Verfahren zur Herstellung von Urantetrafluorid Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Urantetrafluorid.
Es wurde bereits behauptet, dass Urantetrafluorid aus Uranhexafluorid hergestellt werden kann, indem man letzteres mit einem wasserfreien organischen Fluoracceptor, wie Tetrachlorkohlenstoff, Äthylen- dichlorid, Trichloräthylen und Chloroform, umsetzt. Die Bedingungen, unter welchen diese Reaktionen zu erwarten sind, sowie die Art der während der Re aktion gebildeten Produkte (mit Ausnahme von Urantetrafluorid selbst) wurden jedoch nicht be kanntgegeben.
Die Erfinder haben die Möglichkeit untersucht, Urantetrafluorid aus Uranhexafluorid und Tetra chlorkohlenstoff durch ein Dampfphasen-Verfahren herzustellen, und haben gefunden, dass die Bedin gungen, unter welchen die Reaktion durchgeführt wird, streng überwacht werden müssen, insbeson dere, wenn das Verfahren durch Vermischen von Strömen der Reaktionsteilnehmer in Dampfform durchgeführt wird, um die Bildung eines Urantetra- fluorides zu verhindern, das mit festen Uranfluorid- Zwischenprodukten,
wie UF., UZF9 und U4F17, ver unreinigt ist. Es wurde gefunden, dass ein Urantetra fluorid von befriedigender Reinheit erhalten werden kann durch Anwendung einer Temperatur von 150 bis 400 C und durch Verwendung von Tetrachlor- kohlenstoff und Uranhexafluorid im Verhältnis von 2 bis 4,5 Mol Tetrachlorkohlenstoff zu 1 Mol Uran- hexafluorid. (Da die Molekulargewichte dieser Ver bindungen 154 bzw.
352 betragen, sind die verwen deten Gewichtsverhältnisse 308 bis 693 Gewichts teile CC14 zu 352 Gewichtsteilen UF..) Es wurde ferner gefunden, dass die Reaktion durch Anwendung einer Temperatur von 270 bis 350 C und Molverhältnissen von 2,5 bis 3,7 Tetra chlorkohlenstoff zu 1 Mol Uranhexafluorid, unter Bildung eines grossen Anteils der wertvollen Chlor fluorkohlenstoffe CC13F und CC12F2 erfolgt.
Wird das Verfahren durch Vermischen von Tetrachlorkohlenstoff und Uranhexafluoriddämpfen durchgeführt, so werden diese Ströme vor dem Mi schen vorzugsweise auf eine Temperatur von min destens 150 C vorgeheizt, um die Reaktion zu be schleunigen.
Die Reaktion wird durch das gebildete Uran- tetrafluorid katalysiert.
<I>Beispiel</I> Die zum Durchführen dieses Beispiels verwen dete Apparatur war eine solche bekannter Art und umfasste einen schrägen Drehofen aus rostfreiem Stahl mit Nickelauskleidung von 14 Litern Inhalt und einem Grössenverhältnis von Länge zu innerem Durchmesser von 14: 1, der an seinen Enden in Rollenlagern gelagert war, welche mit einem mit verstellbaren Füssen versehenen Gestell verbunden waren, so dass die Neigung des Ofens verändert wer den konnte. Der Ofen konnte mittels eines Ketten antriebes rotiert und durch einen, annähernd den ganzen Ofen innerhalb der Walzlager umfassenden Feuerraum erhitzt werden.
Zwei konzentrische Rohre aus rostfreiem Stahl führten durch eine Polytetrafluoräthylen-Dichtung in das obere Ende des Ofens; das äussere Rohr diente der Einleitung von Tetrachlorkohlenstoff- dampf und das innere der Einleitung von Uran- hexafluoriddampf. Das innere Rohr wies eine ver engte Öffnung auf, um ein Rückdiffundieren des Tetrachlorkohlenstoffdampfes zu verhindern.
