DE949735C

DE949735C - Verfahren zur Herstellung von reinem Urantetrafluorid

Info

Publication number: DE949735C
Application number: DEF6553A
Authority: DE
Inventors: Claude Decroly; Jean Van Impe
Original assignee: UNION MINIERE DU HAUT KATANGA
Current assignee: UNION MINIERE DU HAUT KATANGA
Priority date: 1950-06-20
Filing date: 1951-06-19
Publication date: 1956-09-27

Description

Verfahren zur Herstellung von reinem Urantetrafluorid Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinem Urantetrafluorid.
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Fluorid wird üblicherweise von Fluor oder Fluor-Wasserstoff-Säure ausgegangen, deren Verarbeitung jedoch sehr schwierig ist und gewisse Vorsichtsmaßregeln notwendig macht, insbesondere aus dem Grund, weil diese Stoffe gefährlich bzw. schädlich sind.
Es ist auch schon bekannt, daß, wenn man auf ein Oxyd Ammoniumfluorid einwirken läßt, eine Doppelfluorverbindung entsteht, die durch eine anschließende Wärmebehandlung zum Zerfall gebracht werden kann, wöbei Tetrafluorid gebildet wird. Dieses Verfahren wird beispielsweise zur Herstellung von Titanoxyd aus Ilmenit oder Rutil verwendet. _ Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Kenntnis dieser speziellen Umwandlungen nicht genügt, um zu einem technisch durchführbaren Verfahren zur Herstellung von reinem Urantetrafluorid zu gelangen, und zwar um so weniger, als es bekannt ist, daß Reaktionen mit Titan nicht notwendigerweise zu demselben Resultat wie im Falle von Uran führen.
Um nun die Nachteile zu vermeiden, die den von Fluor und Fluor-Wasserstoff-Säure ausgehenden Verfahren zur Herstellung von Fluorid anhaften, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, zur Bildung von reinem Urantetrafluorid ein Uranoxyd mit einem Ammoniumfluorid zu mischen, das gebildete Ammonium-Uran-Doppelfluorid einem Wasch-, Filter- und Trockenprozeß zu unterwerfen und dann durch Wärmebehandlung unter Bildung von Urantetrafluorid zum Zerfall zu bringen.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Urantetrafluorid zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß es frei von Oxyfluoriden und von Stickstoff ist, was von besonderer Bedeutung für die Verwendung von Uranfluorid bei Kernspaltungsvorgängen ist.
Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, ioo Teile Uraniumoxyd U02 mit 66 Teilen Ammoniumbifluorid N H4 H F2 zu mischen: Diese Verbindung ist im allgemeinen der neutralen Fluorverbindung N H4 F vorzuziehen. Dadurch wird die Bildung des Ammonium-Uranium-Doppelfluorids bewirkt entsprechend der Reaktionsdarstellung: Diese Reaktion wird durch eine allmähliche Erwärmung bis zu i5o° C eingeleitet und durch Aufrechterhaltung dieser Temperatur auf die Dauer von etwa i Stunde durchgeführt. Das Produkt dieser Reaktion wird hierauf ausgewaschen, gefiltert und getrocknet und bis zu einer Höchsttemperatur von 400° C erhitzt, wobei durch den Zerfall die gewünschte Fluorverbindung entsteht.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Mengen entsprechen den molekularen Proportionen mit einem Überschuß von Ammoniumbifluorid von mindestens 2o °/o. Vorteilhafterweise betrifft dieser Überschuß etwa 25 %. Demnach mischt man beispielsweise ioo Teile Uraniumoxyd U 02 mit 66 Teilen Ammoniumbifluorid.
Die Bildung der Doppelverbindung Ammonium-Uranium-Fluorid NH4UF5 beginnt bei Normaltemperatur und offenbart sich in einem Wechsel der Farbe des Gemisches, die von Braunschwarz in Dunkelgrün umschlägt. Die Reaktion vollzieht sich unter Verflüchtigung der gasförmigen Bestandteile, vorzugsweise von Ammoniak und Wasserdampf. Um diese Reaktion weitgehend zu begünstigen und den Wasserdampf und Ammoniak auszutreiben, wird das Gemisch einer bis zu 15o° C ansteigenden Temperatur unterworfen und diese Temperatur über i Stunde aufrechterhalten. Es ist zweckmäßig, diese Temperatur nicht zu überschreiten, um Verluste von Ammoniumbifluorid zu vermeiden. Unter den angegebenen Verhältnissen ist die Reaktion im wesentlichen eine vollständige.
Man arbeitet vorteilhafterweise mittels eines senkrechten Ofens, über welchem eine Kondensationseinrichtung vorgesehen ist, welche die Wiedergewinnung von Ammoniumbifluorid N H4 H F2 gestattet, welches, da es im Überschuß in dem bearbeiteten Gemisch vorhanden ist, getrennt sublimiert. Das obige Gemisch wird in einen zylindrischen Schmelztiegel gebracht, welcher dem Angriff von Fluorverbindungen standhält und beispielsweise aus Kupfer, Silber oder Platin besteht. Das erhaltene Produkt wird einem Waschprozeß unterworfen, bei welchem vorzugsweise mit Salpetersäure angesäuertes Wasser verwendet wird. Nach diesem Auswaschen wird das Produkt gefiltert, wobei in dem erhaltenen, festen Niederschlag die unlösliche Doppelverbindung Ammonium-Uranium-Fluorid enthalten ist. Etwaige Spuren nicht umgesetzten Uraniumoxydes U02 und gegebenenfalls Spuren von Oxyfluoriden werden auf diese Art und Weise ausgeschieden.
