Сухой метод получения тетрафторида урана

«Сухие» методы в технологии UF₄нашли широкое применение на заводах всех западных зарубежных фирм ввиду большого дефицита высокочистой воды, имея в виду ее расход на получение десятков тысяч тонн UF₄. Суть методов лежит в двухстадийном процессе: вначале восстановление оксидов урана до диоксида с последующей его обработкой фтороводородом. Высокотемпературная прокалка UO₃или U₃O₈на воздухе при 1000 °С дает продукт состава UO_2,61–UO_2,64, более высокой степени отщепления кислорода в этих условиях добиться невозможно. Поэтому применяют восстановление газообразными реагентами. Можно использовать H₂, CO, NH₃. С термодинамической точки зрения наилучшие показатели имеют CO и NH₃, но их на практике не применяют т. к. кинетика их взаимодействия с оксидами намного хуже, чем для H₂. Реакции восстановления:

Рисунок 10 – Аппаратурная схема производства тетрафторида урана

Установка состоит из двух последовательно установленных реакторов с вертикальными мешалками и раздельными бункерами. Мешалки со скоростью 5 об/мин с мотором всего 0,5 л.с. обеспечивают равномерность перемешивания и теплообмен для исключения образования спеков в реакционном объеме. В первом реакторе температура поддерживается на уровне 315 °С, во втором 540 °С. Избыток HF от стехиометрического – 10 %. При диаметре аппарата 0,75 м и высоте 4 м из тоннеля его производительность 14–21 т/сутки. Качество UF₄определяется реакционной способностью UO₂.

Отметим достоинства и преимущества применения кипящего слоя для гидрофторирования двуокиси урана: интенсивность газового контакта; непрерывность процесса; хорошая теплопередача и перемешивание псевдоожиженной фазы; хорошая регулируемость процесса и возможность его полной автоматизации.

1.5 Производство обогащённого урана

Комплекс производственных процессов, производимых для повышения процента U²³⁵в установленном количестве урана называется «обогащением урана». Здесь термин «обогащение» означает повышение процента расщепляющегося изотопа U²³⁵. В легководных ядерных реакторах обычно используют от 3 до 5 процентов обогащенного урана, а остальная часть фактически состоит из U²³⁸. Вещество с таким уровнем содержания U²³⁵называется «низкообогащенным ураном» или НОУ.

Для выяснения места технологии разделения изотопов необходимо напомнить, что технология урана подразумевает передел рудного сырья в уранилнитрат, уранилнитрат через стадию оксидов и тетрафторида превращается в гексафторид, гексафторид разделяется на гексафторид урана-235 и гексафторид урана-238, а затем из гексафторида обогащенного изотопом U²³⁵производится диоксид урана для ТВЭлов.

Для получения одного килограмма высокообогащенного урана (то есть урана, содержащего 90 % U²³⁵), потребуется более 193 ЕРР и почти 219 килограммов природного урана при условии, что в обедненном ура не останется 0,3 % U²³⁵. Если допустимая доля U²³⁵в обедненном уране составит 0,2 %, потребуется почти 228 ЕРР и более 176 килограмм природного урана.

Существует множество методов разделения изотопов:

1) газодиффузионный;

2) центрифугирование;

3) дистилляция (ректификация);

4) электромагнитный;

5) термодиффузионный;

6) Изотопный обмен;

7) лазерное разделение.