способ получения тетрафторида урана

Формула изобретения

Способ получения тетрафторида урана, включающий растворение диоксида урана в растворе соляной кислоты, осаждение тетрафторида урана из раствора путем дозированной подачи плавиковой кислоты, фильтрацию пульпы, промывание осадка, его предварительную сушку, окончательную сушку и прокаливание, отличающийся тем, что растворение диоксида урана ведут в смешанном растворе соляной и плавиковой кислот с получением раствора комплексного соединения урана с концентрацией урана до 480 г/л, тетрафторид урана из раствора осаждают в виде кристаллогидрата путем дозированной подачи плавиковой кислоты в течение 15-30 мин без принудительного обогрева реакционной среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение в технологических процессах по изготовлению металлического урана.

Известен способ получения тетрафторида урана (Галкин Н.П., Майоров А.А. и др. Химия и технология фтористых соединений урана. - М.: Госатомиздат, 1961, с.53-77), включающий стадию приготовления раствора четырехвалентного урана (например, раствора соединения H[UCl₄F]), стадию осаждения кристаллогидратов тетрафторида урана (ТФУ) путем добавления плавиковой кислоты к полученному раствору, фильтрацию пульпы ТФУ, промывание осадка ТФУ, сушку и прокаливание кристаллогидратов ТФУ.

Недостатком данного способа является то, что тетрафторид урана осаждается в виде объемистого осадка кристаллогидратов, имеющих малый насыпной вес, который, как указано в источнике, можно повысить путем увеличения температуры процесса осаждения ТФУ до 90°С и выше, что, в свою очередь, требует дополнительных затрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому (прототип) является способ получения тетрафторида урана (патент RU 2236477 С2, 05.08.2002), включающий приготовление урансодержащего раствора растворением порошка диоксида урана в соляной кислоте, осаждение тетрафторида урана путем дозированной подачи плавиковой кислоты в полученный раствор в течение 2-3 часов при температуре 50-60°С, предварительную сушку ТФУ, окончательную сушку и прокаливание тетрафторида урана.

Недостатками прототипа являются малая производительность способа получения тетрафторида урана, наличие затрат на принудительный обогрев реакционной среды.

Технической задачей изобретения является повышение производительности и снижение затрат при осуществлении процесса получения тетрафторида урана при достаточном качестве (насыпном весе) порошка ТФУ.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения порошка тетрафторида урана (ТФУ), включающем растворение диоксида урана в растворе соляной кислоты, осаждение тетрафторида урана (UF ₄) из раствора путем дозированной подачи плавиковой кислоты, фильтрацию пульпы и промывание осадка, предварительную сушку ТФУ, окончательную сушку и прокаливание ТФУ, согласно изобретению растворение диоксида урана ведут в смешанном растворе соляной и плавиковой кислот с получением раствора комплексного соединения урана H[UCl₄F] с концентрацией урана до 480 г/л, а осаждение тетрафторида урана в виде кристаллогидрата проводят путем дозированной подачи плавиковой кислоты в течение 15-30 мин без принудительного обогрева реакционной среды (без подвода теплоты).

На первой стадии способа приготавливают раствор четырехвалентного урана (раствор соединения H[UCl ₄F]) с концентрацией урана до 480 г/л для увеличения производительности процесса. Использование раствора с концентрацией более 480 г/л приводит на стадии осаждения ТФУ к образованию кристаллического осадка в виде тонких игл. Такой порошок ТФУ имеет малый насыпной вес (около 0,5 г/см³ без утряски) и этим снижает величину выхода урана в металл в восстановительных плавках. В предлагаемом способе для растворения диоксида урана применяют смесь соляной и плавиковой кислот и деионизированную воду. При обработке диоксида урана в смешанном растворе соляной и плавиковой кислот получают раствор четырехвалентного урана (раствор соединения H[UCl ₄F]).

На второй стадии способа проводят осаждение тетрафторида урана в виде осадка кристаллогидратов путем дозированной подачи плавиковой кислоты к приготовленному раствору соединения H[UCl₄F]. Дозированную подачу плавиковой кислоты выполняют в течение 15-30 мин для уменьшения общего времени процесса и, соответственно, увеличения производительности процесса.

