DE1803344C - Process for the production of ammonium uranium (IV) pentafluoride - Google Patents
Process for the production of ammonium uranium (IV) pentafluorideInfo
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Description
Die Hrlindung betrifft ein Verfahren zur 1 lerstellung von AmmoniiinuiranOVl-penlullt'orid.The invention relates to a method for production by AmmoniiinuiranOVl-penlullt'orid.
Aminoniumuran(IV)-pentafluorid, NlL1I)I11S, das manchmal als NIl4I-'· Ul·'., angegeben wird, ist seil vielen Jahren bekannt und wird als Zwischenprodukt /ur aufeinanderfolgenden Herstellung von Urantetralluorid (UF4), Uranhexalluorid (UF,,) und Uranmetall hergestellt. Diese Produkte sind zur Herstellung von spaltbarem Uranmelall sowie zur Herstellung von Kernbrennstoffen (beispielsweise UC),) zur Erzeugung von elektrischem Strom geeignet. Diese Verbindung ist ein grüner kristalliner Feststoff, der bekanntlich in zwei voneinander verschiedenen Kristallfornien auftritt, die als <i- bzw. //-Formen bezeichnet werden und sich durch ihre Röntgenstrahlenbeugungsimister (vgl, Inorganic Chemistry 2, S. 71W bis 893 [1963]) unterscheiden.Aminoniumuran (IV) -pentafluorid, NLL 1 I) I 11 S, which is sometimes referred to as NIl 4 I- '· Ul ·'. Specified, is, rope known for many years and is as an intermediate / for successive production of Urantetralluorid (UF 4 ), Uranium hexalluoride (UF ,,) and uranium metal. These products are suitable for the production of fissile uranium metal as well as for the production of nuclear fuels (e.g. UC) to generate electricity. This compound is a green crystalline solid, which is known to occur in two different crystal forms, which are referred to as <i or // forms and are characterized by their X-ray diffraction imisters (cf. Inorganic Chemistry 2, p. 7 1 W to 893 [ 1963]) differ.
Ammoniumuran(IV)-pentafluorid wurde bisher durch Umsetzung von Ammoniumlluorid mit Urantetrafluorid unter wasserfreien Bedingungen hergestellt. Dieses Verfahren ist technisch uninteressant, da es die Verwendung von reinen Reagenzien erfordert, wobei außerdem zur Herstellung des fertigen wasserfreien Produktes im wesentlichen ein Ausschluß von Wasser erforderlich ist.Up to now, ammonium uranium (IV) pentafluoride was produced by reacting ammonium luoride with uranium tetrafluoride produced under anhydrous conditions. This procedure is technically uninteresting, as it requires the use of pure reagents, in addition to making the finished anhydrous Product essentially requires the exclusion of water.
Bei der Umwandlung von AmmoniumuranU V)-pentafhiorid zu Uranhexalluorid nach bekannten Methoden wird das NH4UF5 zuerst auf seine Zersetzungstemperatur erhitzt, wodurch Urantetratluorid und Anmioniumfluorid erzeugt werden. Dabei werden praktisch alle Verunreinigungen in dem NH4UF5 in das UF4 eingebracht. Das feste Urantetrafluorid wird anschließend gewonnen und beispielsweise in einem Fließbett zur Gewinnung von gasförmigem Uranhexalluorid fluoriert. Das Urantetrafluorid muß relativ frei von Verunreinigungen, insbesondere Natrium- und/oder Kaliumverbindungen sein, da diese Verunreinigungen zu festem Natrium- und Kaliumlluorid fluoriert werden, wobei diese Salze in dem Fließbett verbleiben und sich dort anreichern, wobei sie gegebenenfalls ein Schmelzen sowie folglich eine Inaktivierung des Fließbettes verursachen. Daher sollte das UF4 vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 0,25% (25O() ppm) insgesamt an Natrium- und Kaliumverunreinigungen enthalten (die Teil- und Prozentangaben beziehen sich jeweils auf das Gewicht). Dieses Kriterium bedingt entsprechende Reinheitsanforderungen an das Ammoniumuran(IV)-pentafluorid, aus welchem UF4 für die Fließbcttfluorierung erhalten wird. Derartige NH4UF5-Produkte sollten in ähnlicher Weise nicht mehr als ungefähr 25(H) ppm (0,25%) und vorzugsweise weniger als ungefähr 2000 ppm (0,20%) an Natrium und Kalium (zusammengenommen), bezogen auf das Uran als Metall, enthalten.In the conversion of ammonium uranium (V) pentafhoride to uranium hexalluoride by known methods, the NH 4 UF 5 is first heated to its decomposition temperature, whereby uranium tetratluoride and ammonium fluoride are produced. Practically all impurities in the NH 4 UF 5 are introduced into the UF 4 . The solid uranium tetrafluoride is then obtained and, for example, fluorinated in a fluidized bed to obtain gaseous uranium hexalluoride. The uranium tetrafluoride must be relatively free of impurities, especially sodium and / or potassium compounds, since these impurities are fluorinated to solid sodium and potassium luoride, these salts remaining in the fluidized bed and accumulating there, possibly melting and consequently inactivation cause of the fluidized bed. Therefore, the UF 4 should preferably contain no more than about 0.25% (250 ppm) total sodium and potassium impurities (parts and percentages are based on weight). This criterion requires corresponding purity requirements for the ammonium uranium (IV) pentafluoride, from which UF 4 is obtained for the fluidized fluorination. Such NH 4 UF 5 products should similarly no more than about 25 (H) ppm (0.25%), and preferably less than about 2000 ppm (0.20%) of sodium and potassium (combined) based on the Uranium as a metal.
Zur Gewinnung von UF4-Produkten mit entsprechend niedrigen Natrium- und Kaliunigehalten für Fließbettzwecke war es daher bisher erforderlich, Erzkonzentrate mit relativ niedrigen Natrium- und Kaliumgehalten zu verarbeiten, um die erforderlichen niedrigen Natrium- und Kaliumwerte in dem erhaltenen UF4 zu erzielen. Beispielsweise war es erforderlich, von Erzkonzentraten auszugehen, die nicht mehr als ungefähr 3(HX) ppm (0,30%) Natrium und Kalium (zusammengenommen), bezogen auf das Uran ' in dem Erz, enthalten.In order to obtain UF 4 products with correspondingly low sodium and potassium contents for fluidized bed purposes, it has hitherto been necessary to process ore concentrates with relatively low sodium and potassium contents in order to achieve the required low sodium and potassium values in the UF 4 obtained. For example, it has been necessary to start with ore concentrates containing no more than about 3 (HX) ppm (0.30%) sodium and potassium (combined) based on the uranium in the ore.
Andere metallische Verunreinigungen sind ebenfalls in UF, und UFh, welche für verschiedene Zwecke verwendet werden, unerwünscht, so daß die I lerslollcr Grenzen für eine Anzahl von Verunreinigungen zusätzlich zu Natrium und Kalium gesetzt haben. Von diesen Verunreinigungen seien Vanadin und Molybdän erwähnt, wobei diese lilemenle insofern schädlich sind, als sie bei der Fluorierimg von LJF4 zu IM·',, in ihre flüchtigen Fluoride übergeführt werden, welche dazu neigen, sich auf der Anlage während der Destillation des LJF,, niederzuschlagen.Other metallic impurities are also in UF, UF and h, which are used for various purposes, undesirably, so that the I lerslollcr limits have been set for a number of impurities in addition to sodium and potassium. Vanadium and molybdenum should be mentioned of these impurities, these lilemems being harmful in that they are converted into their volatile fluorides during the fluorination of LJF 4 to IM · ',, which tend to settle on the system during the distillation of the LJF ,, knock down.
Es wurde gefunden, daß Aiumoniunuirand V)-pentalluorid, das in der kristallinen «-Form hergestellt wird, in beständiger Weise niedrigere Mengen an Verunreinigungen enthält, als dies bei dem kristallinen /(-Material der Fall ist, welches aus dem gleichen Uranerz hergestellt wird. Insbesondere wurde gefunden, daß die Verschmutzung durch Natrium und Kalium gering ist. Der Grund für diese Erscheinung ist nicht vollständig aufgeklärt, man nimmt jedoch an, daß das kristalline «-Gitter weniger Heteroatome aufnimmt, als dies bei dem //-Gitter der Fall ist. Ls ist daher bei der \ Ierstcllung von Ammoniumuran(l V )-pentafluorid, das zur Gewinnung von UF4 verwendet wird, welches gegebenenfalls in Uranhexalluorid durch eine Fließbettlluoricrung eingesetzt wird, wünschenswert, ein Ammoniumuraii(lV)-pentalUiorid in der kristallinen .«-Form zu erzeugenAiumoniunuirand V) pentalluoride produced in the crystalline form has been found to consistently contain lower levels of impurities than the crystalline / (- material produced from the same uranium ore In particular, it has been found that the pollution from sodium and potassium is low. The reason for this phenomenon is not fully understood, but it is believed that the crystalline lattice accepts fewer heteroatoms than does the // lattice is. Ls, therefore, is desirable in the \ Ierstcllung of ammonium uranium (l V) -pentafluorid used for the recovery of UF 4, which is optionally used in Uranhexalluorid by a Fließbettlluoricrung, a Ammoniumuraii (IV) -pentalUiorid in the crystalline. «-Form
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von kristallinem Ammoniumuran(IV)-penlafluorid, das überwiegend in der kristallinen «-Form vorliegt und weniger als ungefähr 2500 Teile Natrium und/oder Kalium pro 1 Million Teile Uran enthält, wobei das Verfahren auch auf Uranylsalz· lösungen anwendbar ist, die von Erzkonzentraten abstammen, welche mehr als 0,3% und sogar bis zu 3% Natrium und Kalium (zusammengenommen) enthalten. Das erlinduiigsgemäße Verfahren besteht darin, bei einer Temperatur von wenigstens 85 C Fluorwasserstoff, Hydroxylamin oder eine Hydroxylamin liefernde Verbindung sowie eine wäßrige Lösung eines Uranylsalzes, die Chlorid, Kupfer(Il)- und Ammoniumionen enthält, zur LJmsetzung zu bringen, wobei die Konzentration an Hydroxylamin, das als solches oder in Form einer Hydroxylamin liefernden Verbindung vorliegt, in der Lösung auf wenigstens 0,07 Mol pro Liter der Lösung gehalten wird, wobei wenigstens 75% des Urans in kristallines Arnmoniiimuran(IV)-pentalluorid umgewandelt werden.The invention relates to a process for the production of crystalline ammonium uranium (IV) penlafluoride, which is predominantly in the crystalline form and less than about 2500 parts Contains sodium and / or potassium per 1 million parts of uranium, the process also being based on uranyl salt Solutions derived from ore concentrates containing more than 0.3% and even up to Contains 3% sodium and potassium (taken together). The process according to the event exists therein, at a temperature of at least 85 C, hydrogen fluoride, hydroxylamine or a hydroxylamine supplying compound and an aqueous solution of a uranyl salt, the chloride, copper (II) - and It contains ammonium ions to decompose, with the concentration of hydroxylamine acting as such or in the form of a hydroxylamine-donating compound is present in the solution to at least 0.07 moles per liter of the solution is kept with at least 75% of the uranium in crystalline ammoniumimuran (IV) pentalluoride being transformed.
