

In der .ipp? nischen Of f enlegungsschrif t 10 095 aus Gern Jahre 1966 wird ein weiteres Verfahren dargestellt, bei dem drei getrennte konzentrische Rohre dazu verwendet werden, in eine ReaktionskPtnmer die folgenden Gase einzuleiten:

1. ein gasförmiges Gemisch von Uranhexafluorid mit Wasserstoff und Sauerstoff in einem Rohr,

2. Wasserstoff in einem zweiten Rohr und

3. Sauerstoff im dritten Rohr.

Die Kammer wird mit Wasserstoff gefüllt und die eintretenden Gase reagieren in einer Flamme miteinander, die durch eine Zündvorrichtung gezündet wird. Da Wasserstoff und Sauerstoff in dem gleichen Rohr mit Uranhexafluorid vermischt werden, wird d?s Uranhexafluorid in Uranoxyd zu dem Zeitpunkt umgewandelt, in dem es zuerst in Kontakt mit der Flamme kommt. Die in der Abbildung dieser Offenlegungsschrift gezeigte Flamme tritt am Ende der konzentrischen Rohre zur Einleitung der Grse in die Kammer auf. Versuche haben gezeigt, daß hierbei eine Anhäufung von niedergeschlagenem Material an den Enden der konzentrischen Rohre auftreten kann und dies zu einem. Verstopfen führt, welches das Verfahren unterbricht. D?s Verfahren ist daher diskontinuierlich, da eine periodische Entfernung dieses niedergeschlagenen Materials erforderlich ist_; damit eine weitere Reaktion ablaufen kann.

In der Deutschen Offenlegungsschrift 2 147 7OF wird ein weiterer Versuch zur Ersetzung des vorstehend beschriebenen komplizier·

509810/068 8

BAD ORIGINAL

2A36787

ten und kostspieligen Umwandlungsverfahrens für Ammondiuranat durch eine erfolgreiche Gasphasenreaktion von Uranhexafluorid beschrieben. Zusammengefaßt kann dieses Verfahren als eine Methode zur Darstellung einer an Urandioxvd reichen Zusrmmensetzung aus Uranhexaf1uorid in einem Reaktionsgefäß bezeichnet werden, das eine Reaktionszone definiert, wobei bei Anwesenheit einer aktiven Flamme die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden:

a) Es wird ein erster gasförmiger Reaktionsteilnehmer in die Reaktionszone eingeleitet^ der ein Gemisch von Urandioxyd und einem sauerstoffhaltigen Trägergas umfaßt,

b) es wird in die Reaktionszone getrennt ein zweiter gasförmiger Reaktionsteilnehmer eingeführt, der ein reduzierendes Gas enthält, und

c) es wird in die Reaktionszone getrennt zwischen dem ersten gasförmigen Reaktionsteilnehmer und dem zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer ein abschirmendes Gas eingeleitet, das zeitweilig praktisch eine Durchmischung und Reaktion zwischen den ersten und zweiten Reaktionsteilnehmern so lange verhindert, bis mit dem Durchgang der Reaktionsteilnehmer durch die Reaktionszone eine ausreichende Querdiffusion erfolgt.

In der Deutschen Offenlegungsschrift 2 216 116 wird eine Verbesserung des vorstehend genannten Verfahrens beschrieben. Zusammengefaßt kann dieses Verfahren als ein Verfahren zur Darstellung einer an Uranoxvd reichen Zusammensetzung aus Uranhexafluorid in einer Reaktionszone bei Anwesenheit einer aktiven Flamme bezeichnet werden und umfaßt die folgenden Schritte:

iAD ORIGiNAL

509810/0688

a) In die Reaktionszone wird ein erster gasförmiger- Reaktionsteilnehmer eingeleitet, der ein Gemisch von Ur?nhexafluorid und einem sauerstoffha]tigen Trägergas umfaßt;

b) in die Reaktionszone wird getrennt ein zweiter gasförmiger ' Reaktionsteilnehmer eingeleitet, der ein reduzierendes Gas enthält;

c) in die Reaktionszone und zwischen dem ersten und zweiten g?sförmigen Reaktionsteilnehmer wird getrennt ein abschirmendes Gas eingeleitet, das eine wesentliche Durchmischung und Reaktion zwischen den ersten und zweiten Reaktionsteilnehmern so lange verhindert, bis während des Durchgangs der Reaktionsteilnehmer eine ausreichende Querdiffusion derselben stattfindet;

d) es wird ein dritter gasförmiger Reaktionsteilnehmer in Kontakt mit der teilchenförmigen, an Urandioxvd reichen Zusammensetzung und mit den gasförmigen Reaktionsprodukten eingeleitet, der ein sauerstoffhaltiges G^s umfaßt, und hierdurch wird das restliche reduzierende Gas in der Reaktionszone in eine oxydierte Form umgewandelt und die urandioxvdreiche Zusammensetzung wird in ein höheres Oxyd des Urans umgewandelt.

Wenn man die nach dem Verfahren der OS 2 14 7 705 und die nach dem Verfahren der OS 2 216 116 erhaItene, an Urandioxyd reiche Zusammensetzung einer mikroskopischen Untersuchung unterzieht, dann besitzt diese die Form eines Pulvers, das aus Teilchen mit diskreten kristallinen Formen besteht, die eine allgemein einheitliche reguläre Oberfläche besitzen. Wenn ein solches Pulver zur Herstellung eines grünen Preßlings gepreßt wird, dann besitzt dieses Pulver eine Beschränkung insofern, daß derberhaItene Preßling nur eine relativ geringe Grün-Festigkeit besitzt. Es war da-

509810/0688

her weiterhin erwünscht, ein Verfahren zur Umwandlung von Uranhexrfluoric! in Urrnoxvd durchzuführen, dr>s ein Pulver mit einer dendritischen oder haihdendritischen Teilchenform liefert. Ein pus solchen Teilchen bestehendes Pulver würde ausgezeichnete Eigenschrften besitzen und beim Pressen einen Preßling ergeben, der eine höhere Grün-Festigkeit besitzt.

Es wurde daher als Ausgangspunkt festgelegt, daß ein Verfahren zur Umwandlung von Uranhexafluorid in ein Uranoxvd in der Flamme so durchgeführt werden sollte, daß man folgende Ergebnisse erhält:

1. Es soll die Bildung von Urantetrafluorid als frühes Zwischenprodukt in dem Verfahren ermöglicht werden,

2. es soll in dem Verfahren eine stärker diffuse und stabile Flamme entstehen und

3. es soll eine gute Möglichkeit zur Beherrschung der Temperstur des Flammenverfahrens ergeben.

Nachstehend wird die Erfindung zusammengefaßt beschrieben. Es wurde überraschend gefunden d?ß die Umwandlung von gasförmigem Uranhexafluorid in eine ?n Urandioxvd reiche Zusammensetzung bei Anwesenheit einer aktiven Flamme in einer Reaktionszone dadurch erreicht werden knnn_; daß getrennt ein erster gasförmiger Reaktionsteilnehmer eingeleitet wird, der aus einem Gemisch von Uranhexafluorid und einem reduzierenden Trägergas besteht, und weiterhin ein zweiter gasförmiger Reaktionsteilnehmer eingeleitet wird, der aus einem sauerstoffhaltigen Gas besteht, wobei noch diese beiden Reaktionsteilnehmer durch ein abschirmendes Gas während ihrer Einleitung in die Reaktionszone voneinander getrennt sind.

509810/0688

Die Umwandlung des Urnnhexnf1uorids in eine an Urandioxvd reiche Zusammensetzung erzeugt eine Flamme in der Reaktionszone, die an einer Stelle brennt, die von dem zur Einleitung des gasförmigen Gemisches in die Reaktionszone verwendeten Einlaß entfernt oder abgehoben ist. Durch dieses Verfahren ist keine Anhäuf ung ,von Feststoffen oder Kondensation von Viasserdampf ,an <3er Spitze des Einlasses vorhanden, der zur Einleitung des Gemisches in die Reaktionszone verwendet wird, und es findet keine Unterbrechung des Verfahrens statt.

Die Umwandlung von Uranhexafluorid in eine an Urandioxvd reiche Zusammensetzung kann noch einen anschließenden Verfahrensschritt einer Einleitung eines dritten gasförmigen Reaktionsteilnehmers beinhalten, der ein sauerstoffhaitiges Gas enthält und in Kontakt mit der teilchenförmigen, pn Urandioxvd reichen Zusammensetzung und den gasförmigen Reaktionsprodukten ist^ und hierdurch wird iegliches restliches reduzierendes Gas in der Reaktionszone in eine oxvdierte Form umgewandelt und die an Urandioxvd reiche Zusammensetzung wird zu einem höheren Oxvd des Urans oder zu einer an Urandioxvd reichen Zusammensetzung oxvdiert.

Die an Urandioxvd reiche Zusammensetzung und die an Uranbxvd reiche Zusammensetzung gemäß der Erfindung zeigen unerwartete Eigenschaften, da beide Zusammensetzungen dendritische oder halbdendritische Teilchen enthalten. Diese Bestandteile zeigen ausgezeichnete Eigenschaften und ergeben beim Pressen einen Preßling^ der eine hohe Grün-Festigkeit besitzt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine kontinuierliche Reaktion in der Gasphase zur Umwandlung von Uranhexafluorid entweder in eine an Urandioxvd oder in eine an Uranoxvd reiche Zusammensetzung zu erreichen, wobei ,iede dieser Zusammensetzungen die Form eines Pulvers besitzt, das dendritische oder halb-dendritische Teilchen enthält.

