1.4 Технология фторидов урана Технология тетрафторида урана

Уран очень активно реагирует со всеми галогенами и образует множество простых и сложных соединений, но практическое значение в технологии имеют только пять бескислородных фторидов.

Таблица 2 – Основные промышленные фториды урана

Главные из них – UF₄и UF₆, оставшиеся – промежуточные фториды с собственной кристаллической решеткой, образуются при фторировании UF₄элементным фтором до UF₆.

Кроме них во фторидной технологии на разных переделах имеют дело и с кислород содержащими фторидами – это оксофториды UOF₂, UOF₄серого цвета и UO₂F₂– светло-желтый уранилфторид.

Сухой метод получения тетрафторида урана

UF₄ – кристаллическое вещество с рентгеноскопической плотностью 6,7 г/см³, температура плавления – 1036 °С, имеет различный насыпной вес от 1,5 до 3,5 и зависит от способа получения, нелетуч, устойчив на воздухе до 200 °С далее гидролизуется влагой воздуха. Способен к комплексообразованию с фторидами практически всех элементов. Промышленное значение имеет NH₄UF₅– аммоний уран пентафторид.

Мокрый метод получения тетрафторида урана включает в себя три основные стадии:

• восстановление шестивалентного урана до четырёхвалентного:

• гидрофторирование:

• сушка и обезвоживание кристаллогидратов UF₄.

Рассмотрим несколько методов восстановления четырёхвалентного урана. В химических способах восстанавливающей средой являются неокислительные растворы сернокислого или солянокислого уранила.

В качестве восстановителя используют Zn в виде амальгамы, Fe в виде стружки (скрап), Al в виде пудры, SO₂в присутствии катализатора ионов Cu⁺², сероводорода, хлорида олова SnCl₂.

Для примера приведем химические реакции:

Это наиболее экономичный способ. Здесь на 1 кг U расходуется 0,3 кг Fe стружки.

Рисунок 9 – Электрохимическая ванна для восстановления сульфата уранила до сульфата урана

Водный раствор сульфата уранила пропускают через электролизную ванну, на выходе из которой получают сульфат урана. Анодом служит крышка ванны, катодом корпус. Одним из недостатков этого способа является загрязнение раствора сульфатом свинца, образованным в результате растворения свинцовых анодов.

Корпус ванны выполнен из листового свинца, коррозионноустойчивого в сернокислотной среде, с 20 поперечными перегородками, т. н. электролизными ячейками, которые выполняют роль катода. В каждую ячейку помещен анод в чехле из полихлорвениловой пористой ткани для изоляции раствора от атомарного кислорода. Сбоку аноды электроизолированы от корпуса винипластовыми вставками. Верхняя крышка имеет наклон к выходному штуцеру, что обеспечивает движение раствора самотеком.

Восстановленный раствор U(SO₄)₂направляется далее на стадию осаждения UF₄, которое производят в каскаде из двух гуммированных пятикубовых редукторов с мешалками с паровыми рубашками. Осаждение ведут 40 % плавиковой кислотой. Сушка и прокалка UF₄проводится в две стадии в печах при разных температурных режимах.

Отдельно отметим, что в отечественной «мокрой» технологии UF₄в качестве осадителя использовался бифторид аммония NH₄HF₂. При этом UF₄образует два кристаллогидрата NH₄UF₅·H₂OиNH₄UF₅·0,5H₂Oхорошо фильтруемые с минимальным количеством кристаллизационной влаги. Кроме того, при осаждении двойной соли достигается очистка от таких примесей как Al, Fe, Cu, Mn, V, Co, Ni, Mo и др. от 30 до 5000, являясь очень существенной финишной стадией.

Неизбежное появление маточного раствора – один из существенных недостатков данного процесса.