Vorzugsweise wird das Hydroxylamin oder die Hydroxylamin liefernde Verbindung portionsweise während des Verlaufs der Reaktion in einer Gesamtmenge von 1,0 bis 1,5 Mol proMol Uran und in einer solchen Geschwindigkeit zugesetzt, daß die Konzentration an Hydroxylamin, das entweder als solches oder in Form einer Hydroxylamin liefernden Verbindung vorliegt, zwischen 0,07 und 0,50 Mol pro Liter der Lösung gehalten wird, bis wenigstens 75% des Urans in kristallines Ammoniumuran(IV)-pentalluorid umgewandelt worden sind. Weiterhin wird vorzugsweise clas Molverhältnis von Chloridionen zu Kupfei(M)-ioncn bei wenigsten-; 4:1 gehalten und die Menge 'an eingesetztem Fluorwasserstoff wenigstens so groß gewühlt, daß das ganze vorhandene Uran in Ammoniumuran(i V)-pentalluorid unigewandelt wird, wählend wenigstens 0,01 Mol Cu1 f-lonen pro Liier Lösung und wenigstens I Mol und vorzugsweise I bis I1S Mol Ammouiumionen pro Mol Uran eingesel/t weiden. Als l'ranylsalz wird vorzugsweise UO2F2 verwendet, und das Hydroxylamin wird vor-Preferably, the hydroxylamine or the hydroxylamine-providing compound is added in portions during the course of the reaction in a total amount of 1.0 to 1.5 moles per mole of uranium and at such a rate that the concentration of hydroxylamine, either as such or in the form of a Hydroxylamine-providing compound is maintained between 0.07 and 0.50 moles per liter of solution until at least 75% of the uranium has been converted to crystalline ammonium uranium (IV) pentalluoride. Furthermore, the molar ratio of chloride ions to copper (M) ions is preferably used at least; 4: 1 and the amount of hydrogen fluoride used is at least so large that all the uranium present is converted into ammonium uranium (IV) pentalluoride, choosing at least 0.01 mol Cu 1 f ions per Liier solution and at least 1 mol grazing and preferably I to I 1 S Ammouiumionen moles per mole of uranium eingesel / t. UO 2 F 2 is preferably used as the aryl salt, and the hydroxylamine is
e als (him oiler nls llydroxykmimsnlz /u-e als (him oiler nls llydroxykmimsnlz / u-
isis
Pil· bei dem erliiKliingsgcinäßen Verfahren eingesel/te Uranylsalzlösuiig kann aus Uranerzkonzeniraten durch llehaiullung des Konzentrats mit einer Säure, beispielsweise Fluorwasserstoffsäure, Chlorwasserslolfsäure oder Schwefelsäure, zur Gewinnung des entsprechenden Uranyllluorids, -chlorids oder -snll'ais erhalten weiden. Vorzugsweise wird das Fluorid (UO2Is) verwendet, da diese Verbindung hinsichtlich des Gesamlsäuieverbrauehes wirtschaftlicher ist und zwei der fünf Fluoialoine zur Verfügung stellt, die in dem Ainmoniumuran(lV)-pentalluoridendprodukt erforderlich sind. Folglieh beziehen sich die nachfolgenden Ausführungen auf die Verwendung von Ufauyllliiorid als Heispiel für Uianylsalzc. An Stelle von UO2F', kann jedoch auch das Sulfat (UO1SOj) oder das Chlorid (UO2Cl2) verwendet werden, wobei in entsprechender Weise die Menge an verwendeter HF erhöht wird, um die fünf erforderlichen Fluoratome für das NII4UF5-Endprodukl zu liefernThe uranyl salt soluble in the successful process can be obtained from uranium ore concentrates by adding an acid, for example hydrofluoric acid, hydrochloric acid or sulfuric acid, to obtain the corresponding uranyl luoride, chloride or uranyl chloride. Preferably the fluoride (UO 2 Is) is used because this compound is more economical in terms of total acid consumption and provides two of the five fluoialoins required in the ammonium uranium (IV) pentalluoride end product. The following explanations therefore relate to the use of Ufauyllliiorid as an example for Uianylsalzc. Instead of UO 2 F ', however, the sulfate (UO 1 SOj) or the chloride (UO 2 Cl 2 ) can also be used, the amount of HF used being increased in a corresponding manner by the five fluorine atoms required for the NII 4 UF 5 final product to be delivered
Piese Erzkonzentrate, welche beispielsweise hauptsächlich aus Uranoxyden und/oder ihren Hydraten bestehen und vorzugsweise hauptsächlich UO, oder dessen Hydrate enthalten, wobei etwas U1O8 oder LJO, vorliegen kann und die Konzentration an diesen Verbindungen gewöhnlich zwischen ungefähr 70 und i)5 (lew ichtsprozent oder darüber schwankt, enthalten praktisch immer kleine bis merkliche Mengen an Verunreinigungen, die je nach der Erzi|uelle sowie je nach dem Verfahren der Erzkonzentration variieren können. Gewöhnlich vorliegende Verunreinigungen sind Natrium und/oder Kalium (in Mengen von ungefähr 0,2 Gewichtsprozent, wenn spezielle VVi.ubeitimgsstufen durchgeführt werden, und bis zu 3 Gewichtsprozent oder sogar darüber), wobei diese Verunreinigungen oft mit anderen Verunreinigungen, wie beispielsweise Vanadin-, Molybdän-, Eisen- oder Kupferverbindungen, vergesellschaftet sind. Zur Herstellung des Uranylsalzes wird das Erzkonzentrat mit Wasser aufgeschlämmt, wobei dem Wasser eine Säure, vorzugsweise Fluorwasserstoffsäure, und zwar entweder als gasförmiger Fluorwasserstoff oder in Form einer wäßrigen Fluorwasserstoffsäurclösung zugesetzt worden ist, um wenigstens ungefähr 2 Mol HF pro Mol Uran in dem Erz zur Verfügung zu stellen. Ein Überschuß an HF kann gegebenenfalls zugesetzt werden. Die erhaltene Mischung wird so lange gerührt, bis das Erzkonzeiitrat im wesentlichen vollständig gelöst erscheint, so daß auf diese Weise eine Uranylsalzlösuiig gebildet wird, die hauptsächlich UO2F, zusammen mit praktisch den ganzen Verunreinigungen, die ursprünglich in dem Erzkonzentrat enthalten waren, enthält, wobei sich der Rest aus überschüssigem HF, sofern noch HF vorhanden ist, zusammensetzt. Der Fluorwasserstoff ist ebenfalls in der I ösung gelöst.These ore concentrates, which for example consist mainly of uranium oxides and / or their hydrates and preferably mainly contain UO, or its hydrates, some U 1 O 8 or LJO, being present and the concentration of these compounds usually between about 70 and i) 5 ( Weight percent or more will almost always contain small to appreciable amounts of impurities which may vary depending on the source and method of concentrating the ore. Commonly present impurities are sodium and / or potassium (in amounts of approximately 0.2 Percent by weight, if special VVi.ubeitimgsstufen are carried out, and up to 3 percent by weight or even more), these impurities are often associated with other impurities, such as vanadium, molybdenum, iron or copper compounds Ore concentrate slurried with water, the water being an acid , preferably hydrofluoric acid, either as gaseous hydrogen fluoride or in the form of an aqueous hydrofluoric acid solution has been added to provide at least about 2 moles of HF per mole of uranium in the ore. An excess of HF can optionally be added. The mixture obtained is stirred until the ore concentrate appears to be essentially completely dissolved, so that in this way a uranyl salt solution is formed which mainly contains UO 2 F, together with practically all of the impurities that were originally contained in the ore concentrate, the remainder being made up of excess HF, if HF is still present. The hydrogen fluoride is also dissolved in the solution.
Per Uranyllluoridlösiing oder einer anderen Uranylsalzlösuiig, welche auf diese Weise hergestellt worden ist, wird Fluorwasserstoff zugesetzt, und zwar vorzugsweise in einer Menge, die wenigstens da/u ausreicht, die 5 Mol Fluor pro Mol Uran, welche Im das Endprodukt erforderlich sind, zur Verfügung /u stellen. Außerdem wird eine katalytische Menge eines loslichen Kupfersal/es, beispielsweise Kupfersullat oder ■Chlorid, vorzugsweise in einer Menge von wenigstens ungefähr O ΙΠ Mol Kupfei(ll)-ionen pio Liter 1 osung.By uranyl luoride solution or another uranyl salt solution, which has been prepared in this way, hydrogen fluoride is added, and preferably in an amount that is at least sufficient to include the 5 moles of fluorine per mole of uranium which Im the end product are required to make available / u. It also becomes a catalytic amount of a soluble one Copper salt, for example copper sulphate or chloride, preferably in an amount of at least Approximately O ΙΠ moles of copper (II) ions per liter of solution.
3030th
3535
4040
45 und eine Chlorionen-fCI )-i|iielle als Stabilisator für die Kupfcrionen zugesetzt, wobei die Chloridionen vorzugsweise in einer Menge zugegeben werden, die dazu ausreicht, ein Cl : Cu ' '-Mißverhältnis von wenigstens ungefähr 4 einzustellen. Ein lösliches Ammoniumsalz, beispielsweise Ammomumsulfat, wird zugesetzt, um Animoniumionen, vorzugsweise in Mengen von ungefähr I Mol NII4 pro Mol Uran in der Lösung, zur Verfügung zu stellen. Die Ammoniumionentneuge ist nicht übermäßig kritisch. Gewöhnlieh sollten die Ainmoniuinionen in Mengen zwischen ungefähr I Mol und ungefähr 1,5 Mol pro Mol Uran zugesetzt werden. 45 and a chlorine ion (Cl) ion is added as a stabilizer for the copper ions, the chloride ions preferably being added in an amount sufficient to set a Cl: Cu '' mismatch of at least approximately 4. A soluble ammonium salt, for example ammonium sulfate, is added to provide ammonium ions, preferably in amounts of about 1 mole of NII 4 per mole of uranium in the solution. The ammonium ion level is not unduly critical. Usually the ammonium ions should be added in amounts between about 1 mole and about 1.5 moles per mole of uranium.
Das Ammoniumsalz kann in frischem Zustand oder in Form einer rezyklisierlen Flüssigkeit, die nach der Abtrennung des Ammoniumuran(l V)-pentalluorids anfällt, zugesetzt werden. Als Ammoniumsalz. kann ferner das Ammoniumlluorid zugegeben werden, das bei der anschließenden Pyrolyse von NH4UF5 in UF4 und NH4F anfällt.The ammonium salt can be added fresh or in the form of a recyclable liquid which is obtained after the ammonium uranium (IV) pentalluoride has been separated off. As the ammonium salt. the ammonium fluoride, which is obtained in the subsequent pyrolysis of NH 4 UF 5 into UF 4 and NH 4 F, can also be added.
Geeignete Ammoniumsalze sind Ammoniumsulfat, -chlorid und -bisulfal. Mischungen von Ammoniumsalzen können ebenfalls verwendet werden. Jedoch sollte von der Verwendung von Ammoniumnitrat (NH4(NO1)) vorzugsweise abgesehen werden, es sei denn, daß diese Verbindung in geringen Mengen zugesetzt wird, da dieses Salz daz.u neigt, infolge seiner oxydierenden Eigenschaften Hydroxylamin zu verbrauchen. Suitable ammonium salts are ammonium sulfate, chloride and bisulfal. Mixtures of ammonium salts can also be used. However, it is preferable to refrain from using ammonium nitrate (NH 4 (NO 1 )) unless this compound is added in small amounts, as this salt tends to consume hydroxylamine due to its oxidizing properties.
