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Anode zur Verwendung bei der direkten elektrolytischen Reduktion von
Uranoxyden zu Uran sowie Verfahren zur Herstellung dieser Anode Die Erfindung betrifft
eine Anode zur Verwendung bei der direkten elektrolytischen Reduktion von Uranoxyden
zu Uran sowie auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anode.
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Bisher wurde metallisches Uran hauptsächlich aus Uranoxyden im Wege
eines zweistufigen Verfahrens hergestellt, bei welchem die Oxyde zunächst in ein
Halogenid als Zwischenverbindung übergeführt werden, das sodann durch ein Metall,
wie Magnesium, reduziert wird. Die direkte einstufige Reduktion der Oxyde zum Metall
hat viele wesentliche Vorteile; bisher gab es jedoch kein vollkommen zufriedenstellendes
Verfahren dieser Art.
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In jüngster Zeit wurde ein Verfahren entwickelt, bei welchem die Reduktion
von mit Kohlenstoff in stöchiometrischen Mengen gemischten Uranoxyden zum Metall
auf elektrolytischem Wege erfolgt, und zwar in einer Zelle mit einem geschmolzenen
Salz als Schmelzelektrolyten. Dieses Verfahren ist in einem »Topical Report« Nr.
MCW-1447 mit dem Titel »Elektrolytische Reduktion von Uranoxyden zu massivem Uranmetall«
von R. D. P i p e r und R. F. L e i f i e1 d beschrieben; der Bericht wurde am 3.
Juni 1960 von den Mallinckrodt Chemical Works, Weldon Spring, Mo., V. St. A., veröffentlicht.
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Es hat sich ergeben, daß dieses veröffentlichte Verfahren gewisse
Nachteile ausweist. Das Uranoxyd-Kohlenstoff-Gemisch muß in Teilchen- oder Tabletten-
bzw. Pillenform vorliegen, um dem Elektrolyten eine ausreichend große Oberfläche
zur Leitung des die Reduktion bewirkenden Stroms darzubieten. Die Tabletten müssen
in einem perforierten leitenden Behälter einer Korbanode untergebracht sein, die
üblicherweise aus Graphit besteht; da der Graphit ein höheres anodisches Potentiäl
als die Tabletten in dem Korb hat, reagiert er mit dem UF4 und anderen Fluoriden
des geschmolzenen Elektrolyten, wie BaF2 und LiF unter Bildung von CF4. Dies führt
zu verschiedenen Nachteilen; der Korb erodiert ziemlich schnell und muß häufig erneuert
werden; noch schwerer wiegt der Umstand, daß die Verarmung des Elektrolyten an UF4
die Kosten des Verfahrens wesentlich erhöht.
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Wegen dieser Mängel der Korbanoden hat man versucht, eine zusammenhängende
Anode aus dem stöchiometrischen Uranoxyd-Kohlenstoff-Gemisch herzustellen. Da, wie
bekannt war, eine feste zylindrische Anode nicht genügend Grenzfläche mit dem Elektrolyten
besitzt, hat man versucht, diese Berührungsfläche dadurch zu vergrößern, daß man
die Anode sternförmig oder anderweitig kompliziert geformt ausgebildet und in die
Anode parallel zu ihrer Achse Löcher bohrt. Keine dieser Maßnahmen hat jedoch besonderen
Erfolg gezeitigt; die kompliziert geformten Anoden waren schwierig herzustellen
und wurden leicht rissig. Die Anoden mit eingebohrten Löchern zeigten gleichfalls
Rißerscheinungen und waren teuer in der Herstellung, da der schmirgelartige Charakter
des Uranoxyds die Bohrer schnell verschleißt.