509810/0 6 88

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Erreichung einer kontinuierlichen Reaktion in der Gasphase zur Umwandlung von Uranhexafluorid entweder in eine an Urandioxvd reiche Zusammensetzung oder in eine an Uranoxyd reiche Zusammensetzung, wobei diese Reaktion nicht eine Anhäufung von Reaktionsprodukten an der Spitze oder dem offenen Ende des Einlasses beinhaltet^ der zur Einleitung der Reaktionsteilnehmer in die Reaktionszone verwendet wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein sauerstoffhaltiges Gas_; ein reduzierendes Gas und Uranhexaf1uorid in eine Reaktionszone zur Flammenumwand]ungsreaktion in einer solchen Weise einzuleiten, daß eine schnelle Durchmischung der Reaktionsteilnehmer und eine kurze Reaktionsflamme gewährleistet ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Gemisch von Uranhexaf] uorid und einem Trägergas mit einem abschirmenden Gas bei seiner Einleitung in die Reaktionszone für eine Flammenreaktion zu umgeben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Umwandlung von Umnhexafluorid in eine an Urandioxvd reiche Zusammensetzung zu schaffen, bei dem die Reaktionsflamme an einer von dem Einlaß, der zur Einleitung des Uranhexafluorids in die Reaktionszone verwendet wird, entfernten oder abgehobenen Stelle brennt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, welches die bei der Umwandlung des Uranhexafluorids in eine an Urandioxvd reiche Zusammensetzung freigesetzte Wärme für eine anschließende Umwandlung der an Urandioxvd reichen Zusammensetzung in höhere Oxyde des Urans ausnutzt und jegliches

restliche reduzierende Gas in seine oxvdierte Form dadurch um-

BAD ORiGINAL

509810/0688

umwandelt, d? β ein dritter g?sf nrmiger Reaktionsteilnehmer. der ein ssuerstnfTh?!tiges Gas enthält^ -in die Reaktionszone zu einem solchen Zeitpunkt und nn einer solchen Stelle eingeleitet wird, an denen die Umvpndlung des Uranhex? fluor ids in die an Urandioxyd reiche Zusammensetzung im wesentlichen beendet ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in· einer Weiterverarbeitung des an Urnnoxvd reichen Produktes in Körper mit gewünschter Gestalt zur Beschickung von Kernbrennstoffstäben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den bei der Umwandlungsreaktion von Uranhexafluorid entweder in eine an Urandioxyd reiche Zusammensetzung oder in eine an Uranoxyd reiche Zusammensetzung erzeugten Gasstrom zu kondensieren, um als Nebenprodukt eine wäßrige Lösung von Fluorwasserstoffsäure mit einer handelsmäßigen Qualität zu erhalten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, zu verhindern daß sich übermäßige Ablagerungen an der Wand bilden_/ welche den Wärmeübergang zu und von der Reaktionszone beeinträchtigen würden,

Weitere Aufgaben und. Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den Abbildungen ersichtlich.

Es folgt nachstehend eine ausführliche Beschreibung der Erfindung,

Erfindungsgemäß wurden die vorstehenden Aufgaben in einem neuen Verfahren zur thermischen Umwandlung von gasförmigem Uranhexafluorid in eine an Uranoxvd reiche Zusammensetzung bei Vorhandensein einer autogenen Flamme in einer Reaktionszone erreicht, wobei in diese Zone getrennt ein Gemisch von Uränhexafluorid und ein abschirmendes Gas (Abschirmungsgas) eingeleitet werden, das zeitweilig die ersten und zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer

5098 10/0688

- 40 -

voneinander trennt und zeitweilig eine wesentliche Durchmischung und Reaktion der gasförmigen Reaktionsteilnehmer verhindert. Das abschirmende Gns verhindert zeitweilig, daß das sauerstoffhaItige Gas in das Gemisch von Urnnhexaf1uorid und Trägergas diffundiert und verhindert auch noch zeitweilig eine Diffusion des Gemisches aus Urnnhexafluorid und Trägergas in das sauerstoffhaltige Gas, und zwar so lange, bis sich das Gemisch von dem Einlaß wegbewegt hat, durch welchen das Gemisch aus Uranhexafluorid und Trägergas in die Reaktionszone eingeleitet wird. Nach einer kurzen Verzögerung erfolgt Jedoch eine ausreichende Querdiffusion der Gase und es tritt eine Flammenreaktion auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der erste gasförmige Reaktionsteil nehmer auf eine Temperatur von weniger als PPO⁰C und vorzugsweise auf weniger als etwa 500°C so lange gehalten, bis der gasförmige Reaktionsteilnehmer den Einlaß verläßt und in die Reaktionszone eintritt.

Es wurde gefunden, daß eine der lästigen Ursachen des Mißlingens der vorbekannten Verfahren zur kontinuierlichen thermischen Umwandlung von Uranhexafluorid die Anhäufung von Reaktionsprodukten, größtenteils feste Uranoxvde, an dem Einlaß für das gasförmige Uranhexa fluor id in die Reakt ions zone wr und diese Anhäufung scheinbar auf den Kontakt der Reaktionsflamme mit dem Einlaß zur Reaktionszone zurückzuführen war. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weicht insofern von dem Stand der Technik ab, daß ein Strom von abschirmendem Gas verwendet wird_; um zeitweilig die ersten und zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer nach ihrer Einleitung in die Reaktionszone voneinander zu trennen. Auf diese. Weise findet so lange keine Reaktion statt, bis sich die gasförmigen Reaktionsteilnehmer durch Diffusion durch das abschirmende Gas hindurch ausreichend miteinander gemischt haben. Dies ergibt eine Verzögerung für die Auslösung der Umwandlungsreaktion und hat zur Folge, daß die Umwandlungsflamme von dem Einlaß abgehoben und entfernt gehalten und hierdurch die Bildung von verstopfenden Abscheidungen vermieden wird.

5 0 9 8 10/0688 bad original

- ti -

Es ist bekannt, daß Urnnhexafluor3d und Wasserstoff unter Bildung von Urantetrafluorid bei einer Temperatur von etwa 600 C oder darüber miteinander reagieren und Urantetrsf 1 uorid ein festes prunes Salz ist, das sich leicht bei seiner Bildung auf Oberflächen abscheidet. Aus diesem Grunde würde ein Durchschnittsfachmann die Mischung von Wasserstoff und Uranhexafluorid zur Einleitung in einen Einlaß in eine Reaktionszone vermeiden, in der ein Flammenreaktionsverfahren durchgeführt werden soll. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weicht hiervon dadurch ab, daß das Uranhexafluorid und ein reduzierendes Trägergas (welches Wasserstoff oder dissoziiertes Ammoniak enthalten kann) zur Bildung eines gasförmigen Reaktionsteilnehmers miteinander vermischt werden und das hieraus entstehende Verfahren eine schnelle Durchmischung und eine kurze Reaktionsflamme ergibt. Das Verfahren wird so durchgeführt, daß der Einlaß und der Raum innerhalb des Einlasses, durch welchen das Gemisch eingeleitet wird, unterhalb etwa 55O°C gehalten werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß die Flamme ausreichend vom Einlaß abgehoben wird oder durch Verwendung von Kühleinrichtungen in Verbindung mit dem Einlaß oder durch Verwendung eines Inertgases, das dann einen Teil oder das gesamte Trägergas bildet.

Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren auf verschiedenartigste Weise in Gang gebracht werden.

Eine bevorzugte Sequenz für das Anfahren wird wie nachstehend beschrieben durchgeführt. Vorzugsweise wird die Reaktionszone auf eine Temperatur von mindestens etwa tOO°C vorgeheizt, um eine Kondensation von Wasser zu verhindern. Zuerst wird eine sauerstoff haltige Atmosphäre in einer Reaktionszone durch kontinuierlichen Zufluß eines sauerstoffhaltigen Grses eingestellt. Als zweites wird eine Zündeinrichtung in der Reaktionszone betätigt, um eine Quelle für die Zündung zu schaffen. Drittens wird zur Auslösung einer Flammenreaktion ein Strom eines reduzierenden

50 981 070688

Trägergases eingeleitet und diese Reaktion heizt die Reaktionszone auf. Dieses reduzierende Gps kann einen Teil des Trägergases bilden oder das gesamte Trägergas kann aus ihm bestehen. Viertens wird die Strömung des abschirmenden Gases eingestellt. Fünftens wird das Uranhe^fluorid-Gas in die Reaktionszone eingeleitet und damit die Reaktion vervollständigt.

Bei einer anderen Anfahrsequenz können die Ströme für das Uranhexafluorid und das Trägergas gleichzeitig begonnen werden.

Eine weitere bevorzugte Anfahrsequenz ist wie folgt gestaltet. Zuerst strömt das reduzierende Trägergas in die Reaktionszone. Zweitens wird die Strömung des abschirmenden Gases gestartet. Drittens wird nach einer kurzen Verzögerung der Strom des sauerstoffhaltigen Gases gestartet, wobei noch die Zündeinrichtung zur Erzeugung einer Flamme betätigt wird. Viertens wird der Strom des Uranhexafluorids begonnen.

Eine weitere bevorzugte Anfahrsequenz ist die gleiche wie in dem vorhergehenden Abschnitt mit der Ausnahme, daß zuerst das abschirmende Gas und dann das reduzierende Gas eingeleitet wird.

In dem Verfahren gemäß der Erfindung kann das abschirmende Gas ein Gas sein, das mit den Reaktionsteilnehmern des Verfahrens nicht reagiert (d.h. es ist ein inertes Gas) und es kann Stickstoff, Argon, Helium, Neon, Krvpton, Xenon und ein Gemisch derselben enthalten. Weiterhin kann das abschirmende Gs ein solches Gas sein, das in die Reaktion eingeht, beispielsweise ein reduzierendes G°s (Wasserstoff, dissoziiertes Ammoniak und Gemische derselben) oder ein Gemisch eines reduzierenden Gases mit irgendeinem der vorstehend genannten nicht reagierenden Gase. Das sauerstoff halt j ge Trägergas wird aus der Gruppe, bestehend aus Luft. Sauerstoff und Gemischen derselben ausgewählt. Das reduzierende

509810/0688

Trägergas wird aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff, dissoziiertem Ammoniak, Gemischen derselben und Gemischen der vorstehenden mit einem inerten Gas gewählt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der folgenden scheinbaren Gesamtreaktion Reduktion-Hydrolvse bei Anwesenheit einer aktiven Flamme:

(1) UF₆(g) + Überschuß H₃O + Überschuß O₃ *_e ^uo ₂ ^(f)

+ 6HFCg) + Rest H₂OCg).