Die gelöste Erzlösung, die UO2F2 zusammen mit Kupfer-, Chlorid- und Ammoniumionen enthält, wird auf wenigstens ungefähr 85' C und vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen ungefähr 95 und ungefähr 105"C erhitzt. Während der Zugabe von Hydroxylamin oder einer Hydroxylamin liefernden Verbindung wird die Temperatur innerhalb dieses Bereiches gehalten. Das Hydroxylamin oder die Hydroxylamin liefernde Verbindung kann in einer einzigen Charge oder portionsweise in einer solchen Menge zugesetzt werden, daß die Hydroxylaminkonzentration auf einem Wert gehalten wird, der nicht merklich tiefer als ungefähr 0,07 Mol Hydroxylamin pro Liter Lösung während der Hauptverlaufs der Reaktion ist, d. h. bis das Uran in der Lösung wenigstens zu ungefähr 75% zu Ammoniumuran(IV)-pentafluorid umgewandelt worden ist.The dissolved ore solution, which contains UO 2 F 2 along with copper, chloride and ammonium ions, is heated to at least about 85 ° C., and preferably to a temperature between about 95 and about 105 "C. During the addition of hydroxylamine or a hydroxylamine The hydroxylamine or hydroxylamine-donating compound can be added in a single batch or in portions in such an amount that the hydroxylamine concentration is maintained at a value not appreciably lower than about 0.07 mole Hydroxylamine per liter of solution during the main course of the reaction, that is, until at least about 75% of the uranium in the solution has been converted to ammonium uranium (IV) pentafluoride.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich durch folgende Gleichung in summarischer Form wiedergeben :The method according to the invention can be represented in summary form by the following equation :
— Cu + + - Cu + +
UO2F, t- 2HF l· NH4F l· NH1OH+ >UO 2 F, t- 2HF l • NH 4 F l • NH 1 OH + >
erhe
NH4UF5 + 1/2N2O t- 2- 1/2H2O 4- H + NH 4 UF 5 + 1 / 2N 2 O t- 2- 1 / 2H 2 O 4- H +
Die Reaktion verläuft innerhalb ites bevorzugten Temperaturbereiches schnell. Eine im wesentlichen vollständige Ausfällung des NH1UF5 wird im allgemeinen in nicht mehr als ungefähr 30 Minuten bewirkt, wobei iliese Zeitspanne oft zwischen ungefähr 5 und 25 Minuten liegt und oft Zeitspannen von nur ungefähr 5 bis IO Minuten erforderlich sind.The reaction is rapid within ites preferred temperature range. Substantially complete precipitation of the NH 1 UF 5 is generally accomplished in no more than about 30 minutes, this period of time often being between about 5 and 25 minutes and often times of as little as about 5 to 10 minutes being required.
Das Hydroxylamin kann als solches oder in Form einer auf bequeme Weise Hydroxylamin liefernden Verbindung zugeset/t werden. An Stelle von Hydroxylamin selbst kann man eines oder mehrere Hydroxylaminsalze, beispielsweise Hydroxylaininsul-The hydroxylamine can, as such or in the form of a convenient manner, provide hydroxylamine Connection. Instead of hydroxylamine itself, one or more can be used Hydroxylamine salts, for example Hydroxylaininsul-
i 803 344i 803 344
fal, (NHjOII)2SU1,, Hydroxyluminbisulful, 1NH3OH ■ HSO,,, oder Hydroxylaminhydroehlorid, NH3C)IICI, verwenden. Geeignet als Hydroxylamin liefernde Verbindungen sind ferner die Oximine, d. h. Verbindungen der Formelfal, (NHjOII) 2 SU 1 ,, hydroxylumin bisulful, 1 NH 3 OH ■ HSO ,,, or hydroxylamine hydrochloride, NH 3 C) IICI, use. Also suitable as hydroxylamine-yielding compounds are the oximines, ie compounds of the formula
•\• \
= NOH= NOH
worin R1 und R2 ft|r c'nc Alkylgiuppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen stehen oder R, und R2 zusammen eine Cyclohexylgruppe bilden. Beispielsweise kann es sich um Acetoxim, (CHj)2C=NOII, Cyclohexanonoxim oder um Methylisobutyloxim handeln, wobei eine Hydrolyse in wäßriger saurer Lösung Hydroxylamin und das entsprechende Keton liefert.wherein R 1 and R 2 ft | rc 'nc Alkylgiuppe having 1 to 6 carbon atoms, or R, and R 2 together form a cyclohexyl group. For example, it can be acetoxime, (CHj) 2 C =NOII, cyclohexanone oxime or methyl isobutyloxime, hydrolysis in aqueous acidic solution yielding hydroxylamine and the corresponding ketone.
Zur Gewährleistung einer vollständigen Umwandlung des Urans in Amrnoniumuran(IV)-pentafluorid beträgt die Gesamtmenge an eingesetztem Hydroxylamin, und zwar entweder als solches oder in Form einer Hydroxylamin liefernden Verbindung, im allgemeinen wenigstens 1 Mol pro Mol Uran.To ensure complete conversion of the uranium into ammonium uranium (IV) pentafluoride is the total amount of hydroxylamine used, either as such or in the form a hydroxylamine-donating compound, generally at least 1 mole per mole of uranium.
Das Hydroxylamin wirkt als Reduktionsmittel zur Umwandlung von Cu ++ in Cu+, welches anschließend zur Reduzierung des sechswertigen Urans in den vierwertigcn Zustand wirkt, wobei erneut Cu+H gemäß der GleichungThe hydroxylamine acts as a reducing agent to convert Cu ++ into Cu + , which then acts to reduce the hexavalent uranium to the tetravalent state, again Cu + H according to the equation
2Cu + + + NH3OH'2Cu + + + NH 3 OH '
—--» 2Cu+ + 1/2N2O + 1/2H2O + 3H + --- »2Cu + + 1 / 2N 2 O + 1 / 2H 2 O + 3H +
erzeugt wird.is produced.
Es hat sich ferner in überraschender Weise herausgestellt, daß die relative Konzentration an Hydroxylamin in dem Reaktionsmedium in kritischer Weise die Kristallstruktur des ausgefällten kristallinen NH4UF5 bestimmt. Liegt die Konzentration des Hydroxylamine oberhalb ungefähr 0,07 Mol pro Liter Lösung, dann wird «-Ammoniumuran(IV)-pentafluorid gebildet. Fällt'die Konzentration an Hydroxylamin unterhalb ungefähr 0,07 Mol pro Liter Lösung, dann fällt /(-Ammoniumuran(IV)-pentafluorid aus. Daher wird, um die Erzeugung von überwiegend u-Aininoniumuran(IV)-pentalluorid zu gewährleisten, die Hydroxylaminkonzentration in der Reaktionsmischung oberhalb der kritischen Grenze gehalten, wenn die Hauptmenge des Urans in dem Uranylsalz in NH4UF5 umgewandelt worden ist. Dies kann gegebenenfalls dadurch erreicht werden, daß ein großer Überschuß an Hydroxylamin der Reaktionsmasse zu Beginn der Reaktion zugesetzt wird, wobei ein derartiger Überschuß da/u ausreicht, die erforderliche Konzentration des Hydroxylamin während der Reaktionsperiode aufrechtzuerhalten, und zwar sogar auch noch nach einer Zersetzung eines Teils des Hydroxylamins, de in dem Reaktionsmedium auftreten kann. Bei einem derartigen Verfahren ist es äußerst zweckmäßig, wenigstens ungefähr 2 Mol Hydroxylamin pro Mol Uran zur Verfugung zu stellen, um das eine Mol zu liefern, das für eine vollständige Reaktion erforderlich ist. nachdem das durch Zersetzung verlorengegangene Hydroxylamin kompensiert worden ist. Einer derartigen Arbeitsweise haftet jedoch der Nachteil ;in, daß sie im Hinblick auf das Hydroxylamin kostspielig ist, wobei außerdem die Neigung besteht, daß-erhebliche Mengen an NH3OHUF5 in dem Niederschlag als Nebenprodukt gebildet werden.It has also been found, surprisingly, that the relative concentration of hydroxylamine in the reaction medium critically determines the crystal structure of the precipitated crystalline NH 4 UF 5 . If the concentration of the hydroxylamine is above approximately 0.07 mol per liter of solution, then ammonium uranium (IV) pentafluoride is formed. If the concentration of hydroxylamine falls below approximately 0.07 mol per liter of solution, then / (- ammonium uranium (IV) pentafluoride precipitates kept in the reaction mixture above the critical limit when the majority of the uranium in the uranyl salt has been converted into NH 4 UF 5. This can optionally be achieved by adding a large excess of hydroxylamine to the reaction mass at the beginning of the reaction, with a such an excess is sufficient to maintain the required concentration of hydroxylamine during the reaction period, even after some of the hydroxylamine has decomposed, which may occur in the reaction medium To provide hydroxylamine per mole of uranium available in order to provide the one mole that is necessary for e a complete response is required. after the hydroxylamine lost through decomposition has been compensated. However, such a procedure has the disadvantage that it is costly in terms of hydroxylamine, and there is also a tendency that considerable amounts of NH 3 OHUF 5 are formed as a by-product in the precipitate.
Es wurde jedoch gefunden, daß die erforderliche Hydroxylaniinkonzentration aufrechterhalten werden kann, wobei erhebliche Mengen an HydroxylaminIt has been found, however, that the required concentration of hydroxylamine can be maintained can, taking significant amounts of hydroxylamine
ίο eingespart v/erden können und eine im wesentlichen vollständige Unterdrückung der Bildung von /(-NH4UF5 sowie von NH3OHUFj möglich ist, indem eine kleinere Anfangscharge an Hydroxylamin zugesetzt wird, worauf sich eine portionsweise Zugabeίο can be saved and an essentially complete suppression of the formation of / (- NH 4 UF 5 and NH 3 OHUFj is possible by adding a smaller initial charge of hydroxylamine, which is then added in portions
des Hydroxylamins anschließt. Die Anfangs/.ugabe sowie die darauffolgenden Zugaben werden derart einreguliert, daß eine Hydroxylaminkonzentration zwischen ungefähr 0,07 Mol und ungefähr 0,50 Mol pro Liter Lösung während der überwiegendenof the hydroxylamine connects. The initial / .ugabe as well as the subsequent additions are like this adjusted to have a hydroxylamine concentration between about 0.07 moles and about 0.50 moles per liter of solution during the predominant
NH4UF5-Ausfällungsperiode aufrechterhalten wird,
und zwar vorzugsweise so lange, bis wenigstens ungefähr 75% des Urans in Lösung als NH4UF5
ausgefällt worden sind. Hydroxylaminkonzentralioiicn unterhalb einer Konzentration von ungefähr 0,08 Mol
pro Liter haben die Bildung von /(-Kristallen zur Folge. Konzentrationen oberhalb ungefähr 0,50 Mol
pro Liter erzeugen NH3OHUF5 als Verunreinigung.
Diese letztere Verbindung ist, obwohl sie offensichtlich auf die Qualität des UF4-Pyrolyseproduktes
keine nachteilige Wirkung ausübt, unerwünscht, da sie bei der Pyrolyse Wasser liefert, welches einen
Teil des Urans in UO2 umwandelt, das bei der Fluoriorung
6 Fluoratome pro Molekül UO2 verbraucht und daher einen übermäßigen Fluorverbrauch während
der anschließenden Umwandlung in UF",, verursacht. Es wurde beispielsweise gefunden, daß diese
Konzentrationen durch Zugabe von insgesamt ungefähr I Mol bis zu ungefähr 1,10MoI Hydroxylamin
pro Mol Uran in der Lösung, zugesc'zt in 4 bis 6 getrennten, ungefähr gleichen Aliquots während
einer Reaktionszeitdauer bei einem chargenweise durchgeführten Verfahren von 15 bis 20 Minuten
oder durch ein einziges Aliquot von ungefähr 0,20 Mol Hydroxylamin pro Mol Uran in der Charge sowie
durch anschließende kontinuierliche oder unterbrochene Zugabe von Hydroxylamin in einer Menge,
die ungefähr gleich der Menge an verbrauchtem Hydroxylamin ist, aufrechterhalten werden können.
Zur Erzielung einer maximalen Reinheit des Produktes sollte die Hydroxylaminkonzentration oberhalb
der kritischen 0,07-Mol-Konzcntration während der gesamten Reaktionsdauer gehalten werden. Eine
derartige Arbeitsweise ist jedoch nicht nur im Hinblick auf das Hydroxylamin, sondern auch auf das
Uran kostspielig, da sie eine Unterbrechung der Reaktion erfordert, bevor das Hydroxylamin verbraucht
ist und bevor die Reaktion des Urans vor Beendigung der Ausnillungsperiodc beendet ist. Es
wurde gefunden, daß kristallines AmmoniumuranU V)-NH 4 UF 5 precipitation period is maintained, preferably until at least about 75% of the uranium in solution has been precipitated as NH 4 UF 5. Hydroxylamine concentrations below about 0.08 mol per liter result in the formation of / (- crystals. Concentrations above about 0.50 mol per liter produce NH 3 OHUF 5 as an impurity. This latter compound, although obviously due to the Quality of the UF 4 pyrolysis product has no adverse effect, undesirable because it provides water during pyrolysis, which converts part of the uranium into UO 2 , which consumes 6 fluorine atoms per molecule of UO 2 during fluorination and therefore excessive fluorine consumption during the subsequent process For example, it has been found that these concentrations can be achieved by adding a total of about 1 mol up to about 1.10 mol of hydroxylamine per mole of uranium in the solution, added in 4 to 6 separate, approximately equal aliquots during a reaction time for a batch process of 15 to 20 minutes or a single aliquot of vo n approximately 0.20 moles of hydroxylamine per mole of uranium in the feed and by subsequent continuous or intermittent addition of hydroxylamine in an amount approximately equal to the amount of hydroxylamine consumed can be maintained.