Приготовление раствора четырехвалентного урана и осаждение ТФУ проводят без принудительного обогрева реакционной среды (без подвода теплоты) для уменьшения затрат при производстве ТФУ и, соответственно, снижения себестоимости порошка ТФУ.

Полученную пульпу тетрафторида урана фильтруют на нутч-фильтре через фильтровальную ткань. Выделенный осадок ТФУ промывают на нутч-фильтре деионизированной водой объемом до 4,6 дм³ /кг ТФУ.

Предварительную сушку влажного осадка тетрафторида урана проводят под лампами накаливания до достижения порошкообразного состояния ТФУ.

Окончательную сушку и прокаливание (обезвоживание) кристаллогидратов тетрафторида урана проводят в водородных печах в две стадии: при температуре до 320°С в инертной среде в течение 2-4 часов и при температуре до 520°С в среде водорода в течение 1-3 часов с расходом водорода 150-250 дм³/час.

Предлагаемый способ позволяет получать порошок тетрафторида урана со значением насыпного веса без утряски 1,9 г/см³ и этим обеспечивает высокий выход урана в металл в восстановительных плавках (среднее значение выхода - не менее 97%). Проведение процесса осаждения ТФУ из раствора с повышенной концентрацией урана (до 480 г/л) при малом времени дозирования плавиковой кислоты (15-30 мин) и пониженной температуре процесса (менее 40°С - за счет отмены принудительного обогрева реакционной среды) способствует образованию кристаллогидратов ТФУ вида UF₄·Н ₂О, имеющих повышенный насыпной вес.

Оборудование (реакторы, механические мешалки, нутч-фильтры, емкости, контейнеры) изготовлено из винипласта, фторопласта и оргстекла в ядерно-безопасной геометрии. Сушку и прокаливание ТФУ в водородных печах проводят в графитовых тиглях.

Перемещение урансодержащих продуктов между технологическими операциями осуществляют в ядерно-безопасной таре.

Указанная совокупность признаков позволяет получать по предлагаемому способу порошок тетрафторида урана с достаточно плотной упаковкой (с достаточно высоким насыпным весом) при увеличенной производительности процесса (за счет использования максимально возможной для получения качественного порошка ТФУ концентрации урана в растворе и уменьшения времени осаждения кристаллогидратов ТФУ) и сниженных затратах (за счет отмены принудительного обогрева реакционной среды). Получаемые по предлагаемому способу кристаллогидраты ТФУ сушат и прокаливают в водородных печах при уменьшенном времени операции и сниженном расходе водорода, что обеспечивает дополнительное увеличение производительности и уменьшение затрат всего процесса.

Пример осуществления способа

Согласно предлагаемому способу в реактор заливают деионизированную воду, соляную кислоту, загружают порошок диоксида урана. Затем при механическом перемешивании реакционной среды подают плавиковую кислоту с последующим дополнительным механическим перемешиванием реакционной среды в течение не более 1,5 часа. К приготовленному раствору с содержанием урана до 480 г/л дозированно подают плавиковую кислоту в течение 15-30 мин с последующим дополнительным механическим перемешиванием реакционной среды в течение не более 1,0 часа. Общее время процесса получения осадка ТФУ не превышает 3,5 часа.

Пульпу ТФУ фильтруют на нутч-фильтре через фильтровальную ткань. Осадок ТФУ промывают на нутч-фильтре деионизированной водой объемом до 4,6 дм³/кг ТФУ.

Предварительную сушку влажного осадка тетрафторида урана проводят под лампами накаливания до достижения порошкообразного состояния ТФУ.

Окончательную сушку и прокаливание тетрафторида урана проводят в водородных печах в две стадии: при температуре до 320°С в инертной среде в течение 2-4 часов и при температуре до 520°С в среде водорода в течение 1-3 часов с расходом водорода 150-250 дм³/час.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить производительность и снизить затраты процесса получения порошка тетрафторида урана при достаточном качестве (насыпном весе) порошка ТФУ.