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Neben diesen physikalischen Nachteilen zeigten die zusammenhängenden
Anoden einen ernsthaften Mangel chemischer Art; wird nämlich Kohlenstoff in der
zur Reduktion des Uranoxyds erforderlichen stöchiometrischen Menge eingesetzt, so
tritt kurz nach dem Beginn der Elektrolyse auf der mit dem Elektrolyten in Berührung
stehenden Oberfläche eine rußige Kohlenstoffablagerung auf, welche die Erzeugung
des Metalls verhindert. Man hat versucht, dem abzuhelfen, indem man den Kohlenstoffgehalt
der Elektrode unter den stöchiometrischen Wert herabsetzt; sobald dies jedoch geschieht,
entweichen Uranoxyde unreduziert in den Elektrolyten. Aus einem noch nicht ganz
bekannten Grund beeinträchtigen selbst geringfügige Oxydverunreinigungen in
dem
Elektrolyten den Charakter des erzeugten Metalls in drastischer Weise; anstatt massives
Metall erhält man ein schrotartiges Produkt, das außerdem unerwünschte metallurgische
Eigenschaften aufweist.
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Die Erfindung betrifft somit eine Anode zur Verwendung bei der direkten
Reduktion von Uranoxyden zu Uran in einem fluoridhaltigen Schmelzelektrolyten, wobei
die Anode aus einem gesinterten Gemisch von Uranoxyd und Kohlenstoff von im wesentlichen
stöchiometrischer Zusammensetzung hinsichtlich der Reduktionsreaktion besteht. Durch
die Erfindung soll eine Anode dieser Art geschaffen werden, die bei kompakter Bauart
ausreichende mechanische Festigkeit besitzt und durch welche die vorstehend erläuterten
Mängel der bekannten Verfahren der Uranherstellung im Wege der direkten elektrolytischen
Reduktion von Uranoxyden vermieden werden; insbesondere soll durch die Anode gemäß
der Erfindung gewährleistet werden, daß während der Elektrolyse weder eine Kohlenstoffabscheidung
an der Oberfläche der Anode auftritt noch Oxyde in den Elektrolyten übertreten.
Die Herstellung der Anode soll in einfacher Weise möglich sein, insbesondere soll
die Notwendigkeit einer schwierigen Formgebung oder des Einbohrens von Löchern zur
Vergrößerung der Berührungsgrenzfläche zwischen der Anode und dem Elektrolyten entfallen.
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Zu diesem Zweck und zur Vermeidung der geschilderten Nachteile des
Standes der Technik kennzeichnet sich eine Anode der genannten Art gemäß der Erfindung
durch ein doppelt gebranntes Anodenmaterial, das Sinterteilchen aus Uranoxyd und
einer unterstöchiometrischen Kohlenstoffmenge aufweist, die im Betrieb der Anode
kanalbildend wirken und in eine als Bindemittel dienende Kohlenstoffgrundmasse eingebettet
sind, durch die der Kohlenstoffgehalt des Anodenmaterials wenigstens auf den stöchiometrischen
Wert ergänzt wird.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen
Anode. Danach geht die Herstellung der Anode gemäß der Erfindung in der Weise vor
sich, daß man ein Gemisch aus Uranoxyd und Kohlenstoff zu einem Sinterkörper brennt,
den Sinterkörper in einzelne Teilchen zerkleinert und aus einem Gemisch dieser Sinterteilchen
mit Kohlenstoff einen Formkörper bildet, der dann zu dem fertigen Anodenmaterial
gebrannt wird. Nach einer bevorzugtenAusführungsform dieses Herstellungsverfahrens
ist vorgesehen, daß man Uranoxyd mit einem vorwiegend Kohlenstoff enthaltenden,
bindefähigen Material mischt, das bei Erhitzung seine flüchtigen Bestandteile abgibt
und einen Rückstand aus im wesentlichen reinem Kohlenstoff zurückläßt, dessen Menge
kleiner als die zur Reduktion des Uranoxyds zu Metall stöchiometrisch erforderliche
Kohlenstoffmenge ist, daß man dieses Gemisch zur Bildung eines Sinterkörpers brennt
und dann diesen Sinterkörper in einzelne Teilchen zerkleinert, die man nach Siebung
mit einem vorwiegend Kohlenstoff enthaltenden, bindefähigen Material mischt, und
daß man Formkörper aus diesem zweiten Gemisch zu dem fertigen Anodenmaterial brennt.