In order to achieve maximum purity of the product, the hydroxylamine concentration should be kept above the critical 0.07 mol concentration during the entire reaction period. However, such a procedure is costly not only for the hydroxylamine but also for the uranium, since it requires the reaction to be interrupted before the hydroxylamine is consumed and before the uranium reaction is complete before the end of the grooving period. It was found that crystalline ammonium uranium U V) -
fio penlafiuond mil entsprechend hohen Reinheiten (beispielsweise 99% und darüber) für eine Verwendung zur Herstellung von UF4 nach dein Fließbettverfahren erzeugt werden kann, wenn die kritische Konzentration an Hydroxylamin so lange aufrechterhaltenfio penlafiuond mil correspondingly high purities (for example 99% and above) for use in the production of UF 4 according to the fluidized bed process can be produced if the critical concentration of hydroxylamine is maintained for so long
(>5 wird, bis wenigstens ungefähr 75% der gesamten Ausfällung erfolgt sind. Die Zeitspanne außerhalb der spezifizierten Grenzen kann nicht nur die Endzeilspanne der Reaktionen, während welcher die(> 5 will be until at least about 75% of the total Precipitation have occurred. The time span outside the specified limits can not only include the end line span of the reactions during which the
Endmengen an NH3OH+ reagieren, umfassen, sondern auch das augenblickliche Abfallen der Konzentration unter den kritischen Wert wahrend der früheren Reaktionsperioden, wobei diese Zeitspanne offensichtlich nur eine geringe oder keine nachteilige Wirkung ausübt, sofern sie nicht übermäßig verlängert wird.Final amounts of NH 3 OH + react, but also the instantaneous drop in concentration below the critical value during the earlier reaction periods, which period of time obviously has little or no adverse effect unless extended excessively.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Bei jeder Methode können Teile des Filtrats oder das ganze Filtrat, das nach der Abtrennung des NH4UF5 erhalten wird, rezyklisiert werden, so daß die Kupfer- und Chlormengen, welche anfangs zugesetzt worden sind, nicht verlorengehen und außerdem der Verlust an Uran herabgesetzt wird. Ein derartiges Rezyklisieren kann so lange fortgesetzt werden, bis sich gefährlich werdende Verunreinigungen angesammelt haben, wobei zu einem derartigen Zeitpunkt das gesamte Filtrat verworfen werden kann oder in noch zweckmäßiger Weise Teile des Filtrats abgezweig't und verworfen werden können.The process according to the invention can be carried out batchwise or continuously. In either method, some or all of the filtrate obtained after separation of the NH 4 UF 5 can be recycled so that the copper and chlorine initially added are not lost and the loss of uranium is also reduced will. Such recycling can be continued until dangerous impurities have accumulated, at which point the entire filtrate can be discarded or parts of the filtrate can be branched off and discarded in an expedient manner.
Das Ammoniumuran(IV)-pentafluoridprodukt ist ein grünes kristallines Salz, dessen Rönlgenslrahlenbcugungsanalyse ergibt, daß es überwiegend in der kristallinen α-Form vorliegt. Dies zeigt sich aus starken Beugungspeaks bei den d-Werten von 8,4, 3,49, 3,03 und 2,13A, welche für das U-NH4UF5 charakteristisch sind (vgl. Inorganic Chemistry, 2, S. 799 bis 803 [1963] S. 802). Das erhaltene NH4UF5-SaIz zeigt gewöhnlich nur sehr schwache Beugungspeaks, wobei das vollständige Fehlen von derartigen Peaks bei den (/-Werten von 6,97, 4,01, 3,48, 3,24 und 2,02 Ä charakteristisch für das /(-NH4UF5 ist. Das Ammoniumimin(IV)-pcntaflucrid ist ferner frei von Verunreinigungen durch NH3OHUF5, sofern Hydroxylaminübcrschüssc, wie vorstehend erläutert, vermieden werden. Dies ergibt sich aus dem vollständigen Fehlen von Röntgcnstrahlcnbeugungspcaks bei (/-Werten von 7,68, 3,19, 2,42, 2,22, 2,11, 2,07 und 2,00 Ä, welche für NH3OHUF5 charakteristisch sind. Die Gesamtheit dcserfindungsgemäßcn NH4UF5 ist extrem hoch. Sie liegt gewöhnlich bei ungefähr 99,5% oder darüber, wie sich ans spcktOgraphischen Analysen ermitteln läßt. Außerdem liegen nur sehr geringe Mengen an schädlichen Verunreinigungen, insbesondere Natrium und Kalium, vor.The ammonium uranium (IV) pentafluoride product is a green crystalline salt which X-ray diffraction analysis indicates that it is predominantly in the crystalline α-form. This is shown by strong diffraction peaks at the d values of 8.4, 3.49, 3.03 and 2.13A, which are characteristic of the U-NH 4 UF 5 (cf. Inorganic Chemistry, 2, p. 799 to 803 [1963] p. 802). The NH 4 UF 5 salt obtained usually shows only very weak diffraction peaks, the complete absence of such peaks at the (/ values of 6.97, 4.01, 3.48, 3.24 and 2.02 Å being characteristic for the / (- NH 4 UF 5. The ammonium imine (IV) pentafluoride is also free from contamination by NH 3 OHUF 5 , provided that excess hydroxylamine, as explained above, is avoided. This results from the complete absence of X-ray diffraction packs in ( / Values of 7.68, 3.19, 2.42, 2.22, 2.11, 2.07 and 2.00 Å , which are characteristic of NH 3 OHUF 5. The totality of the invention is NH 4 UF 5 extremely high. It is usually about 99.5% or more as determined by spatiotemporal analysis, and there are very low levels of harmful impurities, particularly sodium and potassium.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die Tcilangaben beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf das Gewicht.The following examples illustrate the invention. The details relate, unless otherwise indicated on the weight.
H)Og eines Erzkonzcnlrats, das im wesentlichen aus Uranoxyden, hauptsächlich UO3, zusammen mit kleinen Mengen an Verunreinigungen, wie beispielsweise 3000 Teile Na, 200 Teile K, 40 Teile V und 300 Teile Mo pro I Million Teile Uran besteht und 78,5% U (äquivalent 78,5 g oder 0,33 Mol Uran als Metall) enthält, werden mit 250 ml Wasser in einem korrosionsbeständigen (mit Graphit imprägnierten) Gefäß aufgeschlämmt. Dieser Aufschlämmung werden unter Rühren 60 ml (67 g) einer wäßrigen 48%igen Fluorwasserstoffsäure, entsprechend 4,9 Mol HF pro Mol Uran in dem Erz, zugegeben. Das Rühren wird ungefähr 10 Minuten lang fortgesetzt, bis das Erzkonzentrat im wesentlichen vollständig gelöst ist. Auf diese Weise wird eine Uranylsalzlösung gebildet, die hauptsächlich UO2F2 enthält, wobei überschüssiges gelöstes HF zusammen mit den vorstehend angegebenen Verunreinigungen vorliegt.H) Og of an ore concentrate consisting essentially of uranium oxides, mainly UO 3 , together with small amounts of impurities such as 3000 parts of Na, 200 parts of K, 40 parts of V and 300 parts of Mo per million parts of uranium, and 78.5 % U (equivalent to 78.5 g or 0.33 mol of uranium as metal) are slurried with 250 ml of water in a corrosion-resistant (graphite-impregnated) vessel. To this slurry are added 60 ml (67 g) of an aqueous 48% strength hydrofluoric acid, corresponding to 4.9 moles of HF per mole of uranium in the ore, with stirring. Stirring is continued for approximately 10 minutes until the ore concentrate is essentially completely dissolved. In this way a uranyl salt solution is formed which contains mainly UO 2 F 2 , with excess dissolved HF being present along with the impurities noted above.
Zu der vorstehend beschriebenen Lösung werden 4 g CuSO^ · 5H2O und anschließend 5 ml einer 37%igen HCl gegeben, wodurch eine Lösung erzeugt wird, die ungefähr 3 g Cu pro Liter enthält, wobei das Molverhältnis HCl/Cu ungefähr 4 beträgt. Dann werden 12 g Ammoniumfluorid, entsprechend ungefähr 1 Mol NH4F pro Mol Uran, der Lösung zugesetzt. To the solution described above, 4 g of CuSO ^. 5H 2 O and then 5 ml of 37% HCl are added, producing a solution containing approximately 3 g of Cu per liter, the HCl / Cu molar ratio being approximately 4. Then 12 g of ammonium fluoride, corresponding to approximately 1 mole of NH 4 F per mole of uranium, are added to the solution.
Die auf diese Weise erzeugte Mischung wird anschließend auf 1000C erhitzt, worauf portionsweise insgesamt 225 ml (entspricht 270 g) einer wäßrigen Lösung aus Hydroxylaminsulfat, Ammoniumsulfat und Ammoniumbisulfat, die aus ungefähr J 7 Gewichtsprozent Hydroxylaminsulfal (NH3OH · HSO4) und 18 Gewichtsprozent Ammoniumsulfat ([NH4]2SO4), entsprechend 12 g oder 0,35 Mol NH3OH+ (1,06 Mol NH3OH pro Mol Uran in der Lösung), besteht, zugesetzt wird. Die Hydroxylaminlösung wurde vorher auf 100" C erhitzt und wird in vier getrennten Portionen von 100, 65, 40 und 20 ml in 3,5-Minuten-Intervallen zugesetzt. Auf diese Weise wird eine Konzentration von wenigstens ungefähr 0,07 Mol pro Liter NH3OH+ in der Lösung während dei Ausfällung von 86,5% des Urans aufrechterhalter (vgl. die nachfolgende Tabelle 1). Nach der erster Zugabe erfolgt die Reaktion schnell, wodurch eini Ausfällung von kristallinem NH4UF5 und ein Ver brauch an Hydroxylamin gemäß der Gleichung The mixture produced in this way is then heated to 100 ° C., whereupon a total of 225 ml (corresponds to 270 g) of an aqueous solution of hydroxylamine sulfate, ammonium sulfate and ammonium bisulfate, which consists of approximately 7 percent by weight of hydroxylamine sulfal (NH 3 OH HSO 4 ) and 18 percent by weight of ammonium sulfate ([NH 4 ] 2 SO 4 ), corresponding to 12 g or 0.35 mol of NH 3 OH + (1.06 mol of NH 3 OH per mol of uranium in the solution), is added. The hydroxylamine solution has been previously heated to 100 "C and is added in four separate portions of 100, 65, 40 and 20 ml at 3.5 minute intervals. In this way a concentration of at least about 0.07 mol per liter of NH is obtained 3 OH + in the solution during the precipitation of 86.5% of the uranium (see Table 1 below) After the first addition, the reaction is rapid, resulting in precipitation of crystalline NH 4 UF 5 and consumption of hydroxylamine according to the equation
UO2F2 + 2HF + NH4F + NH3OH' Cu'UO 2 F 2 + 2HF + NH 4 F + NH 3 OH 'Cu'
NH4UF5 NH 4 UF 5
1/2N2O1 / 2N 2 O erhe
+ 2 -1/2H2O + H4 + 2 -1 / 2H 2 O + H 4
verursacht wird.caused.
