СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В КОНТАКТ БЕЗ ОБРАЗОВАНИЯ СМЕСИ И ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ ДВУХ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ С НАГРЕВОМ И ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ ПОСРЕДСТВОМ ИНДУКЦИИ

1. Способ приведения в контакт без смешивания первого вещества (7), состоящего из металла или сплава нескольких металлов, в жидком состоянии, и второго вещества (4), состоящего из соли или смеси нескольких солей, в жидком состоянии, причем первое вещество (7) и второе вещество (4) в жидком состоянии являются несмешивающимися, при этом первое вещество (7) является проводником электричества в твердом состоянии и в жидком состоянии, а второе вещество (4) является проводником электричества в жидком состоянии и необязательно в твердом состоянии, причем способ, в котором осуществляют следующие последовательные этапы, на которых:
а) помещают первое вещество (7) в твердом состоянии в по меньшей мере один первый контейнер (6), имеющий стенку из твердого огнеупорного материала, не проводящего электричество, проницаемого для магнитного поля, создаваемого по меньшей мере одним индуктором (1), и не вступающего в реакцию с первым (7) и вторым (4) веществами, причем стенка содержит одно или несколько сквозных отверстий (13, 14); при этом первое вещество (7) в жидком состоянии не смачивает твердый материал стенки;
b) приводят в контакт первый контейнер (6) с объемом второго вещества (4) в твердом состоянии, находящегося в по меньшей мере одном втором контейнере (3) из твердого огнеупорного материала, проницаемого для магнитного поля, создаваемого по меньшей мере одним индуктором (1), не проводящего электричество и не вступающего в реакцию со вторым веществом (4);
с) подвергают первый (6) и второй (3) контейнеры воздействию электромагнитного поля (36), создаваемого по меньшей мере одним индуктором (1), вследствие чего индукционный электрический ток генерируется в первом твердом веществе (7) и вызывает плавление первого вещества (7);
d) первое вещество (7) в жидком состоянии приходит в движение под действием сил Лапласа;
е) второе вещество (4) в твердом состоянии начинает плавиться под действием потока тепла, исходящего от первого контейнера (6) посредством проводимости и излучения;
f) ионная проводимость возникает во втором веществе (4), обеспечивая усиление индукционных электрических токов, которые ускоряют плавление второго вещества (4);
g) второе вещество (4) в жидком состоянии приходит в движение под действием сил Лапласа;
h) когда первое вещество (7) в жидком состоянии находится в контакте со вторым веществом (4) в жидком состоянии на уровне отверстий (13), первое вещество (7) в жидком состоянии остается в контакте со вторым веществом (4) в жидком состоянии в течение периода времени, достаточного для обмена, массопереноса между первым веществом (7) в жидком состоянии и вторым веществом (4) в жидком состоянии;
i) извлекают первый контейнер (6) из второго вещества (4) в жидком состоянии;
j) охлаждают первый контейнер (6) до тех пор, пока первое вещество (7) не вернется в твердое состояние.
2. Способ по п. 1, в котором сила электрического тока,
проходящего через индуктор (1), составляет от 100 до 3000 А на оборот или виток, предпочтительно от 100 до 1000 А на оборот или виток, а частота от 20 до 400 кГц, например, 200 кГц.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором электрический ток, проходящий через индуктор (1), имеет частоту, которую выбирают так, чтобы регулировать толщину наружного слоя для первого (7) и второго (4) вещества в зависимости от геометрии первого (6) и второго (3) контейнеров и соответствующих свойств электропроводимости первого (7) и второго (4) вещества.
-6
-3
4. Способ по п. 1, в котором электромагнитное поле, создаваемое индуктором (1), генерирует поток магнитной индукции от 10 до 10 Вб.
5. Способ по п. 1, в котором электромагнитное поле, создаваемое индуктором (1), является подвижным полем.
6. Способ по п. 5, в котором предусмотрено несколько независимых индукторов, при этом каждый индуктор состоит из одного витка, по которому протекает ток и между каждым индуктором действительная часть тока смещена по фазе на 90° или π/2.