An diese Einlassrohre war eine Ablenkplatte befestigt, durch welche die, aus dvn Rohren austretenden Dämpfe der Reaktionsteilnehmer nach unten abge lenkt und dadurch rasch vermischt wurden. Das untere Ende des Ofens führte durch eine Polytetrafluoräthylendichtung in eine Absetzkammer. Diese Kammer umfasste einen, durch ein Ventil schliessbaren Ausgang für Feststoffe an seinem untern Teil und eine Leitung für entweichende Dämpfe an seinem obern Teil.
Der Ofen war mit einem Schaber ausgestattet, um ein Ansammeln von festem Urantetrafluorid an der Ofenwand zu verhindern, und mit einer Tasche zur Aufnahme eines Nickelthermoelementes, welches sich der Mittelachse des Ofens entlang erstreckte und die Aufzeichnung der Temperatur beim Einlass, in der Mitte und beim Auslass des Ofens ermöglichte.
Bei einer Schrägstellung des Ofens von 71/2 zur Horizontalen und einer Rotationsgeschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro Minute wurden Uran- hexafluoriddämpfe und trockene Tetrachlorkohlen- stoffdämpfe, beide auf 200 C vorgewärmt, bei einem überdruck von etwa 15 mm Hg in das innere bzw.
äussere der koaxialen Rohre einströmen gelassen, wobei die Zuflussgeschwindigkeit derart reguliert wurde, dass auf 1 Mol Uranhexafluorid 3,1 Mol Tetrachlorkohlenstoff entfielen und die absolute Zu- flussgeschwindigkeit des Uranhexafiuorids 1 kg Uran pro Stunde äquivalent war. Der Ofen wurde derart erhitzt, dass der grössere Teil seiner Länge auf einer Temperatur zwischen 285 und 310 C gehalten wer den konnte, wobei der unmittelbar an den Auslass angrenzende Teil eine Temperatur von 170 C auf wies.
Das durch die Reaktion entstandene, feste Pro dukt wanderte allmählich gegen das untere Ende des Drehofens (das Produkt blieb im wesentlichen 15 Minuten im Ofen) und gelangte in die Absetzkam- mer, aus welcher es periodisch durch den Auslass am untern Kammernende entfernt wurde.
Das derart gewonnene Produkt war ein annähernd von Fluorid- zwischenprodukten freies Urantetrafluorid mit einem Gehalt von 0,4 Gew.II/o U02F2, welch letzteres Ma terial durch die Reaktion von UF, mit Feuchtigkeit entstanden war. Das Produkt wurde sodann mit trockener Luft bei 300 C behandelt, um absorbierte Dämpfe zu entfernen.
Die entweichenden Dämpfe verliessen die Ab setzkammer durch die Leitung am obern Ende der Kammer und gelangten in eine Staubabscheidevor- richtung, in welcher feine Teilchen von Urantetra- fluorid gewonnen wurden.
Diese derart von Fest körpern befreiten Dämpfe wurden sodann auf 20 C abgekühlt, wobei der grösste Teil des überschüssi gen Tetrachlorkohlenstoffes kondensiert wurde, und durch eine mit Atznatron beschickte Gaswaschvor- richtung geleitet, in welcher das Chlor adsorbiert und weiterer Tetrachlorkohlenstoff kondensiert wurde.
Die aus der Waschvorrichtung austretenden Dämpfe, welche hauptsächlich aus CC13F und CC12F2 mit sehr kleinen Mengen CCIF 3 und zuvor nicht kondensier tem Tetrachlorkohlenstoff bestanden, wurden so dann zur Gewinnung dieser Verbindungen teilweise durch Adsorption an Aktivkohle und teilweise durch Kondensation bei -20 C und anschliessende fraktionierte Destillation behandelt.
Der aus den entweichenden Dämpfen gewonnene Tetrachlorkohlenstoff wurde nach den üblichen Ver fahren gereinigt und wieder in den Prozess einge schaltet.
Die vorliegende Erfindung findet besonders Ver wendung zur Umwandlung von UF, in UF4 unter Berücksichtigung von U235.