Способ получения тетрафторида урана

Авторы патента:

Галата Андрей Александрович (RU)

Короткевич Владимир Михайлович (RU)

Портнягина Элла Оскаровна (RU)

Круглов Сергей Николаевич (RU)

Атякшев Александр Анатольевич (RU)

Лазарчук Валерий Владимирович (RU)

Ледовских Александр Константинович (RU)

C01G43/06 - фториды

Владельцы патента RU 2484020:

Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к способам получения тетрафторида урана, а именно к способам получения тетрафторида урана на переделе гидрофторирования диоксида урана, и может быть использовано в производстве гексафторида урана или металлического урана. Способ получения тетрафторида урана включает противоточное взаимодействие твердой фазы в виде диоксида урана с фторидом водорода, находящимся в газовой фазе, при движении твердой фазы через низкотемпературную и высокотемпературную области, при подаче в высокотемпературную область в зону выгрузки тетрафторида урана безводного фторида водорода. В низкотемпературную область совместно с газовой фазой, выходящей из высокотемпературной области, подают переведенную в газообразное состояние плавиковую кислоту, имеющую концентрацию фторида водорода не менее 35 мас.%. При этом поддерживают суммарный расход плавиковой кислоты в пересчете на безводный фторид водорода, подаваемой в низкотемпературную область, и безводного фторида водорода, подаваемого в высокотемпературную область, равный стехиометрическому расходу фторида водорода в реакции гидрофторирования диоксида урана до тетрафторида урана. Изобретение обеспечивает удешевление процесса получения тетрафторида урана. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Известно (Ч.Харрингтон, А.Рюэле. Технология производства урана. Госатомиздат, М. 1961, с.224) получение тетрафторида урана взаимодействием диоксида урана с газообразным фторидом водорода по реакции:

В источнике информации (В.Б.Шевченко, Б.Н.Судариков. Технология урана. Госатомиздат. М., 1961, сс. 264-266) описан способ гидрофторирования диоксида урана в шнековых аппаратах - прототип. Температура реакционного пространства на входе твердого поддерживается на уровне 290-340°С, на выходе 540-590°С. Безводный фторид водорода поступает на фторирование в зону выгрузки тетрафторида урана и движется противотоком твердой фазе; по мере продвижения газовой фазы к зоне загрузки диоксида урана она обогащается парами воды. Отходящие газы, содержащие пары воды, направляют на конденсацию. Избыток безводного фторида водорода в процессе превышает 200%. Содержание тетрафторида урана в полученном продукте (в пересчете на уран), т.е. выход тетрафторида урана, составляет 95-96%. Недостатком способа является большой избыток дорогостоящего безводного фторида водорода.

Задачей изобретения является расширение арсенала способов получения тетрафторида урана, снижение расхода безводного фторида водорода.

Дополнительной задачей является получение тетрафторида урана с выходом не менее 96%, т.к. тетрафторид именно такого качества обычно используют для получения гексафторида урана фторированием тетрафторида элементарным фтором.

Поставленную задачу решают тем, что в способе получения тетрафторида урана гидрофторированием диоксида урана, включающем противоточное взаимодействие твердой фазы с фторидом водорода, находящимся в газовой фазе, при движении твердой фазы через низкотемпературную и высокотемпературную области при подаче в высокотемпературную область в зону выгрузки тетрафторида урана безводного фторида водорода, в низкотемпературную область совместно с газовой фазой, выходящей из высокотемпературной области, подают переведенную в газообразное состояние (газифицированную) плавиковую кислоту, имеющую концентрацию фторида водорода не менее 35 мас.%, при этом поддерживают суммарный расход HF в высоко- и низкотемпературной областях, равный стехиометрическому расходу HF в реакции гидрофторирования диоксида урана до тетрафторида урана.

В рамках суммарного расхода HF, равного стехиометрическому, массовое соотношение газифицированной плавиковой кислоты, подаваемой в низкотемпературную область, в пересчете на HF и безводного фторида водорода, подаваемого в высокотемпературную область, поддерживают равным (0,2-1,1):1.