7. Способ по п. 1, в котором плотность первого вещества (7) в жидком состоянии и плотность второго вещества (4) в жидком состоянии являются идентичными или близкими.
8. Способ по из п. 7, в котором плотность первого вещества (7) в жидком состоянии и плотность второго вещества (4) в жидком состоянии являются близкими и различаются не более чем на 10%, предпочтительно, не более чем на 5%, более предпочтительно, не более чем на 1%.
9. Способ по п. 1, в котором межфазное натяжение в тройной точке: первое вещество (7) в жидком состоянии/второе вещество (4) в жидком состоянии/твердый материал стенки первого контейнера (6) является высоким.
-1
-1
10. Способ по п. 9, в котором межфазное натяжение в тройной точке: первое вещество (7) в жидком состоянии/второе вещество (4) в жидком состоянии/твердый материал стенки первого контейнера (6) больше 0,3 Н*м, предпочтительно, больше 0,6 Н*м.
-1
-1
11. Способ по п. 1, в котором первое вещество (7) в жидком состоянии имеет поверхностное натяжение более 0,3 Н*м, предпочтительно более 0,8 Н*м.
12. Способ по п. 1, в котором металл или сплав нескольких металлов выбирают из металлов и сплавов с восстановительными свойствами, таких как алюминий и его сплавы.
3
3
13. Способ по п. 1, в котором одну или несколько солей выбирают из хлоридов щелочных металлов, хлоридов щелочноземельных металлов и хлоридов алюминия, как, например, LiCl, AlCl, и фторидов щелочных металлов, фторидов щелочноземельных металлов и фторидов алюминия, как, например, LiF и AlF.
14. Способ по п. 1, в котором по окончании этапа j) повторно проводят этапы b)-j), приводя первый контейнер (6) в контакт с объемом третьего вещества, состоящего из соли или смеси нескольких солей, отличающегося от второго вещества (4).
15. Способ по п. 1, в котором массоперенос между первым (7) и вторым (4) веществами в жидком состоянии является экстракцией
жидкости жидкостью, во время которой один из компонентов второго вещества (4) в жидком состоянии переходит в первое вещество (7) в жидком состоянии и/или один из компонентов первого вещества (7) в жидком состоянии переходит во второе вещество (4) в жидком состоянии.
16. Способ по п. 15, в котором первое вещество (7) представляет собой алюминий или сплав алюминия, а второе вещество (4) содержит соли, являющиеся фторидами щелочных или щелочноземельных металлов, содержащие фторид алюминия, и в которых растворены один или несколько фторидов актиноидов и один или несколько фторидов лантаноидов; и во время этапа h) фториды актиноидов при контакте с расплавленным алюминием или сплавом алюминия химически восстанавливаются до указанных актиноидов, которые переходят в растворе в первое вещество в жидком состоянии, тогда как фториды лантаноидов остаются во втором веществе (4) в жидком состоянии.
17. Способ по п. 16, в котором после этапа j) повторно проводят этапы b)-j), при этом один или несколько первых контейнеров (6), содержащих алюминий или сплав алюминия и актиноиды, приводят в контакт с объемом третьего вещества, состоящего из одного или нескольких хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов, содержащих хлорид алюминия, за счет чего актиноиды химически окисляются при контакте с указанными расплавленными хлоридами до хлоридов актиноидов, которые переходят в третье вещество в жидком состоянии, и восстановление хлорида алюминия позволяет генерировать металлический алюминий, который необязательно повторно используют.
-2
-1
18. Способ по п. 1, в котором этапы b)-g) проводят в неглубоком вакууме при абсолютном давлении от 10 мбар до 10 мбар.
19. Способ по п. 1, в котором этап h) проводят в атмосфере инертного газа, такого как аргон.
