DE1081439B

DE1081439B - Method and device to separate the alkali isotopes, especially those of lithium

Info

Publication number: DE1081439B
Application number: DES61062A
Authority: DE
Inventors: Andre Kepes
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1957-12-20
Filing date: 1958-12-19
Publication date: 1960-05-12
Also published as: GB888884A; FR1207421A; NL112924C; US3025224A; CH377789A; LU36689A1

Description

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Aus den Veröffentlichunigen von A. Klemm (Zeitschrift »Naturforschung«, Teil A, 1947, S. 9, und 1953, S. 397) ist bekannt, daß unter der Wirkung eines elektrischen Feldes zwei isotope Kationen sich in einem Elektrolyten mit verschiedenen Wanderungsgeschwindigkeiten vorwärts bewegen und unter Ausnutzung dieses Phänomens voneinander getrennt werden können. Diese unterschiedliche Beweglichkeit ist von M. Chemla (Comptes rendus, 1955, S. 1288, und 1956, S. 1450) für die Wanderung der Isotope des Natriums und des Lithiums in den geschmolzenen Salzen dieser Metalle durch ein Verfahren ermittelt worden, welches darin besteht, daß die Zonen der Wanderung der verschiedenen Isotope auf einem mit dem geschmolzenen Salz imprägnierten, in horizontaler Lage zwischen Elektroden angeordneten Asbestpapierstreifen gemessen werden.From the publications by A. Klemm (magazine "Naturforschung", Part A, 1947, p. 9, and 1953, p. 397) is known that under the action of a electric field two isotopic cations are in an electrolyte with different migration speeds move forward and can be separated from each other taking advantage of this phenomenon. This different mobility is by M. Chemla (Comptes rendus, 1955, p. 1288, and 1956, p. 1450) for the migration of the isotopes of Sodium and lithium in the molten salts of these metals are determined by a process which consists in the zones of migration of the different isotopes on one with Asbestos paper strips impregnated with the molten salt and placed horizontally between electrodes be measured.

• Wenn sich außerdem in dem beispielsweisen Fall zweier isotoper Kationen der Elektrolyt selbst mit einer zwischen den Wanderungsgeschwindigkeiten der beiden Kationen liegenden Geschwindigkeit in zu deren Bewegung umgekehrter Richtung bewegt, so erfolgt die resultierende Ortsveränderung des schnelleren Kations in der gleichen Richtung wie seine Wanderung, die Ortsveränderung des langsamsten Kations in hierzu umgekehrter Richtung. Auf diesem Prinzip beruht das Verfahren zur Trennung der Isotope voneinander durch Elektrowanderung im Gegenstrom, dessen Wirksamkeit und Leistung sich als dem der einfachen Bestimmung der Wanderungswege überlegen erwiesen haben. Bei dem Gegenstromverfahren ist es, um die Bewegung des Elektrolyten von der Kathode zur Anode zu bewirken, notwendig, den Elektrolyten, vorzugsweise ein geschmolzenes Salz, hinsichtlich des aus ihm auf der Kathode niedergeschlagenen Metalls zu regenerieren.• If also in the example case two isotopic cations of the electrolyte itself with one between the migration speeds of the two cations lying speed moves in the opposite direction to their movement, so the resulting change in location of the faster cation takes place in the same direction as its migration, the change in location of the slowest cation in the opposite direction. On this principle is the process of separating the isotopes from one another by countercurrent electrical migration, its effectiveness and performance are superior to that of simply determining the hiking trails have proven. In the countercurrent process, it is to move the electrolyte away from the cathode To effect the anode, the electrolyte, preferably a molten salt, in terms of the to regenerate from it deposited metal on the cathode.

Dieses Verfahren wurde bereits von A. Lunden (These-Göteborg, 1956) zum Zwecke der Anreicherung einer gewissen Reihe von geschmolzenen Salzen an Isotopen, insbesondere für die Trennung der Isotope des Kaliums und des Lithiums angewendet (A. Lunden, Zeitschrift für Naturforsehung, Teil A, 1955, Nr. 10, S. 279, sowie 1956, Nr. 11, S. 75), indem geschmolzenes Nitrat in einer aus Spezialglas bestehenden Vorrichtung in Form eines vertikal angeordneten U-Rohres behandelt wurde. Die Regeneration der Nitrate erfolgt hierbei durch eine Mischung von NO₂ und O₂, die über die Kathode selbst in der Nachbarschaft des unter der Kathode niedergeschlagenen Metalls eingeführt wurde. This method was already used by A. Lunden (These-Göteborg, 1956) for the purpose of enriching a certain number of molten salts with isotopes, in particular for the separation of the isotopes of potassium and lithium (A. Lunden, Zeitschrift für Naturforsehung, part A, 1955, No. 10, p. 279, and 1956, No. 11, p. 75) by treating molten nitrate in a device made of special glass in the form of a vertically arranged U-tube. The nitrates are regenerated by a mixture of NO ₂ and O ₂ , which was introduced via the cathode itself in the vicinity of the metal deposited under the cathode.

