DE1070151B

DE1070151B - Apparat zur Sublimation von Fluoriden

Info

Publication number: DE1070151B
Application number: DENDAT1070151D
Authority: DE
Inventors: Denis Tyigat und Jean Gerard Brüssel Claude Decroly
Original assignee: Centre d'Etudes pour les Applications de l'Energie nucleaire, Brüssel
Priority date: 1955-09-30
Publication date: 1959-12-03
Also published as: BE541715A; US2929691A; GB816620A; FR1157616A; LU34661A1; BE551142A; BE541714A; NL211027A; NL100681C

Description

DEUTSCHES

11.12.59 kl. 12 i itf (^

INTERNAL KIT

PATENTAMT

C01B --9/08 -«

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

C 13751 IVa/12 i

29. SEPTEMBER 1956 3. DEZEMBER 1959

Die Erfindung bezieht sich auf einen Apparat zum Sublimieren von Fluoriden, und zwar im besonderen von Fluoriden der flüchtigen Metalle, z. B. von Zinkfluorid, aber auch von einigen anderen Fluoriden, wie Zirkonfluorid.

Die auf trockenem Wege, z. B. mit Hilfe von saurem Ammoniumfluorid oder anderswie erhaltenen Fluoride sind von verhältnismäßig geringer Dichte und häufig unrein, so daß sie ungeeignet für manche Anwendungszwecke sind.

Man könnte nun daran denken, diese Fluoride nach üblichen Sublimationsverfahren zu reinigen und zu verdichten, jedoch haben sich die bekannten Sublimationsapparate für diesen Zweck als unzweckmäßig und zum Teil auch als gänzlich ungeeignet erwiesen. Bekanntlich gestatten die bekannten Sublimationsapparate die Anwendung von Unterdruck und erhöhter Temperatur, und es sind in ihnen Elemente zur Kondensation vorgesehen. Trotzdem ist es mit ihnen nicht oder nur unter Überwindung zeitraubender Hindernisse möglich, das sublimierte Fluoric! in der für die Weiterverwendung beispielsweise auf dem Gebiete der Kernspaltung nötigen Reinheit und Dichte zu erhalten, weil diese bekannten Sublimationsapparate keine Möglichkeit bieten, die Temperatur der Kondensationselemcnte in einfacher Weise den übrigen Sublimationsbedingungen so anzupassen, daß eine optimale, physikalische und chemische Beschaffenheit des Fluorides erzielt wird. Besonders unangenehm macht sich dieser Umstand bei einer vielseitigen Verwendung solcher Apparate bemerkbar, wenn also ein solcher Apparat nicht nur für die Sublimation eines einzigen Fluorides vorgesehen ist, sondern beispielsweise zur Sublimation von von Fall zu Fall verschiedenen Fluoriden verwendet werden soll.

Es ist nun das Ziel der Erfindung, diese bei der Sublimation von Fluoriden mit üblichen Apparaten auftretenden Schwierigkeiten durch Schaffung eines Apparates mit einem aufheizbaren, unter einer kühlbaren Kondensationszone befindlichen Behälter, der innerhalb einer unter geringen Druck setzbaren Ummantelung untergebracht ist, dadurch zu beseitigen, daß erfindungsgemäß die Kondensationszone aus einer indirekt kühlbaren, in bezug auf den Abstand von ihrem Kühlsystem verstellbaren und den Behälter abdeckenden, Gasdurchtritt gestattenden Kondensationsplatte besteht.

Als Kühlmedien eignen sich für diesen Zweck Flüssigkeiten oder Gase, aber obwohl die Temperaturen der Kondensationszone meist weit über 100⁰C liegen, ist dafür Wasser besonders geeignet, weil die Kühlung indirekt ist.

Vorzugsweise ist zur Ausschaltung eines den weiteren Sublimationsvorgang beeinträchtigenden Angriffes Apparat zur Sublimation von Fluoriden

Anmelder:

Centre d'Etudes pour les Applications

de l'Energie nucleaire,

Brüssel

Vertreter: Dr.-Ing. W. Höger, Dr.-Ing. E. Maier

und Dipl.-Ing. M. Sc. W. Stellrecht, Patentanwälte,

Stuttgart-O, Uhlandstr. 16

Beanspruchte Priorität:
Belgien vom 30. September 1955 und 19. September 1956

Claude Decroly, Denis Tytgat und Jean Gerard,

Brüssel,
sind als Erfinder genannt worden

der Fluoriddämpfe flüchtiger Metalle auf die Gefäßwände der Behälter mit Wandungen aus Graphit ausgestattet und in gleicher Weise wie die ebenfalls aus Graphit bestehende Kondensationsplatte in einer gasdichten Metallummantelung untergebracht, die an ein einen ausreichenden Unterdruck erzeugendes Pumpsystem angeschlossen ist.