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Die gemäß der Erfindung hergestellten Anoden können der Einfachheit
halber als zweifach gebrannte, kanalbildende Anoden bezeichnet werden, da zu ihrer
Herstellung zwei Brennvorgänge erforderlich sind und die beim ersten Brennen entstehenden
gesinterten Tabletten, deren Kohlenstoffgehalt niedriger ist als dem zur elektrolytischen
Reduktion der Oxyde er-. forderlichen stöchiometrischen Betrag entspricht, im zerkleinerten
Zustand innerhalb der fertiggestellten Anode eine kanalbildende Wirkung zu besitzen
scheinen. Die in dieser Weise gebildeten Kanäle dringen jedoch nicht tief in die
Anode ein, da die Teilchen von begrenzter Größe und in einer Bindesubstanz oder
Grundmasse aus Kohlenstoff eingebettet sind, welche die Kanalbildung an den Grenzen
der eingebetteten Partikeln anhält und dadurch die Kanäle oberflächennah hält. Aus
diesem Grunde verbraucht sich die Anode während der Elektrolyse gleichmäßig oder
doch fast gleichmäßig, derart, daß sie kontinuierlich in den Elektrolyten zugeführt
werden kann.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die im Betrieb der Anode kanalbildend wirkenden Sinterteilchen aus einer Mischung
von Uranoxyd mit im wesentlichen reinem Kohlenstoff bestehen und daß die als Bindemittel
dienende Kohlenstoffgrundmasse im wesentlichen aus reinem Kohlenstoff besteht.
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Die im ersten Brennvorgang erzeugten Sinterteilchen, welche im Betrieb
der Anode in der beschriebenen Weise kanalbildend wirken, sollen gemäß der Erfindung
eine unterstöchiometrische Kohlenstoffmenge enthalten; gemäß bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kohlenstoffgehalt der im Betrieb der Anode
kanalbildend wirkenden Sinterteilchen des Anodenmaterials etwa 50 bis etwa 75%,
vorzugsweise 65®/o, der zur Reduktion des Uranoxyds zu stöchiometrisch erforderlichen
Kohlenstoffmenge beträgt; die Sinterteilchen können so im wesentlichen aus etwa
4,1 bis etwa 6,15, vorzugsweise etwa 5,33 Gewichtsprozent (bezogen auf das Gemisch)
Kohlenstoff und dem Rest Urandioxyd bestehen und sollen vorzugsweise überwiegend
nichtkugelige Form haben. Vorzugsweise können die erwähnten Sinterteilchen des Anodenmaterials
Korngrößen von etwa 0,15 bis etwa 0,85 mm besitzen.
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Die Menge des vor dem zweiten Brennvorgang zugegebenen, die Kohlenstoffgrundmasse,
in welche die Sinterteilchen eingebettet sind, bildenden Kohlenstoffs soll so ausreichend
gewählt sein, daß der sich ergebende Gesamtkohlenstoffgehalt der Anoden stöchiometrisch
zur Reduktion der Uranoxyde in den metallischen Zustand ausreicht oder sogar etwas
über diesem stöchiometrischen Wert liegt. Nach bevorzugten Ausführungsformen ist
vorgesehen, daß diese als Bindemittel dienende Grundmasse aus im wesentlichen reinem
Kohlenstoff etwa 25 bis etwa 53,66 % der für die Reduktionsreaktion erforderlichen
Kohlenstoffmenge enthält und etwa 2,5 bis etwa 4,40 Gewichtsprozent der Gesamtanode
ausmacht bzw. daß der Kohlenstoffgehalt des Anodenmaterials etwa 8,2 bis etwa 8,5
Gewichtsprozent ausmacht und etwa 100 bis etwa 103,6601o der zur Reduktion des Uranoxyds
zum Metall stöchiometrisch erforderlichen Kohlenstoffmenge beträgt.
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Neben der bereits erwähnten Kanalbildung, durch welche die für den
Stromdurchgang erforderliche Berührungsgrenzfläche mit dem Elektrolyten erzeugt
wird, verhindert das kanalbildende Keramikmaterial auch die Bildung des erwähnten,
die gewünschte elektrolytische Reduktion beeinträchtigenden rußigen Kohlenstoffniederschlags,
und zwar auch dann, wenn derKohlenstoffgehalt derAnodendie stöchiometrische Menge
etwas übersteigt.