Der obenerwähnte Niederschlag wird anschließend der Reihe nach mit destilliertem Wasser und Alkohol ausgewaschen und hernach unter Vakuum getrocknet. Diese Trocknung kann gleichfalls in einer Trockenkammer bei einer Temperatur von iio° vor sich gehen. Im allgemeinen wird der obenerwähnte Rückstand Ammoniumfluorid im freien Zustand enthalten, das durch Sublimation in dem folgenden Verfahrensschritt ausgeschieden wird, der darin besteht, daß die Doppelfluorverbindung NH4UF5 mittels Wärme zum Zerfall gebracht wird. Dieses zuletzt gewonnene, zusammengepreßte Produkt ist an der Luft und bei Normaltemperatur beständig und kann deswegen leicht aufbewahrt werden.
Die Doppelfluorverbindung NH4UF5 zerfällt unter der Einwirkung von Wärme nach einer Reaktion, die dargestellt wird durch die Gleichung NH4UF5->UF4 + NH4F, wobei Uraniumtetrafluorid erhalten wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der die Doppelfluorverbindung NH4UF5 enthaltende Niederschlag bis zu einer Höchsttemperatur von 400° erhitzt, was vorteilhafterweise unter Vakuum und in einem Ofen mit Kondensationsplatten vorgenommen wird. Diese Erhitzung kann aber auch bewirkt werden, indem man den Niederschlag in einen Raum bringt, der von inertem Gas durchströmt wird, beispielsweise von Kohlendioxyd oder Stickstoff; in diesem Fall verwendet man mit Vorliebe einen horizontalen, elektrischen Heizofen, der einen Heiz- und einen Kondensationsraum enthält. Dabei ist es wichtig, die Temperatur von 400° nicht zu überschreiten, da oberhalb dieser Temperatur Uraniumfluorid UF4 zu Zerfall neigt. Die so behandelte Doppelfluorverbindung NH4UF5 wird vorteilhafterweise auf einer großen Fläche ausgebreitet, um die Sublimation des Ammoniumfluorids zu begünstigen, welches auf diese Weise mitgerissen wird. Zu diesem Zweck ordnet man kleine schiffchenartige, flache Vertiefungen an, die dem Angriff von Fluorverbindungen standhalten. Diese können beispielsweise aus Kupfer, Silber oder Platin hergestellt sein, je nach dem Reinheitsgrad, der bei dem Endprodukt des Uraniumtetrafluorids gewünscht wird. Es wird darauf hingewiesen, daß es zweckmäßig ist, in dem Kondensationsraum des erwähnten Ofens eine Kondensationsvorrichtung vorzusehen, um das flüchtige, neutrale Ammoniumfluorid, insbesondere das neutrale Ammoniumfluorid, welches bei dem Zerfall der Doppelfluorverbindung NH4UF5 entsteht, wiederzugewinnen. Nach diesem Verfahrensschritt bleibt vollständig getrennt das Uraniumtetrafluorid UF4 zurück.
Selbstverständlich kann bei den beschriebenen Verfahren zur Gewinnung von Uraniumtetrafluorid U F4 auch von einem anderen Uraniumoxyd als Grundstoff ausgegangen werden, z. B. U O, oder U30.. Andererseits kann der erwähnte Ausgangsstoff Uraniumoxyd auch mit einer neutralen Ammoniumfluorverb.indung NH4F an Stelle von Ammoniumbifluorid N H4 H F2 vermischt werden.
Dieses Verfahren gestattet die Herstellung von Fluorverbindungen, auch ohne dabei Fluor oder Flußsäure zu verwenden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens bedeutet die Herstellung einer sehr beständigen Doppelfluorverbindung, die ohne Schwierigkeiten aufbewahrt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von reinem Urantetrafluorid, dadurch gekennzeichnet, daß ein Uranoxyd mit einem Ammoniumfluorid gemischt, das gebildete Ammonium-Uran-Doppelfluorid einem Wasch-, Filter- und Trockenprozeß unterworfen und durch Wärmebehandlung unter Bildung von Urantetrafluorid zum Zerfall gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des verwendeten Ammoniumfluorids die theoretisch notwendige Menge um mindestens 2o % übersteigt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ammoniumfluorid Ammoniumbifluorid verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Urandioxyd (U02).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Urandioxyd (U0,) und Ammoniumbifluorid (N H4 H F2) zur Bildung der Doppelfluorverbindung einer Wärmebehandlung unterworfen wird, bei welcher die Temperatur bis auf 150' C getrieben und während i Stunde auf dieser Höhe gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelfluorverbindung einem Waschprozeß unter der Einwirkung von mit Salpetersäure angesäuertem Wasser unterworfen wird und anschließend gefiltert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterrückstand in destilliertem Wasser und in Alkohol gewaschen und anschließend getrocknet wird. B. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erhaltene Filterrückstand unter Vakuum getrocknet wird. g. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erhaltene Filterrückstand in einer Trockenkammer bei einer Temperatur von iio° C getrocknet wird. io. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis g, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ammonium-Uran-Doppelfluorid enthaltende Stoff bis zu einer Temperatur von 400° C erwärmt wird. i i. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ammonium-Uran-Doppelfluorid enthaltende Stoff unter Vakuum erhitzt wird. i2. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der das Ammonium-Uran-Doppelfluorid enthaltende Stoff in einem von inertem Gas durchströmten Raum erhitzt wird. In, Betracht gezogene Druckschriften.: Deutsche Patentschrift Nr. 567 270; französische Patentschrift Nr. 789 815; USA.-Patentschrift Nr. 1 995 334.