RU2090510C1 - Method of processing uranium hexafluoride - Google Patents
Method of processing uranium hexafluoride Download PDFInfo
- Publication number
- RU2090510C1 RU2090510C1 SU5019103A RU2090510C1 RU 2090510 C1 RU2090510 C1 RU 2090510C1 SU 5019103 A SU5019103 A SU 5019103A RU 2090510 C1 RU2090510 C1 RU 2090510C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium hexafluoride
- water vapor
- uranium
- hydrogen fluoride
- plasma
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам переработки гексафторида урана с получением оксидов урана и может быть использовано в технологиях конверсии гексафторида урана. The invention relates to methods for processing uranium hexafluoride to produce uranium oxides and can be used in the conversion of uranium hexafluoride.
Известен способ переработки гексафторида урана с получением диоксида урана [1] Способ включает: а) взаимодействие паров UF6 с водяным паром при температуре 200oC700oC с образованием UO2F2 и оксидов с отношением: O:U= 2,7oC3; б) растворение UO2F2 и оксидов в воде или растворе азотной кислоты; в) взаимодействие полученного раствора с аммиаком до получения диураната аммония; г) фильтрацию диураната аммония; д) высушивание и прокаливание диураната аммония с образованием при восстановлении диоксида урана. Процесс многостадиен, требует затрат большого количества реактивов, энергоемок.A method of processing of uranium hexafluoride to uranium dioxide yield [1] A process comprises: a) reacting UF 6 with the vapor steam at a temperature of 200 o C700 o C to form UO 2 F 2 and with a ratio of oxides: O: U = 2,7 o C3; b) the dissolution of UO 2 F 2 and oxides in water or a solution of nitric acid; C) the interaction of the resulting solution with ammonia to obtain ammonium diuranate; d) filtering ammonium diuranate; d) drying and calcining ammonium diuranate with the formation of uranium dioxide during reduction. The process is multi-stage, requires the cost of a large number of reagents, energy-intensive.
Наиболее близким способом переработки гексафторида урана в оксиды является способ, описанный в работе [2] Способ заключается в проведении пирогидролиза (гидролиза при температурах 600oC700oC) UF6 в условиях кипящего слоя. Для этого пары UF6 при высокой температуре смешивают с водяным паром и водородом при соотношении реагентов UF6 H2O H2 1 (2oC12): (5oC20). Промежуточными продуктами являются UF4, U3O8 и UO2F2. В условиях "кипящего слоя" при взаимодействии с водяным паром и водородом происходит их быстрое превращение в двуокись урана по суммарному уравнению: UF6+2Н20+H2=UO2+6НF.The closest method of processing oxides in the uranium hexafluoride is the method described in [2] The process consists in carrying out the pyrohydrolysis (hydrolysis at 600 o C700 o C) UF 6 in a fluidized bed. For this, UF 6 vapors are mixed at high temperature with water vapor and hydrogen at a reagent ratio of UF 6 H 2 OH 2 1 (2 ° C12): (5 ° C20). Intermediates are UF 4 , U 3 O 8 and UO 2 F 2 . Under the conditions of a "fluidized bed" when interacting with water vapor and hydrogen, they rapidly transform into uranium dioxide according to the general equation: UF 6 +
Процесс реализуется двухступенчато: для первой стадии реакции достаточна температура 600oC650oC, для второй 700oC750oC. Процесс реализуется соответственно в камере гидролиза и в камере обесфторивания. Кроме того, способ малопроизводителен оптимальная производительность 300oC400 г/ч.The process is carried out in two stages: for the first stage of the reaction, a temperature of 600 o C650 o C is sufficient, for the second 700 o C750 o C. The process is implemented respectively in the hydrolysis chamber and in the defluorination chamber. In addition, the method low productivity optimal performance 300 o C400 g / h
Отличие настоящего способа состоит в том, что процесс пирогидролиза осуществляется путем взаимодействия паров гексафторида урана с плазмой водяного пара. Для этого водяной пар в плазмотроне превращают в кислородно-водородную плазму с начальной температурой 2500oC5000 К и перемешивают гексафторид урана с этой плазмой в плазмохимическом реакторе. Брутто-реакция взаимодействия описывается уравнением:
(UF6)газ+3(H2O)газ= 1/3(U3O8)тв+6(HF)газ+1/3(O2)газ .The difference of this method lies in the fact that the pyrohydrolysis process is carried out by the interaction of uranium hexafluoride vapors with water vapor plasma. To do this, the water vapor in the plasmatron is converted into oxygen-hydrogen plasma with an initial temperature of 2500 ° C 5000 K and the uranium hexafluoride is mixed with this plasma in a plasma chemical reactor. The gross reaction-reaction is described by the equation:
(UF 6 ) gas +3 (H 2 O) gas = 1/3 (U 3 O 8 ) tv +6 (HF) gas +1/3 (O 2 ) gas .
