DE2943338A1

DE2943338A1 - Verfahren zur herstellung von uran-tetrafluorid

Info

Publication number: DE2943338A1
Application number: DE19792943338
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 6464 Linsengericht Wirths
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1979-10-26
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1981-04-30

Description

Verfahren zur Herstellung von Uran-Tetrafluorid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Urantetrafluorid (UF4) durch Umsetzung von Urandioxid (U02) mit einem stöchiometrischen Uberschuß von Fluorwasserstoff (HF) bei 200 bis 600 OC unter völliger Ausnutzung des zur Umsetzung benötigten Fluorwasserstoffs.
UF4 ist ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Uran-Hexafluorid (UF6), das in großen Mengen zum Zweck der Anreicherung des Isotops Uran-255 benötigt wird.
Üblicherweise wird UF4 durch Umsetzung von Urandioxid (U02) mit einem Überschuß an gasförmigem, wasserfreiem Fluorwasserstoff bei erhöhter Temperatur gemäß folgender Reaktionsgleichung hergestellt: Für die anschließende Umsetzung zu UF6 ist es wichtig, das UO2 .oglichst vollständig in UF4 zu dberfUhren. Dazu ist ein gewisser Überschuß an HF erforderlich, der mit den Reaktionsgasen, besonders Wasserdampf, abgeht und somit einen Kosten verursachenden Fabrikationsabfall bildet.
Zur Verarbeitung dieser Abgase werden normalerweise Verfahren angewandt, bei denen die abgehenden Reaktionsgase mit einer wässrigen Lösung von z.B. Kaliumhydroxid oder Kaliumarbonat umgesetzt werden. Hierbei entsteht aus dem überschüssigen HF wasserlösliches Kaliumfluorid. Um diese so anfallende Fluorid-Lösung endgültig zu beseitigen, setzt man sie mit einer Aufschlämmung von Kalziumhydroxid um, wobei sich waserunlösliches Kan mfluorid (CaF2) bildet, das als Abfall deponiert werden muß. Die Deponie dieses Abfalls kann besondere Schwierigkeit r verursachen, weil mit den Abgasen aus der Umsetzung von U°2 mit gasförmigem HF im allgemeinen auch geringe Mengen von Uranstaub abgehen, die in das anfallende Kalziumfluorid eingebunden werden und deshalb eine Sonderdeponie erforderlich machen.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Urantetrafluorid durch Umsetzung von Urandioxid mit einem stöchiometrischen Überschuß von Fluorwasserstoff bei 200 bis 600 OC zu finden, bei dem der zur Umsetzung benötigte Fluorwasserstoff quantitativ ausgenutzt wird, ohne Abfall von radioaktivem Sekundärabfall.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus der Umset7MInffl abgehenden Gase gekühlt werden, wobei das in der Umsetzung gebildete Wasser zusammen mit dem berschüssigen Fluorwasserstoff zu wässriger Flußsäure kondensiert, dieses Kondensat durch fraktionierte Destillation in Wasser urc' r:cotrop siedende, etwa 40 ziege Flußsäure aufgespalten wird und diese etwa 40 %ige Flußsäure bei nachfolgenden Umset a von Urandioxid zu Urantetrafluorid in geeigneter Weise zusammen mit wasserfreier Flußsäure eingesetzt wird.
Es w:rc'e überraschenderweise gefunden, daß sich die Umsetzung von U02 mit HF zu wasserfreiem stöchiometrischem UF4 bei erhotter Te?eratur von z.B. 200 bis 600 0C auch mit wasserhaltiger Fluß säure erreichen läßt. Es war auch für den Fachmann nicht vorhersehbar, daß sich die Umsetzung von U02 mit HF zu UF4, bei der es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, auch bei teilweisem Zusatz von wässriger, azeotroper HF weitgehend quantitativ durchführen läßt, nachdem ein Wasserzusatz das Gleichgewicht in Richtung auf die Ausgangsprodukte verschiebt. Es hat sich aber gezeigt, daß die durch Kondensation der Abgase gewonnene, durch Destillation auf azeotrope Zusammensetzung gebrachte wässrige Flußsäure ohne wesentliche negative Auswirkungen auf die Ausbeute und die Reinheit des entstehenden UF4 dem Umsetzungsprozeß wieder zugeführt werden kann.
Die wässrige Flußsäure wird gewonnen, wenn die Abgase aus der Umsetzung von U02 mit HF weitgehend abgekühlt und damit kondensiert werden. Beispielsweise wird eine wässrige Flußsäure mit rund 18 , HF erhalten, wenn bei der Umsetzung von U02 zu UF4 110 % der nach der Theorie notwendigen Menge an HF eingesetzt werden. Die auf diesem Wege angefallene wässrige Fluß säure wird anschließend in üblicher Weise konzentriert, wobei eine etwa 40 ziege azeotrope HF entsteht, die, mit wasserfreiem HF in der benötigten Menge vermischt oder ergänzt, wieder dem Umsetzungsprozeß zu UF4 zugesetzt wird. Vorzugsweise erfolgt die Konzentrierung durch Destillation.
Diese etwa 40 ziege wässrige HF wird entweder außerhalb des Reaktionsgefäßes mit dem in größerer Menge einzusetzenden wasserfreiem HF vermischt oder in den Reaktor getrennt an geeigneter Stelle eingespeist. Normalerweise werden die Ausgangsprodukte U02 und HF kontinuierlich im Gegenstrom geführt, wobei vorteilhafterweise die wasserfreie HF am Ende des Reaktionsofens und die wasserhaltige HF vor dem Ofenende eingeführt wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Uran-Tetrafluorid Patentansprüche 1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Urantetrafluorid durch Umsetzung von Urandioxid mit einem stöchiometrischen Ueberschuß von Fluorwasserstoff bei 200 - 600 OC unter völliger Ausnutzung des zur Umsetzung benötigten Fluorwasserstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Umsetzung abgehenden Gase gekühlt werden, wobei das in der Umsetzung gebildete Wasser zusammen mit dem Uberschüssigen Fluorwasserstoff zu wässriger Flußsäure kondensiert, dieses Kondensat durch fraktionierte Destillation in Wasser und in azeotrop siedende, etwa 40 ziege wässrige Flußsäure aufgespalten wird und diese etwa 40 ziege wässrige Flußsäure bei nachfolgenden Umsetzungen von Urandioxid zu Urantetrafluorid in geeigneter Weise zusammen mit wasserfreier Flußsäure eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa 40 ziege wässrige Fluß säure zusammen mit wasserfreiem Fluorwasserstoff in die Apparatur zur Umsetzung von Urandioxid zu Urantetrafluorid eingespeist wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa 40 %ige wässrige Flußsäure und der wasserfreie Fluorwasserstoff an getrennten Stellen des Reaktionsgefäßes eingespeist werden.