Повышают температуру взаимодействия по ходу движения твердой фазы в низкотемпературной области от 150 до 350°С, а в высокотемпературной области - от 350 до 415°С.

Способ осуществляют следующим образом.

Гидрофторирование диоксида урана провели в двух последовательно соединенных шнековых реакторах. Реакторы имеют электрический обогрев. В первый реактор (низкотемпературную область) поступает твердая фаза в виде диоксида урана и противотоком ей газообразная фаза, содержащая газифицированную плавиковую кислоту, объединенную с отходящими из второго реактора (высокотемпературной области) газами; во второй реактор поступает твердая фаза из первого реактора, содержащая оксиды, оксифториды и тетрафторид урана, и противотоком ей безводный фторид водорода, подаваемый в зону выгрузки продукта - тетрафторида урана.

Газифицированную плавиковую кислоту получают нагреванием до температуры кипения и полного испарения HF и H₂O.

В опытах 1-6 использовали плавиковую кислоту, содержащую 40% HF, а в опыте 7 - 35% HF. Стехиометрический расход 100%-ной HF составляет 0,296 кг на 1 кг UO₂. В рамках практически стехиометрического (0,29 кг) расхода HF меняли соотношения HF, поставляемого для процесса в виде безводного фторида водорода и в виде плавиковой кислоты.

Условия проведения опытов приведены в таблице 1, а результаты опытов - в таблице 2.

Таблица 1
№ оп.	Расход, кг, на 1 кг UO₂, в пересчете на HF	Соотношение расходов безводного фторида водорода и плавиковой кислоты в пересчете на HF, кг/кг	Температура в реакторах, °С
№ оп.	безводного фторида водорода		плавиковой кислоты	сумма	первом реакторе	втором реакторе
вход	выход	вход	выход
1	0,24	0,05	0,29	1:0,2	173	352	353	407
2	0,21	0,08	0,29	1:0,4	163	348	349	410
3	0,16	0,13	0,29	1:0,8	158	351	353	408
4	0,14	0,15	0,29	1:1,1	153	350	353	409
5	0,12	0,17	0,29	1:1,4	151	353	355	411
6	0,10	0,19	0,29	1:2,0	142	349	352	417
7	0,17	0,12	0,29	1:0,7	157	354	356	412

Таблица 2
№ оп.	Состав целевого продукта, % в пересчете на U	Потери HF, мас.%
UF₄	UO₂F₂	UO₂
1	98,00	1,10	0,90	0,30
2	97,40	1,30	1,30	0,41
3	96,50	2,10	1,40	0,89
4	96,05	2,40	1,55	1,20
5	95,30	2,90	1,80	1,40
6	93,80	3,90	2,30	2,40
7	96,20	2,30	1,50	0,92

Из данных таблиц 1 и 2 видно, что в процессе гидрофторирования часть газообразного безводного фторида водорода может быть заменена на газифицированную плавиковую кислоту при соблюдении суммарного стехиометрического расхода HF. При этом выход тетрафторида урана не менее 96% достигается в опытах 1-4 и 7, при соотношении (в пределах стехиометрии по HF) безводного фторида водорода и плавиковой кислоты в пересчете на HF 1:(0,2-1,1), при концентрации HF в плавиковой кислоте 35 и 40 мас.%. Как оказалось, дополнительная вода (вода, содержащаяся в плавиковой кислоте, дополнительная к той воде, которая образуется по реакции гидрофторирования) при заявляемых соотношениях плавиковой кислоты и безводного фторида водорода не препятствует получению продукта с выходом не менее 96% (таблица 2). При этом замена дорогого безводного фторида водорода более дешевой плавиковой кислотой способствует удешевлению процесса. При замене большего, чем вытекает из заявленного соотношения, количества безводного фторида водорода плавиковой кислотой (опыты 5 и 6) выход получаемого тетрафторида урана становится менее 96% (увеличивается содержание в продукте UO₂F₂ и UO₂).

Таким образом, при замещении до 52 мас.% безводного фторида водорода плавиковой кислотой (т.е. при использовании до 52 мас.% HF в виде плавиковой кислоты) на операции гидрофторирования диоксида урана получается кондиционный тетрафторид урана.