Obwohl zu dieser Zeit der Mechanismus dieser Reaktion nicht bestimmt bekannt ist, ist es möglich, daß diese Reaktion über Reaktionsteilnehmer in Form von freien Radikalen erfolgt, die in der Flamme gebildet werden. In ,jedem Falle läuft die Reaktion schnell ab und erzeugt ein teilchenförmiges, an Urandioxyd reiches Produkt. Es wird ausdrücklich hervorgehoben, daß die vorstehende Reaktion in keiner V/eise chenisch vergleichbar ist mit einer einfachen Hvdrol^sereaktion^ wie beispielsweise der Hydrolyse von Siliziumtetrachlorid CSiCl₄ + H₃O > SiO₃ + 4HC1)

oder einer einfachen Reduktionsreaktion, wie beispielsweise · der Reduktion von Uranylfluorid zu Urandioxyd CUO₃F₂Cf) + H₂

^ UO₀Cf) + 2HF). Die postulierten theoretischen Reaktionen einer Reduktion und einer Hydrolvse über freie Radikale für die Umwandlung von Uranhexafluorid in Urandioxyd beinhalten Uranylfluorid oder Urantetrafluorid als zwischengeschaltetes Übergangsprodukt in der Reaktion.

Figuren 1 bzw. 2 zeigen eine teilweise weggeschnittene Aufsicht

und eine weggeschnittene Seitenansicht des oberen Teils eines Reaktionsgefässes oder Reaktors, das für die Durchführung der Erfindung Verwendung finden kann. Das Reaktionsgefäß besitzt dabei eine Düse, die ein Paar von konzentrischen Einlassen zur Einleitung

509810/0688

der gasförmigen Reaktionsteilnehmer in die Reaktionszone umfaßt. Dabei erstreckt sich der Einlaß mit dem größeren Durchmesser in Strömungsrichtung über das Auslaßende des Einlasses mit dem kleineren Durchmesser hinaus, um die Flamme zu begrenzen und zu leiten.

Figuren 3 bzw. 4 Figuren 5a u. 5b

zeigen eine teilweise weggeschnittene Aufsicht bzw. eine weggeschnittene Seitenansicht des oberen Teils eines weiteren Reaktionsgefässes, das zur Durchführung der Erfindung benutzt werden kann. Dabei besitzt das Reaktionsgefäß eine Düse mit einer Vielzahl von Einlassen mit kleinerem Durchmesser zur Einleitung einer Vielzahl von Strömen der Reaktionsteilnehmer in die Reaktionszone. Die Einlasse mit kleinerem Durchmesser sind dabei im Inneren eines Einlasses mit größerem Durchmesser angeordnet und werden von diesem umschlossen. Der letztere Einlaß vird zur Einleitung des abschirmenden Gases in die Reaktionszone benutzt und erstreckt sich in Strömungsrichtung über das Auslaßende der Einlasse mit kleinerem Durchmesser hinaus zwecks Begrenzung und Leitung der Flamme.

zeigen eine weggeschnittene Seitenansicht eines weiteren Reaktionsgefässes, welches für die Ausführung der Erfindung Verwendung findet. Das Reaktionsgefäß besitzt dabei eine Düse, die drei konzentrische Rohre zur Einleitung der gasförmigen Reaktionsteilnehmer in die Reaktionszone besitzt, wobei diese Rohre über eine gleiche Strecke in die Reaktionszone hineinragen.

509810/0688

Figuren 6 bzw.

zeigen eine teilweise weggeschnittene Aufsicht bzw. eine Seitenansicht im Schnitt für den oberen Teil eines weiteren Reaktionsgefässes, das zur Durchführung der Erfindung Verwendung findet. Es enthält Einrichtungen zur Einleitung eines dritten gasförmigen Reaktionsteilnehmers in die Reaktionszone zu einem Zeitpunkt und an einer Stelle in der Reaktionszone_; bei denen die Umwandlung von Uranhexafluorid in eine an Urandioxyd reiche Zusammensetzung im wesentlichen abgeschlossen ist.

Figuren 8 bis 12 sind Mikrophotographien (mit einer Vergrößerung von 7F. OOO-fach) von Teilchen der an Uranoxyd reichen Zusammensetzung, die gemäß der Lehre der Beispiele 1 bis 5 hergestellt wurden.

Figuren 13 bzw.14 zeigen eine Aufsicht und eine weggeschnittene

Seitenansicht eines weiteren Reaktionsgefässes^ das in den Beispielen 2 bis 5 Verwendung findet.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Reaktionsgefäß (oder Reaktor), das allgemein mit 10 bezeichnet ist und in dem das Verfahren gemäß der Erfindung ausgeführt werden kann. In der hier gezeigten Ausführungsform sind zwei Rohre 11. durch Dichtungen 42 in dem Deckel 12 eingeführt und an ihm befestigt und werden zur Einleitung einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre in die Reaktionszone IR benutzt. Der Deckel 12 bildet eine dichte Verbindung mit dem Gefäß 13 durch Verwendung einer Dichtung 9» Der Deckel 12 besitzt einen Einlaß aus konzentrischen Rohren 14 und 15, wobei das Rohr 14 durch eine Dichtung 41 im Deckel 12 eingeführt ist. Das

50 9810/0688

Rohr Χ* erstreckt sich veiter in die Reaktionszone IR hinein als das Rohr IF und die entsprechende Strecke ist mit "d" bezeichnet. Das Rohr "IF ist durch eine Dichtung 17 an einem Punkt außerhalb des Renktionsgefft&es IO in dem Rohr 14 abgedichtet. Die Zündeinrichtung 16 ist zur Auslösung der Reaktion vorgesehen.

Durch die Einlasse 40 wird ein abschirmendes Gas in das Rohr 14 und dann in die Reaktionszone IR eingeleitet. Ein gasförmiger Reaktionsteilnehmer, der ein Gemisch von Uranhexafluorid und ein Trägergas enthält, wird in dem Rohr 15 in Richtung des Pfeils in die Reaktionszone IP, eingeleitet. Die Ströme der Gase in den Rohren 14 und 15 erfolgen in einer solchen Weise, daß das abschirmende Gas in dem Rohr 14 den gasförmigen Reaktionsteilnehmer im Rohr 15 beim Eintreten der Gase in die Reaktionszone IR umschließt. Das abschirmende Gas schirmt das Gemisch von Uranhexafluorid und Trägergas gegenüber dem sauerstoffhaltigen Gas, das in die Reaktionszone 18 in den Rohren 11 eingeleitet wird, während einer ausreichenden Zeit ab, so daß die Grenzfläche für die Auslösung der Reaktionsflamme in der Reaktionszone IR von dem Einlaß entfernt ist, welcher durch die Rohre 14 und 15 gebildet ist (diese Erscheinung wird als "abgehobene Flamme" bezeichnet). Die Reaktion ergibt eine helle orangefarbene Flamme.

Bei der Durchführung des Verfahrens in der Anlage nach den Figuren 1 und 2 wird das Verfahren vorzugsweise so gestartet, daß die Reaktionszone auf eine Temperatur von mindestens 100°C vorgeheizt wirdj um die Kondensation von Wasserdampf in der Reaktionszone zu verhindern. Hierdurch wird die Anhäufung des an Urandioxvd reichen Pulvers auf dem Gefäß 13 während der Durchführung des Verfahrens verhindert. Diese anfängliche Aufheizung kann durch äußere Heizeinrichtungen erreicht werden oder dadurch, daß man das säuerstoffhaltige Gas mit dem reduzierenden Gas während einer ausreichend langen Zeit reagieren läßt, um die Aufheizung der Reaktionszone 18 zu bewerkstelligen, bevor das gasförmige

509810/0688

Uranhexafluorid in die Re?ktionszone eingeführt wird. Als Vorstufe kann die Reaktionszone mit einem Gas gespült werden, das für die Reaktion inert ist, beispielsweise mit Stickstoff.

Bei einem bevorzugten Ablauf des Verfahrens mit der Anlage nach den Figuren 1 und 2 wird die Trägeratmosphäre zuerst durch Zuführung über das Rohr IP in die Reaktionszone eingeleitet. Dann wird die Strömung des abschirmenden Gases im Rohr 14 ausgelöst und kurze Zeit danach wird das sauerstoffhaItige Gas in die Rohre H. eingeleitet _t wobei zur Erzeugung einer Flamme die Zündeinrichtung 16 betätigt wird. Anschließend wird das Uranhexaf luorid in das Rohr 15 eingeleitet, so daß es sich mit dem Trägergas vermischt.

Bei einer weiteren bevorzugten Anfahrsequenz wird zuerst das sauerstoffhaltige Gas in den Rohren 11 in die Reaktionszone eingeleitet. Dann wird die Strömung des abschirmenden Gases im Rohr 14 gestartet und die Zündeinrichtung 16 wird betätigt, um ein Mittel zur Zündung einer Flamme zu erhalten. Kurze Zeit danach wird das Trägergas im Rohr 15 eingebracht. Nachdem die Flamme stabil geworden ist, wird das Uranhexafluorid in das Rohr 15 eingeleitet, so daß es sich mit dem Trägergas vermischt.

Die Strömung der Gasolin die Reaktionszone wird so gesteuertj daß das Molverhältnis von Wasserstoff zu Uränhexafluorid mindestens größer ist als es dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht, wobei ein bevorzugter unterer Grenzwert für das Verhältnis 4_?o ist; und auch noch" das Molverhältnis von Sauerstoff zu Uranhexafluorid mindestens größer ist als das stöchiometrische Verhältnis und einen bevorzugten unteren Grenzwert von etwa 1,2 besitzt.

509810/0688

Die Reaktion wird mit einer Flpmmentemperatur von mindestens etwa 7PO⁰C oder darüber durchgeführt. Die Reaktionszone wird vorzugsweise dadurch unterhalb des Atmosphärendruckes gehalten, daß eine Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Unterdruckes von etwa 25 bis 625 mm (1 bis 25 Zoll) Quecksilbersäule und vorzugsweise von etwa 125 bis 3^5 mm (5 bis etwa 15 Zoll) Quecksilbersäule verwendet wird, so daß die Reaktionsprodukte schnell aus der Reaktionszone abgezogen werden. Es ist zu beachten, daß die Erfindung auch unter Verhältnissen mit Atmosphärendruck oder unter einem zugeführten Druck ausgeführt v/erden kann. Dann sind jedoch alle in dem Svstem entstehenden Leckströme nach außen gerichtet und daher wird die Anlegung eines Vakuums bevorzugt.

