Оксиды урана

Технология соединений урана

Краткое содержание раздела

Оксиды урана

Октаоксид триурана. Свойства. Применение. Получение термическим разложением диураната аммония и других соединений.

Диоксид урана. Свойства. Использование в качестве полупродукта и в качестве ЯТ в ТВЭЛ. Условия восстановления высших оксидов до диоксида. Термическое разложение трикарбонатуранилата аммония и др. соединений. Электролитическое выделение диоксида урана из расплавленных солевых смесей. Получение "гранулята", пригодного для снаряжения ТВЭЛ методами виброуплотнения. Таблетирование диоксида урана.

Триоксид урана. Свойства. Условия термического разложения соединений урана до триоксида.

Галоидные соли урана.

Тетрафторид урана. Свойства, значение: полупродукт для получения металлического урана или гексафторида. Получение тетрафторида взаимодействием диоксида с безводными фторирующими агентами (сухие способы), гидрофторированием диоксида (полусухие способы) и осаждением из растворов (мокрые способы). Условия его сушки и дегидратации. Подготовка к восстановительной плавке.

Гексафторид урана. Его уникальные свойства. Применение гексафторида для разделения изотопов урана. Способы получения фторированием тетрафторида. Получение окислением тетрафторида урана кислородом. Конденсация и очистка.

Тетрахлорид урана. Свойства. Способы хлорирования оксидов урана газообразным хлором и четыреххлористым углеродом. Очистка возгонкой и фракционной конденсацией.

Карбиды и нитриды урана. Свойства. Перспективные виды ядерного топлива. Способы получения.

Система уран-кислород является одной из наиболее сложных не только среди оксидных систем актиноидов, но и среди всех известных систем. Из-за этой сложности и благодаря огромному значению диоксида урана как реакторного топлива, были выполнены многочисленные исследования системы U-O в широком температурном интервале. Несмотря на эти усилия картина даже в случае фазовой диаграммы далека от полноты и среди опубликованных результатов есть противоречивые.

В литературе в различное время сообщалось о следующих оксидах (в порядке увеличения отношения U/O): UO, UO₂, U₄O₉, U₁₆O₃₇, U₃O₇, U₈О₁₉, U₂O₅, U₅O₁₃, U₁₃O₃₄, U₈O₂₁, U₁₁O₂₉, U₃O₈, U₁₂O₃₅ и UO₃. Для многих оксидов предполагается существование нескольких кристаллических модификаций.

Часть фазовой диаграммы системы U – UO₂

Часть фазовой диаграммы системы U – O в области составов от UO₂ до UO₃

Интерес к оксидам урана с точки зрения технологии обусловлен следующими причинами:

· Диоксид урана является основой керамического ядерного топлива. Положительными сторонами диоксида урана являются высокая коррозионная и радиационная устойчивость; термическая устойчивость; огнеупорность; совместимость с различными материалами оболочки; высокая плотность (самая высокая из оксидов урана, устойчивых при комнатной температуре). Основным недостатком диоксида является малая теплопроводность (что приводит к высоким температурным градиентам и ограничению размера изделий).

· Оксиды урана являются промежуточными соединениями в технологии при производстве других урановых соединений, главным образом фторидов.

· Оксиды урана, как наиболее устойчивые соединения, используют для целей хранения урана.

Требования, предъявляемые к оксидам урана, определяются их предназначением. Это относится и к кондиционности по содержанию примесей. К ядерному топливу предъявляются следующие требования по содержанию ряда примесей (требования ядерной чистоты): серебро – 10^-4 %, бор - 2·10^-5 %, кадмий - 2·10^-5 %, молибден – 10^-4 %, диспрозий – 10^-5 %, гадолиний - 5·10^-6 % по массе. Требования по чистоте, предъявляемые к оксидам урана, выступающим в качестве промежуточных продуктов при получении фторидов, определяются способом получения тетрафторида урана (при производстве UF₄ водным методом достигается хорошая очистка от примесей, при сухом фторировании большинство примесей переходит в тетрафторид) и методом передела UF₄ (при фторировании до UF₆ происходит очистка от нелетучих фторидов, при использовании UF₄ для металлотермического получения металлического урана металлические примеси перейдут в конечный продукт). Таким образом оксиды урана, перерабатываемые до гексафторида могут быть менее чистыми, чем перерабатываемые до металла.

Самый простой оксид урана – монооксид UO устойчив только при температурах более 1000 ^оС.

Некоторые химические свойства наиболее важных оксидов урана представлены в таблице.

Реагент	Т, ^оС	Продукт взаимодействия с оксидом
UO2	U3O8	UO3
CO		---	---	UO2
	---	UO2	UO2
HF (газ)		UF4	UO2F2 + UF4	UO2F2
CCl4 (газ)		UCl4	UCl4 + UCl5	UCl4 + UCl5
S2Cl2		UCl4	UCl4	UCl4
H2SO4 (водн.)		---	---	UO2^2+
HNO3 (водн.)		UO2^2+	UO2^2+	UO2^2+

Дата добавления: 2014-01-07