Способы получения карбидов урана

1. Взаимодействие металлического порошка урана с углеродом в дуговой или индукционной плавке. Реакция протекает при t = 2500-3000 ^oC:

U + C_тв. → UC

2. Взаимодействие тонкодисперсного урана с газообразными углеводородами. Порошок урана получают разложением гидрида урана:

t<400^oC t>450^oC

U + 3/2 H₂ → UH₃ → U + 3/2 H₂

Помимо карбида урана образуется водород и углеводороды с более короткими углеродными цепями:

n = 1: U + CH₄ → UC + 2 H₂

n = 2: U + C₂H₆ → UC + CH₄ + H₂

n = 3: U + C₃H₈ → UC + C₂H₆ + H₂

n = 4: U + C₄H₁₀ → UC + C₃H₈ + H₂

Лучшие результаты достигнуты при карбидизации урана пропан-бутановой смесью, т.е.

U + (C₃H₈ + C₄H₁₀) → UC

3. Взаимодействие оксидов урана с углеродом, например:

U₃O₈ + 11 С_тв. → 3 UC + 8 СО t_min = 1800 ^oC

Но достичь получения стехиометрического UС трудно, из-за получения окси-карбидов UO_xC_y. Поэтому процесс восстановления следует проводить в 2-3 ступени.

4. Из гексафторида урана. Метод важен для получения карбидного ядерного топлива, поскольку разделение изотопов проводится на гексафториде урана. Газообразный гексафторид урана взаимодействует с кальцием и карбидом кальция. При этом протекает экзотермическая реакция:

2 UF₆ + 5 Ca + CaC₂ → 2 UC + 6 CaF₂

В качестве основных методов производства монокарбида урана используют следующие:

· восстановление углеродом двуокиси урана в вакууме при 1900 ^оС

UO₂ + 3 C → UC + 2 CO

· реакция порошка урана с газообразными углеводородами (метан)

· непосредственное взаимодействие урана с углеродом при 1100 ^оС

Полученный порошок монокарбида урана подвергают холодному прессованию. Порошок монокарбида крупностью менее 40 мкм пирофорен.

После измельчения порошка и холодного прессования проводят спекание при высоких температурах в атмосфере, не содержащей кислорода, или в вакууме, например в высокочастотной индукционной печи. Плотность зависит от температуры спекания и для получения материала с плотностью выше 95% от теоретической необходимы температуры спекания выше 2000 ^оС.

Теоретическая плотность правильно подобранной смеси порошков урана и графита (14,01 г/см³) мало отличается от теоретической плотности образующегося монокарбида урана (13,63 г/см³). Этим можно воспользоваться при изготовлении сердечников ТВЭЛов. Порошки урана и графита с заданным размером частиц тщательно смешивают и затем из смеси путём прессования получают изделия требуемой формы. Реакция между ураном и углеродом, сопровождающаяся образованием монокарбида урана, осуществляется в результате нагрева до 1000-1100 ^оС. Изменение объёма при реакции в соответствии с различием в теоретической плотности может превышать 3 %. Поэтому для получения изделий с высокой плотностью требуется либо высокая плотность прессованных брикетов, либо завершение реакции под давлением.

Брикеты монокарбида урана можно обрабатывать до заданного размера путём мокрого шлифования на алмазном круге, их можно сверлить с помощью твердосплавных инструментов или ультразвуковыми методами.

Дата добавления: 2014-01-07