Es wird nachstehend auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen. Diese zeigen einen Reaktoreinlaß mit einer Vielzahl von Rohren für das Gemisch von Uranhexafluorid und Trägergas und hierdurch werden höhere Geschwindigkeiten für die Erzeugung des an Urandioxyd angereicherten Produktes ermöglicht. Figur 3 zeigt einen teilweise weggeschnittenen Aufriß der Ausführungsform des Reaktors 19. Die Figur 4 ist eine Seitenansicht des Reaktors im Schnitt entlang der Linie 4-4 in der Figur 3. Hier ist eine Vielzahl von Rohren 20 mit kürzerer Länge in einem größeren längeren Rohr 21 eingeschlossen. Dabei ist das Rohr 21. durch Dichtungen 41 im Deckel 22 des Reaktors 19 gehaltert und abgedichtet.

Die Rohre 20 sind im Innern des Rohrs 21 symmetrisch auf einem Kreis angeordnet, dessen Durchmesser größer ist als der halbe Außendurchmesser des Rohrs 21. Der Deckel 22 ist durch die Dichtung 0 auf dem Gefäß 23 abgedichtet, das eine Reaktionszone 26 umschließt. Die Rohre 24 sind durch Dichtungen 42 in dem Dekkel 22 abgedichtet und gehaltert und v/erden zur Einleitung des. sauerstoffhaItigen Gases in die Reaktionszone verwendet. Die Zündeinrichtung 25 ist zur Zündung der Reaktion vorgesehen. Während der Reaktion wird ein kontinuierlicher Strom des reduzierenden

5 09810/0688

- 13 -

Trägergases in den Rohren 20 aufrechterhalten, so daß in der Reaktionszone eine.stark reduzierende Atmosphäre besteht. Die Rohre 20 sind durch Dichtungen 27 im Rohr 21 an einem Punkt außerhalb des Reaktionsgefäßes 19 abgedichtet.

Bei der Ausführung der Erfindung wird ein abschirmendes Gas durch den Einlaß 40 in der durch.die Pfeile angezeigten Richtung durch das Rohr 2t in die Reaktionszone 26 eingeleitet. Auf diese Weise umgibt das abschirmende Gas das Gemisch von Uranhexafluorid und Trägergas, das in den Rohren 20 in die Reaktionszone 26 eingeleitet wird. Das umschließende Abschirmungsgas schirmt das Ge misch von Uranhexafluorid und Trägergas gegenüber dem sauerstoffhaltigen Gps während einer ausreichend langen Zeitdauer ab, so daß die Grenzfläche für die Zündung der Reaktionsflamme vom Ende des Rohrs 21 entfernt oder abgehoben ist (eine "abgehobene Flamme"). Die Reaktion ergibt eine helle orangefarbene Flamme. Als abschirmendes Gas, sauerstoffhaltiges G?s und Trägergas werden die gleichen Gase verwendet wie zuvor angegeben. Die bevorzugten Formen der Durchführung des Verfahrens, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben wurden, können auch auf das Verfahren unter Verwendung der Anlage nach den Figuren 3 und 4 angewendet werden.

Es wird nachstehend auf die Figur 5a Bezug genommen, die eine weitere Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Die Figur 5a zeigt eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht des Reaktors im Schnitt_; wobei der Einlaß drei konzentrische Rohre 2.S, 29 und 30 besitzt_; die durch den Deckel 31 eingeführt sind. Der Deckel 31 ist durch die Dichtung 32 auf dem Gefäß oder Behälter 33 abgedichtet, das eine Reaktionszone 34 einschließt. Die Zündeinrichtung 16. ist zur Zündung der Reaktion vorgesehen. In einer Anordnung wird das Rohr 28 zur Einleitung des ersten gasförmigen Reaktionsteilnehmers verwendet_; der ein Gemisch von Uranhexafluorid und dem vorstehend beschriebenen Trägergas enthält. Der zweite gasförmige Reaktionsteilnehmer

50 9810/0688

ist das snuerstoffhaltige Gps und wird in dem Rohr 30 in die Re-aktionszone 34 eingebracht, das durch die Dichtung 35 gegenüber dem Deckel 31 abgedichtet ist. Das Rohr 2Π wird zur Einleitung des abschirmenden Gases benutzt, das den ersten gasförmigen Reaktionsteilnehmer von dem zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer trennt.

In einer weiteren Anordnung gemäß Figur Pb kann das Rohr 2R zur Einleitung des sauerstoff ha It igen G.-ses und das Rohr 30 zur Einleitung des Gemisches aus Uranhexafluorid und einem Trägergas verwendet werden. Das Rohr 29 wird zur Einleitung des abschirmenden Gases benutzt, weiches den ersten gasförmigen Reaktionsteilnehmer von dem zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer oder Reaktanten trennt. Die Rohre 2R, 29 und 30 erstrecken sich über eine gleiche Entfernung in die Reaktionszone hinein. Bei einer richtigen Kontrolle der Geschwindigkeiten der einströmenden Gase wird ,-jedoch während der Umwandlung des Uranhexa fluor ids eine abgehobene Flamme aufrechterhalten. Die im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen bevorzugten Formen der Durchführung des Verfahrens sind auch auf das Verfahren unter Verwendung der Anlage nach Figur 5 anwendbar.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 6 und 7 erörtert, in dene^i« Reaktionsgefäß allgemein mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist·. In dieser Ausführungsform kann eine weitere Form des erfingungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform wird eine erste Einlaßeinrichtung in Form von zwei Rohren 51, die in dem Deckel 52 abgedichtet und gehaltert sind, zur Einleitung eines sauerstoffhaltigen Gases (des vorstehend angeführten zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmers) in Richtung des Pfeils in die Reaktionszone 49 benutzt. Der Deckel 52 bildet eine dichte Abdichtung mit dem Gefäß 53 und ist von dem Gefäß 53 abnehmbar.

509810/0688

- 9Λ -

Dps Gefäß 53 besitzt einen nnch außen vorstehenden R"um 54 zur Aufnahme eines Pilotbrenners 55, dem Gas zugeführt wird und der eine Pil otf lamme 56 ?;ur Zündung oder Auslösung einer Flammenreaktion unterhalt.

Ein Teil der allgemein mit der Bezugsziffer 57 bezeichneten Düse ist in einer mittleren Öffnung im Deckel 52 angeordnet und durch Dichtungen 58 luftdicht abgedichtet verbunden. Die Düse 5⁷ besitzt eine zweite Einlaßeinrichtung in Form des Rohrs 5*3 mit zwei rohrförmigen Einlassen 60 zur Einleitung eines abschirmenden Gases in der Pfeilrichtung in ,jedem der Einlasse 60. Das äußere Rohr 59 besitzt einen Deckel 61 und dieser trägt einen rohrförmigen Einlaß 62, dem ein Gemisch von Uranhexaf luorid und einem Trägergas zugeführt wird. Das Gemisch strömt in der Richtung des Pfeils im Einlaß 62 und tritt in die dritte Einlaßeinrichtung ein. Diese enthält eine Kammer 63, die durch ein Rohr 6<* mit einem Bodenteil 65 gebildet ist. Der Bodenteil 65 besitzt kreisförmige Öffnungen mit einer Abmessung, "die gleich dem äußeren Durchmesser der Rohre 6⁷ ist die so mit dem Teil 65 verbunden sind, daß die Rohre 67 das Gasgemisch aus der Kammer 63 erhalten. Das Rohr 50 erstreckt sich weiter in die Reaktionszone 4 9 hinein als die Rohre 67 um eine Strecke, die allgemein mit "d" bezeichnet ist. Eine Kontrollplatte 66 für die Leitung des abschirmenden Gases ist in dem Rohr 59 in Querlage sicher befestigt und diese Platte ist mit Öffnungen ausgestattet durch welche die Rohre 67 koaxial durchragen, und auf diese Weise wird eine kreisringförmige Öffnung um jedes Rohr 67 gebildet. Diese Platte 66 erzwingt einen Durchtritt des abschirmenden Gases durch die kreisringförmige Öffnung um jedes Rohr 67.

Stromabwärts von der Düse 57 ist ein Einlaß in Form von rohrförmigen Teilen 69 an einer Stelle vorgesehen, an der die Umwand-

BAD ORIGINAL 509810/068 8

lung des Uranhexaf 1 uorids in eine an Urandioxvd reiche, als Zwischenprodukt ?uftretende Zusammensetzung im wesentlichen abgeschlossen ist. In der Figur ~? ist diese Stelle so dargestellt, daß die Mitten der Teile 60 etwa auf einer Linie mit der Spitze der primären Flamme 68 liegen. Den Einlassen 60 wird ein sauerstoff haltiges Gas zugeführt_; so daß das Gas in die Reaktionszone 49 eintritt und sich mit den Reaktionsprodukten der primären Flamme 68 vermischt. Dies ergibt eine sekundäre Flamme 70 aus der Verbrennung des restlichen reduzierenden Gases zu seinem oxvdierten Produkt und aus der Umwandlung der an Urandioxvd angereicherten Zusammensetzung zu einem höheren Oxyd des Urans, wobei mindestens ein Teil der Oxyde mit einem höheren Sauerstoffgehalt als Urandioxyd vorliegt. Repräsentativ für solche Uranoxide sind die folgenden Oxyde: Urantritaoctoxyd (U₃O ), Uranpentoxyd (U₂O-), U₄Oq und Gemische mit beliebigem Anteil der vorstehenden Oxyde mit oder ohne einen Anteil an Urandioxvd (U0„).

Die rohrförmigen Teile 69 unterteilen die Reaktionszone 49 angenähert in folgende Teile: (1) eine primäre Reaktionszone mit der primären Flamme 6R, die allgemein den Raum von den rohrförmigen Teilen 60 bis zur Düse 57 enthält und (2) eine sekundäre Renktions7,one mit einer sekundären Flamme "0. die allgemein den Raum unterhalb der rohrförmigen Teile 69 gemäß der Darstellung in Figur 7 enthält.

Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Geräte und Verfahren können für die praktische Ausführung der Erfindung unter Benutzung einer Nnchoxvdationsstufe verwendet werden. Die Anfahrsequenz der vorstehenden Ausführungsformen wird dann so abgewandelt, daß beim Beginn des Stroms des sauerstoffhaItigen Gases gleichzeitig der Strom des sauerstoffhaltigen Gases für die Nachoxydationsstufe begonnen wird.

