способ выделения гексафторида урана из его смеси с фторидом водорода

Формула изобретения

Способ выделения гексафторида урана из его смеси с фторидом водорода, включающий контактирование смеси с фторидом лития, отличающийся тем, что процесс осуществляют при температуре 30-60°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии переработки смеси гексафторида урана с фторидом водорода, а именно к способу выделения гексафторида урана из его смеси с фторидом водорода.

Фторид водорода является традиционной примесью в гексафторидах тяжелых металлов, в том числе в гексафториде урана, осложняющей дальнейшее их использование. Поэтому возникает необходимость выделения гексафторида урана из его смеси с фторидом водорода, причем разрешение этой задачи имеет целью как обезвреживание сбросных газов, так и утилизацию самих по себе ценных веществ - гексафторида урана и фторида водорода. Существует круг технологических задач, когда требуется лишь преимущественное (максимальное) выделение гексафторида урана как наиболее ценного компонента смеси, например, в случае переработки смеси дорогостоящего обогащенного урана с фторидом водорода.

Известен способ выделения гексафторида урана из смеси UF₆ -HF путем совместной конденсации компонентов при температуре ниже 233 К с последующим разделением жидкой и твердой фаз: жидкого фторида водорода и твердого гексафторида урана (Method and apparatures for the physical separation of the components of binary mixture. Патент США №3425812, 1969 г.). Недостаток состоит в невысокой чистоте получаемых продуктов: гексафторид урана остается загрязненным тем количеством фторида водорода, которое на нем физически адсорбируется, а фторид водорода содержит растворенный в нем гексафторид урана, который либо теряется, либо требует дальнейшего извлечения.

Известен способ выделения гексафторида урана из смеси UF ₆ -HF, основанный на различии температур кипения фторида водорода и сублимации гексафторида урана. (Галкин Н.П., Майоров А.А. и др. Химия и технология фтористых соединений урана. - М.: Госатомиздат - 1961, с.167). Способ заключается в вакуумной дистилляции преимущественно фторида водорода при температуре 213-193 К. Однако существенное количество гексафторида урана улетучивается с фторидом водорода как в виде индивидуального компонента смеси, так и в виде легколетучего азеотропа, и это требует дополнительной переработки возгонов.

Известен способ переработки смесей гексафторида урана с фторидом водорода путем совместной сорбции их на фториде натрия с последующей десорбцией (Галкин Н.П., Зайцев В.А., Серегин М.Б. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. - М.: Атомиздат. - 1975. - 239 с.). Недостатком способа является невозможность выделения компонентов смеси непосредственно в виде их индивидуальных химических соединений, в которых они содержатся в перерабатываемой смеси.

Известен способ переработки смеси гексафторида урана с фторидом водорода с целью выделения индивидуальных компонентов, состоящий из нескольких стадий: совместная сорбция их фторидом натрия, раздельная десорбция в две стадии, на первой из которых при температуре 423-463 К извлекают преимущественно фторид водорода, содержащий до 4 об. % гексафторида урана. На второй стадии при температуре 573-673 К десорбируют гексафторид урана, свободный от фторида водорода. Десорбат первой стадии, состоящий из смеси фторида водорода с гексафторидом урана, направляют на селективную сорбцию фторида водорода на фториде лития при температуре 263-293 К и времени контакта не менее 20 с, после чего несорбированный гексафторид урана с примесью фторида водорода возвращают на фторид натрия на повторную перераработку вместе с исходной смесью. Фторид водорода с фторида лития затем десорбирут при температуре 423-523 К (Акишин B.C. Бахматова Л.Ф. Малый Е.Н. и др. Патент РФ 2159742, опубл. 27.11.2000, бюлл. №33 - прототип).

Недостатком способа является многостадийность процесса.

Задача изобретения - упрощение способа выделения гексафторида урана из смеси с фторидом водорода.

Поставленная задача решается тем, что в способе выделения гексафторида урана из его смеси с фторидом водорода, включающем контактирование смеси с фторидом лития, процесс ведут при температуре 30-60°С.

На чертеже представлены графики зависимости величины сорбционной емкости фторида водорода и гексафторида урана на фториде лития в исследованном интервале температур.

В результате проведенных экспериментальных исследований зависимости сорбционной емкости фторида лития по фториду водорода и гексафториду урана в интервале температур 10-60°С было установлено, что при температурах 30-60°С сорбционная емкость по HF претерпевает положительный экстремум при небольшом значении емкости сорбента по UF₆. Наличие области повышенной сорбции фторида водорода в системе UF₆-HF-LiF при температуре 30-60°С из литературных источников не было известно и не вытекает из физико-химических свойств реакционной системы.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Из питателя смесь гексафторида урана с фторидом водорода пропускают через вертикальный адсорбер, заполненный таблетированным фторидом лития, поддерживаемым при температуре 30-60°С. Не сорбированный фторидом лития UF ₆ конденсируют в приемник, охлаждаемый до температуры кипящего жидкого азота. Фторид водорода выводят из схемы десорбцией при более высоких температурах, и этот продукт является оборотным, его возвращают на переработку с основным потоком продуктов отгонки HF из технологических десублиматоров либо подвергают гидрометаллургической переработке. Гексафторид урана, сконденсированный в приемнике, является товарным продуктом. Результаты промышленного выделения гексафторида урана из смеси UF₆-HF на таблетированном фториде лития приведены в таблице.

Таблица
Температура сорбции, °С	Сорбционная емкость LiF по HF, мг/г	Содержание UF 6 в товарном продукте, об.%	Состав десорбата, кг	Содержание UF 6 в десорбате, мас. %
60	80	99,5	UF6 - 5,076; HF - 77,36	6,2
40	138	99,9	UF 6 - 36,87; HF - 134,5	21,5
30	110	99,8	UF6 - 49,46; HF - 103,6	32,3

Способ позволяет выделить гексафторид урана из его смеси с фторидом водорода в товарном виде (содержание примеси HF не более 0,5 об.%), в одну стадию. При этом прямой выход гексафторида урана составляет величину не менее 98%.