Es darf vermutet werden, daß dies auf eine erhöhte
chemische Aktivität infolge eines lokalen galvanischen Effekts an der gemeinsamen
Grenzfläche zwischen dem kanalbildenden Keramikmaterial, der Kohlenstoffgrundmasse
und dem Elektrolyten beruht; wie dem auch immer sei, jedenfalls bildet sich an der
Anode gemäß der Erfindung keine schädliche Kohlenstoffablagerung. Die Anode gemäß
der Erfindung, welche eine dem stöchiometrischen Wert entsprechende oder sogar eine
überschüssige Kohlenstoffmenge enthält, gibt dennoch keine Uranoxyde in den Elektrolyten
ab, wodurch dieser verunreinigt würde; möglicherweise beruht auch dies auf der gleichen,
erhöhten chemischen Aktivität an der obenerwähnten Dreiergrenzfläche.
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Es wurde ferner gefunden, daß das Anodenmaterial gemäß der Erfindung
außer zur Herstellung kompakt geformter Anoden noch in anderer Weise verwendet werden
kann, nämlich in Tablettenform, entweder indem man es vor dem zweiten Brennen in
diese Form bringt oder indem man größere Stücke des zweifach gebrannten Materials
zu Tablettengröße bricht. In beiden Fällen können diese Tabletten dann in eine herkömmliche
Graphit-Korbanode der in dem eingangs erwähnten Bericht (»Topical Report«) beschriebenen
Art gebracht werden. Die Verwendung derartiger Tabletten setzt die Geschwindigkeit
der Korberosion stark herab, indem die Bildung von CF4 verhindert wird.
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Das Anodenmaterial gemäß der Erfindung kann daher sowohl entweder
als kompakte Einzelanode selbst oder als ein Anodenbestandteil verwendet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung; in dieser
zeigt F i g. 1 in vereinfachter Schnittdarstellung eine Elektrolysezelle, in der
die Anode gemäß der Erfindung Anwendung findet, F i g. 2 den Aufbau der Anode gemäß
der Erfindung in Querschnittdarstellung, aus der sich der überwiegend nichtkugelförmige
Charakter der Partikeln des kanalbildenden Sintermaterials ergibt, F i g. 3 ein
Verfahrensschema zur Veranschaulichung des Verfahrens für die Herstellung der Anode
gemäß der Erfindung.
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In F i g. 1 ist bei 10 ein Graphit-Schmelztiegel gezeigt, welcher
den Behälter für die eigentliche Zelle darstellt; selbstverständlich ist die gesamte
Vorrichtung von einer Schutzhülle umgeben, um den Austritt schädlicher Dämpfe in
die Atmosphäre zu verhindern; da dies jedoch nicht zur vorliegenden Erfindung gehört,
ist dieser Schutzmantel nicht dargestellt. Der Tiegel 10 dient gleichzeitig auch
als Kathode. Mit 11 ist der Salz-Schmelzelektrolyt bezeichnet, der beispielsweise
aus einem oder mehreren der Fluoride des Urans, Bariums, Lithiums und anderen bestehen
kann. Mit 12 ist die Anode gemäß der Erfindung bezeichnet, welche mittels Klauenvorrichtungen
13, die in bekannter Weise von Hand oder elektromagnetisch betätigbar sein können,
in den Elektrolyten 11 zugeführt wird. 14 bzw. 15 sind Gleichstromzuleitungsdrähte
zur Anode 12 bzw. zur Kathode 10. Mit 16 ist das sich am Boden des Tiegels
10 sammelnde geschmolzene Uran bezeichnet.
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F i g. 2 zeigt die Anode 12 im Querschnitt; sie besteht aus einem
Kohlenstoffbindemateria118, das die vorwiegend nichtkugeligen Partikeln 19 der zerkleinerten
Tabletten des kanalbildenden Sintermaterials zu einer zusammenhängenden Form zusammenhält.
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Bestimmte Einzelheiten bei der Ausführung der Erfindung sind innerhalb
gewisser Grenzen kritisch. Das Gewichtsverhältnis von Uranoxyd zu Kohlenstoff in
dem kanalbildenden Sintermaterial hängt selbstverständlich von dem jeweiligen besonderen
Uranoxyd ab; da U02 das am meisten verwendete Uranoxyd ist, werden die Gewichtsverhältnisse
mit Bezug auf U0, erörtert, wobei selbstverständlich geeignete Berichtigungen vorzunehmen
sind, falls andere Oxyde, wie U308, Verwendung finden.
