Получение тетрафторида урана

Очистка концентратов

В рассмотренных выше процессах извлечения урана из руд получают концентраты в виде U₃O₈ или Na₂U₂0₇. Они содержат 65 – 80 % U₃0₈ и ряд примесей. Для производства урана, используемого в ядерных реакторах, необходимы соединения высокой чистоты. Особенно вредными являются примеси бора, лития, кадмия, лантаноидов, имеющих высокие значения сечения захвата тепловых нейтронов.

Распространенная схема очистки химических концентратов заканчивается получением триоксида урана высокой чистоты, из которого получают тетрафторид урана (рис. 5.5). Схема включает операции:

1) растворение концентрата в азотной кислоте с получением растворов UO₂(NO₃)₂ (200 – 270 г/л);

2) экстракционную очистку, в результате которой получают растворы нитрата уранила.

Дальнейшую переработку очищенных растворов проводят по двум вариантам:

а) из очищенных нитратных растворов путем выпарки кристаллизуют нитрат U0₂(N0₃)₂·2Н₂0. Нитрат термически разлагают при 300 — 400 ^оС, получая триоксид урана U0₃;

б) из нитратного слабокислого раствора, с целью дополнительной очистки, осаждают пероксидом водорода пероксид урана U0₄·2Н₂0. Прокаливанием последнего при 400 — 500 °С получают чистый триоксид урана.

Для экстракционной очистки нитратных растворов широко используют ТБФ, образующий с уранилнитратом дисольват:

UO₂²⁺ + 2NO₃^2- + 2ТБФ = U0₂(N0₃)₂·ТБФ (5.33)

Коэффициент распределения урана D_U уменьшается с увеличением концентрации урана и возрастает пропорционально квадрату концентрации нитрат-ионов и ТБФ. Трибутилфосфат обладает высокой избирательной экстракционной способностью по отношению к уранил-нитрату. Коэффициенты распределения большинства примесей имеют малые значения. Экстракцию ведут из растворов с концентрацией урана 250 - 400 г/л и концентрацией HN0₃ 3 - 5 м/л. Обычно используют 30 - 40 %-ный раствор ТБФ в керосине.

Уран реэкстрагируют из органической фазы слабыми растворами азотной кислоты. Экстракцию проводят в каскаде смесителей-отстойников или в колоннах экстракторах с наложением пульсаций.

Полученные реэкстракты, содержащие 70 - 100 г/л урана (в виде уранил-нитрата), далее поступают либо на осаждение пероксида, либо на выпарку и кристаллизацию уранил-нитрата.

В промышленной практике VF₄ получают фторированием диоксида урана фтористым водородом. Исходным соединением служит чистый триоксид урана, который восстанавливают водородом до диоксида:

U0₃ + Н₂ = U0₂ + Н₂0 + 98,3 кДж (5.34)

U0₂ + 4 HF = UF₄ + 2 Н₂0 + 192 кДж (5.35)

Регенерация HNO₃

Исходные продукты (U₃O₈, Na₂U₂O₇ и др.)

HNO₃

Растворение

Раствор UO₂(NO₃)₂

Трибутилфосфат

Экстракция

Органическая фаза

Водная фаза

Выпаривание

Пары

Остаток

На извлечение урана

(H₂O + HNO₃)

Извлечение урана

Органическая фаза

Раствор UO₂(NO₃)₂

H₂O₂

Вариант 1

Вариант 2

Осаждение пероксида

Выпаривание

Плавленный кристаллогидрат UO₂(NO₃)₂

Термическое разложение

Газы

UO₃

Раствор

Осадок UO₄∙2H₂O

Термическое разложение

UO₃

Рис. 5.5 – Технологическая схема вариантов очистки химических урановых концентратов с получением чистого триоксида урана

Известны варианты проведения процессов, описываемых реакциями. Они могут проводиться в трубчатых печах со шнековым перемещением материала или в печах кипящего слоя.

Трубы печей и шахту печи КС для стадии восстановления изготовляют из нержавеющей стали, а для стадии фторирования — из сплавов никеля с медью (монель, инконель). Ниже приведен примерный состав получаемого фторида урана, %: UF₄ 96,2; U0₂F₂ 2,0; UO₂ 1,8. Содержание примесей в UF₄ следующее, %: Fe 5,5·10^-3; Ni 3,5·10^-3; Сг 9·10^-4; Mn < 1·10^-3; Cd 1·10^-5; Mo < 1·10^-3.

Дата добавления: 2014-01-11