Die erste Zugabe von HK) ml der Hydroxylamin' lösung erzeugt eine Aufnngskonzenlrulion von NH3OIP von ungefähr 0,34 Mol/l, wobei diese (15 Konzentralion wUhrond der 3,4-Minutcn-Pcriode vi der nächsten Zugabe auf ungefähr 0,09 Mol/l sinl Nuch der zweiten Zugabe (65 ml) steigt die Ko zcntrution un NH3OH+ momentan auf 0,28 Mo The first addition of HK) ml of the hydroxylamine solution produces an absorption concentration of NH 3 OIP of approximately 0.34 mol / l, this (15 concentration during the 3.4-minute period during the next addition to approximately 0.09 Mol / l sinl After the second addition (65 ml) the concentration in NH 3 OH + increases momentarily to 0.28 Mo
109635/2109635/2
an und sinkt dann auf ungefähr 0,08 Mol/l während der nächsten 3,5 Minuten. Nach der dritten Zugabe (40 ml) steigt die NH3OH +-Konzentration momentan auf 0,19 Mol/l an und fällt dann in 3,5 Minuten erneut auf ungefähr 0,08 Mol/l. Die letzte Zugabeand then drops to about 0.08 mol / L over the next 3.5 minutes. After the third addition (40 ml) the NH 3 OH + concentration increases momentarily to 0.19 mol / l and then falls again to approximately 0.08 mol / l in 3.5 minutes. The last encore
von 20 ml bringt die Konzentration an NH3OH + momentan auf 0,13 Mol/i, wobei diese Konzentration allmählich während der nächsten 5 bis 10 Minuten auf 0 abfällt. Das Fortschreiten der Reaktion geht aus der nachfolgenden Tabelle 1 hervor.of 20 ml brings the concentration of NH 3 OH + momentarily to 0.13 mol / l, this concentration gradually falling to 0 over the next 5 to 10 minutes. The progress of the reaction is shown in Table 1 below.
ZugabeEncore
1.
2.
3.
4.1.
2.
3.
4th
GesamtmolTotal mole
Mol NH3OH +
pro Mo! UMoles of NH 3 OH +
per Mon! U
0,472
0,306
0,188
0,094
1,060.472
0.306
0.188
0.094
1.06
Zeit in MinutenTime in minutes
3,2 bis 3,53.2 to 3.5
3,5 bis 7,03.5 to 7.0
7,0 bis 10,57.0 to 10.5
10,5 bis 11,210.5 to 11.2
11,2 bis 16,0 NH3OIl ^Konzentration11.2 to 16.0 NH 3 OIl ^ concentration
Mol/iMoles / i
0,34 bis 0,09
0,28 bis 0,08
0,19 bis 0,08
0,13 bis 0,10
0.100 bis 000.34 to 0.09
0.28 to 0.08
0.19 to 0.08
0.13 to 0.10
0.100 to 00
% Umwandlung in% Conversion to
NH4UF5 nach AblaufNH 4 UF 5 after expiry
der Zeitspannethe time span
34,3
63,5
84,0
86,5
100,034.3
63.5
84.0
86.5
100.0
Der erhaltene grüne kristalline Niederschlag wird von der Mutterlauge durch Filtration abgetrennt, wobei eine Flüssigkeit anfällt, die 80 ppm Uran, bezogen auf das Metall, enthält. Dies entspricht einer Ausbeute von ungefähr 99,95%, bezogen auf das Uran in dem Erzkonzentrat. Das kristalline NH4UF5-Produkt wird bei 120° C getrocknet und analysiert. Eine spektrographische Analyse ergibt eine Reinheit von 99,8%, wobei die Abtrennung der Elemente Na, K, V und Mo, welche zu Anfang in dem Erzkonzentrat vorhanden waren, wie folgt ist:The green crystalline precipitate obtained is separated off from the mother liquor by filtration, a liquid being obtained which contains 80 ppm of uranium, based on the metal. This corresponds to a yield of approximately 99.95% based on the uranium in the ore concentrate. The crystalline NH 4 UF 5 product is dried at 120 ° C. and analyzed. A spectrographic analysis shows a purity of 99.8%, the separation of the elements Na, K, V and Mo, which were initially present in the ore concentrate, is as follows:
3535
,[Konzentration in Teilen pro 1 Million Teile U Erzkonzentrat [ NHtUFj-Produkt, [Concentration in parts per million parts of U ore concentrate [NH t UFj product
'3000'3000
200200
300300
300
80300
80
4
104th
10
4040
4545
Eine Analyse des NH4UF5 durch Röntgenstrahlenbeugung zeigt, daß seine Kristallform im wesentlichen aus der α-Struktur besteht, da sein Muster starke Beugungspeaks bei den d-Werten 8,4, 3,49, 3,03 und 2,13 A zeigt, welche charakteristisch für U-NH4UF5 so sind, während nur schwache Peaks bei den d-Werten 6,97, 4,01, 3,48, 3,24 und 2,02 A auftreten, welche charakteristisch für die 0-Form sind. Außerdem werden keine Beugungspeaks bei den d·Werten 7,68, 3,19, 2,42, 2,22, 2,11, 2,07 und 2,00 A, welche für die Verbindung NH3OHUF, charakteristisch sind, festgestellt. An analysis of the NH 4 UF 5 by X-ray diffraction shows that its crystal form consists essentially of the α structure since its pattern shows strong diffraction peaks at d-values of 8.4, 3.49, 3.03 and 2.13 Å , which are characteristic of U-NH 4 UF 5 so, while only weak peaks occur at the d- values 6.97, 4.01, 3.48, 3.24 and 2.02 A, which are characteristic of the 0- Shape are. In addition, no diffraction peaks at the d · values 7.68, 3.19, 2.42, 2.22, 2.11, 2.07 and 2.00 Å, which are characteristic of the compound NH 3 OHUF, are found .
606 g eines zusammengesetzten Erzkonzentrats der gleichen Art, wie es im Beispiel 1 beschrieben wird, dai 74,9VeU (entsprechend 454 g oder 1,91 Mol Uran in Form von Metall) enthält, werden mit 1,41 Waiter in einem 3,8-1-Gefaß aufgeschlämmt. Dieser Aufschlämmung werden unter Rühren 392 g einer 6s wäßrigen 48%igen Fluorwasserstoffsäure, entsprechend 4,9 Mol HF pro Mol Uran in dem Herz, zu· 606 g of a composite ore concentrate of the same kind as described in Example 1, dai 74,9VeU (corresponding to 454 g or 1.91 mole of uranium in the form of metal) which are at 1.41 Waiter in a 3,8- 1-vessel slurried. With stirring, 392 g of a 6s aqueous 48% hydrofluoric acid, corresponding to 4.9 moles of HF per mole of uranium in the heart, are added to this slurry with stirring.
etzt. Dai RUhren wird ungefähr IO Minuten fortgesetzt, bis das Erzkonzentrat im wesentlichen vollständig gelöst ist. Auf diese Weise werden ungefähr 1,71 einer Uranylsalzlösung gebildet, die hauptsächlich UO2F2 und einen Überschuß an gelöstem HF zusammen mit kleineren Mengen an Verunreinigungen, die mit dem Uran in dem Erzkonzentrat vorliegen, enthält. now. The stirring is continued for about 10 minutes until the ore concentrate is essentially completely dissolved. In this manner, approximately 1.71 of a uranyl salt solution is formed which contains primarily UO 2 F 2 and an excess of dissolved HF along with minor amounts of impurities that are present with the uranium in the ore concentrate.
Der vorstehend beschriebenen Lösung werden 19 g CuSO4-SH2O und anschließend 33 ml einer 37%igen Chlorwasscrstoffsäure zugesetzt, wodurch eine Lösung erhalten wird, die ungefähr 3 g Cu pro Liter enthält. Das Molverhältnis HCl/Cu beträgt ungefähr 5. Dann werden 70 g Ammoniumfiuorid, entsprechend 1 Mol MH4F pro Mol Uran, der .Lösung zugesetzt.To the solution described above, 19 g of CuSO 4 -SH 2 O and then 33 ml of 37% hydrochloric acid are added, whereby a solution is obtained which contains approximately 3 g of Cu per liter. The molar ratio of HCl / Cu is approximately 5. Then 70 g of ammonium fluoride, corresponding to 1 mol of MH 4 F per mol of uranium, are added to the solution.
Die auf diese Weise erzeugte Mischung wird anschließend auf 100" C erhitzt. Dann werden portionsweise insgesamt 500 ml einer Flüssigkeit zugesetzt die 25,1% (NH3OH)2SO4 und 26,8% (NHJ2SO4 bezogen auf das Gewicht, enthält. Diese Mengt entspricht 70 g oder 2,06 MoINH3OH+ (d. h. 1,08 Mo' NH3OH+ pro Mol Uran). Die Flüssigkeit wird vorher auf 1000C erhitzt und in fünf getrennten Portioncr zugesetzt, d.h. in fünf 100-ml-Portionen zu Begini und alle 3 Minuten zugesetzt, bis die Gesamtzugabt von 500 ml erfolgt ist. Nach der ersten Zugabe erfolg schnell die Reaktion, wodurch die Ausfällung vor kristallinem NH4UF5 und ein Verbrauch an Hydroxyl amin bewirkt wird.The mixture produced in this way is then heated to 100 ° C. A total of 500 ml of a liquid is then added in portions, containing 25.1% (NH 3 OH) 2 SO 4 and 26.8% ( NH 2 SO 4 based on weight containing. These mixes corresponding to 70 g or 2.06 MoINH 3 OH + (ie 1.08 Mo 'NH 3 OH + per mole of uranium). The liquid is pre-heated to 100 0 C and added in five separate Portioncr, ie in five 100 ml portions to Begini and added every 3 minutes until the total addition of 500 ml is made. After the first addition, the reaction occurs quickly, causing precipitation of crystalline NH 4 UF 5 and consumption of hydroxylamine.
' Die erste Zugabe von 100 ml der Hydroxylamin flüssigkeit erzeugt eine Anfangskonzentration vor ungefähr 0,23 Mol/l NH3OH + , während die folgen den Zugaben etwas kleinere momentane Erhöhungei der NHjOH +-Konzentration infolge der Verdün nung durch die HydroxylaminflUssigkeit selbst zu Folge haben, so daß nach der fünften und der letztci Zugabe der momentane Anstieg ungefähr 0,18 Mol/ betrügt. Während jeder 3-Minuten-Periode fällt di NH3OH +-Konzentration auf einen Bruchteil de zu Beginn dieser Zeitspannen' vorliegenden Kon zenlration ab, wobei der Bruchteil in Ubereinstim mung mit der Kinetik der vorstehend angegebene) Reaktion steht, die proportional der UO2F2-Konzen (ration schwankt. The first addition of 100 ml of the hydroxylamine liquid produces an initial concentration of about 0.23 mol / l NH 3 OH + , while the following additions result in slightly smaller momentary increases in the NHjOH + concentration due to the dilution by the hydroxylamine liquid itself so that after the fifth and last addition the instantaneous increase is about 0.18 mol /. During each 3-minute period, the NH 3 OH + concentration falls to a fraction of the concentration present at the beginning of these periods of time, the fraction being in accordance with the kinetics of the above reaction , which is proportional to the UO 2 F 2 concentration fluctuates.
Die ungefähre NH3OH +-Konzentration wahrem der fünf FlUssigkeitazugaben sind wie folgt:The approximate NH 3 OH + concentration true of the five FlUssigkeitazugaben are as follows:
Mol/lHydroxylamine Concentration
Minor
NH4UF5 nach Ablauf% Conversion to
NH 4 UF 5 after expiry
NH1OH+ pro MoI UClogged mole
NH 1 OH + per MoI U
Aus der Tabelle III ist zu ersehen, daß von dem insgesamt fast 100%igen Umsatz über 90% dann erreicht werden, wenn die Hydroxylaminkonzention oberhalb 0,07 Mol pro Liter liegt, während weniger als 10% der Umwandlung bei Konzentrationen unterhalb 0,07 Mol pro Liter nach Beendigung der Reaktion stattfinden.From Table III it can be seen that of the total of almost 100% conversion over 90% then can be achieved when the hydroxylamine concentration is above 0.07 mol per liter, while less than 10% of conversion at concentrations below 0.07 moles per liter after completion the reaction take place.
