Получение гексафторида урана
При увеличении температуры выше 450 °C возможно образование промежуточных фторидов и их оплавление на стенках с образованием плавов. Чтобы этого не происходило, фтор подают с избытком 10 — 15% от стехиометрии. Рис. 5. Схема получения UF6 из UF4: 1 — пламенный реактор; 2 — теплообменник; 3 — узел выгрузки огарка; 4 — электрофильтр; 5 — водяные теплообменники; 6 — рассольный теплообменник; 7, 8… Читать ещё >
Получение гексафторида урана (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Наибольшее технологическое значение UF6 имеет для разделения изотопов урана. В настоящее время известно много способов получения UF6. В качестве исходных соединений урана могут быть использованы UF4, UO2, UO3, U3O8, UO2F2 и др. Фторирующими агентами могут быть F2, (HF + O2), галогенфториды. При выборе того или иного способа получения UF6 исходят прежде всего из расхода фтора и температуры фторирования.
Использование тетрафторида урана для получения гексафторида урана имеет следующие преимущества: 1) удельный расход фтора в два — три раза ниже, чем при фторировании оксидов; 2) количество выделяющегося при фторировании тепла значительно 80 ниже, что облегчает охлаждение реактора фторирования; 3) концентрация гексафторида урана в реакционном газе гораздо выше, что позволяет более полно выделить его при конденсации.
Основное преимущество оксидного сырья перед тетрафторидом заключается в сокращении технологической схемы получения гексафторида урана. В этом случае исключаются стадии восстановления высших оксидов до диоксида и гидрофторирования диоксида до тетрафторида урана. Другим преимуществом оксидной технологии является отсутствие в системе промежуточных фторидов урана.
В настоящее время гексафторид урана получают как по тетрафторидной, так и по оксидной технологии.
Аппаратурное оформление процесса получения UF6 из UF4 напоминает аппаратурное оформление процесса гидрофторирования UO2 до UF4. Первоначально UF4 фторировали в шнековых лодочках с неподвижным слоем UF4, затем стали применяться горизонтальные аппараты с мешалками. В последнее время разработали и внедрили высокопроизводительные, непрывнодействующие так называемые пламенные реакторы (рис. 5).
При увеличении температуры выше 450 °C возможно образование промежуточных фторидов и их оплавление на стенках с образованием плавов. Чтобы этого не происходило, фтор подают с избытком 10 — 15% от стехиометрии.
В пламенном реакторе F2 используется приблизительно на 90% при времени соприкосновения фаз несколько секунд. При этом реагирует практически весь UF4. В шлак попадает только 1% урана. Шлак представляет собой в основном промежуточные фториды. Шлаки выгружаются с помощью шнека и направляются на дополнительный отжиг в горизонтальный шнековый аппарат.
Рис. 5. Схема получения UF6 из UF4: 1 — пламенный реактор; 2 — теплообменник; 3 — узел выгрузки огарка; 4 — электрофильтр; 5 — водяные теплообменники; 6 — рассольный теплообменник; 7, 8, 9 — емкости для UF6.
Смесь газов (UF6 — 75%, F2 — 10%, (НF + O2 + N2) — 15% об.) на выходе из пламенного реактора 1 имеет температуру ~ 600 °C. Этот поток направляют в трубчатый теплообменник 2, охлаждаемый водой. Газовый поток охлаждается в теплообменнике до t 150 °C, но не меньше, чтобы предотвратить конденсацию UF6. Далее газовая смесь подается в электрофильтр 4. Здесь газовый поток очищается от пыли и направляется в трубчатые теплообменники 5 и 6, где происходит конденсация UF6.
В приемнике головного конденсатора 7 происходит концентрирование ~ 75% UF6, который можно охарактеризовать как самый чистый. В приемнике 8 собирается ~ 20% UF6 (чистый продукт) и в приемнике 9 происходит концентрирование остаточного UF6.
Выходящие из конденсаторов газы в большинстве случаев содержат некоторое количество UF6 (0,05 — 0,15% об.). Для улавливания UF6 из отходящих газов используются твердые сорбенты-поглотители (фторид натрия NaF, углерод С, тетрафторид урана UF4 и др.). Полученный UF6 направляется на разделение изотопов U235 и U238.