Besonders vorteilhaft ist dabei auch, wenn der aufsteigenden Bewegung der Fluoriddämpfe innerhalb des Behälters eine im wesentlichen nach einer Schraubenlinie verlaufende Richtung erteilt wird, wodurch dann die nichtflüchtigen, von den Dämpfen mitgerisseneu Verunreinigungen gegen die Wand des Behälters geschleudert werden, wo sie aufgefangen werden.
Weitere für die Erfindung wesentliche Einzelheiten ergeben sich aus der nachstehenden, auf die Zeichnung gestützten Beschreibung.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, darin zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Apparat nach der Erfindung.

Fig. 2 einen ebensolchen Schnitt durch einen Apparat anderer Ausführungsart.

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Element des Aj)parats nach Fig. 2 mit weggebrochenen Teilstücken,

Fig. 4 in größerem Maßstab im Schnitt einen Teil des Elementes nach Fig. 3.

In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern entsprechende Elemente.

909 687/372

Der in Fig. 1 dargestellte Apparat ist dazu bestimmt, ein Fluorid zu behandeln, das z. B. auf trockenem Wege durch eine Sublimation unter starkem Unterdruck erhalten wurde. Im allgemeinen empfiehlt es sich, den Apparat so auszulegen, daß die Dämpfe nie in Berührung mit metallischen Oberflächen treten, insbesondere, wenn es sich um ein Fluorid eines flüchtigen Metalls handelt wie z. B. das Zinkfluorid. Bei hohen Temperaturen können nämlich solche Fluoride durch viele nichtflüchtige Metalle reduziert werden.

Der in der Zeichnung dargestellte Apparat weist einen zylindrischen Mantel aus nichtrostendem Stahl auf und kann an ein Pumpsystem angeschlossen werden, das für einen geeigneten Unterdruck sorgt. Außerdem kann der Mantel beheizt werden. In diesem Mantel 1 ist ein Behälter 2 untergebracht, der das zu behandelnde Fluorid aufnehmen soll. Der Behälter kann aus Graphit hergestellt sein oder aus nichtrostendem Stahl, der auf der Innenseite mit gesintertem Calciumfluorid ausgekleidet ist oder in irgendeiner anderen Weise widerstandsfähig gegenüber der Wirkung des zu behandelnden Fluorids gemacht ist.

Der Behälter ist mit einer Kondensationsplatte 3 abgedeckt, die jedoch den Behälter nicht dicht abschließt. Diese Kondensationsplatte wird aus Graphit hergestellt, wenn es sich um Fluoride flüchtiger Metalle handelt, und aus Graphit oder Nickel oder jedem anderen der Wirkung der zu behandelnden Fluoride widerstehenden Stoff, wenn es sich um Fluoride der nichtflüchtigen Metalle handelt.

Die Kondensationsplatte 3 ist mittelbar gekühlt durch ein Kühlsystem 4, das von Wasser durchströmt ist und in einem bestimmten Abstand oberhalb der Platte 3 angeordnet ist. Durch Einstellen dieses Abstandes zwischen dem Kühlsystem 4 und der Platte 3 kann man in genauen Grenzen die Soll-Temperatur der Kondensationsplatte festlegen.

Für gegebene Werte der Temperatur im Behälter 2 und des Unterdruckes im Mantel 1 kann man die Temperatur der Platte 3 so festlegen, daß dadurch das Temperaturgefälle vom Grunde des Behälters 2 bis zur Platte 3 bestimmt ist. Durch diese Bestimmung des Temperaturgefällcs erhält man auf der Platte 3 ein reines und genügend dichtes Fluorid.

Der beschriebene Apparat kann für die Behandlung verschiedener Fluoride verwendet werden. Die zu wählende Temperatur und der zu wählende Unterdruck hängen natürlich von der Art des zu behandelnden Fluorides ab.

Im Fall von Zinkfluorid soll die Zone der Sublimation im Behälter 2 den Bereich zwischen 900 und 950° C umfassen, bei einem Unterdruck im Mantel 1 in der Größenordnung eines Viooo mm Quecksilbersäule oder sogar noch weniger. Die Sublimationsgeschwindigkeit kann den Bereich von 1 bis 1,3 g je cm² und je Stunde umfassen, wobei als maßgebende Fläche der horizontale Schnitt des Behälters 2 anzusehen ist. Wenn man demnach die Kühlbedingungen der Platte 3 so hält, daß sich seine Temperatur nahe bei 700° C hält, erhält man ein Zinkfluorid von hoher Reinheit, insbesondere im Hinblick auf Stickstoff, und von einer absoluten Dichte von etwa 5. Nach einem Zerkleinern des sublimieren Fluorides ist die scheinbare Dichte ungefähr 3, im Gegensatz zu einer scheinbaren Dichte des nicht sublimierten Fluorides von 0,9 bis 1.

Im Fall des Zirkonfluorides soll die Temperatur in rW Snblimationszone des Behälters 2 den Bereich zwischen 650 und 700° C umfassen bei einem Unterdruck in dem Mantel 1, der ebenfalls in der Größenordnung cir.es Viooo mm Quecksilbersäule oder darunter ist.