20. Устройство для осуществления способа по любому из пп. 1-19, содержащее:
- один или несколько первых контейнеров (6), предназначенных для приема первого вещества (7) в твердом или жидком состоянии и имеющих стенки из твердого огнеупорного материала, не проводящего электричество, не вступающего в реакцию с первым (7) и вторым (4) веществами и проницаемого для магнитного поля, создаваемого по меньшей мере одним индуктором (1), при этом стенки имеют одно или несколько сквозных отверстий (13, 14), причем первое вещество (7) в жидком состоянии не смачивает твердый материал стенок;
- второй контейнер (3), предназначенный для приема объема второго вещества (4) в твердом или жидком состоянии и имеющий стенки, выполненные из твердого огнеупорного материала, не проводящего электричество, не вступающего в реакцию со вторым веществом (4) и проницаемого для магнитного поля, создаваемого по меньшей мере одним индуктором (1);
- средства (19, 20, 21, 22, 24), несущие один или несколько первых контейнеров (6), содержащих первое вещество (7), с тем чтобы приводить их в контакт с объемом второго вещества (4) и затем извлекать их из объема второго вещества (4);
-средства, состоящие по меньшей мере из одного индуктора
(1), расположенного за стенками второго контейнера (3), для воздействия электромагнитного поля на один или несколько первых контейнеров (6) и на второй контейнер (3).
21. Устройство по п. 20, в котором один или несколько первых контейнеров (6) и второй контейнер (3) выполнены из материала, выбранного из оксида алюминия и нитрида бора.
22. Устройство по п. 20 или 21, в котором отверстия (13, 14) имеют форму поперечного сечения, выбранную из кругов; многоугольников, таких как квадраты, прямоугольники, в частности, прямоугольники, величина отношения длины к ширине которых является большой.
23. Устройство по п. 20, в котором один или несколько первых контейнеров (6) представляют собой цилиндры с круглым поперечным сечением, имеющие боковые стенки (11) и основание или дно (9).
24. Устройство по п. 20, в котором один или нескольких первых контейнеров (6) имеют кольцеобразную форму (23).
25. Устройство по п. 23, в котором геометрия дна первого или первых контейнеров (6) является округлой (10).
26. Устройство по п. 24, в котором геометрия дна первого или первых контейнеров (6) является округлой (10).
27. Устройство по п. 20, в котором второй контейнер (3) представляет собой цилиндр с круглым поперечным сечением, имеющий боковые стенки (16) и основание или дно (15).
28. Устройство по п. 20, в котором второй контейнер (3) окружает один или несколько первых контейнеров (6) и второй контейнер (3) расположен ближе к одному или нескольким индукторам (1), чем один или несколько первых контейнеров (6).
29. Устройство по п. 20, в котором индуктор (1) состоит из индукционной катушки, витки (2) которой расположены вблизи стенок второго контейнера (3) и, в частности, его боковых стенок, если он является цилиндрическим.
30. Устройство по п. 20, которое содержит один первый контейнер (6), один второй контейнер (3) и по меньшей мере один индуктор (1), которые являются симметричными по отношению к одной и той же центральной вертикальной оси.
31. Устройство по п. 30, которое содержит первый цилиндрический или кольцеобразный контейнер (6) и второй цилиндрический контейнер (3), при этом первый контейнер (6) и второй контейнер (3) являются концентрическими, причем второй контейнер (3) окружает первый контейнер (6) и их главные оси совмещаются.
32. Устройство по п. 31, в котором индуктор (1) состоит из одного или нескольких круговых витков (2), окружающих боковую стенку второго контейнера (3) и являющихся концентрическими по отношению к последней, при этом главная ось этого (этих) витка(ов) (2) совмещена с главными осями первого (6) и второго (3) цилиндрических контейнеров.
33. Устройство по п. 20, в котором средства для удержания первого(ых) контейнера(ов) (6), их погружения в объем второй жидкости (4) и их извлечения из объема второй жидкости (4) содержат вертикальный стержень (24, 33, 34), на нижнем конце которого прикреплен элемент (30), несущий первый(ые) контейнер(ы)(6).
34. Устройство по п. 33, в котором элемент, несущий
первый(ые) контейнер(ы) (6), имеет форму круговой карусели или барабана (30), центральная ось которого расположена вдоль вертикального стержня (33, 34), при этом несколько первых контейнеров (6) расположены по кругу концентрически относительно центральной оси круговой карусели или барабана (30).
35. Устройство по п. 20, в котором индуктор (1) охлажден.