509810/0688

2? -

Diese Ausführungsform erzielt zusätzliche Vorteile durch Umvandlung des Urnnhexpf]uorids in eine an Uranoxvd reiche Zusammen setzung. Die Οχ-wd? tion der Reaktionsprodukte der primären Fl Pmme 6° bewirbt eine praktisch vollständige Umwandlung etwa vorhandenen restlichen reduzierenden Grses in seine oxvdierte Form (beispielsweise von Wasserstoff in Wasserdampf). Hierdurch wird .iede merkliche Konzentration des reduzierenden Gases an dem Abschlußpunkt der Renktionssequenz beseitigt und dies gestattet die Verwendung eines Vakuums zur Unterstützung des Abziehens der Reaktionsprodukte aus der Reaktionszone. Diese Erfindung nutzt die in der Resktionszone durch die primäre Flamme 68 freigesetzte Wärme zur anschließenden Umwandlung der aus der primären Flamme 6R erhaltenen, an Urandioxyd reichen Zusammensetzung in höhere Uranoxyde.

Die Geschwindigkeit_; mit welcher der gasförmige Reaktionsteilnehmer, bestehend aus einem Gemisch von Uranhexafluorid und einem Trägergas, in die Reaktionszone eingeleitet wird, ist wichtig. Es wurde gefunden, daß die Strömungsgeschwindigkeit dieses Ge misches so gesteuert werden sollte, daß man an dem Einlaß eine Gasgeschwindigkeit erhält, die größer ist als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme. Auf diese Weise bleibt die Flamme von dem Einlaß zur Reaktionszone abgehoben. Die Entfernung der Flamme von dem Rohr 14 in der Figur 2. von dem Rohr 21 in der Figur Λ und von den Rohren 2R bis 30 in den Figuren Fa und 5b ist kritisch für die Form der Flamme, Wenn diese Strecke zu groß ist_; dann besteht eine Neigung zu einer unvollkommenen Umwandlung des Uranhexafluorids in Oxyd. Wenn die'Strecke zu klein ist. dsnn zeigt die Flamme eine Neigung dazu, zu nahe an den Rohren zu brennen_; und dies führt schließlich zu einer Anhäufung von Reaktionsprodukten und zur Kondensation von Wasserdampf an den Spitzen der Rohre und zu einem Verstopfen der Rohre.

BAD ORIGINAL

5098 10/0688

Die Dicke L des abschirmenden Grses um die Renktionsteilnehmer

2
herum kann aus der Formel: L' = kDt abgeschätzt werden. Hierin ■bedeutet L die radiale Dicke des abschirmenden Gases zwischen den Strömen des ersten und des zweiten Eesktionsteilnehmers, D ist eine Diffusionskonstante, t ist die für die Diffusion der Reaktionsteilnehmer durch das abschirmende Gas hindurch benötigte Verzögerungszeit und k ist eine weitere Konstante. Allgemein ist die Dicke L des abschirmenden Gases proportional der Quadratwurzel der Diffusionszeit t für die Renktionsteilnehmer durch das abschirmende Gas.

Die in den Abbildungen dargestellten Reaktionsgefäße besitzen vorzugsweise einen abnehmbaren Deckel, der abgedichtet auf dem Gefäß befestigt werden kann. Das Gefäß und der Deckel können aus jedem Material hergestellt werden, das gegenüber der Umwandlungsreaktion inert ist. Beispielhafte Materialien enthalten Pyrex (schwer schmel&ares Quarzglas), Glas und verschiedene Metalle und Legierungen, beispielsweise Stähle und Monel-Metall. Zwischen dem abnehmbaren Deckel und dem Reaktorgefäß können die verschiedensten Dichtungseinrichtungen verwendet werden einschließlich Gummisorten für Hochtemperatur und polymere Dichtungsmittel für hohe Temperatur, beispielsweise Teflon (Polvtetrafluoräthylen). Als Zündeinrichtung können verschiedenste Zündeinrichtungen zur wiederholten Erzeugung eines Funkens in der Reaktionszone verwendet werden. Eine solche Einrichtung umfaßt dabei eine Zündkerze, die sich in der Nähe der gewünschten Reaktionsflamme befindet. Sie liegt jedoch nicht so nahe bei der Flamme daß auf ihr eine Ablagerung von Reaktionsprodukten stattfindet. Ein weiterer Lösungsweg besteht in der Verwendung einer Pilotflamme. Die Gaseinlaßrohre können bus den verschiedensten Materialien bestehen, die gegenüber dem Verfahren inert sind, einschließlich Keramikmaterialien wie Aluminiumdiox^d und metallischen Materialien wie ■ beispielsweise Monel-Metall. Das Reaktorgefäß kann zum leichteren Zusammenbau eine zvlindrische Form besitzen und die vorstehend

509810/0688

©AD ORIGINAL

• - 25 -

genannten, für das Gefäß verwendeten Materialien sind leicht in Form zylindrischer Rohre erhältlich₍ welche auf die gewünschte Länge geschnitten werden können. Ein typisches Gefäß besitzt eine Länge von etwa GO bis IRO era (2 bis 6 U.S. Fuß) oder darüber und einen Durchmesser von etwa 12,5 bis 50 cm (5 bis 20 Zoll). Es ist zu beachten, daß in den Figuren Einlasse mit kleinerem Durchmesser, wie beispielsweise die Einlasse 15 und 20 in den Figuren 1 bis A, in den Einlassen mit größerem Durchmesser, beispielsweise den Einlassen \Λ und 21 in den Figuren 1 bis 4, so angeordnet sindj daß sie im Innern der größeren Einlasse mit einem Abstand d zu deren R'nd enden_} der im Bereich von etwa 3 mm bis 12 mm (l/R Zoll bis 1/2 Zoll) liegen kann. Im allgemeinen ist der Abstand d um so größer, je größer der Durchmesser der Rohre 14 und 21 ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit allen vorstehend aufgeführten Bestandteilen für das Trägergas, das sauerstoffhaltige Gas und das abschirmende Gas durchgeführt werden. In der Tabelle I sind repräsentative Gase aufgeführt, die zusammen verwendet werden können, um eine erfolgreiche Umwandlung von Uranhexafluorid in eine an Urandioxyd reiche Zusammensetzung durch das Flammenumwandlungsverfahren gemäß der Erfindung zu erhalten.

509810/06 88

TABELLE I

Trägergas

Reaktion Λ

Wasserstoff

sauerstoffhaltiges

Gas Sauerstoff

Reaktion B

dissoziertes Ammoniak

Sauerstoff

Reaktion C

Wasserstoff

Luft

abschirmendes Gas

Stickstoff Stickstoff

Wasserstoff

Reaktion D Reaktion E

Reaktion F

Trägergas

dissoziertes Ammoniak Wasserstoff

dissoziertes Ammoniak

sauerstoffhaltiges
Gas

Luft

Sauerstoff

abschirmendes Gas

dissoziertes Ammoniak dissoziertes Ammoniak

Wasserstoff

Reaktion G Reaktion H

Reaktion I

Trägergas

Wasserstoff dissoziertes Ammoniak

Gemisch von Wasserstoff und dissoziertem

Ammoniak

sauerstoffhaltiges
Gas

Luft

Gemisch von Sauerstoff und Luft

abschirmendes Gas

Stickstoff Stickstoff

Gemisch von Stickstoff und dissoziertem Ammoniak

509810/0688

- Ρ, 7 -

Untersuchungen, welche ρώ. den gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Umnox^dpulvern vorgenommen wurden, zeigen, daß diese Pulver überlegene Eigenschaften besitzen^ und diese Tatsache bildet einen der hervorstechendsten Vorteile der Erfindung. Die, überlegenen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Pulver können den dendritischen oder halbdendritischen Teilchen zugeschrieben werden, die bei der metallographischen Untersuchung in dem Pulver aufgefunden wurden. Insbesondere besitzen die Pulverteilchen bei einer Vergrößerung von 50.000-fach oder darüber ein Aussehen in Form von seilförmigen oder kettenförmigen Teilchen. Dies wurde in eindrucksvoller Weise durch Aufnahmen bei Durchstrahlung mit Elektronen bestätigt. Die durch die Erfindung erzeugten Pulver besitzen verbesserte Preßeigenschaften infolge der offenen Struktur der Pulverteilchenj und das Pressen der Pulver ergibt grüne Preßlinge mit höherer Grün-Festigkeit als Preßlinge aus solchen Pulvern, die Teilchen mit diskreten kristallinen Formen besitzen (d.h. Kugelform und Würfelform). Das Pulver besteht zu mehr als 9F% aus Uranoxvd, wobei der Rest hauptsächlich aus Fluor id ionen_; vorwiegend in Form von Fluorwasserstoff und anderen Verbindungen besteht, die Uran und Fluor enthalten und nicht allgemein durch Röntgenbeugung identifizierbar sind. Das Pulver besitzt ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften mit einer sehr großen relativen spezifischen Oberfläche im Vergleich zu dem Urandioxvd.-Pulver, das durch vorbekannte Verfahren erzeugt wurde. Es wird angenommen daß der begrenzte Gehalt an Verunreinigungen in dem Pulver verhindert, daß das Pulver pyrophore Eigenschaften oder eine Neigung zum Entflammen zeigt, da die Bindung des Fluorwasserstoffes mit dem Urandioxyd nicht durch Sauerstoff verdrängt wird. Weiterhin gestattet diese Bindung des Fluorwasserstoffes zum Urandioxyd eine, Handhabung der Pulver ohne Hautreizung. Diese Pulver können leicht in gepreßten Formen in einer kontrollierten Atmosphäre so gesintert werden, daß man eine Dichte bis zu 99% und darüber der theoretischen Dichte erhält. Hierzu können unter anderem die in den O.S. 2 147 708 und 2 228 JlH beschriebenen Verfahren

509810/0 6 88

bezüglich des Pressens von Pulver und des SinternSvervendet wer den, auf die hiermit ausdrücklich verwiesen ist.

Die nachstehenden Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren dienen lediglich zur Veranschaulichung für den Fachmann und beinhalten keine Beschränkung.

Beispiel 1

Dieses Beispiel wird gemäß den Stufen des Verfahrens nach der O.S. Nr. 2 147 705 ausgeführt.