Dieses Verfahren ermöglicht, eine gewisse Anreicherung von Isotopen an der Kathode und der Anode zu erzielen, besitzt jedoch erhebliche Nachteile vom Gesichtspunkt seiner praktischen Durchführbar-Verfahren urM Vorrichtung,This method enables a certain accumulation of isotopes at the cathode and the However, achieving anode has significant disadvantages from the point of view of its practical feasibility urM device,

um die Alkaliisotope,around the alkali isotopes,

besonders diefdes Lithiums,especially that of lithium,

voneinander zu trennento separate from each other

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, ParisApplicant:
Commissariat a l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19Representative: Dipl.-Ing. H. Bahr and Dipl.-Phys. E. Betzier, Patent attorneys, Herne, Freiligrathstr. 19th

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 20. Dezember 1957Claimed priority:
France December 20, 1957

Andre Kepes, Bievres, Seine-et-Oise (Frankreich),
ist als Erfinder genannt wordenAndre Kepes, Bievres, Seine-et-Oise (France),
has been named as the inventor

keit. Im Falle des Lithiums ist es z.B. sowohl hinsichtlich der erzielbaren Ausbeute wie der Möglichkeit seiner kontinuierlichen Durchführung aus den folgenden Gründen nur beschränkt anwendbar.speed. In the case of lithium, for example, it is both in terms of the achievable yield and the possibility of its continuous implementation from the Applicable only to a limited extent for the following reasons.

Die Umsetzung des Lithiums in Lithiumnitrat durch das Gemisch N O₂ + O₂ verläuft sehr langsam und praktisch niemals vollkommen, so daß die Dichte des für die Elektrowanderung anzuwendenden Stromes und demzufolge die Ausbeute gering ist.The conversion of lithium into lithium nitrate by the mixture NO ₂ + O ₂ proceeds very slowly and practically never completely, so that the density of the current to be used for the electric migration and consequently the yield is low.

Ferner wirkt das Lithiumnitrat bei seiner Schmelztemperatur intensiv korrodierend auf die Materialien, insbesondere Glas, Quarzgut oder Quarzglas, aus welchen die verwendeten: Vorrichtungen in der Regel bestehen.Furthermore, the lithium nitrate acts at its melting temperature intensely corrosive to the materials, in particular glass, fused quartz or quartz glass which the devices used are usually made.

Beii Verwendung einer Vertikal angeordneten Vorrichtung wirkt sich die Anwesenheit und das Strömen der Gashlasen, welche unvermeidlich im Zuge der Elektro'wanderung innerhalb des Elektrolyten gebildet werden, besonders ungünstig· aus. Diese Blasen stören durch ihr ungeordnetes Aufsteigen durch das geschmolzene Salz hindurch die selektive Wanderung der Ionen. Ferner ist es bei vertikaler Anordnung der Vorrichtung schwierig, in dem Gesamtkörper des geschmolzenen Salzes überall die gleiche Temperatur zu erzielen. Auch hierdurch wird die selektive Wanderung der Ionen gestört "When using a vertically arranged device affects the presence and the flow of gas bubbles, which are inevitable in the course of the Elektro'wanderung be formed within the electrolyte, particularly unfavorable. These bubbles interfere selective migration through their disorderly ascent through the molten salt of ions. Furthermore, it is the vertical arrangement Apparatus difficult to maintain the same temperature throughout the entire body of the molten salt to achieve. This also disrupts the selective migration of the ions "

Schließlich erfordert die Verwendung der Gasmischung NO₂-HO₂ zur Regeneration des Nitrats an der Kathode, abgesehen von ihrer langsamen und unvollkommenen Wirkungj" Vorrichtungen für die Ein-Finally, the use of the gas mixture NO ₂ -HO ₂ for the regeneration of the nitrate at the cathode, apart from its slow and imperfect effect, requires devices for the on