Der erhaltene grüne kristalline Niederschlag wird von der Mutterlauge durch Filtration abgetrennt, wobei eine Flüssigkeit erhalten wird, die ungefähr 50 Teile pro 1 Million Teile Uran, bezogen auf das Metall, enthält. Dies entspricht einer Ausbeute von 99,8% des in dem Erzkonzentrat enthaltenen Urans. Das kristalline NH4UF5-Produkt wird bei 1200C getrocknet (dabei werden 667 g = 1,90 Mol erhalten) und analysiert. Eine spektrographische Analyse zeigt eine Reinheit von 99,8%. Die Elemente Na, K sowie andere Elemente, die in dem Erzkonzentrai: bzw. in dem Endprodukt vorhanden sind, liegen in folgenden Mengen vor:The resulting green crystalline precipitate is separated from the mother liquor by filtration to give a liquid containing approximately 50 parts per million parts of uranium on a metal basis. This corresponds to a yield of 99.8% of the uranium contained in the ore concentrate. The crystalline NH 4 UF 5 product is dried at 120 ° C. (667 g = 1.90 mol are obtained) and analyzed. Spectrographic analysis shows a purity of 99.8%. The elements Na, K and other elements that are present in the ore concentration or in the end product are present in the following quantities:
dem zusammen
gesetzten Erz,
Teile pro 1 Million
Teile UContamination in
that together
set ore,
Parts per million
Parts U
in dem
NH..UF,-Produkt,
Teile pro I Million
Teile Upollution
by doing
NH..UF, product,
Parts per million
Parts U
Aus der vorstehenden Tabelle IV ist zu ersehen, daß das in der η-Form auskristallisierte NH4UF5 nur sehr wenig Verunreinigungen enthalt und die in dem ursprünglichen Materinl enthaltenen Ver- *5 unrcinigungen weitgehend bei der Umwandlung des Uranylsalzes in das a-Arnmomumuran(lV)-pentafluorid ausgeschaltet werden.From the above table IV it can be seen that the NH 4 UF 5 crystallized out in the η-form contains only very few impurities and the impurities contained in the original material are largely in the conversion of the uranyl salt into the a-ammomumuran ( IV) pentafluoride must be switched off.
Die Analyse des NH4UF5 durch Röntgenstrahlenbeugung ergibt, daß seine Kristallform im wesentlichen aus der α-Struktur besteht, da sein Muster starke Beugungspeaks bei den tf-Werten 8,4, 3,49, 3,03 und 2,13 Ä, die für das a-NH4UF5 charakteristisch sind, zeigt, während nur schwache Peaks bei den d-Werten 6,97, 4,01, 3,48, 3,24 und 2,02 A, welche Tür die /J-Form charakteristisch sind, festgestellt werden. Außerdem treten keine Beugungspeaks bei den d-Werten 7,68, 3,19, 2,42, 2,22, 2,11, 2,07 und 2,00 auf. Diese Werte sind charakteristisch für die Verbindung NH3OHUF5.Analysis of the NH 4 UF 5 by X-ray diffraction shows that its crystal form consists essentially of the α structure, since its pattern has strong diffraction peaks at the tf values of 8.4, 3.49, 3.03 and 2.13 Å, which are characteristic of the a-NH 4 UF 5 shows, while only weak peaks at the d values 6.97, 4.01, 3.48, 3.24 and 2.02 A, which door the / J- Shape are characteristic. In addition, there are no diffraction peaks at d-values of 7.68, 3.19, 2.42, 2.22, 2.11, 2.07 and 2.00. These values are characteristic of the compound NH 3 OHUF 5 .
100 g eines Uranerzkonzentrats, das dem im Beispiel 1 beschriebenen Erz ähnelt und 73,8% U (entsprechend 73,8 g oder 0,31 Mol Uran als Metall) enthält, werden mit 200 ml Wasser in einem korrosionsbeständigen l-l-»Karbate«-Gefäß (mit Graphit imprägniert) aufgeschlämmt. Dieser Aufschlämmung werden unter Rühren 55 ml (entsprechend 62 g) einer wäßrigen 48%igen HF-Lösung, die 29,8 g HF entsprechend 4,8 Mol HF pro Mol Uran in dem Erz enthält, zugesetzt. Das Rühren wird ungefähr 10 Minuten fortgeführt, bis das Erzkonzentrat im wesentlichen vollständig aufgelöst ist. Auf diese Weise wird eine Uranylsalzlösung erhalten, die hauptsächlich UO2F2 mit einem Überschuß an gelöstem HF zusammen mit kleineren Mengen Verunreinigungen, die mit dem Uran in dem Erzkonzentrat vorliegen, enthält.100 g of a uranium ore concentrate, which is similar to the ore described in Example 1 and contains 73.8% U (corresponding to 73.8 g or 0.31 mol of uranium as metal), are mixed with 200 ml of water in a corrosion-resistant ll- »carbate« - Vessel (impregnated with graphite) slurried. 55 ml (corresponding to 62 g) of an aqueous 48% HF solution containing 29.8 g of HF corresponding to 4.8 mol of HF per mol of uranium in the ore are added to this slurry with stirring. Stirring is continued for approximately 10 minutes until the ore concentrate is essentially completely dissolved. In this way a uranyl salt solution is obtained which mainly contains UO 2 F 2 with an excess of dissolved HF together with minor amounts of impurities which are present with the uranium in the ore concentrate.
Der vorstehend beschriebenen Lösung werden 3 g Kupfersulfatpentahydrat (CuSO4 5H2O) und anschließend 4 ml einer 37%igen HCl-Lösung zugesetzt. Auf diese Weise wird eine Lösung erhalten, die ungefähr 2,5 g Cu pro Liter enthält, wobei das Molverhältnis HCl/Cu ungefähr 4 betragt. Dann werden 12 g Ammoniumfluorid, entsprechend 1 Mo NH4F pro Mol Uran, der Lösung zugesetzt. 3 g of copper sulfate pentahydrate (CuSO 4 5H 2 O) and then 4 ml of a 37% HCl solution are added to the solution described above. In this way a solution is obtained which contains about 2.5 g Cu per liter, the molar ratio HCl / Cu amounts to about. 4 Then 12 g of ammonium fluoride, corresponding to 1 Mo NH 4 F per mole of uranium, are added to the solution.
Die auf diese Weise erzeugte Mischung wird an schließend auf 100° C erhitzt, worauf insgesamt 23 | Acctoxim, (CH3)2CNOH entsprechend 10,5 g ode 0,31 Mo! Hydroxylamin (d.h. 1,00MoI Hydroxyl am in pro Mol Uran) in getrennten Portionen zu gesetzt werden. Die Zugabe der Portionen erfolg hinsichtlich des Gewichts sowie der Häufigkeit derer daß eine Konzentration von ungefähr 0,07 Mc NH3OH+ pro Liter der Lösung aufrechterhalte wird, bis 91% des Urans in der Lösung zu NlLUF umgewandelt worden sind. In spezifischer Weil wird das Acetoxitn in acht Portionen von ungefUh 3-g- Portionen jeweils in Abständen von 2 Minute The mixture produced in this way is then heated to 100 ° C , whereupon a total of 23 | Acctoxime, (CH 3 ) 2 CNOH corresponding to 10.5 g or 0.31 Mo! Hydroxylamine (ie 1.00 mol of hydroxyl am in per mole of uranium) can be added in separate portions . The portions are added in terms of weight and the frequency with which a concentration of approximately 0.07 McNH 3 OH + per liter of solution is maintained until 91% of the uranium in the solution has been converted to NILUF. Specifically , the Acetoxitn is served in eight portions of approximately 3 g portions, each at 2 minute intervals
so lange zugesetzt, bis der Gesamtzusatz von 23 g erfolgt ist. Die Reaktion erfolgt schnell nach der ersten Zugabe des Acetoxims. wodurch eine Ausfällung von kristallinem NH4L1F-", und ein Verbrauch an Hydroxylamin bewirkt wird.added until the total addition of 23 g has been made. The reaction occurs quickly after the first addition of the acetoxime. thereby causing precipitation of crystalline NH 4 L 1 F- "and consumption of hydroxylamine.
Die anfängliche Zugabe von 3 g Acetoxim erzeugt eine momentane Konzentration von ungefähr 0.15 Mol pro Liter Hydroxylamin, während jede weitere Zugabe die Hydroxylaminkonzentration um ungefähr 0.15MoII erhöht. Während jeder 2-Minuten-Zcitspanne wird die Konzentration auf einen Bruchteil der zu Beginn der einzelnen Zeitspannen vorhandenen Konzentrationen herabgesetzt, wobei die Herabsetzung der Kinetik der Reaktion (!) entspricht, die proportional der UO2F:-Konzentration variiert. Die ungefähren NH,OH ''-Konzentrationen während der acht Acetoximzugabcn gehen aus der Tabelle V hervor:The initial addition of 3 g of acetoxime produces an instantaneous concentration of approximately 0.15 mol per liter of hydroxylamine, while each subsequent addition increases the hydroxylamine concentration by approximately 0.15 mol. During each 2-minute period, the concentration is reduced to a fraction of the concentrations present at the beginning of the individual periods, the reduction in kinetics corresponding to the reaction (!), Which varies proportionally to the UO 2 F : concentration. The approximate NH, OH '' concentrations during the eight acetoxime additions are given in Table V:
ZugabeEncore
1.1.
3.
4.
5.
6.
7.
8.3.
4th
5.
6th
7th
8th.
Mol NH3(JH" pro Mol UMoles of NH 3 (JH "per mole of U
0,1305 0,1305
0.1-305 0,1305 0,1305 0.1305
0,1305 0,0865 Hyclroxyluminkon/cnU'iilion
Mol/l0.1305 0.1305 0.1-305 0.1305 0.1305 0.1305 0.1305 0.0865 Hyclroxyluminkon / cnU'ilion
Minor
0,15 bis 0.05
0,20 bis 0.07
0.22 bis 0,09
0,24 bis 0,11
0,26 bis 0.13
0,28 bis 0.15
0,30 bis 0.18
0.28 bis 0,10
0,10 bis 000.15 to 0.05
0.20 to 0.07
0.22 to 0.09
0.24 to 0.11
0.26 to 0.13
0.28 to 0.15
0.30 to 0.18
0.28 to 0.10
0.10 to 00
% Umwandlung in
I4UI7; nach Ablauf der
Zeitspanne% Conversion to
I 4 UI 7 ; after the time has elapsed
10.0
20.5
33,6
42,0
52,4
63,5
73,3
87,2
100,010.0
20.5
33.6
42.0
52.4
63.5
73.3
87.2
100.0
Der erhaltene grüne kristalline Niederschlag wird von der Mutterlauge durch-Filtration abgetrennt, wobei eine Flüssigkeit erhallen wird, die 50 Teile pro 1 Million Teile Uran, ausgedrückt als Metall, enthalt. Dies entspricht einer Ausbeute von 99,98% des in dem Erzkonzentrat enthaltenen Urans. Das kristalline NH4UF<-Produkt wird bei 120"C getrocknet und analysiert, Line spcktrographische Analyse ergibt eine Reinheit von 99,8%, wobei man feststellt, daß die als Verunreinigungen vorhanden gewesenen Elemente Na, K, V und Mo, wie aus der folgenden Tabelle VI hervorgeht, weitgehend abgetrennt worden sind In der Tabelle sind die Konzentrationen dieser Elemente in dem Erzkonzentrat sowie in dem Endprodukt angegeben.The green crystalline precipitate obtained is separated from the mother liquor by filtration, yielding a liquid containing 50 parts per million parts of uranium in terms of metal. This corresponds to a yield of 99.98% of the uranium contained in the ore concentrate. The crystalline NH 4 UF <product is dried at 120 "C and analyzed. Line spectrographic analysis shows a purity of 99.8%, whereby it is found that the elements Na, K, V and Mo, which were present as impurities, are as stated Table VI below shows that the concentrations of these elements in the ore concentrate and in the end product are given in the table.