Ein Reaktionsgefäß wird wie folgt zusammengebaut. Eine Glasglokke wird mit einem unteren Deckel ausgestattet der drei konzentrische Kupferrohre besitzt, die nach oben in die Glasglocke hineinführen. Die drei konzentrischen Rohre bilden einen Diffusions-

brenner, und der Querschnitt des innersten Rohres beträgt 0,3R cm ,

ο ο

für das mittlere Rohr 0,82 cm und für das äußere Rohr 7,5 cm . In der Glocke wird eine Probenspmmelplatte in Form einer Kreisscheibe mit einem Durchmesser von 5 cm vorgesehen, die unter einem rechten Winkel zu 6er von der Düse aufsteigenden Flamme gehaltert ist und in verschiedenen Höhenlagen oberhalb der Flamme angeordnet werden kann. Die Deckelplatte besitzt eine Öffnung für ein Rohr_; drs in den oberen Teil der Glocke hineinragt und zur Erzeugung eines Vakuums in der Glocke dient.

In diesem Beispiel wird in das innerste und das mittlere Rohr Luft und in das äußere Rohr Wasserstoff eingeleitet. Mit der Luft in dem innersten Rohr wird gasförmiges UF gemischt und die Luft und der Wasserstoff werden der Anordnung mit einem Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff von 2,7 zugeführt. Das Verhältnis von Wasserstoff zu UF_ß ist 9,3.

509810/0688

Zur Auslösung der Umwandlung von Ur? nhexr>f 1 unrid in dns ?n Urandioxi'd reiche Produkt wird die folgende Sequenz verwendet. Dps reduzierende Gas vird durch dr>s äußere Rohr gestartet. Als nächstes vird ars abschirmende G's (hier Luft) in die Reaktions-7,nne durch d?s mittlere Rnhr eingeleitet und das sauerstoffha.ltige Gps (hier Luft) wird in den Renktor durch das innere Rohr eingebracht. Hier?uf folgt eine Zündung der Fl?mme von Hand durch eine Funkeneinrichtung und ms η erhält eine .bläuliche Flamme, die von den konzentrischen Rohren abgehoben ist. Dann wird die Glocke über den Brenner auf den unteren Deckel abgesenkt und in der durch die Glocke und den unteren Deckel gebildeten Reaktionszone wird allmählich ein Vakuum erzeugt. Nachdem die bläuliche Flamme den Gleichgewichtszustand erreicht und noch die gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten der G'ise erreicht sind, wird die Strömung von Uranhexafluorid zur Erzeugung eines Gemisches mit dem sauerstoffhaItigen Gas in dem inneren Rohr ausgelöst. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Farbe der abgehobenen Flamme 6P. zu einer hellen Orangefarbe. Die Reaktion wurde etwa 3 Minuten lang durchgeführt. Bei dem Verfahren wird in der Reaktionszone ein Vakuum von 360 mm Quecksilbersäule erzeugt .

Der Verlauf der Repletion besitzt ein einzigartiges Merkmal, das darin besteht_; daß ein Kontakt der Reaktionsprodukte mit der Spitze der konzentrischen Rohre vermieden wird. Die Flamme wird von den konzentrischen Rohren um einen Abstand von etwa 13 mm (1/?. Zoll) abgehoben oder entfernt, und zwar während des gesamten Reaktionsablaufes. Dies bedeutet, daß die Bildung der an Urandioxvd reichen Zusammensetzung in der orangefarbenen Flamme ohne Kontakt der Produkte der Flamme mit den konzentrischen Rohren erfolgt. Die Reaktionsdurchführung erzeugt eine Zusammensetzung, die etwa 95 Gew.-% Urandioxyd enthält. In Figur 8 wird eine Aufnahme in einem Elektronenmikroskop mit

509810/068 8 bad original

2A36787

Vergrößerung 75.000-f?ch gezeigt. Das Pulver nach Figur 8 besteht aus Teilchen von diskreten kristallinen Polyedern und die Teilchen besitzen eine a 11gernein gleichförmige reguläre Oberfläche (d.h. "Kugeln und Kuben") und werden unter Benutzung der Probensammelplatte gesammelt. Dps Pulver wurde auf einer Msschinenpresse gepreßt mit einer Dichte des Grünlings von 5₍ 5 g/cm¹ zur Bildung von grünen Pillen mit einer Gestalt eines rechtwinkligen Kreiszvlinders mit einer Höhe vin etwa 1,2 cm (0,5 Zoll) und einem Durchmesser von etwa 1.2 cm (0,5 Zoll). Die Zerreißfestigkeit des Grünlings betrug etwa 11,2 bis 12,6 kg/cm' (160 - IRO U.S.Pfund pro Quadrptzoll). Die Zerreißfestigkeit des Grünlings ist ein Maß für die Festigkeit der grünen Pille und stellt den Druck dar, der zum Zerbrechen der grünen Pillen in einer Handpresse benötigt wird.

Beispiel 2

Es wird ein Reaktor gemäß der Abbildung in den Figuren 13 und zusammengebaut. Ein Reaktionsgefäß 80 trägt einen Düsenflansch Rl, der an dem Reaktionsgefäß RO angeschraubt ist. Der Flansch Sl ist an ein äußeres zylindrisches Rohr 82 angeschweißt und dieses besitzt Einlasse S3. Das äußere zvlindrische Rohr 82 ist an d?s innere zylindrische Rohr 84 geschweißt und dasselbe besitzt Einlasse 85. Das innere zvlindrische Rohr 84 ist an die innere zvlindrische Kammer 86 geschweißt, und die Kammer S6 besitzt Einlasse 87 am oberen Ende und vier rohrförmige Auslässe 86 am unteren Ende. An den Zvlinder 84 ist ?n vier gleich beabstandeten Stellen gemäß der Darstellung in Figur 13 eine Kontrollplatte 89 für die Ausrichtung des abschirmenden G"ses geschweißt. Die Rohre 88 ragen durch Öffnungen in der Kontrollplatte 89 in Richtung der Reaktionszone 90.

ORIGINAL

509810/0688

Die Rohre RR besitzen einen Innendurchmesser von etwa 6,4'mm (0,250 Zoll) und einen Außendurchmesser von etw3 13,7 mm (0,540 Zoll). Die Öffnungen in der RichtungskontrollpLatte 89, welche die Rohre RR umgeben, besitzen einen Durchmesser von etwa IR,3 mm (0,72 Zoll). Der freie Zwischenraum zwischen der Riehtungskontrollplatte R9 und dem Rohr P<4 beträgt etwa 1, 98 mm (0,07R Zoll). Der Innendurchmesser des Rohrs 84 ist etwa 76,R mm (3,026 Zoll) und der Außendurchmesser ist etwa 88,9 mm (3,500 Zoll) Der Innendurchmesser des Rohrs 82 ist etwa 102,2 mm (4,026 Zoll). Die Rohre RR sind im Innern des Rohrs 84 um etwa 12,5 mm (1/2 Zoll) zurückversetzt. Die rohrförmigen Teile 91 sind vier Rohre aus Monel Metall mit einem Innendurchmesser von etwa 12,5 mm (1/2 Zoll), die unter einem Winkel von 45 Grad zur Achse des Reaktionsgefäßes RO befestigt sind. Die Mitten der Teile 91 besitzen einen Abstand von etwa 45^ ⁿ cm (18 Zoll·), von dem offenen Ende des Rohrs R2.Der Flansch Rl, das Rohr 82, die Richtungskontrollplatte 80 und das Rohr 84 werden aus Kohlenstoffstahl hergestellt und der übrige Teil der Düse 92 wird aus Monel-Metall und das Reaktorgefäß aus "Inconel" hergestellt.

In der Reaktionszone 90 wird eine Pilotflamme mit der folgenden Anfahrsequenz gezündet. Ein Luftstrom als sauerstoffhaltiges Gas wird in dem Einlaß 83 und in den Teilen 91 als dritter gasförmiger Reaktionsteilnehmer eingeleitet. Eine Quelle für das abschirmende Gas Wasserstoff wird mit den Einlassen 85 des Rohrs 84 verbunden und das Gas in die Reaktionszone 90 eingeleitet. Ein Gemisch aus Uranhexafluorid, Stickstoff und Wasserstoff wird in die Kammer 86 und die vier Rohre 88 eingebracht. Das Uranoxydpulver wird gesammelt, wobei gleichzeitig die abgegebenen Gase zur Kondensation von Fluorwasserstoff und Wasserdampf behandelt werden. Die Zuflußgeschwindigkeit für Uranhexafluorid beträgt etwa 6 kg pro Stunde (12_;0 U.S. Pfund pro Stunde). Das effektive Molverhältnis von Wasserstoff zu Uranhexafluorid be-

5 0 93 10/0688

trägt 24. Diis effektive Molverhältnis von Wasserstoff zu Sruerstoff an der Öffnung oder Einmündung der Düse in die Reaktionszone beträgt etwa 2,7. Die Strömungsgeschwindigkeit in Normal- kubikmeter pro Stunde wird wie folgt eingestellt: Wasserstoff in

3
der Kammer 86 - etwa 1,7 Nm /h (ßO Normslkubikfuß pro Stunde),

3 Stickstoff in der Kammer 86 ~ etwa 2,8 Nm /h (100 Normalkubikfuß pro Stunde), Stickstoff als das abschirmende Gas in dem Rohr 84

- etwa 7,36 Nm /h (260 Normalkubikfuß pro Stunde) _} Luft im Rohr etwa 16 Nm /h (565 Normalkubikfuß pro Stunde) und Gesamtluft

- etwa 22,6 NnT/h(79O Normalkubikfuß pro Stunde). Während des Verfahrens wird in dem Reaktorgefäß ein Vakuum von etwa 188 mm Quecksilbersäule (7,5 Zoll) erzeugt.

