Получение гексафторида урана

На рисунке 14 схематично показаны реакции, приводящие к получению UF₆. Обычно гексафторид урана получают прямым фторированием твердого тетрафторида урана:

UF₄ + F₂ = UF₆.

Фторирование UF₄ осуществляется в реакторе пламенного типа или в реакторе с псевдоожиженным слоем.

В реакторе пламенного типа исходный UF₄ загружается сверху, где и реагирует с избытком фтора. Фторирование - высокоэкзотермическая реакция, приводящая к воспламенению реактантов; температура в зоне реакции достигает 1100 °С. Поэтому для предотвращения коррозии аппаратуры, температура стенок реактора охлаждают до <540 °С (но не ниже 450 °С), что определяется требованием получения максимального выхода UF₆ из UF₄ без образования промежуточных фторидов. Отходящие газы на выходе реактора содержат до 75% UF₆. Непрореагировавшие твердые вещества собирают, измельчают до порошка, просеивают, смешивают со свежими порциями UF₄ и повторяют процесс фторирования повторно. Типовой пламенный реактор промышленного производства UF₆ имеет высоту до 3,6 м, диаметр 20 см и производительность 380 кг/ч UF₆.

На современных производствах UF₆ используют реакторы с псевдоожиженным слоем, изготовленные из монеля. UF₄ фторируют с помощью фтора при 500°С с добавками CaF₂ для улучшения теплопередачи и предотвращения спекания UF₄.

Рис. 14. -Схема методов получения гексафторида урана

Исходный UF₄ добавляют в реактор непрерывно с помощью шнекового конвейера, непрореагировавший UF₄ удаляют из реактора снизу. F₂ подается в псевдоожиженный слой с помощью распределительного устройства (скорость газового потока 6-20 см³/с; максимальное отношение высоты реактора к диаметру близко 4). Тепло, генерируемое в реакторе при протекании реакции, отводится путем воздушного охлаждения. Типовой реактор с псевдоожиженным слоем имеет годовую производительность от 4400 до 7400 т UF₆.

Гексафторид урана, получаемый в реакторах обоих типов, фильтруют для удаления пылеобразных остатков UF₄ и конденсируют, охлаждая продукт до 15 °С. Затем кристаллический UF₆ удаляют из конденсаторов, нагревая его до 80 °С. Сжиженный под собственным давлением UF₆ переливают в транспортные контейнеры цилиндрической формы, имеющие массу до 2 т, и емкость по продукту до 10 т.

Некоторый интерес для промышленного применения может иметь только одна реакция, в которой отпадает необходимость в применении высокоактивного и ядовитого элементарного фтора. Речь идет об окислении UF₄ кислородом при 600-900°С (флуорокс-процесс - Flyorox):

2UF₄ + О₂ = UО₂F₂ + UF₆

К сожалению, этот процесс дает максимальный выход не больше 50% UF₆; главный побочный продукт U0₂F₂ приходится вновь превращать в UF₄. Несмотря на указанные недостатки, этот процесс, по-видимому, интересен и заслуживает дальнейшего внимания.

В зависимости от предварительных стадий очистки, выполняемых перед фторированием, неочищенный UF₄ может содержать большое число примесей, в частности даже более летучих, чем UF₆ (например, SiF₄, MoF₆, CF₄, SF₆, CrО₂F₂ или VF₅), и менее летучих (MoF₄, VOF₃), а также следовые количества фторидов переходных металлов. От большинства примесей UF₆ можно очистить с помощью фракционирования при температурах и давлениях выше тройной точки. Имеются жесткие технические условия для контроля чистоты промышленного UF₆, применяемого далее для изотопного разделения.

ПРИЛОЖЕНИЕ

В настоящем издании были описаны основные свойства урана, члена семейства актинидов. Авторы надеются, что читатели уже получили общую информацию о химии урана, позволяющую сравнивать химические свойства с другими актинидными элементами. В книгу мы включили несколько простых методик по получению и очистке тех или иных соединений урана, которые часто применяются в лаборатории. Необходимо отметить, что указанные ниже приемы работы с этим элементом предложены профессором Н.Н. Кротом. Мы надеемся, что методики будут полезны в Вашей работе в лаборатории.

Дата добавления: 2015-12-08