ErzkonzentratOre concentrate
Die Analyse des NH4UF5 durch Rönlgenstrahlcnbcugung ergibt, daß seine Kristallform im wesentlichen aus der α-Struktur besteht, du sein Muster starke Bcugungspcaks bei den ii-Werten 8,4, 3,49, 3,03 und 2,13 A zeigt, die charakteristisch für W-NH4UFj sind. Es werden nur schwache Peaks bei den rf-Werten 6,97,4,01,3,48,3,24 und 2,02 A, welche für die /I-Form charakteristisch sind, festgestellt. Außerdem werden keine Bcugungspcaks bei den d-Werten 7,68, 3,19, 2,42, 2,22, 2,11, 2,07 und 2,00 festgestellt. Diese Werte sind charakteristisch für die Verbindung NH3OH UF5.The analysis of the NH 4 UF 5 by X-ray diffraction shows that its crystal form consists essentially of the α structure, and that its pattern shows strong diffraction packets at the ii values of 8.4, 3.49, 3.03 and 2.13 A. which are characteristic of W-NH 4 UFj. Only weak peaks are found at the rf values 6.97.4.01.3.48.3.24 and 2.02 A, which are characteristic of the / I form. In addition, no diffraction packs were found at the d-values 7.68, 3.19, 2.42, 2.22, 2.11, 2.07 and 2.00 . These values are characteristic of the compound NH 3 OH UF 5 .
Zwei 100-g-Portionen eines Erzkonzentrais mit hohem Natrium- und Uranoxydgchalt. die 66,5% Uran und 3,0% Natrium (30000 Teile pro 1 Million Teile U) zusammen mit anderen geringeren Mengen an Verunreinigungen, wie beispielsweise 0,3% KTwo 100 g servings of an ore concentrate with high sodium and uranium oxide content. the 66.5% uranium and 3.0% sodium (30,000 parts per 1 million Parts U) along with other minor amounts of impurities such as 0.3% K
(3000 ppm), enthalten, werden getrennt in Wasser und einem Überschuß HF in den in den vorherigen Beispielen 1 bis 3 angegebenen Mengen aufgeschlämmt. Den erhaltenen, im wesentlichen klaren Lösungen, die hauptsächlich UO2F, mit überschüssi-(3000 ppm), are suspended separately in water and an excess of HF in the amounts specified in the previous Examples 1 to 3. The essentially clear solutions obtained, mainly UO 2 F, with excess
gern gelöstem HF enthalten, werden 4 g CuSO4-5H2O, 5 ml einer 37%igcn Chlorwasscrstoffsäure und 12 g NH4F zugesetzt.If they contain dissolved HF, 4 g of CuSO 4 -5H 2 O, 5 ml of 37% hydrochloric acid and 12 g of NH 4 F are added.
Jeder der auf diese Weise gebildeten zwei identischen Lösungen wird eine wäßrige Lösung vonEach of the two identical solutions thus formed becomes an aqueous solution of
Hydroxylamin und Ammoniumsulfat und -bisuirat (vgl. Beispiel 1) zugesetzt, jedoch nach Methoden, die von der im Beispiel 1 beschriebenen Methode verschieden sind:Hydroxylamine and ammonium sulfate and bisuirate (see Example 1) added, but according to methods which differ from the method described in example 1:
A. Der ersten Lösung werden 500 ml der Hydroxyl aminlösung auf einmal in einer einzigen Chargi (entsprechend ungefähr 2.20 MoI1NHjOH+ pn Mol Uran) zugesetzt, worauf die Mischung au KX)0C erhitzt und auf dieser Temperatur insA. 500 ml of the hydroxyl amine solution are added to the first solution at once in a single charge (corresponding to about 2.20 mol 1 NHjOH + pn mol uranium), whereupon the mixture is heated to 0 C and at this temperature ins
gesamt 20 Minuten lang gehalten wird. Währcnc dieser Zeit wird die Hydroxylaminkonzcntratior immer im wesentlichen oberhalb 0,07 Mol pn Liter gehalten, und zwar zwischen 0,90 Mo pro Liter unmittelbar nach der Zugabc de einzigen Charge bis herab zu 0,17MoI nacl 8.5 Minuten. Zu diesem Zeitpunkt ist praktiscl das ganze Uran in der Lösung in NH4UF umgewandelt.held for a total of 20 minutes. During this time the hydroxylamine concentration is always kept essentially above 0.07 mol pn liter, namely between 0.90 mol per liter immediately after the addition of the single batch down to 0.17 mol after 8.5 minutes. At this point practically all of the uranium in the solution has been converted to NH 4 UF.
B. Der zweiten lösung werden insgesamt 250 m der Hydroxylaminlosung (entsprechend 1.05 Mc NHjOH* pro Mol Uran) bei KXVC in Horn eines kontinuierlichen Stroms mit einer Flicli geschwindigkeit von ungefähr 12.5 ml pro MiB. The second solution is a total of 250 m of the hydroxylamine solution (corresponding to 1.05 Mc NHjOH * per mole of uranium) at KXVC in Horn of a continuous stream with a Flicli speed of about 12.5 ml per Wed
(>o(> o
<>s<> s
nulü wiihrend einer ZeiUpunne von 20 Minuten zugcsclzl. Nach Beendigung dieser Zeitspanne isl praktisch das ganze Uran in der Lösung zu NH4IJr5 umgewandelt. Wiihrend der gesamten Zeitspanne isl die Konzentration des Hydroxyliimins in der Lösung immer erheblieh niedriger als 0,07 Mol pro Liier, und zwar schwankt sie von weniger als ungefähr 0,01 Mol pro Liter bis ungefähr 0,027 Mol pro Liier.zero for a period of 20 minutes. At the end of this period, practically all of the uranium in the solution is converted to NH 4 IJr 5 . Throughout the period, the concentration of the hydroxyl imine in the solution is always significantly less than 0.07 mole per line, and varies from less than about 0.01 mole per liter to about 0.027 mole per line.
Das Fortschreiten der Reaktionen geht aus den Tabellen VlI-A und VIl-B hervor.The progress of the reactions is shown in Tables VI-A and VIl-B .
Tabelle VlI-ATable VI-A
pro Mol IJper mole of IJ
Mol/lMinor
NH4UP9 nach BeendigungNH 4 UP 9 after completion
der Zeilspannethe time span
Tabelle VIl-BTable VIl-B
pro Mol Uper mole of U
Mol/lMinor
NH4UF3 nach BeendigungNH 4 UF 3 after completion
der Zeitspannethe time span
Die erhaltenen grünen kristallinen Niederschläge werden von ihren entsprechenden Mutterlaugen durch Filtration abgetrennt, wobei Flüssigkeiten anfallen, die in beiden Fällen 50 ppm oder weniger Uran (als U) enthalten. Dies entspricht Ausbeuten von mehr als 99,95%, bezogen auf das Uran in dem Erzkonzentral. Die Produkte besitzen in beiden Fällen ein ähnliches physikalisches Aussehen und lassen sich in gleicher Weise leicht filtrieren.The green crystalline precipitates obtained are carried by their corresponding mother liquors Filtration separated, whereby liquids are obtained, which in both cases 50 ppm or less uranium (as U) included. This corresponds to yields of more than 99.95%, based on the uranium in the ore concentrate. The products have a similar physical appearance and appearance in both cases filter easily in the same way.
Die kristallinen NH4UF5-Produkte werden bei 120 C getrocknet und analysiert.The crystalline NH 4 UF 5 products are dried at 120.degree. C. and analyzed.
Die Rönlgenstrahlenheugungsanalysen ergeben, wie die nachsiehenden Ausführungen zeigen werden, erhebliche Unterschiede hinsichtlich der Kristallform:The X-ray diffraction analyzes show how the following explanations will show considerable differences in terms of the crystal shape:
RöntgenslrahlenbiMigungsanaljseX-ray imaging analysis
Das Produkt A beswhl hauptsächlich aus (!-NH4UFs mil erheblichen Mengen an NH1OIH)I',, (20 bis 40"'ii). wie aus den starken Bnigungspcaks bei den d-Werten 8,4, 2,49, 3,03 und 2,13 A hervorgeht. Diese Werte sind charakteristisch für U-NH4UF5. Es werden etwas schwächere Peaks bei d-Werten von 7,68, 3,19, 2,42, 2,22, 2,11, 2,07 und 2,00 Ä feslgestellt. Diese Werte sind charakteristisch für die Verbindung NH3OHUF5. Keine Peaks werden bei d-WertenThe product A was chosen mainly from (! -NH 4 UFs with considerable amounts of NH 1 OIH) I ',, (20 to 40 "' ii). As from the strong adjustment packs at the d- values 8.4, 2.49 , 3.03 and 2.13 A. These values are characteristic of U-NH 4 UF 5. There are somewhat weaker peaks at d values of 7.68, 3.19, 2.42, 2.22, 2 , 11, 2.07 and 2.00 Å. These values are characteristic of the compound NH 3 OHUF 5. No peaks are found for d values
von 6,97, 4,01, 3,48, 3,24 und 2,02 Ä festgestellt. Diese Werte sind charakteristisch für /J-NH4UF5. Daraus gehl hervor, daß praktisch kein /J-NH4UF5 vorliegt.of 6.97, 4.01, 3.48, 3.24 and 2.02 Å. These values are characteristic of / J-NH 4 UF 5 . This shows that practically no / J-NH 4 UF 5 is present.
Das Produkt B besteht in überwiegendem Aus-Product B consists mainly of
(io maße aus /J-NH4UF5, wie aus den starken Beugungspeaks bei d-Werten von 6,97, 4,01, 3,48, 3,24 und(io measured from / J-NH 4 UF 5 , as from the strong diffraction peaks at d-values of 6.97, 4.01, 3.48, 3.24 and
2.02 Ä ersichtlich ist. Diese Werte sind charakteristisch für /(-NH4UF5. Bei d-Wcrtcn von 8,4, 3,49,2.02 Ä can be seen. These values are characteristic of / (- NH 4 UF 5. With d-values of 8.4, 3.49,
3.03 und 2,13 A werden sehr schwache Peaks fcst- <>s geslellt. Diese Peaks sind für H-NH4UF5 charakteristisch. Man stellt keine Anzeichen von Peaks fcsl, welche für die Verbindung NHjOHlJF5 charakteiislisdi sind.3.03 and 2.13 A are very weak peaks fcst- <> s. These peaks are characteristic of H-NH 4 UF 5 . There is no evidence of peaks which are characteristic of the compound NHjOHlJF 5 .
