Металлический уран и его сплавы

Способы получения UN.

Мононитрид урана является перспективным соединением для изготовления керамического ядерного топлива, поэтому разработке методов его получения уделяется значительное внимание. Вкратце рассмотрим основные технологически приемлемые способы.

1. Взаимодействие металлического урана или гидрида урана с азотом или аммиаком (метод гидрирования – азотирования). Взаимодействие гидрида урана с азотом происходит при температурах 200÷300 ^оС:

U + 3/2 H₂ → UH₃ + x/2 N₂ → UN_x + 3/2 H₂

При этом получается нитрид примерного состава ~UN_1,75, который при прокалке до ~1150 ^оС в вакууме даёт ~UN.

2. Взаимодействие оксидов урана с азотом в присутствии углерода, например:

U₃O₈ + 3/2 N₂ + 8 C → 3 UN + 8 CO t > 2000 ^oC

Но при этом получается непрерывный ряд твёрдых растворов UO_xC_yN_z – оксикарбонитридов, которые могут иметь и самостоятельное значение.

3. Термическое разложение высших нитридов урана при температурах более 1300 ^оС.

4. Восстановление высших нитридов металлическим ураном, например:

U₂N₃ + U → 3 UN

UN_1,75 + 3/4 U → 1,75 UN

5. Получение нитрида урана из хлоридных расплавов. Мононитрид урана можно осаждать из хлоридных расплавов (например, на основе эвтектической смеси хлоридов лития и калия 3LiCl-2KCl) введением нитрида лития:

UCl₃ + Li₃N → UN + 3 LiCl

Трихлорид урана в расплав вводят анодным растворением металлического урана. Следует отметить, что UN обладает электропроводностью и его можно анодно растворять в хлоридных расплавах:

UN – 3e → U³⁺ + ½ N₂

Прессование порошка UN без связки и пластификаторов даёт изделия с плотностью r ~ 60 % теоретич., спекание позволяет достигнуть r ~ 70 % теоретич. Более плотные изделия получают прессованием с пластификатором с последующим горячим прессованием.

Краткое содержание раздела

Физические и химические свойства металла. Зависимость их от чистоты. Примеси и загрязнения. Требования к урану и его сплавам.

Классификация способов получения урана в зависимости: от исходного сырья, применяемого восстановителя и характера получаемого металла. Физико-химические характеристики способов.

Методы получения урана, применяемые в промышленных масштабах. Восстановление оксидов кальцием и гидридом кальция. Восстановление тетрафторида кальцием, или магнием. Восстановление тетрахлорида кальцием. Электролиз хлоридно-фторидных расплавов солевых смесей. Краткая характеристика: масштабы, оформление процессов, извлечение урана, качество металла, оборотные продукты.

Способы рафинирования урана. Индукционно-вакуумный переплав чернового металла. Электролитическое рафинирование в солевых расплавах. Зонная перекристаллизация. Масштабы переделов, необходимые для этого печи, электролизеры и другие аппараты.

Легирование и литье урана. Материалы изложниц и тиглей.

Механическая и термическая обработка урана. Режимы, оборудование.

Получение изделий из порошкообразного урана. Композитные материалы на основе урана и его соединений.

Дата добавления: 2014-01-07