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Wenn die Anode aus einem Gemisch von U02 und Kohlenstoff besteht,
wird an der Anode innerhalb eines wirksamen Betriebsspannungsbereichs von 5 bis
12 V Kohlenstoffmonoxyd erzeugt, woraus geschlossen werden darf, daß folgende Reaktion
abläuft: U02 -f- 2C--> U -i- 2C0
Die für diese Reaktion erforderliche
stöchiometrische Kohlenstoffmenge beträgt -
oder etwa 8,2 Gewichtsprozent des Gemisches. Dabei ist angenommen, daß die Reaktion
in dem Spannungsbereich von etwa 5 bis 12 V durchgeführt wird, oberhalb oder unterhalb
dieses Bereichs ist die Reaktion weniger ergiebig, obwohl oberhalb die stöchiometrische
Kohlenstoffmenge wegen der Bildung von C02 statt CO an der Anode etwas kleiner als
8,2 ist.
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Bei der Vorbereitung für den ersten Brennvorgang soll der Kohlenstoffgehalt
erheblich unterhalb dem stöchiometrischen Wert, etwa bei 50 bis 75 0% hiervon liegen,
was einem Kohlenstoffgehalt von etwa 4,1 bis etwa 6,15 Gewichtsprozent entspricht;
der Rest ist U02; die Prozentangaben beziehen sich auf das gesamte Gemisch. Vorzugsweise
enthält das Gemisch 65% des stöchiometrischen Kohlenstoffgehalts oder mit anderen
Worten, für die obengenannten Spannungsbedingungen, bei welchen der stöchiometrische
Wert etwa 8,2,% beträgt, etwa 5,33 Gewichtsprozent Kohlenstoff und etwa 94,67 Gewichtsprozent
UO2. Der Kohlenstoff kann aus Kohlenteerasphalt, Petrolasphalt oder irgendeinem
anderen entsprechenden, vorwiegend kohlenstoffhaltigen haftfähigen Material herrühren,
das beim Brennen seine flüchtigen Bestandteile abgibt und einen Rückstand von im
wesentlichen reinem Kohlenstoff zurückläßt, der als Bindemittel wirkt. Vorzugsweise
wird Kohlenteerasphalt verwendet. Selbstverständlich muß eine Zugabe entsprechend
dem Verkohiungswert des jeweils verwendeten Asphalts oder sonstigen bindefähigen
Materials eingerechnet werden; das Material muß mit einem solchen überschuß eingesetzt
werden, daß sich nach der Verflüchtigung ein Kohlenstoffrückstand entsprechend den
obigen Prozentangaben ergibt.
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Die Uranoxydteilchen sollen gesiebt und nur solche Teilchen verwendet
werden, welche durch ein Sieb mit Öffnungen von 0,15 mm hindurchtreten.
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Der Kohlenstoff und die Urandioxydteilchen werden miteinander vermengt
und sodann in einer reduzierenden Atmosphäre in einem Ofen bei Temperaturen von
etwa 1100 bis etwa 1200° C während etwa 1 bis 6 Stunden gebrannt; während dieser
Zeit gehen die flüchtigen Bestandteile des Asphaltpechs
ab, wobei
im wesentlichen reiner Kohlenstoff als Bindesubstanz oder Grundmasse zurückbleibt,
und zwar in geringerer Menge. Vorzugsweise wird bei 1100° C 3 Stunden lang gebrannt.
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Das dabei entstehende kanalbildende Sintermaterial wird sodann zerkleinert,
vorzugsweise in einer Vorrichtung, die überwiegend nichtkugelförmige Teilchen ergibt,
beispielsweise in einem Backenbrecher. Der nichtkugelige Charakter der Teilchen
ist deshalb vorzuziehen, weil vorwiegend kugelig geformte Teilchen, wie sie sich
etwa in einer Kugelmühle ergeben, das Bestreben haben, eine dichtere Masse zu bilden.