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stellung der Gasmengen in den Zuleitungen für jedes der Gase oder deren Mischung, um zu sichern, daß die Gase in den ordnungsgemäßen anteiligen Verhältnissen zugeführt werden, sowie auch Vorrichtungen für eine vollständige Trocknung der Gase, die ständig neu beschickt werden müssen.position of the gas quantities in the supply lines for each of the gases or their mixture to ensure that the Gases in the proper proportionate proportions are supplied, as well as devices for a complete drying of the gases, which are constantly new need to be charged.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen der Isotope der Alkalimetalle, insbesondere des Lithiums, das auf dem Prinzip der unterschiedlichen Wanderungsgeschwindigkeiten der Isotope in im Gegenstrom fließendem geschmolzenem Nitrat beruht. Dieses Verfahren, welches in sehr einfacher Weise ermöglicht, die obenerwähnten Schwierigkeiten und Nachteile zu vermeiden, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierung des Alkalinitrats in dem Kathodenteil der Vorrichtung durch Salpetersäure erfolgt. The invention relates to a method for separating the isotopes of the alkali metals, in particular of lithium, which is based on the principle of the different migration speeds of the isotopes in in countercurrent flowing molten nitrate. This procedure which in very simple Way allows to avoid the above-mentioned difficulties and disadvantages, is characterized in that the regeneration of the alkali nitrate in the cathode part of the device is carried out by nitric acid.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht insbesondere die Geschwindigkeit, mit welcher die Regenerierung des Nitrats erfolgt, erheblich zu steigern und deshalb die maximale Stromdichte, mit der die Vorrichtung betrieben werden kann, zu erhöhen, was sich in einer Erhöhung der Ausbeute bei einer Vorrichtung von gegebenen Abmessungen auswirkt.The method according to the invention enables in particular the speed at which the Regeneration of the nitrate takes place to increase considerably and therefore the maximum current density with which the device can be operated to increase, resulting in an increase in the yield at a Device of given dimensions affects.

Wie gefunden wurde, bewirkt die Verwendung von konzentrierter Salpetersäure, die in die benutzten Vorrichtungen z. B. in Dampfform in der Nähe der Kathode eingeführt wird, trotz der gleichzeitigen Zufuhr von Wasserdampf, den die in Kontakt mit dem geschmolzenen Salz befindliche gasförmige Salpetersäure mitnimmt, eine vollkommene Überführung des sich auf der Elektrode niederschlagenden Elements in sein Nitrat.As has been found, the use of concentrated nitric acid causes the in used Devices e.g. B. is introduced in vapor form near the cathode, despite the simultaneous supply of water vapor produced by the gaseous nitric acid in contact with the molten salt takes with it, a complete transfer of the element precipitating on the electrode into its nitrate.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsfoirm des Verfahrens gemäß der Erfindung wird dieses in einer horizontal angeordneten Vorrichtung durchgeführt, deren Ausbildung selbst ein Merkmal der Erfindung darstellt.According to a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, this is carried out in a horizontally arranged device, their training itself is a feature of the invention.

Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Anoden- und einem Kathodenteil, die miteinander durch eine im wesentlichen horizontal angeordnete Rinne oder gegebenenfalls parallel zueinander angeordnete Rinnen verbunden sind. Die Vorrichtung kann die verschiedensten Formen, z. B. sowohl langgestreckte wie zurückgebogene Form besitzen, vorausgesetzt, daß die Verteilung des Elektrolyten zwischen den Elektroden und der Rinne zu Beginn in dem gleichen Niveau erfolgt und daß ein permanenter Strom des geschmolzenen Salzes von der Kathode zur Anode, d. h. in zur Richtung der Elektrowanderung umgekehrter Richtung, fließen kann. Diese Bewegung des Elektrolyten, die selbstverständlich andererseits durch die elektrolytische Zersetzung des Nitrate selbst als Folge des Verlustes- von nitrosen Dämpfen an der Anode und Zuführung von Salpetersäure an die Kathode entsteht, hat einen ständigen Niveauunterschied zwischen den Endniveaus des Elektrolyten zur Folge. Diese Bewegung wird jedoch im allgemeinen abgebremst und ihre Geschwindigkeit, d. h. die des Sfcrömens der Elektrolyten, durch zweckentsprechende Neigung der Vorrichtung gegen die Horizontale auf den gewünschten Wert eingestellt.This device consists essentially of an anode and a cathode part, which are connected to one another by an essentially horizontally arranged channel or optionally arranged parallel to one another Gutters are connected. The device can take a variety of forms, e.g. B. both elongated like bent back shape, provided that the distribution of the electrolyte between the electrodes and the gutter at the beginning takes place at the same level and that a permanent one Molten salt flow from cathode to anode, d. H. in the direction of the electric hike reverse direction, can flow. This movement of the electrolyte, of course, on the other hand by the electrolytic decomposition of the nitrate itself as a result of the loss of nitrous Vapors at the anode and supply of nitric acid to the cathode have a constant Difference in level between the final levels of the electrolyte result. However, this movement will generally braked and their speed, d. H. that of the flow of the electrolytes, through appropriate Inclination of the device to the horizontal adjusted to the desired value.