Das Verfahren verläuft mit dem einzigartigen Kennzeichen einer Vermeidung des Kontaktes der Reaktionsprodukte mit der Spitze der Rohre 82 _} 8^ und 88. Während des gesamten Verfahrensganges wird die Flamme von dem Rohr 82 um etwa 1_;2 cm (1/2 Zoll) abgehoben. Dies bedeutet, daß die Bildung der an Uranoxyd reichen Zusammensetzung in der primären orangefarbenen Flamme 68 ohne Kontakt der Flammenprodukte mit der Düse 92 erfolgt. Es ist eine kegelförmige Verjüngung o'er laminaren primären Flamme in der Reaktionszone an einem Punkt etwa benachbart der Mitte der Teile vorhanden und unterhalb dieses Punktes ist eine sekundäre dunklere orangefarbene Flamme 70 vorhanden, die turbulent ist. Während der Durchführung des Verfahrens wird eine Zusammensetzung erzeugt, die etwa 95 Gew.r-% Urantritaoctoxyd (U₃Op) besitzt, und in der Figur 9 ist eine Mikrophotographie mit einer Vergrößerung 75.000-fach wiedergegeben. Das Pulver in der Figur 9 besteht aus Teilchen, die ein dendritisches oder halbdendritisches Aussehen besitzen, und die Teilchen besitzen eine unregelmäßige Oberfläche (d.h. eine igelähnliche Gestalt). Beim Pressen des Pulvers auf einer.Maschinenpresse mit einer Dichte des Grünlings von

3
5,3 g/cm zur Bildung von grünen Pillen in Gestalt eines recht-

509810/0688

winkl igen Kreiszvlinders mit einer Höhe von etwa 1^2 cm (0,5 Zoll) und einem Durchmesser von etwa I 2 cm (0.5 ZoI]) zeigte der

2 Grünling einen Zerreißdruck von etwa 15.4 bis 16,R kg/cm (220 bis 240 U.S.-Pfund pro Quadratzoll). Der Zerreißdruck für den Grünling ist ein Maß für die Festigkeit der grünen Pille und stellt den Druck dar, der zum Zerbrechen der grünen Pillen in einer Handpresse benötigt wird.

Beispiele 3 bis 5

Das Verfahren nach Beispiel 2 wird für die Beispiele 3 bis 5 unter Verwendung des gleichen allgemeinen Verfahrensganges und der gleichen Anlage durchgeführt. Die Reaktion verläuft mit dem einzigartigen Merkmal einer Vermeidung eines Kontaktes der Reaktionsprodukte mit der Spitze der Rohre R2_; P-A und PP.. Während des Verfahrensablaufs wird die Flamme von den Rohren 82 und 84 um eine Strecke von etwa X₁? cm ("1/2 Zoll) abgehoben oder entfernt. Dies bedeutet, daß die Bildung der an Uranoxvd reichen Zusammensetzung in der orangefarbenen Flamme ohne Kontakt der Produkte der Flamme mit der Düse 92 erfolgt. Die bedeutungsvolle Information über die einzelnen Verfahrensabläufe ist in der Tabelle II dargestellt. Dabei enthält die erste Spalte die laufende Nummer des Beispiels, die zAveite Spalte enthält die Zuführungsgeschwindigkeit von UF in kg pro Stunde (U.S.-Pfund pro Stunde), die dritte Spalte ist d.a.s Molverhältnis von Wasser stoff zu Uranhexafluorid, die vierte Spalte enthält das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff an der Düse, die fünfte Spalte enthält die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstoffes in der Kammer PS, die sechste Spalte enthält die Strömungsgeschwindigkeit des Stickstoffs in der Kammer P-6_} die siebte Spalte enthält die Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstoffs als abschirmendes G-s im Rohr 84, die achte Spalte enthält die Strömungsgeschwindigkeit von Luft im Rohr 82_; die neunte Spalte

509810/0 68 8 bad original

enthält die Strömungsgeschwindigkeit der Ges?mtluft zum Reaktor

und die letzte Spalte enthält den Zerreißdruck in kg/cm

(U.S. Pfund pT-o QurdrptzoTl) für die Pillen_; die n?ch dem Verfrhren n?ch Beispiel 9 gebildet v-erden. Alle Sti-ömungsgeschwindigkeiten sind in Normrlkubikmeter pro Stunde (Normslkubikfuß pro Stunde) angegeben. Die Figuren 10 bis T.2 zeigen Aufnahmen am Elektronenmikroskop bei einer Vergrößerung von 75.000-fach für jeweils eine Probe des Pulvers, hergestellt npch den Beispielen bis 5.

509810/0688

BAD

σο co 00

UPg Zufluß

T A

BELL

H₀ZO₀

1».

an der

E II

Zufluß von N2

Zufluß

von H?

Gas in

(260)

1

Beispiel

in kg/h

Molverhältnis Molverhältnis

4,

Zufluß von H2

als Trägergas.

als abschir

(Normal-

(260)

UI

Nr.

(US-Pfund/h)

H₂/UP₆

ijus e

... Λ⁴.¹

als Trägergas

in Nm3/h (Nor-

mendes

kubikfuß/Stunde)

(320)

c. U

in Nm3/h (Nor-

malkubikfuß

Nm3/h

. 7,36

»o

malkubikfuß

pro Stunde)

7,36

6 (12)

pro Stunde)

2,8 (100)

9,07

3

12 (24)

24

•°

1,7 (60)

2,8 (100)

4

6 (12)

12

1,7 (60)

2,8 (100)

5

12

— — ■—

•

Fortsetzung Tabelle II:

Beispiel . Nr.

Zufluß von Luft in der Düse in Nm3/h (Normalkubikfuß/Stunde).

Gesamtluftzufluß in Nm3/h (Normalkubikfuß pro Stunde)

Zerreißdruck in kg/cm (US-Pfund pro Quadratzoll)

11 (390) 11 (390)

11 (390)

22,6 (790) 22,6 (790) 22,6 (790)

14 * (200)

11,2 - 12,6 (160 - 180)

Der Fachmann wird erkennen, daß die verschiedenartigsten Abänderungen und Abwandlungen an dem Verfahren und dem Gerät gemäß der vorstehenden Beschreibung vorgenommen werden können, ohne den weiteren Umfang der erfindungsgemäßen Lehre zu verlassen.

509810/0688

Claims

/T) Verfahren zur Herstellung einer pn Urnndioxvd reichen Zusam mensetzung aus Uranhexafluorid in einer Resktionszone bei Anwesenheit einer aktiven Flamme, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

a) Es wird ein erster gasförmiger Reaktionsteilnehmer in die Reaktionszone eingeleitet, der ein Gemisch von Uranhexafluorid und einem reduzierenden Trägergas umfaßt,

b) in die Rerktionszone wird getrennt ein zweiter gasförmiger Renktionstei]nehmer mit einem sauerstoffhaltigen Gas eingeleitet und

c) in die Reaktionszone wird getrennt zwischen den ersten gasförmigen Rer-ktionsteil nehmer und dem zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer ein abschirmendes Gas eingeleitet j d?s zeitweilig eine bedeutungsvolle Durchmischung und Reaktion zwischen dem ersten gasförmigen Reaktionsteilnehmei und dem zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer so lange verhindert, bis eine ausreichende Querdiffusion der Reaktionsteilnehmer und des abschirmenden Gases während des Durchgangs der Reaktionsteilnehmer und des abschirmenden Gases durch die Reaktionszone erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verfahren durch die Sequenz folgender Schritte eingeleitet wird:

a) Das Trägergas wird in die Reaktionszone eingeleitet_;

509810/0688

b) d?s abschirmende G^s wird in die Reaktionszone eingeleitet,

c) das sauerstoffhaltige Gas wird in die Reaktionszone eingeleitet und

d) Uranhexafluorid wird zur Bildung eines Gemisches mit dem Trägergas eingeleitet, wobei das Gemisch bei seinem Eintritt in die Reaktionszone von dem sauerstoffhaltigen Gas zeitweilig durch das abschirmende Gas getrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas und das Uranhexafluorid gleichzeitig in die Re^ktionszone eingeleitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß das Verfahren durch die Sequenz folgender Schritte begonnen wird:

a) Das sauerstoffhr>3tige Gas wird in die Reaktionszone eingeleitet,

. b) das abschirmende Gas wird in die Reaktionszone eingeleitet,

c) das Trägergas wird in die Reaktionszone eingeleitet und

d) das Uranhexafluorid wird zur Bildung eines Gemisches mit dem Trägergas eingeleitet, wobei das Gemisch beim Eintritt in die Reaktionszone zeitweilig durch das abschirmende Gas von dem sauerstoffhaItigen Gas getrennt wird.

509810/0688

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _Λ daß die Renktionszone vor der Einleitung der gasförmigen Rerktionsteilnehmer in die Reaktionszone mit einem Inertgas gespült wird.

6. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gasförmige Reaktionsteilnehmer, bestehend aus einem Gemisch von Uranhexafluorid und Trägergas, in die Reaktionszone in Form einer Vielzahl von
einzelnen benachbarten Strömen eingeleitet und diese Ströme von dem abschirmenden G-s umschlossen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Trägergas aus den Gasen Wasserstoff , dissoziertes Ammoniak, Gemischen derselben und Gemischen derselben mit einem Inertgas ausgewählt wird.

Verfahren nach Anspruch t_; dadurch gekennzeichne t _; daß das sauerstoffhaItige G»s aus den
Gasen Sauerstoff ₎ Luft und Gemischen derselben gewählt wird.

9. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet _} daß das abschirmende Gs aus den Gasen
Wasserstoff_; dissoziertes Ammoniak und einem Inertgas und
Gemischen derselben gewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h η e t , daß das abschirmende Gas ein inertes Gas ist.

50 9810/0688

11. Verfahren nach .Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, ärβ das Trägergns ein inertes Gas ist und d?s abschirmende Gps aus den Gasen, bestehend aus Wasserstoff, dissoziiertem Ammoniak, einer Mischung von Wasserstoff und dissoziiertem Ammoniak, einem Gemisch von Wasserstoff und einem Inertgas_; und einem Gemisch von dissoziiertem Ammoniak und einem Inertgas und einem Gemisch von Wasserstoff, dissoziiertem Ammoniak und einem Inertgas gewählt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Molverhältnis des reduzierenden Gases zu Uranhexafluorid mindestens etwa 4,0 beträgt und das Molverhältnis von Sauerstoff zu Uranhexafluorid mindestens etwa 1,2 beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktion in einer Flamme bei

einer wird.

einer Temperatur von mindestens etwa 750°C durchgeführt

14·. Verfahren nach Anspruch t_; dadurch gekennzeichne t _y daß es mit einer Vorstufe der Vorheizung der Repktionszone auf eine Ausgangstemperatur von mindestens etwa 100°C kombiniert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daßdie Reaktionszone zum Abziehen der Reaktionsprodukte sus derselben unter einem Vakuum von

509810/0688

etwa 25 bis 625 mm Quecksilbersäule (1 bis 25 Zoll) gehalten wird.

16. Verfahren nn ch Anspruch 1, dadurch g e k e η η -- 7, eichnet_; daß der pus der Reaktionszone abgezogene G sstrom zur Sammlung von Fluorwasserstoff und Wasserdampf aus dem Gasstrom in Form von Fluorwasserstoffsäure behandelt wird.