1. Способ получения тетрафторида урана гидрофторированием диоксида урана, включающий противоточное взаимодействие твердой фазы с фторидом водорода, находящимся в газовой фазе, при движении твердой фазы через низкотемпературную и высокотемпературную области при подаче в высокотемпературную область в зону выгрузки тетрафторида урана безводного фторида водорода, отличающийся тем, что в низкотемпературную область совместно с газовой фазой, выходящей из высокотемпературной области, подают переведенную в газообразное состояние плавиковую кислоту, имеющую концентрацию фторида водорода не менее 35 мас.%, при этом поддерживают суммарный расход плавиковой кислоты в пересчете на безводный фторид водорода, подаваемой в низкотемпературную область, и безводного фторида водорода, подаваемого в высокотемпературную область, равный стехиометрическому расходу фторида водорода в реакции гидрофторирования диоксида урана до тетрафторида урана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в рамках суммарного расхода, равного стехиометрическому, массовое соотношение переведенной в газообразное состояние плавиковой кислоты, подаваемой в низкотемпературную область, в пересчете на HF, и безводного фторида водорода, подаваемого в высокотемпературную область, поддерживают равным (0,2-1,1):1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что повышают температуру взаимодействия по ходу движения твердой фазы в низкотемпературной области от 150 до 350°С, а в высокотемпературной области - от 350 до 415°С.

Изобретение относится к технологии рециклирования ядерных энергетических материалов, а именно к способам очистки гексафторида урана от фторидов рутения, и может быть использовано для возврата урана, выделенного из отработавшего ядерного топлива, в топливный цикл легководных реакторов.

Способ получения разбавителя для переработки оружейного высокообогащенного урана в низкообогащенный уран // 2479489

Изобретение относится к ядерному топливному циклу, а именно к технологии получения разбавителя для переработки гексафторида оружейного высокообогащенного урана (ВОУ) в гексафторид низкообогащенного урана (НОУ).

Способ очистки гексафторида урана // 2472710

Изобретение относится к технологии очистки гексафторида урана от легколетучих примесей и может быть использовано для улучшения качества и снижения себестоимости продукции газоразделительных производств.

Аппарат для гидролиза гексафторида урана // 2465208

Изобретение относится к устройствам для проведения низкотемпературного порционного гидролиза твердого гексафторида урана в водном растворе фтороводорода и может быть использовано при переработке обедненного (отвального) гексафторида урана до порошкообразного диоксодифторида урана и безводного фтороводорода.

Способ получения тетрафторида урана // 2456243

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано для получения тетрафторида урана. .

Способ получения гексафторида урана и реактор для осуществления способа // 2456242

Изобретение относится к технологии фторирования порошкообразного сырья, а именно к способу и реактору для получения гексафторида урана. .

Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран // 2444475

Изобретение относится к области экологии и направлено на предупреждение загрязнения окружающей среды и отравления радиоактивными веществами. .

Способ извлечения урана из сорбента фторида натрия // 2422366

Изобретение относится к технологии урановых производств и, в частности, может быть использовано при переработке отходов, содержащих фториды урана. .

Сорбент на основе уранилфторида и способ его получения // 2422199

Изобретение относится к технологии получения сорбентов для очистки гексафторида урана, получаемого из облученного ядерного топлива (ОЯТ), от гексафторида плутония.

Способ получения гексафторида урана // 2400430

Изобретение относится к химической технологии, конкретно - к технологии получения гексафторида урана (далее ГФУ) путем обработки соединений урана (окислы, тетрафторид урана и др.) элементным фтором.