Die die Elektroden miteinander verbindende Rinne ist mit einem mit dem geschmolzenen Nitrat imprägnierten Futter versehen, dessen Zweck es ist, die auftretenden Konvektionsströme soweit als möglich zu verringern. Dieses Futter besteht vorzugsweise aus einem pulverförmigen, gegenüber dem geschmolzenen Nitrat nicht reaktionsfähigen Material, wie Steatit, Zifkondioxyd, Polytetrafluoräthylen usw. Die Korngrößenverteilung in diesem Futter wird weder zu grob gewählt, um zu sichern, daß das Futter den Konvektionsströmen wirksam entgegenwirkt, noch zu fein, damit ein regelmäßiges Strömen des Elektrolyten durch das Futter erfolgen kann. Die Bewegung des Elektrolyten ist demzufolge einerseits von der Korngrößenverteilung im Futter, andererseits von der Neigung der Vorrichtung abhängig. The trough connecting the electrodes is impregnated with the molten nitrate Lining provided, the purpose of which is to reduce the convection currents that occur as much as possible to reduce. This feed consists preferably of a powdery, as opposed to the melted one Nitrate non-reactive material, such as steatite, zifconium dioxide, polytetrafluoroethylene, etc. The grain size distribution In this feed, neither too coarse is chosen to ensure that the feed effectively counteracts the convection currents, nor to fine, so that the electrolyte can flow regularly through the feed. The movement of the Electrolyte is therefore dependent on the one hand on the grain size distribution in the feed and on the other hand on the inclination of the device.

Das Anoden- bzw. Kathodenteil, in welchem dieThe anode or cathode part in which the

ίο Elektroden in das geschmolzene Nitrat eintauchen, liegen vorzugsweise tiefer als die sie miteinander verbindende Rinne. Die Elektroden, insbesondere die Kathode, besitzen vergleichsweise große Fläche. Für die Kathode wird ein gegenüber Salpetersäure widerstandsfähiges Metall, z. B. hitzebeständiger Stahl, verwendet. Die Anode besteht aus einem Metall, das hochwiderstandsfähig gegen chemische Agenzien ist, z. B. Platin.ίο immerse electrodes in the molten nitrate, are preferably deeper than the channel connecting them. The electrodes, especially the cathode, have a comparatively large area. For the cathode, one becomes resistant to nitric acid Metal, e.g. B. heat-resistant steel is used. The anode is made of a metal that is highly resistant to chemical agents, e.g. B. platinum.

Die Zuführung der Salpetersäure zum Kathodenteil erfolgt im wesentlichen in Dampfform unter der Wirkung der Schwerkraft oder durch Hebern aus einem konzentrierte Salpetersäure enthaltenden Vorratsbehälter über ein Rohr, das vorzugsweise auf etwa 120 bis 130° C heizbar ist. Um die zugeführte Säuremenge zu regeln, ist dieses Rohr mit einem gegenüber Salpetersäure nicht reagierenden Futter versehen. In dieser beheizten Röhre wird die Salpetersäure auf eine Temperatur erhitzt, die der Siedetemperatur ihres Azeotropes mit Wasser entspricht und deshalb ohne merkliche Zersetzung verdampft. Vorzugsweise wird mit einem Überschuß an Säure gegenüber der Menge, die der ständig auf der Kathode niedergeschlagenen Menge an Metall, mit welchem die Säure in Reaktion tritt, entsprechen würde, gearbeitet. Dieser Säure-Überschuß wird bei der Temperatur der Kathodenteils — der des geschmolzenen Nitrats — zersetzt. Die gebildeten nitrosen Dämpfe werden ebenso wie die sich an der Anode bildenden Dämpfe z. B. durch Absaugen abgeführt.The nitric acid is fed to the cathode part essentially in vapor form under the Effect of gravity or by lifting from a reservoir containing concentrated nitric acid via a pipe, which can preferably be heated to around 120 to 130 ° C. To the amount of acid supplied To regulate, this pipe is provided with a lining that does not react to nitric acid. In In this heated tube, the nitric acid is heated to a temperature that is the same as its boiling point Azeotropes corresponds to water and therefore evaporates without noticeable decomposition. Preferably will with an excess of acid over that which is constantly deposited on the cathode Amount of metal with which the acid reacts would correspond to worked. This excess acid the cathode part - that of the molten nitrate - is decomposed at the same temperature. The nitrous vapors formed are just like the vapors formed at the anode z. B. by suction discharged.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird beispielsweise beschrieben.A particularly advantageous embodiment of a device for performing the method according to the invention is described by way of example.

Die Fig. 1, 2 und 3 sind verschiedene Vertikalschnitte durch eine Zelle, mittels deren z. B. die Isotope ⁶Li und ⁷Li durch Elektrowanderung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung voneinander getrennt werden können, und zwar ist1, 2 and 3 are different vertical sections through a cell, by means of which z. B. the isotopes ⁶ Li and ⁷ Li can be separated from one another by electric migration according to the method according to the invention, namely is

Fig. 1 ein Längsschnitt durch die Gesamtvorrichtung einschließlich der Vorrichtung zur Zufuhr der Salpetersäure,Fig. 1 is a longitudinal section through the entire device including the device for feeding the Nitric acid,

Fig. 2 ein Schnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 ein Längsschnitt durch das Kathodenteil in größerem Maßstabe.Fig. 2 is a section along line II-II of Fig. 1 and 3 shows a longitudinal section through the cathode part on a larger scale.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht der Hauptteil der Vorrichtung aus einem langgestreckten parallelepipedischen Block 1 von rechteckigem Querschnitt aus Hochfrequenz-Steatit, d. h. einem bei etwa 1400° C gebrannten Material von sehr geringer Porosität. Aus diesem Block sind vor dem Brennen ein Kanal in Form einer im Verhältnis zu ihrer Breite verhältnismäßig tiefen Längsrinne 2 und an deren Enden zwei zylindrische Hohlräume 3 und 4, die tiefer sind als die Rinne und mit dieser über eine Reihe von kleinen Schrägkanälen 5 verbunden sind, ausgearbeitet worden.As can be seen from FIGS. 1 and 2, the main part of the device consists of an elongated one parallelepiped block 1 of rectangular cross-section made of high frequency steatite, d. H. one at about 1400 ° C fired material with very low porosity. For this block, before firing, a channel in the shape of a proportionate in proportion to its width deep longitudinal groove 2 and at the ends two cylindrical cavities 3 and 4, which are deeper than the Channel and connected to it via a series of small inclined channels 5 have been worked out.

Der Block als solcher ist in einem zylindrischen Heizraum 8 untergebracht, der z. B. aus einem Glasrohr besteht, welches von einer Heizwicklung 9 umgeben und an seinen beiden Enden durch Flansche geschlossen ist, die an der Anodenseite zwei Stutzen 10 aufweisen, welche den Austritt der Luft und gegebenen-The block as such is housed in a cylindrical boiler room 8 which, for. B. from a glass tube consists, which is surrounded by a heating coil 9 and closed at both ends by flanges is, which have two nozzles 10 on the anode side, which allow the exit of the air and given

falls die Einführung eines Thermometers ermöglichen. An der Kathodenseite befindet sich ein Stutzen 11, der mit einem Absaugsystem für die Gase oder Dämpfe, die sich in dem Kathodenteil bilden, in Verbindung steht. Der röhrenförmige Heizraum 8 besitzt an seinem oberen Teil kathodenseitig eine große, durch einen Muffenansatz 12 verlängerte öffnung. Der Ansatz 12 ist entweder fest oder aufgesetzt mit der Röhre 8 verbunden. Er ermöglicht, die Kathode an Ort und Stelle zu verbringen und am Anfang des Betriebes das Lithiumnitrat in die Vorrichtung einzubringen. Er wird oben durch einen Deckel 13 aus Polytetrafluräthylen geschlossen. Der Ansatz 12 kann auch selbst in gleicher Weise wie der röhrenförmige Heizraum mit einer äußeren Heizwicklung 14 ausgerüstet sein.if allow the introduction of a thermometer. On the cathode side there is a nozzle 11, which is equipped with an extraction system for the gases or vapors, which form in the cathode part, communicates. The tubular boiler room 8 has at his On the upper part, on the cathode side, a large opening lengthened by a socket attachment 12. Approach 12 is either fixed or attached to the tube 8. It allows the cathode in place to spend and to introduce the lithium nitrate into the device at the beginning of the operation. He will closed at the top by a lid 13 made of polytetrafluoroethylene. The approach 12 can also itself in the same Like the tubular boiler room, it can be equipped with an outer heating coil 14.

Um die Montage des Steatitblockes im Inneren des Heizrohres zu ermöglichen, können dessen beide Enden, gegebenenfalls auch nur das kathodenseitige Ende, wie z. B. bei 8a ersichtlich, abnehmbar ausgebildet sein.To assemble the steatite block inside the To enable heating tube, both ends of which, possibly also only the cathode-side, can be used End, such as B. can be seen at 8a, designed to be removable.

Die Anode 7 besteht aus einem Platindraht, der in einer in das geschmolzene Salz eintauchenden Spirale endet. Das obere Ende dieses Drahtes ist entweder über den nächstliegenden Abschlußflansch des Heizrohres oder durch das Heizrohr selbst hindurch an die Gleichstromquelle angeschlossen.The anode 7 consists of a platinum wire in a spiral immersed in the molten salt ends. The upper end of this wire is either over the closest flange of the heating pipe or connected to the DC power source through the heating tube itself.

Die Kathode 6 (Fig. 3) erfüllt außer der Aufgabe der Kathodenelektrode auch die des die Salpetersäuredämpfe zuführenden Organs. Sie besteht aus einem mittleren Rohr 15, das an seinem unteren Ende einen korbähnlichen Körper 16 aus Metall trägt, welcher von zahlreichen Löchern 17 durchbohrt und mit kleinen Metallteilchen 18 gefüllt ist. Die Verbindung des Rohres 15 mit dem Inneren des Korbes 16 erfolgt über zu diesem Zwecke vorgesehene Öffnungen 15 c. Das Rohr, der Korb und die Metall teilchen bestehen z. B. aus hochtemperaturbeständigem Stahl.The cathode 6 (FIG. 3) fulfills not only the function of the cathode electrode but also that of the nitric acid vapors supplying organ. It consists of a central tube 15, which has a at its lower end basket-like body 16 made of metal carries, which pierced by numerous holes 17 and with small Metal particles 18 is filled. The connection of the tube 15 with the interior of the basket 16 takes place via openings 15 c provided for this purpose. The tube, the basket and the metal particles are made, for. B. made of high temperature resistant steel.

An das obere Ende des Metallrohres der Kathode schließt sich (Fig. 1) ein Stutzen 19 an, über das dieses Rohr mit dem Zuführungsrohr 20 für die flüssige Salpetersäure verbunden ist. Dieses Rohr 20 weist seinerseits eine Heizzone 21 auf, durch welche die Säure auf ihre Verdampfungstemperatur erwärmt wird. Ein Hahn 22 ermöglicht es erforderlichenfalls, die Zufuhr der Salpetersäure abzusperren. Die zentrale Kathodenröhre und der Teil des genannten Rohres für die Zufuhr der Säure, der zwischen dem Stutzen 19 und dem Hahn 22 liegt, sind mit einem Pfropfen aus Quarzwolle 23 gefüllt.At the upper end of the metal tube of the cathode closes (Fig. 1) on a nozzle 19 through which this Tube is connected to the supply tube 20 for the liquid nitric acid. This tube 20 in turn has a heating zone 21 through which the acid is heated to its evaporation temperature. A If necessary, tap 22 makes it possible to shut off the supply of nitric acid. The central cathode tube and the part of said pipe for the supply of the acid which is between the nozzle 19 and the Cock 22 is, are filled with a plug of quartz wool 23.

Das Kathodenteil ist (Fig. 3) durch einen zylindrischen Kopf 24 abgedeckt, der in den Steatitblock eingreift und dessen Innendurchmesser der gleiche ist, wie der des Kathodenteils selbst. Dieser zylindrische Kopf ist oben durch einen Deckel 25 geschlossen, der ein zentrales Loch für die Durchführung der Kathode und schräggerichtete Löcher für den Austritt der frei werdenden Salpetersäuredämpfe aufweist. Auch der zylindrische Kopf wie sein Deckel bestehen z. B. wie der Hauptblock aus gebranntem Steatit.The cathode part is covered (Fig. 3) by a cylindrical head 24 which engages in the steatite block and the inside diameter of which is the same as that of the cathode part itself. This cylindrical one The head is closed at the top by a lid 25 which has a central hole for the passage of the cathode and inclined holes for the escape of the released nitric acid vapors. Also the cylindrical head like its lid are made, for. B. like the main block of burnt steatite.

Das Anodenteil (Fig. 1) ist seinerseits durch einen kleinen, ebenfalls aus Steatit bestehenden Deckel 26 geschlossen, der ein mittleres Loch für die Durchführung der Elektrode und kleinere seitliche Löcher für den Austritt der bei der Elektrolyse des Nitrats frei werdenden Gase aufweist.The anode part (FIG. 1) is in turn covered by a small cover 26, which is also made of steatite closed, the one central hole for the passage of the electrode and smaller side holes for the escape of the gases released during the electrolysis of the nitrate.

Der Boden der Rinne 2 ist mit einem Futter 27 von geringer Dicke, von z. B. einigen Millimetern, aus gebranntem, gemahlenem und abgesiebtem Steatit, dessen Korngröße zwischen 0,3 und 0,55 mm. liegt, ausgekleidet. The bottom of the channel 2 is covered with a lining 27 of small thickness, of e.g. B. a few millimeters, made of fired, ground and sieved steatite with a grain size between 0.3 and 0.55 mm. lies, lined.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann der isolierende Block, innerhalb dessen die Elektro-Wanderung des Nitrats erfolgt, auch statt aus einem einzigen Körper aus einer Mehrzahl von Einzelelementen von zweckentsprechender Gestalt und Profil, entsprechend der Stelle, die sie in der Gesamtanordnung einzunehmen haben, zusammengesetzt sein.According to another embodiment of the device to carry out the method according to the invention, the insulating block, within it the electro-migration of the nitrate also takes place from a plurality instead of from a single body of individual elements of appropriate shape and profile, according to the place they are in the overall arrangement have to take, be composed.

ίο Diese Elemente sind dann miteinander über plastische Dichtungen, z. B. aus Polytetrafluorethylen, mittels einer mechanischen Verspannvorrichtung verbunden. Diese Ausführungsform ermöglicht den Auseinanderbau und erleichtert insbesondere das Leeren des Anoden- und des Kathodenteils bei Beendigung des Betriebes.ίο These elements are then plastic with one another Seals, e.g. B. made of polytetrafluoroethylene, connected by means of a mechanical tensioning device. This embodiment enables disassembly and, in particular, facilitates emptying of the Anode and cathode part when the operation is terminated.

Ferner kann die Erhitzung des Blockes hierbei in vorteilhafter Weise dadurch erfolgen, daß in ihn an zweckentsprechender Stelle Heizelemente, die mit einer Temperaturregelvorrichtung ausgerüstet sind, eingesetzt werden.Furthermore, the heating of the block can take place here in an advantageous manner that in it appropriate place heating elements, which are equipped with a temperature control device, used will.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können mehrere Elektrowanderzellen der vorstehend beschriebenen Art kaskadenartig hintereinan-According to a further embodiment of the invention, several electric wander cells can be of the above described type cascading one after the other

dergeschaltet sein, um gegebenenfalls das Verfahren kontinuierlich durchzuführen. Das erfolgt dann durch ein zweckentsprechendes System für die Zufuhr der Reaktionskomponenten unter geeigneter Verbindung der Einzelvorrichtung miteinander, um derart die isotopische Trennung durchzuführen, bis ein vorbestimmter Anreicherungsfaktor erreicht ist.be switched off in order, if necessary, to carry out the process continuously. This is then done through an appropriate system for the supply of the reaction components with suitable connection the single device with each other, so as to carry out the isotopic separation until a predetermined one Enrichment factor is reached.

Ein Ausführungsbeispiel für die Durchführung des Verfahrens wird gegeben.An exemplary embodiment for carrying out the method is given.

example

Nachdem die verschiedenen Teile der Vorrichtung, einschließlich der Elektroden, die jedoch noch nicht an die Stromquelle angeschlossen sind, montiert sind, wird die Vorrichtung bis auf über die Schmelztemperatur des Lithiumnitrats, d. h. auf etwa 280° C, erhitzt und hierauf das vorher geschmolzene Salz in das Kathodenteil eingeführt, aus dem es nach Füllung dieses Teils nach dem Anodenteil überfließt. Der Füllvorgang wird beendet, bevor das geschmolzene Salz das obere Niveau des den Rinnenboden bestreichenden Futters aus gemahlenem Steatit, dessen Korngröße 0,3 und 0,55 mm liegt, erreicht hat, und dann der Dekkel der Kathode aufgesetzt.Having the various parts of the device, including the electrodes, however, not yet connected to the power source, the device is set up to above the melting temperature of lithium nitrate, d. H. to about 280 ° C, and then add the previously melted salt to the Cathode part introduced, from which it overflows after filling this part after the anode part. The filling process is terminated before the molten salt sweeps the upper level of the channel bottom Lining made of ground steatite, the grain size of which is 0.3 and 0.55 mm, has reached, and then the lid placed on the cathode.