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Die Partikeln sollen hinreichend fein sein, daß sie durch ein Sieb
mit Öffnungen von 0,85 mm durchgehen. Korngrößen, welche durch ein Sieb mit Öffnungen
von 0,15 mm durchtreten, sollten nicht verwendet werden. Die Teilchen des kanalbildenden
Sintermaterials sind somit größer als die ursprünglichen Urandioxydpartikeln.
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Die in dieser Weise gewonnenen, gesiebten Teilchen werden sodann mit
zusätzlichem Kohlenstoff gemischt, wofür wiederum Kohlenteerasphalt, Petrolasphalt
oder irgendeine entsprechende vorwiegend kohlenstoffhaltige Substanz in Frage kommen,
die beim Brennen ihre flüchtigen Bestandteile abgeben und einen Rückstand aus im
wesentlichen reinem Kohlenstoff zurücklassen, der als Bindemittel dient; dabei ist
Kohlenteerasphalt vorzuziehen. Wie oben erläutert, enthält das kanalbildende Sintermatenal
bereits etwa 50 bis etwa 75,1/o der zur Reduktion des Uranoxyds zum Metall erforderlichen
stöchiometrischen Kohlenstoffmenge; der Kohlenstoff des Bindemittelrückstandes soll
diesen Kohlenstoffgehalt auf einen Wert ergänzen, der wenigstens gleich dem für
die Reduktion erforderlichen stöchiometrischen Kohlenstoffbetrag ist oder diesen
sogar etwas übersteigt, oder mit anderen Worten: dieser hinzukommende Kohlenstoffanteil
soll etwa 25 bis etwa 53,669/o der stöchiometrischen Menge betragen. Dies entspricht
einer Bindemittelmenge, die etwa 2,05 bis etwa 4,40 Gewichtsprozent des Gewichts
der ganzen Anode ausmacht. Vorzugsweise beträgt der Bindemittel-Kohlenstoff etwa
40 Gewichtsprozent des stöchiometrischen Werts oder etwa 3,28 Gewichtsprozent der
Anode.
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Der bevorzugte Bereich des Gesamtkohlenstoffgehalts der ganzen Anode
beträgt von etwa 8,2 bis etwa 8,5 Gewichtsprozent, was entsprechend den obigen Erläuterungen
etwa 100 bis etwa 103,669/o der zur Reduktion von U02 zu Metall erforderlichen stöchiometrischen
Kohlenstoffmenge entspricht. ; Das in dieser Weise erhaltene Gemisch wird in einer
Mischvorrichtung, beispielsweise in einem Knetwerk, bei einer Temperatur über dem
Erweichungspunkt des Teerpechs sorgfältig vermengt, sodann zu kompakten einzelnen
Anodengebilden, wie runden und rechteckigen Stäben, geformt, und schließlich bei
Temperaturen von etwa 1100 bis 1200° C 1 bis 6 Stunden lang gebrannt. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird eine zylindrische Stabelektrode nach Art der in
den F i g. 1 und 2 gezeigten bei etwa 1100° C 3 Stunden lang gebrannt.
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Das beschriebene Gemisch kann auch in Tablettenform gebracht, in gleicher
Weise gebrannt und sodann in einer Korbanode verwendet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung besonderer Beispiele. Beispiel 1 2000 g U0.2 mit einer Korngröße
von etwa 0,15 mm werden mit 180g Kohlenteerasphalt (Erweichungspunkt 100° C) gemischt,
der einen Verkokungswert von etwa 65 Gewichtsprozent besitzt; das Gemisch wird mit
einem Druck von 70 kg/cm2 bei l10° C zu annähernd runden Tabletten mit einem durchschnittlichen
Durchmesser von 67,5 mm gepreßt, mit Graphitpulver eingepackt und sodann bei 1100°
C 3 Stunden lang gebrannt. Die dabei entstehenden Sintertabletten werden in einem
Backenbrecher zerkleinert. Die zerkleinerten Tabletten werden durch ein Sieb mit
Öffnungen von 0,85 mm gesiebt, wobei die nicht hindurchtretenden größeren Stücke
ausgeschieden werden; das Feinkorn wird durch ein Sieb mit Öffnungen von 0,15 mm
gesiebt und das Feinkorn dieser letzten Siebung gleichfalls ausgeschieden.
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1400 g der in dieser Weise erhaltenen Teilchen mit Korngrößen zwischen
etwa 0,15 und 0,85 mm werden mit 70 g des gleichen Kohlenteerasphalts vermengt,
bei 140 kg/cm2 und 100° C zu zylindrischen Stäben von etwa 65 mm Durchmesser und
etwa 65 mm Länge gepreßt. Diese Stäbe werden in Graphitpulver gepackt und bei 1100°
C 3 Stunden lang gebrannt.
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In einer Zelle der in F i g. 1 gezeigten Art wurden Versuche unter
Verwendung der doppelt gebrannten Elektrode gemäß der Erfindung und andere Versuche
unter Verwendung einer einfach gebrannten Anode, bei der sämtliche Bestandteile
auf einmal gemischt und nur einmal gebrannt wurden, vorgenommen. Die Zelle hatte
einen Durchmesser von etwa 100 mm, die Anoden waren in sämtlichen Fällen zylinderförmig
mit etwa 65 mm Durchmesser. Als Kathode diente die Wandung des Graphit-Gefäßbehälters.
Als Elektrolyt diente ein Schmelzgemisch aus 65 % BaF2, 10% LiF und 25% UF4. Bei
allen Messungen wurde die Zelle mit einer Gleichstromspannung von 5,5 V betrieben.
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Bei den einfach gebrannten Anoden betrug die Abscheidungsgeschwindigkeit
des metallischen Urans 0,5 g/Minute bei einer Stromausbeute von 19%. Mit der doppelt
gebrannten Anoden gemäß der Erfindung betrug die Abscheidungsgeschwindigkeit - bei
der gleichen Spannung und gleichen übrigen Bedingungen - im Durchschnitt 0,7 g Uran/Minute
und stieg bis auf 1,2 g Uran/Minute mit einer Stromausbeute von 22%.
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Nach den Versuchen wurden die Anoden untersucht. Dabei ergab sich,
daß die Anoden gemäß der Erfindung gleichmäßiger verbraucht waren als die nur einmal
gebrannten Anoden, was eine automatische Nachführung in den Elektrolyten entsprechend
dem Verbrauch gestattet. Die nur einmal gebrannten Anoden wiesen auf ihrer Oberfläche
eine zusammenhängende Kohlenstoffschicht auf, während bei den Anoden gemäß der Erfindung
diese Schicht in den Zwischenräumen der Kanäle zwischen den verhältnismäßig großen
Körnern des Bindemittelkohlenstoffs verteilt war.
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Beispiel 2 1400 g der Teilchen gemäß Beispiel 1 mit Korngrößen zwischen
etwa 0,15 und 0,85 mm wurden mit 70 g des gleichen Kohlenteerasphalts wie im Beispiel
1 erwähnt gemischt, zu zylindrischen Tabletten gepreßt und einem »zweiten Brennvorgang«
von 3 Stunden bei 1100° C unterworfen. Die doppelt gebrannten Tabletten wurden in
eine Korbanode derart,
wie sie in dem eingangs erwähnten Bericht
beschrieben ist, getan; sodann wurde die Korbanode in eine Zelle der in dem Bericht
beschriebenen Art eingesetzt. Als Elektrolyt für diese Zelle diente der gleiche
Elektrolyt wie im Beispiel 1; die Spannung und alle sonstigen Bedingungen waren
ebenfalls gleich.
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Nach diesem Versuchsbetrieb der Zelle, wobei Uranmetall erzeugt wurde,
wurde ein weiterer Versuch unter den gleichen Bedingungen vorgenommen, mit dem einzigen
Unterschied, daß sich nur einfach gebrannte Tabletten in der Korbanode befanden.
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Die Ergebnisse bei diesen beiden Versuchen sind in der folgenden Tabelle
zusammengestellt:
| Strom- Korb- Korb- |
| Versuch ausbeute erosion erosion |
| °/o mm/h mm/kgU |
| Mit doppelt gebrannten |
| Tabletten ........... 48 0,04 0,2 |
| Mit einfach gebrannten |
| Tabletten ............ 42 0,4 0,7 |