Способ переработки гексафторида урана // 2489357

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано при переработке обедненного гексафторида урана

Способ переработки огарков фторирования // 2537581

Изобретение относится к способам переработки уран-фторсодержащих растворов, полученных от растворения огарков фторирования в производстве гексафторида урана. Способ включает растворение огарков в растворе азотной кислоты, извлечение урана из фторсодержащего азотнокислого раствора путем восстановления его гидразином на платиновом катализаторе, при постоянной очистке поверхности катализатора от осадка тетрафторида урана, отделение катализатора от азотнокислого раствора и осадка тетрафторида урана, обеспечение эквимолярного отношения фторид-ионов к урану (IV) в полученном растворе и разделение осадка тетрафторида урана и азотнокислотного раствора, при этом азотнокислотный раствор повторно используют для растворения огарков фторирования, предварительно доукрепив по азотной кислоте. Изобретение обеспечивает высокую степень восстановления урана и уменьшение количества нитрат-фторсодержащих отходов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ очистки тетрафторида урана // 2542286

Изобретение относится к технологии получения соединений урана и, в частности к очистке тетрафторида урана от соединений углерода, фосфора, азота и других примесей. Способ очистки тетрафторида урана от примесей летучих фторидов заключается в термообработке тетрафторида урана при температуре от 350 до 520°С газообразным фторидом водорода, который получают терморазложением бифторида щелочного металла, в смеси с осушенным воздухом, взятых в соотношении от 1:7 до 1:2, после чего газовую смесь направляют в аппарат, в котором осуществляют термическое разложение бифторида щелочного металла. Изобретение обеспечивает повышение качества тетрафторида урана, снижение расхода фторида водорода. 1 з.п. ф-лы, 4 пр., 2 табл.

Аппарат для гидролиза гексафторида урана // 2548443

Изобретение может быть использовано при получении чистых солей и окислов из гексафторида урана (ГФУ). Аппарат для гидролиза гексафторида урана содержит корпус, в верхней части которого установлены средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора. В корпусе расположено устройство для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора. В нижней части корпуса имеется отверстие 4 для слива полученного раствора. Средства для подачи гексафторида урана и орошающего раствора включают расширительную воронку 5, установленную в верхней части корпуса с возможностью подачи газообразного гексафторида урана через ее внутреннюю часть, а орошающего раствора - по ее внешней поверхности. Корпус выполнен в виде колонны 1. Устройство для перемешивания гексафторида урана и орошающего раствора представляет собой неподвижное завихрительное устройство 8, выполненное в виде лопастей, размещенных ярусами в периферийной зоне колонны. Лопасти изогнуты таким образом, что верхняя вогнутая поверхность каждой лопасти обращена к нижней выпуклой поверхности соседней лопасти. Длина лопастей в радиальном направлении увеличивается от яруса к ярусу в направлении сверху вниз. В аппарате процесс гидролиза газообразного гексафторида урана осуществляют с использованием раствора азотнокислого алюминия. Изобретение позволяет упростить конструкцию аппарата путем исключения вращающихся элементов, повысить надежность аппарата за счет исключения возможности локального перефторирования орошающего раствора и забивания аппарата и вентиляционного патрубка продуктами гидролиза ГФУ. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран // 2562288

Изобретение относится к области экологии и направлено на предупреждение возможности загрязнения окружающей среды и отравления населения радиоактивными веществами. Способ конверсии отвального гексафторида урана в металлический уран включает взаимодействие гексафторида урана с металлическим натрием, при этом исходные компоненты подают в реактор в стехиометрическом соотношении в виде газообразного гексафторида урана и жидкого металлического натрия, распыленного через форсунки, температуру поддерживают от 1133°С до 1705°С. Изобретение обеспечивает эффективную конверсию гексафторида урана. 1 пр.

Способ получения порошка диоксида урана из гексафторида урана и установка для его осуществления // 2567633

Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к способу получению порошка диоксида урана методом пирогидролиза и к установке для его осуществления. Способ включает подачу в предварительно разогретую первую реакционную зону реакционной камеры гексафторида урана и водяного пара, которые вступают в реакцию с образованием уранилфторида, подачу во вторую реакционную зону реакционной камеры смеси водяного пара и водорода для восстановления в ней полученного в первой реакционной зоне уранилфторида до диоксида урана. При этом подачу смеси водяного пара и водорода во вторую реакционную зону осуществляют через сопла, расположенные в ее конической части, в вертикальные трубы, расположенные соосно соплам, для создания в трубах восходящих прямоточных двухфазных потоков, которые преобразуются в криволинейные потоки дефлекторами в сепарационной зоне, для предварительного разделения твердой и газообразной фаз. После чего во вторую реакционную зону оседают отделенные в сепарационной зоне частицы, образуя циркулирующий слой смеси порошков уранилфторида и диоксида урана. После постепенного накопления объема смеси порошков диоксида урана и уранилфторида процесс подачи водяного пара и гексафторида урана прекращают, а вместо этого начинают подавать водород. Далее происходит процесс довосстановления уранилфторида в диоксид урана и затем выгрузка товарного порошка диоксида урана. Изобретение обеспечивает получение порошка диоксида урана с улучшенным качеством и повышение производительности. 2 н. и 2 з. п. ф - лы, 2 ил.

Способ получения тетрафторида урана // 2569399

Изобретение относится к неорганической химии урана, в частности к технологии получения тетрафторида урана. Способ получения тетрафторида урана заключается в осаждении его из растворов, содержащих хлоридно-фторидный комплекс U+4, фтористоводородной кислотой, при температуре процесса 70-80°C, при этом используют фтористоводородную кислоту, содержащую четырехвалентный уран в количестве, не превышающем его растворимость. Изобретение обеспечивает получение крупнокристаллического, хорошо фильтрующегося осадка тетрафторида урана и исключение образования локальных перенасыщений. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

Способ очистки металлических поверхностей от отложений урана // 2579055

Изобретение относится к технологии урана, применительно к эксплуатации производств по разделению изотопов урана, и может быть использовано для очистки различных металлических поверхностей, работающих в среде гексафторида урана, от нелетучих отложений урана. Способ очистки металлических поверхностей от отложений урана включает обработку поверхностей газообразными фторирующими реагентами, содержащими ClF3 и F2 в массовом соотношении (1,7÷3,6):1, в условиях динамического течения процесса, путем циркуляции газов через отложения урана и слой фторида натрия, нагретого до 185-225°C. Изобретение обеспечивает интенсификацию процесса фторирования, селективное извлечение из газа гексафторида урана и исключение образования коррозионно-активных и легкоконденсирующихся продуктов реакций. 1 пр., 1 табл.

Способ динамической газификации отложений урана // 2588241

Изобретение относится к ядерной технике и химической промышленности и может быть использовано для очистки и восстановления металлических поверхностей установок, предназначенных для разделения изотопов урана. Способ включает последовательную циркуляцию газовой смеси, содержащей ClF3 и F2 в массовом соотношении (1,5÷3,5):1, через отложения урана и слой фторида натрия, нагретого до 190-220°C. Изобретение позволяет увеличить эффективность процесса фторирования, снизить расход ClF3, увеличить степень возврата UF6 в разделительный каскад и сократить период возврата UF6 в разделительный процесс. 3 ил., 1 табл.

Способ испарения гексафторида урана из баллона // 2594009

Изобретение относится к переработке гексафторида урана (ГФУ) и может быть использовано для извлечения гексафторида урана из баллонов различной вместимости. Способ испарения гексафторида урана из баллона, включающий нагрев баллона двухсекционным индуктором, подачу азота в баллон в импульсном режиме. В конце процесса баллон вакуумируют через коллектор газообразного гексафторида урана до давления 50 кПа. В баллон через отсосную трубку подают нагретый азот при давлении, превышающем давление газа в баллоне на 30-50 кПа, причем подачу азота осуществляют в импульсном режиме при температуре боковой стенки 60-80°С и температуре днища 60-150°С и давлении образующейся газовой смеси 100-150 кПа, причем нагрев баллона дополнительно осуществляют путем включения донного нагревателя мощностью 4-8 кВт, при достижении верхней зоны индуктора 60°С, а нижней 65°С. Изобретение позволяет увеличить производительность баллона по газообразному гексафториду урана, полностью извлекать неиспарившийся остаток ГФУ из баллона, в 3-4 раза снизить удельное энергопотребление на единицу испаряемого сырья, стабилизировать расход азота, обеспечить высокое качество получаемых порошков диоксида урана. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.