Nunmehr wird an die Elektroden eine Potentialdifferenz angelegt, die einer Stromstärke von etwa 0,3 Ampere entspricht, worauf die Salpetersäuredämpfe in die Kathode eingeführt werden. Die Zufuhr an Salpetersäure wird entweder durch Betätigung des Hahnes 22 oder vorzugsweise durch Regelung des Niveaus in dem Säurevorratsbehälter, und zwar derart eingestellt, daß entweder gegenüber der für die Umsetzung des an der Kathode niedergeschlagenen metallischen Lithiums aufzuwenden Menge ein Überschuß an Säure vorhanden ist, oder die zugeführte Säuremenge auf etwa 200 ecm an konzentrierter Säure in 24 Stunden eingestellt.A potential difference is now applied to the electrodes applied, which corresponds to a current of about 0.3 amps, whereupon the nitric acid vapors are introduced into the cathode. The supply of nitric acid is controlled either by actuating the Faucet 22 or preferably by regulating the level in the acid storage container, in such a way set that either towards the implementation of the deposited on the cathode metallic lithium to use amount an excess of acid is present, or the supplied Amount of acid adjusted to about 200 ecm of concentrated acid in 24 hours.

Die Neigung, die der Vorrichtung gegeben wird, um die Bewegung des Elektrolyten von der Kathode zur Anode zu bewirken, entspricht einer Strömungsgeschwindigkeit desselben, die zwischen den Wandergeschwindigkeiten der ⁶Li- und ⁷Li-Ionen liegt, nämlich größenordnungsmäßig 1:400 beträgt.The inclination given to the device in order to cause the movement of the electrolyte from the cathode to the anode corresponds to a flow velocity of the same which is between the migration velocities of the ⁶ Li and ⁷ Li ions, namely on the order of 1: 400.

Im Falle einer Vorrichtung, die unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen 72 Stunden lang gearbeitet hatte und in jedem der Elektrodenteile 10In the case of a device operated under the conditions described above for 72 hours had worked and in each of the electrode parts 10

bis 25 g Lithiumnitrat sowie 20 bis 25 g dieses in der diese Teile verbindenden Rinne enthält, wurden die Anreicherungen an der Anode und der Kathode durch Entnahme einer Probe und Untersuchung derselben mittels des Spektographen bestimmt.contains up to 25 g of lithium nitrate and 20 to 25 g of this in the groove connecting these parts, the Enrichments on the anode and the cathode by taking a sample and examining it determined by means of the spectograph.

Während das anfängliche isotopische VerhältnisWhile the initial isotopic ratio

lyj= 11,35 betrug, ergab sich am Ende des Vorganges ein Verhältnis von 11,95 an der Anode und von 10,80 an der Kathode, was bedeutet, daß der Anreicherungsfaktor der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitenden Zelle im Falle einer nutzbaren eingesetzten Masse an Lithiumnitrat von größenordnungsmäßiglyj = 11.35, was found at the end of the process a ratio of 11.95 at the anode and 10.80 at the cathode, which means that the enrichment factor of the cell operating according to the method according to the invention in the case of a useful one Mass of lithium nitrate of the order of magnitude

betrug.fraud.

10,8010.80

Claims

Patent claims:

1. Process to separate the alkali isotopes, especially those of lithium, in which the nitrate of the isotopes to be separated is electrolyzed as a melt moving continuously towards the electrodes and the cathode part of the electrolysis cell converts the metal deposited on the cathode Substances causing its nitrate are fed, characterized in that nitric acid is fed to the cathode part, preferably as steam heated to the boiling point of its azeotropic mixture with water.

2. Device for performing the method according to claim 1, consisting of a cathode and an anode compartment, which are connected to one another via one or more of a material acting as a diaphragm containing lines are connected, characterized in that the line or lines run horizontally or slightly inclined to the horizontal.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the lines are open at the top Gutters are formed, the bottom of which is covered with the material acting as a diaphragm.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the anode and cathode spaces lie deeper than the gutters connecting them.

5. Apparatus according to claim 2 to 4, characterized in that the cathode is made of highly heat-resistant Steel and the anode is made of platinum.

6. Apparatus according to claim 2 to 5, characterized by a storage container for concentrated Nitric acid, which is connected to the cathode compartment via a tube heated to about 120 to 130 ° C in Connection.

7. Apparatus according to claim 2 to 6, characterized in that anode and cathode compartment as well as the two connecting trough are housed in a heatable pipe, to which outlet port are connected.

1 sheet of drawings