Die Sublimationsgeschwindigkeit kann in der Größenordnung von 1 g je cm² je Stunde sein. Wenn man demgemäß die Kühlbedingungen an der Kondensationsspalte 3 so einstellt, daß deren Temperatur sich zwischen 350 und 500° C hält, erhält man ein Zirkonfluorid von hoher Reinheit, insbesondere im Hinblick auf Stickstoff, und von einer absoluten Dichte in der Nähe von 4,5. Nach einer Zerkleinerung des sublimierten Fluorides ist die scheinbare Dichte ungefähr

ίο 2,5 im Gegensatz zu einer scheinbaren Dichte des nicht sublimierten Fluorides von 0,7 bis 0,8.

Man kann auch die Reinheit der sublimierten Fluoride noch steigern, indem man einen Apparat nach den Fig. 2 bis 4 verwendet. In diesen Figuren findet man die hauptsächlichsten Bauelemente des in Fig. 1 dargestellten Apparates wieder.

Allerdings ist der Behälter 2, der auf dem Grund des Mantels 1 und einer dazwischenliegenden Platte 13 aus feuerfestem Material aufruht, aus mehreren Teilen zusammengesetzt, die mit den Bezugszeichen 5, 6, 7, 8 und 14 versehen sind. Zwischen dem ringförmigen Behälterteil 5 und dem napfartigen Behälterteil 14 des Behälters 2 sind ein oder zwei Graphitplatten 10 eingelegt, die von zylindrischen Löchern 11 durchquert sind, wobei diese Löcher ungefähr 5 mm Durchmesser haben und ihre Achsen z. B. um 70° zur Mittelachse des Behälters 2 geneigt sind. Außerdem liegt jede Achse eines solchen Loches 11 in einer Ebene, die an einer gedachten zylindrischen Fläche tangiert, welche die Mittelachse des Behälters 2 zur Achse hat und die durch den Mittelpunkt des medialen Querschnittes des entsprechenden Loches geht. Die Löcher sind vorzugsweise konzentrisch angeordnet und ihre Zahl so groß wie möglich gewählt, aber begrenzt durch einen von der mechanischen Festigkeit des Graphits bestimmten Wert. Die aufsteigenden Fluoriddämpfe, welche die Platte oder die Platten 10 durchqueren, erhalten hierdurch eine schraubenlinig verlaufende Bewegungsrichtung, durch welche die nichtflüchtigen Verunreinigungen, welche von den Dämpfen mitgerissen werden, gegen die inneren Wände der Behälterteile 5 bis 8 geschleudert werden. In diese Wände sind nach einer Schraubenlinie umlaufende Nuten 9 eingearbeitet, in denen sich jene nichtflüchtigen Verunreinigungen absetzen. Dadurch erhält man schließlich auf der Kondensationsplatte 3 ein von nichtflüchtigen Verunreinigungen freies Fluorid, was wiederum erlaubt, Fluoride, welche solche Verunreinigungen enthalten, zu behandeln, ohne diese Verunreinigungen im sublimierten Fluorid wiederzufinden.

Die Kondensationsplatte 3 ruht in diesem Fall unmittelbar auf den oberen Rändern des obersten Behälterteiles 8 auf, wobei aber Löcher 12 vorgesehen sind, um die Verbindung zwischen dem Inneren des Behälters 2 und demjenigen des Mantels 1, der ihn umgibt, herzustellen. Der vorgesehene Aufbau des Behälters 2 aus mehreren Teilen erleichtern den Zusammenbau, insbesondere hinsichtlich des Einbaus der Platte oder Platten 10 und hinsichtlich der Schaffung der Nuten oder Rillen 9.

Die erfindungsgemäßen Apparate erlauben somit die Erzielung einer Reinigung und einer Steigerung der Dichte der behandelten Fluoride, welche ihrerseits besonders begehrt sind, namentlich für gewisse Anwendüngen auf dem Kernspaltungsgebiet.

Claims

Patentansprüche·.

1. Apparat zur Sublimation von Fluoriden mit einem aufheizbaren, unter einer kühlbaren Konden-

sationszone befindlichen Behälter, der innerhalb einer unter geringen Druck setzbaren Ummantelung untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationszone aus einer indirekt kühlbaren, in bezug auf den Abstand von ihrem Kühl- system verstellbaren und den Behälter abdeckenden, Gasdurchtritt gestattenden Kondensationsplatte besteht.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise wasserdurchflossenes Kühlsystem in bestimmtem Abstand oberhalb der Kondensationsplatte angebracht ist.

3. Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sublimation von flüchtigen Metallfluoriden der Behälter mit Wandungen aus Graphit ausgestattet und in gleicher Weise wie die ebenfalls aus Graphit bestehende Konden-

sationsplatte in einer gasdichten Metallummantelung untergebracht ist, die an ein einen ausreichenden Unterdruck erzeugendes Pumpsystem angeschlossen ist.

4. Apparat nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter im wesentlichen nach einer Schraubenlinie verlaufende Führungsflächen vorgesehen sind.

5. Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg der Fluoriddämpfe in dem Behälter mindestens eine mit zur Plattenebene geneigten Löchern versehene Platte vorgesehen ist.

6. Apparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die innere Wand des Behälters Aussparungen, besonders in Form von Rillen oder Nuten, eingearbeitet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen