DE2307180C3 - Deuteriumgewinnung durch Isotopentrennung an Titan/Nickel-Phasen - Google Patents
Deuteriumgewinnung durch Isotopentrennung an Titan/Nickel-PhasenInfo
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Description
25
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Deuterium und Wasserstoff.
Zur Herstellung von Wasserstoff zur Erzeugung des technisch sehr wichtigen schweren Wassers, D2O, ist
eine Reihe von physikalisch verschiedenen Methoden bekannt, die teilweise mit hohen Konten verbunden sind
oder nur die Erzeugung relativ kleiner D2-Mengen ermöglichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein neues wirtschaftlicheres Herstellungsverfahren mit
verbesserter Produktionsrate an Deuterium und damit an schwerem Wasser zu finden.
Es wurde gefunden, daß die beiden Legierungen Ti2Ni
und TiNi Wasserstoff in sehr großen Mengen, Deuterium aber nur geringfügig oder gar nicht bei
Temperaturen bis etwa 3500C, insbesondere bei 500C
bis 150° C, im Gitter absorbieren können.
Verwendet man speziell TiNi für derartige Trennversuche, so wird ausschließlich Wasserstoff in großen
Mengen absorbiert, während der Gasrückstand über dem als Pulver oder als Festkörper eingesetzten TiNi
mit Deuterium angereichert ist.
Ähnlich verhalten sich auch die Legierung Ti2Ni und
Legierungsgemische Ti2NLTiNi.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung von Deuterium und Wasserstoff, das darin
besteht, daß man gasförmigen deuteriumhaltigen Wasserstoff mit TiNi, Ti2Ni oder Gemischen davon in
Kontakt bringt und den nichtabsorbierten Gasrückstand von der Ti/Ni-Legierung abtrennt und das an
Deuterium angereicherte Gas isoliert oder der weiteren Anreicherung zuführt Zusatzmetalle der Gruppen
Illb —VIIIb, sowie Kupfer und Spuren der seltenen
Erdmetalle können das Verhalten der Legierungen beeinflussen. So erleichtert ein Zusatz von Zirkon den
Wasserstoffaustritt aus den Phasen, während Kupferzusatz die mechanische Festigkeit erhöht. Je nach der
gewünschten Anwendungsform können also solche Zusätze bevorzugt sein.
Der Isotopentrenneffekt der beiden Legierungen und der Legierungsgemische auf Grund der Wasserstoffabsorption
im Legierungsgitter kann mit Vorteil zur reinen Deuterium-Darstellung oder zur Deuteriumanreicherung
verwendet werden.
Eine Arbeitsweise besteht darin, das Wasserstoff/Deuteriumgemisch über verschiedene Stufen mit
den jeweils wasserstofffreien Legierungen in Kontakt zu bringen. Der Deuteriumgehalt im Restgas nimmt
dadurch ständig zu, und das mit Deuterium stark angereicherte Gemisch kann entweder im Kreisprozeß
wieder über die dehydrierten Legierungen geleitet oder nach einer bekannten Methode getrennt werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Clusius Trennrohr mit einem Pulver der genannten Ti —Ni-Legierungen
zu füllen und nyn den Absorptionseffekt und den thermischen Effekt gemeinsam auszunutzen. Der
Heizdraht des Rohres ist also vom Pulver umgeben, und das Wasserstoffkonzentrationsgefälle längs des Rohres
wird durch die hohe Wasserstoffabsorption der Legierungen deutlich gesteigert. Zur Füllung können
selbstverständlich auch z. B. Sinterkörper oder Granulate verwendet verden, eine Pulverfüllung ist jedoch am
einfachsten.
Ejas Abfallprodukt des Trennprozesses, nämlich die mehr oder weniger vollhydrierten Titan/Nickel-Legierungen
könntn ihrerseits wieder großtechnische Verwendung im Battenebau und als drucklose Wasserstoffspeicher
finden, oder sie werden dehydriert, so daß das Metall wieder dem erneuten Kontakt mit dem
Wasserstoff/Deuteriumgas zugeführt werden kann. Das Dehydrieren kann in üblicher und an sich bekannter
Weise, z. B. durch Erhitzen, erforderlichenfalls unterstützt durch ein Vakuum, erfolgen.
Aus den in der Abbildung gezeigten Druck-Konzentrations-Isothermen
der Systeme TiNi-TiNiH bzw. TiNi-TiNiD ergibt sich eine größere Stabilität des
TiNiH im Vergleich zum TiNiD, d. h. das Gleichgewicht
TiNiH 4- 1/2D2=^=TiNiD + 1/2H2
ist nach links verschoben.
Zum Nachweis der Trennwirkung einer TiNi-Phase in bezug auf die Wasserstoffisotope JH und JH (leichter
Wasserstoff H und schwerer Wasserstoff Deuterium D) wurde ein H2/D2-Gasgemisch (Zusammensetzung: 7%
D2, 93% H2) mit der TiNi-Phase in Kontakt gebracht.
Die Temperatur des TiNi betrug 15O0C und der Ausgangsdruck im System war 7 bar.
Im Zeitraum von 4 Stunden bei konstanter Temperatur sank der Druck im Gesamtsystem auf 1,5 bar. Die
massenspektrometrisch ermittelte Gaszusammensetzung im Vorratsgefäß und in den Rohrleitungen
änderte sich während dieser Zeitdauer nicht und war identisch mit der Ausgangszusammensetzung.
Die TiNi-Phase wurde anschließend auf Zimmertemperatur abgekühlt. Dabei nahm der Druck im
System weiter auf 0,5 bar ab. Das Massenspektrum der Gasphase zeigte nun folgende relativen Intensitäten:
Ht(I), HD+ (1), Dt (0,1 -0,2).
Es liegt bei diesem Experiment somit bereits (bei nur einer Trennstufe) eine Anreicherung des Deuteriums um
fa^ Ί00% vor.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Trennung von Deuterium und Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet,
daß man das gasförmige Gemisch von Deuterium und Wasserstoff mit TiNi, Ti2Ni oder einem Gemisch
dieser Legierungen in Kontakt bringt und nach einer zur Absorption von Wasserstoff in der Metallegierung
ausreichenden Verweilzeit das nichtabsorbierte Restgas von der Metallegierung abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Absorption bei Temperaturen bis 3000C vorzugsweise zwischen 50 und 15O0C
durchführt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasserstuff/Deuteriumgemisch
stufenweise jeweils mit dehydrierter Metallegierung in Pulverform in Kontakt bringt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasserstoff/Deuteriumgemisch
im Kreislauf über oder durch jeweils dehydrierte Metallegierung führt.
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