17. Verfahren zur Umwandlung von Uranhexafluorid in ein an Urandioxyd reiches Pulver durch eine kontinuierliche Flammenreaktion, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte umfaßt:

a) Ein snuerstoffhaltiges Gns wird in eine Reaktionszone
eingeleitet, die zunächst auf eine Temperatur von mindestens etwa 100°C aufgeheizt und unter einem Vakuum
von etwa 25 bis 625 mm (1 bis 25 Zoll) Quecksilbersäule gehalten wird,

b) in der Reaktionszone wird eine Zündeinrichtung betätigt,

c) in die Reaktionszone wird ein abschirmendes Gf.s eingeleitet,

d) ein reduzierendes Trägergns wird so eingeleitet, daß
es beim Eintritt in die Repktionszone von dem abschirmenden Gas umschlossen ist.

e) ein Strom von Uranhexafluorid wird so eingeleitet, daß er mit dem reduzierenden Gas durchmischt wird und beim

50 9810/068 8

Eintritt in die Renktionszone von dem abschirmenden
Gas umschlossen ist und eine Repktionsflamme ergibt, die außer Kontakt mit irgendwelchen Oberflächen der Struktur gehalten wird, welche die Reaktionszone definieren, und

f) das in der Reaktionszone erzeugte; an Urandioxvd reiche Pulver wird gesammelt.

IR. Verfahren nach Anspruch t⁷ _; dadurch gekenn zeichnet, daß eine Vielzahl von Strömen des Gemisches, enthaltend Urfinhexa fluor id und das reduzierende G in die Reaktionszone eingeleitet werden und ,jeder dieser Vielzsh! von Strömen durch das abschirmende Gas umschlossen ist und eine Reaktionsfl?mme ergibt, die von dem Kontakt mit irgendwelchen festen Oberflächen der Struktur in der Reaktionszone entfernt ist.

19. Verfahren zur Umwandlung von Uranhexafluorid in ein an Urandioxyd reiches Pulver durch eine kontinuierliche Flammenreaktion, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Verfrhrensschritte umfaßt:

a) In eine ursprünglich auf eine Temperatur von mindestens 100 C erhitzte und unter einem Vakuum von etwa 25 bis 625 mm (1 bis 25 Zoll) Quecksilbersäule gehaltene
Reaktionszone wird ein reduzierendes Trägergas eingeleitet,

b) in der Reaktionszone wird eine Zündeinrichtung betätigt.

509810/0688

c) in die Reaktionszone wird ein abschirmendes Gas so eingeleitet, daß es das reduzierende Gps beim Eintritt in die Renkt ions zone umschließt/

d) in die Reaktionszone wird ein sa.uerstoffhaltiges Gas -eingeleitet, - '

e) ein Strom von Uranhex?fluorid wird so eingeleitet, daß es mit dem reduzierenden Gas vermischt wird, beim Eintritt in die Reaktionszone von dem abschirmenden Gps umschlossen wird und eine Reaktionsflamme ergibt, die von dem Kontakt mit irgendwelchen festen Oberflächen der Struktur entfernt ist, welche die Reaktionszone begrenzen, und

f) das in der Resktionszone erzeugte_; an Urandioxyd reiche Pulver wird gesammelt: -

20. Verfahren noch Anspruch 19, da du rc h g e k e η η ze i c h-n et, daß eine Vielzahl von Strömen des Gemisches von Uranhexafluorid und des reduzierenden Gases in die Reaktionszone eingeleitet werden und daß jeder der Ströme dieser Vielzahl von dem abschirmenden Gas umschlossen ■ wird und eine Reaktionsflamme ergibt, die außer Kontakt mit irgendwelchen festen Oberflächen der Struktur in der Reaktionszone sind.

21. Verfahren zur Darstellung einer an Uranoxyd reichen Zusammensetzung aus Uranhexßfluorid in einer Reaktionszone bei Anwesenheit einer aktiven Flamme, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Verfahrenssehritte umfaßt:

ORIGINAL INSPECTED

SO981O/U6 8;8

a) In die Rerkt ions zone v/ird ein erster gasförmiger Renktionsteilnehmer^ enthaltend ein Gemisch sus Uranhexafluorid und einem Träjrergps_; eingeleitet,

b) ein zweiter gasförmiger Reoktionsteilnehmer, der ein sauerstoffhaltiges Gas enthält, wird getrennt in die Reaktionszone eingeleitet_;

c) zwischen dem ersten gasförmigen Reaktionsteilnehmer und dem zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer vird in die Repktionszone getrennt ein abschirmendes G s eingeleitet, das zeitweilig eine bedeutungsvolle Durchmischung und Reaktion zwischen dem ersten und zweiten gasförmigen Reaktionsteilnehmer so lange verhindert^ bis eine Pusreichende Querdiffusion der Reaktionsteilnehmer und des abschirmenden Gases beim Durchgang der Repktionsteilnehmer und des abschirmenden Gases durch die Reaktionszone erfolgt und zu einer Umwandlung des Uranhexa fluor ids in eine teilchenförmigen nJrandioxyd reiche Zusammensetzung führt, wobei noch restliches reduzierendes Gas und gasförmige Reaktionsprodukte vorhanden sind, und

d) es wird ein dritter gasförmiger Reaktionsteilnehmer, der ein sauerstoffhaltiges Gas enthält, in Kontakt mit der teilchenförmigen, an Urandioxvd reichen Zusammensetzung, dem restlichen reduzierenden Gas und den gasförmigen Reaktionsprodukten eingeleitet und hierdurch wird das restliche reduzierende Gas in der Reaktionszone in eine oxydierte Form umgewandelt und die an Urandioxvd reiche Zusammensetzung wird zu einem höheren Oxvd des Urans oxydiert.

ORIGINAL

509810/0688

22. Verfahren nrch Anspruch 2X₁ dadurch gekennzeichnet _; öpQ, das Verfahren durch die Sequenz der folgenden Verfrhrensschritte eingeleitet wird:

a) In die Reaktionszone wird das Trägergas eingeleitet,

b) in die Reaktionszone wird das abschirmende Gas eingeleitet,

c) in die Reaktionszone wird das sauerstoff ha It ige G'.s und der dritte gasförmige Reaktionsteilnehmer eingeleitet, und '

d) das Uranhexafluorid wird zur Bildung eines Gemisches mit dem reduzierenden Gas so eingeleitet_} daß das Gemisch beim Eintritt in die Reaktionszone zeitweilig durch das abschirmende Gas von dem sauerstoffhaItigen Gas getrennt ist.

23. Verfahren nach Anspruch 21_; dadurch gekennzeichnet, daß" das Trägergas und das Uranhexafluorid gleichzeitig in die Reaktionszone eingeleitet werden.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Verfahren durch die Sequenz folgender Anfangsschritte eingeleitet wird:

a) Das sauerstoffhaItige Gas und der dritte gasförmige Reaktionsteilnehmer werden in die Reaktionszone eingeleitet,

ORl INSPECTED

509810/0688

b) das abschirmende Gps v/ird in die Reaktionszone eingeleitet,

c) d?s Trägergas v/ird in die Rerktionszone eingeleitet
und

d) dps Uranhexaf]uorid wird zur Bildung eines Gemisches
mit dem Trägeres eingeleitet, wobei das Gemisch in die Reaktionszone so eintritt, daß es zeitweilig durch das abschirmende Gas von dem reduzierenden Gas getrennt
ist.

25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Rer.ktionszone vor dem Einleiten der gasförmigen Reaktionsteilnehmer in dieselbe mit einem inerten Gas gespült wird.

26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste gasförmige Reaktionsteilnehmer; enthaltend ein Gemisch von Uranhexafluorid und ein Trägergas, in die Reaktionszone in Form einer Vielzahl von einzelnen Strömen eingeleitet wird und die Ströme durch
das abschirmende Gas umschlossen sind.'

27. Verfahren nach Anspruch ?!, dadurch gekenn zeichnet, daß das Trägergas aus den Gasen Wasserstoff _} dissoziiertes Ammoniak, einem inerten Gas und Gemischen derselben ausgewählt v/ird.

ORIGINAL INSPSCTED

509810/0688

-.47 -

28. Verfahren nach Anspruch 21. dadurch g e k e η η zeichnet, daß das-sauerstoffhaltig« Gi¹S aus den Gnaen Sauerstoff, Luft und Gemischen derselben ausgewählt wird.

20. Verfahren n?ch Anspruch 21, -dadurch g e k e η η zeichnet, daß dfis abschirmende Gps aus den Gasen Wasserstoff_; dissoziiertes Ammoniak, inerten Gasen und Gemischen derselben ausgewählt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 21. dadurch gekennzeichnet, daß das abschirmende Gas ein inertes Gas ist.

31. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß das Trägergas ein inertes Gas ist und das abschirmende Gas aus den Gnsen Wasserstoff, dissoziiertes Ammoniak, einem Gemisch von Wasserstoff und dissoziiertem Ammoniak, einem Gemisch von Wasserstoff und einem Inertgas, einem Gemisch von Wasserstoff, dissoziiertem Ammoniak und einem Inertgas ausgewählt wird. " .. '

32. Verfahren nnch Anspruch 21/ dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einer Flamme bei einer Temperatur von mindestens etwa 750°C erfolgt.

33. Verfahren nach Anspruch 21_; dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Vorstufe der Vorheizung

ORIGINAL iMSPEOTED

509810/0688

der Reaktionszone auf eine Anfangstemper?tür von mindestens etwa 100 C kombiniert wird.

34. Verfahren nach .Anspruch 2X₁ dadurch ge kenn-

zeichnet, daß die Reaktionszone unter einem Vakuum von etwa 25 bis 625 mm (etwa 1 bis 25 Zoll) Quecksilbersäule gehalten wird.

35. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekenn zeichnet; daß der aus der Reaktionszone abgezogene Gasstrom zum Sammeln von Fluorwasserstoff und Wasserdampf aus dem Gasstrom in Form einer wäßrigen Lösung von Fluorwasserstoffsäure behandelt wird.

36. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekenn zeichnet . daß der dritte gasförmige Reaktionsteilnehmer Sauerstoff ist.

37. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekenn zeichnet , daß der dritte gasförmige Reaktionsteilnehmer Luft igt.

38. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte gasförmige Reaktionsteilnehmer ein Gemisch von Sauerstoff und Luft ist.

ORIGINAL

509810/0688