Speklrogruphisuhc Analysen /.eigen den erheblichen Unterschied der Beseitigung von Natrium und Kalium in den «- bzw. //-Kristullen (vgl. die folgende Tabelle VIII).Speklrogruphisuhc analyzes /. Own the substantial Difference in the elimination of sodium and potassium in the «- and // - crystals (cf. the following Table VIII).
einer Zeitspunnc von 22,5 Minuten, d. h. von 2,5 bis 25,0 Minuten, eingestellt:a time span of 22.5 minutes, d. H. from 2.5 to 25.0 minutes, set:
Verunreinigungpollution
Na
K .N / A
K.
ursprüngliches Hr/kon/enlrutoriginal Hr / kon / enlrut
30(K)O
30030 (K) O
300
M-NH4IJIv l'rodukt (A)M-NH 4 IJIv the product (A)
«(X) 200«(X) 200
/(-NII4UIv l'roilukl (U)/ (- NII 4 UIv l'roilukl (U)
9000 2(MM)9000 2 (MM)
ISIS
Aus der vorstehenden Tabelle VIII ist zu ersehen, daß die kristalline //-Form von Ammoniumuran(IV)-fluorid merkliche Mengen der Verunreinigungen, die ursprünglich in dem Erz und in der Uranylsalzlösung vorhanden waren, im Gegensatz zu der kristallinen α-Form zurückhält. Ferner ist zu ersehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von U-NH4UF3 mit sehr niedrigen Natrium- und Kaliumverunreinigungen geeignet ist. Dieses NH4UF5 eignet sich zur Herstellung von UF4 im Fließbett. Dabei kann man auch von äußerst stark verschmutzten Uranerzen und Uranylsalzlösungen ausgehen. Wird das /3-SaIz aus dem gleichen Erz und aus der gleichen Uranylsalzlösung hergestellt, dann ist es stark mit Natrium und Kalium verunreinigt, so daß es sich nicht zur Herstellung von UF4 im Fließbett eignet.From Table VIII above, it can be seen that the crystalline form of ammonium uranium (IV) fluoride retains significant amounts of the impurities originally present in the ore and uranyl brine, as opposed to the crystalline alpha form. It can also be seen that the process according to the invention is suitable for the production of U-NH 4 UF 3 with very low sodium and potassium impurities. This NH 4 UF 5 is suitable for the production of UF 4 in a fluidized bed. One can also assume extremely heavily polluted uranium ores and uranyl salt solutions. If the / 3 salt is produced from the same ore and from the same uranyl salt solution, it is heavily contaminated with sodium and potassium, so that it is not suitable for the production of UF 4 in a fluidized bed.
63JT63JT
3535
100 g eines Erzkonzentrats, das 78,5% U (entsprechend 78^5 g oder 0,33 Mol Uran als Metall) enthält, wird mit Wasser, 48%iger HF, CuSO4 ■ 5 H2O, 37%iger HCl und NH4F in den gleichen Mengen, wie sie im Beispiel 1 angegeben sind, behandelt.100 g of an ore concentrate containing 78.5% U (corresponding to 78 ^ 5 g or 0.33 mol uranium as metal) is mixed with water, 48% HF, CuSO 4 · 5 H 2 O, 37% HCl and NH 4 F in the same amounts as given in Example 1 treated.
Die Mischung wird auf 10O0C erhitzt, worauf 84 ml einer Flüssigkeit zugesetzt werden, die 25,1 Gewichtsprozent (NH3OH)2SO4 und 26,8 Gewichtsprozent (NH4J2SO4, entsprechend 11,4g oder 0,383 MoI NH3OH+ d.h. 1,16MoI NH3OH+^ pro Mol Uran in der Charge, enthält. Die Zugabe erfolgt in folgender Weise:The mixture is heated to 10O 0 C, after which 84 ml are added to a liquid, the 25.1 weight percent (NH 3 OH) 2 SO 4 and 26.8 percent by weight of (NH 4 J 2 SO 4, corresponding to 11.4g or 0.383 MoI NH 3 OH + ie 1.16MoI NH 3 OH + ^ per mole of uranium in the batch. The addition takes place in the following way:
Stufe 1step 1
21 ml der Flüssigkeit (die 2,85 g oder 0,0865 Mol NH3OH+ enthält) wird auf einmal zugegeben, so daß eine Anfangskonzentration von 0,227 Mol/l NH3OH+ in der Lösung eingestellt wird. Diese Konzentration ist in 2,5 Minuten auf 0,080 Mol/l abgesunken.21 ml of the liquid (which contains 2.85 g or 0.0865 mol of NH 3 OH + ) is added all at once, so that an initial concentration of 0.227 mol / l of NH 3 OH + is set in the solution. This concentration has dropped to 0.080 mol / l in 2.5 minutes.
' Stufe 2' Level 2
Unmittelbar nach Beendigung der 2,5-Minuten-Periode der Stufe 1 werden die restlichen 63 ml der fio Hydfoxylamingulfatflüssigkeit (entsprechend 8,55 g oder 0,2965 MoI NH3OH f) in Form eines kontinuierlichen Stroms aus einer Bürette mit einer gleichmäßig abnehmenden Geschwindigkeit zugesetzt. Die Geschwindigkeit wird aus kinetischen Werten ermittelt, fts die für dieses Reaktionssystem zur Verfügung stehen. Dabei wird eine konstante Konzentralion von [NH3OH') von 0,080 Mol/l in der Lösung während Am Ende der Stufe 2 wird die Reaktionsmischung schnell zur Abtrennung des ausgefällten NH4UFj filtriert. Das Produkt wird gewaschen und bei 120" C getrocknet. Die Menge an erhaltenem NH4UF5 beträgt 101,2 g, was einer Gewinnung von 87% des Urans in dem Erzkonzentrat entspricht.Immediately after the end of the 2.5-minute period of stage 1, the remaining 63 ml of the fio Hydfoxylaminulfatlösung (corresponding to 8.55 g or 0.2965 MoI NH 3 OH f ) in the form of a continuous stream from a burette with a steadily decreasing Speed added. The speed is determined from kinetic values that are available for this reaction system. A constant concentration of [NH 3 OH ') of 0.080 mol / l in the solution is thereby obtained. At the end of stage 2, the reaction mixture is quickly filtered to separate off the precipitated NH 4 UFj. The product is washed and dried at 120 ° C. The amount of NH 4 UF 5 obtained is 101.2 g, which corresponds to a recovery of 87% of the uranium in the ore concentrate.
Eine Röntgenstrahlenbeugungsanalyse des erhaltenen Produkts ergibt, daß es aus praktisch reinem (J-NH4UF5 besteht. Dies geht aus den sehr starken Beugungspeaks bei den rf-Werten 8,4, 3,49, 3,03 und 2,13 A hervor. Diese Werte sind Tür die «-Kristalle charakteristisch. Man stellt keine Peaks bei einem der d-Werte 6,97, 4,01, 3,48, 3,24 oder 2,02 A fest. Diese Werte sind charakteristisch Tür die //-Kristalle.An X-ray diffraction analysis of the product obtained shows that it consists of practically pure (J-NH 4 UF 5. This is evident from the very strong diffraction peaks at rf values 8.4, 3.49, 3.03 and 2.13 Å . These values are characteristic of the «crystals. No peaks are found at one of the d values 6.97, 4.01, 3.48, 3.24 or 2.02 A. These values are characteristic of the / / Crystals.
Stufe 3level 3
Unmittelbar nach der Abtrennung des vorstehend beschriebenen ausgefällten NH4UF5 wird das Filtrat (welches einen weiteren NH4UF5-Niederschlag während der Filtration zu entwickeln beginnt) erneut auf 1000C erhitzt und auf dieser Temperatur während einer Zeitspanne von 10 Minuten gehalten, bis das restliche Uran ausgefällt ist. Während dieser Stufe fällt die ermittelte [NH3OH^-Konzentration kontinuierlich von 0,080 Mol/I auf unterhalb 0,03 Mol/l ab.Immediately after the separation of the precipitated NH 4 UF 5 described above, the filtrate (which begins to develop a further NH 4 UF 5 precipitate during the filtration) is heated again to 100 ° C. and kept at this temperature for a period of 10 minutes, until the rest of the uranium has precipitated. During this stage, the [NH 3 OH ^ concentration determined falls continuously from 0.080 mol / l to below 0.03 mol / l.
Das ausgefällte NH4UF5 wird abgetrennt, gewaschen und bei 120" C getrocknet. 15,7 g des Produktes werden erhalten (was ungefähr 13% des Urans in dem Erzkonzentrat entspricht).The precipitated NH 4 UF 5 is separated off, washed and dried at 120 ° C. 15.7 g of the product are obtained (which corresponds to approximately 13% of the uranium in the ore concentrate).
Eine R.öntgenstrahlenbeugungsanalyse des Produkts aus Stufe 3 zeigt, daß das Produkt überwiegend aus //-NH4UF5 besteht. Dies geht aus den sehr starken Beugungspeaks bei d-Werten von 6,97, 4,01, 3,48, 3,24 oder 2,02 A hervor. Diese Werte sind charakteristisch für die //-Form. Es werden praktisch keine Peaks bei ii-Werten, welche für die u-Form charakteristisch sind, festgestellt.An X-ray diffraction analysis of the product from stage 3 shows that the product consists predominantly of // - NH 4 UF 5 . This is evident from the very strong diffraction peaks at d values of 6.97, 4.01, 3.48, 3.24 or 2.02 A. These values are characteristic of the // form. Practically no peaks at ii values, which are characteristic of the u-shape, are found.
Daraus geht hervor, daß die Aufrechterhaltung der Hydroxylaminkonzentration in der Lösung auf einem Wert von 0,08 Mol pro liier tue Ausfällung von NH4UF5 ausschließlich in der kristallinen n-Form zur Folge hat.It can be seen from this that maintaining the hydroxylamine concentration in the solution at a value of 0.08 mol per liier results in precipitation of NH 4 UF 5 exclusively in the crystalline n-form.
Die folgende Tabelle IX /eigl einen Vergleich der Beseitigung der Verunreinigungen bei der Herstellung von NH4UF1 bei Liiiiliiilltmi1 des erliniluiig.igetiuil.ien Verfahrens, bei v.eldn'ni ilie kristalline n-Form er/eiiglThe following table IX shows a comparison of the elimination of the impurities in the production of NH 4 UF 1 with Liiiiliiilltmi 1 of the erliniluiig.igetiuil.ien process, with v.eldn'ni ilie crystalline n-form er / eiigl
/IΛ/ IΛ
wird (Beispiel I) gegctiübcr der erheblichen Retention der Verunreinigungen bei Durchführung eines Verfahrens, bei welchem die kristalline /»-Form gebildet wird (Beispiel 4B)1 wobei als Ausgungsmuteriulicn Erzkonzentrate und Uranylsalzlösungen verwendet werden, die anfänglich verschiedene Mengen an derartigen Verunreinigungen enthalten. Da in allen Fällen die Mengen an Verunreinigungen in Teilen der Verunreinigung (als Metall) pro Million Teile Uran (als Metall) angegeben werden, geben die für die ι ο Erzkonzentratc angegebenen Werte die Verhältnisse der Verunreinigungen in dem Urunylsalz wieder. In ähnlicher Weise sind die für das Ammoniumuran· pcntalluoridprodukt gezeigten Verunreinigungsmengen auch auf Urantetrafluorid (UF4), das letztlich aus dem NH4UF5 durch Pyrolyse hergestellt wird, übertragbar.(Example I) is given to the considerable retention of the impurities when carrying out a process in which the crystalline form is formed (Example 4B) 1 where ore concentrates and uranyl salt solutions are used as Ausgungsmuteriulicn, which initially contain different amounts of such impurities. Since in all cases the amounts of impurities are given in parts of the impurity (as metal) per million parts of uranium (as metal), the values given for the ι ο ore concentrate reflect the proportions of the impurities in the uranium salt. In a similar way, the amounts of impurities shown for the ammonium uranium pentalluoride product can also be transferred to uranium tetrafluoride (UF 4 ), which is ultimately produced from the NH 4 UF 5 by pyrolysis.
lösungsolution
plus Spurplus trace
plus Spurplus trace
inruinigungVer
ruin
3535
4040
4545
55 Das crfindungHgeiniißc Verfahren ermöglicht die Herstellung von Ammcmiumuran(IV)-pentufluorid in sehr hohen Ausbeulen sowie in sehr hohen Reinheiten uus Uranerzkonzentraten wechselnder Gütegrade. Das Verfahren ermöglicht die Verwendung von Erzkonzentraten mit relativ hohen Mengen un nachteiligen Verunreinigungen, wie beispielsweise Nairium, Kalium, Molybdän und Vanadin. Auf diese Weise ist die Verwendung von Erzkonzentraten möglich, die bisher nicht ohne weitere Behandlungen zur Entfernung dieser Verunreinigungen eingesetzt werden konnten. 55 The founding process enables the production of ammonium uranium (IV) pentufluoride in very high bulges as well as in very high purities and uranium ore concentrates of varying grades. The process enables the use of ore concentrates with relatively high levels of un detrimental impurities such as nairium, potassium, molybdenum and vanadium. In this way, the use of ore concentrates is possible which previously could not be used to remove these impurities without further treatment.
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