Для стабилизации выхода фторида водорода водяной пар подают с пятипроцентным избытком по отношению к стехиометрически необходимому. Чтобы предотвратить взаимодействие фторида водорода с оксидами урана на выходе из реактора, где производят разделение твердой и газовой фаз, поддерживают температуру не ниже 850oС. Выходящую из реактора газовую фазу, содержащую 92oC95% фторида водорода, направляют на выделение фторида водорода ректификационным способом. Безводный фторид водорода используют для подпитки фторных электролизеров сублимационного производства или для других целей.To stabilize the output of hydrogen fluoride, water vapor is supplied with a five percent excess relative to the stoichiometrically necessary. To prevent the interaction of hydrogen fluoride with uranium oxides at the outlet of the reactor where the solid and gas phases are separated, a temperature of at least 850 ° C is maintained. The gas phase leaving the reactor containing 92 ° C95% hydrogen fluoride is directed to the separation of hydrogen fluoride by a distillation method . Anhydrous hydrogen fluoride is used to feed the fluorine electrolyzers of sublimation production or for other purposes.
Оставшийся после ректификационного выделения безводного фторида водорода азеотроп HF-H2O, содержащий 1oC3% фтора от общего количества, направляют в голову процесса и смешивают в плазмохимическом реакторе с кислородно-водородной плазмой. Возврат водяного пара в виде азеотропа в плазмохимический реактор создает в зоне реакции 5%-ный избыток его, необходимый для стабилизации выхода фторида водорода и снижения содержания фтора в полученных оксидах урана.The azeotrope HF-H 2 O, remaining after distillation separation of anhydrous hydrogen fluoride, containing 1 o C3% of the total amount, is sent to the process head and mixed in a plasma chemical reactor with oxygen-hydrogen plasma. The return of water vapor in the form of an azeotrope to the plasma-chemical reactor creates a 5% excess in the reaction zone necessary to stabilize the yield of hydrogen fluoride and reduce the fluorine content in the obtained uranium oxides.
Гексафторид урана подают в теплоноситель при давлении на 2 кПа ниже давления водяного пара, после чего смесь компремируют до давления водяного пара, а затем подвергают пирогидролизу в плазме водяного пара. Uranium hexafluoride is supplied to the coolant at a pressure of 2 kPa lower than water vapor pressure, after which the mixture is compressed to water vapor pressure, and then subjected to pyrohydrolysis in water vapor plasma.
При смешении происходит процесс передачи тепловой энергии от теплоносителя к гексафториду урана, при этом температура теплоносителя падает, а гексафторида возрастает. Нагрев гексафторида сопровождается его термической диссоциацией на низшие фториды и фтор с увеличением объема смеси. Химическая реакция, вызывающая изменение объема, интенсифицирует процесс смешения. Снижение давления гексафторида снижает температуру начала термической диссоциации, следовательно, интенсифисирует как переход тепловой энергии от теплоносителя к гексафториду, так и процесс смешения на уровне глобул. Последующая компрессия смеси вызывает частичную рекомбинацию продуктов диссоциации, что сопровождается уменьшением объема и выделением тепла. Таким образом, процесс рекомбинации способствует перераспределению энергии на молекулярном уровне. Компрессия смеси до давления, равного давлению водяного пара, исключает влияние процессов рекомбинации на последующий гидролиз смеси. When mixing, the process of transferring thermal energy from the coolant to uranium hexafluoride occurs, while the temperature of the coolant drops and the hexafluoride increases. The heating of hexafluoride is accompanied by its thermal dissociation into lower fluorides and fluorine with an increase in the volume of the mixture. A chemical reaction that causes a change in volume intensifies the mixing process. A decrease in the pressure of hexafluoride reduces the temperature of the onset of thermal dissociation, therefore, it intensifies the transfer of thermal energy from the coolant to hexafluoride and the mixing process at the level of globules. Subsequent compression of the mixture causes a partial recombination of the products of dissociation, which is accompanied by a decrease in volume and heat. Thus, the recombination process contributes to the redistribution of energy at the molecular level. Compression of the mixture to a pressure equal to the pressure of water vapor eliminates the influence of recombination processes on the subsequent hydrolysis of the mixture.
Основные отличия настоящего способа от существующего способа прототипа:
1. Перерабатываемое сырье гексафторид урана конвертируют химически активной плазмой водяного пара при его избытке, не превышающем 5% от стехиометрического соотношения. Время конверсии не менее 4,1•10-3 с в зависимости от соотношения т полноты смешения реагентов, температуры плазмы водяного пара.The main differences of the present method from the existing prototype method:
1. The processed raw materials of uranium hexafluoride are converted by chemically active plasma of water vapor with its excess not exceeding 5% of the stoichiometric ratio. The conversion time is not less than 4.1 • 10 -3 s depending on the ratio of the completeness of mixing of the reagents and the temperature of the water vapor plasma.
2. В зоне разделения газовой и твердой фаз, образовавшихся в результате плазмохимической реакции, поддерживают температуру не ниже 850oC для того, чтобы предотвратить рекомбинацию фтора и урана.2. In the zone of separation of the gas and solid phases formed as a result of the plasma-chemical reaction, a temperature of at least 850 ° C. is maintained in order to prevent the recombination of fluorine and uranium.
3. Газовую фазу, состоящую из фторида водорода с примесью (до 5%) водяного пара, подвергают ректификационной разгонке, при которой выделяют безводный фторид водорода и азеотроп. 3. The gas phase, consisting of hydrogen fluoride with an admixture (up to 5%) of water vapor, is subjected to distillation distillation, in which anhydrous hydrogen fluoride and an azeotrope are isolated.
4. Благодаря применению сочетания вышеперечисленных операций обеспечивается решение технической проблемы выделения безводного фторида водорода из "отвального" гексафторида урана и перевода урана из летучего фторида в нелетучие оксиды. 4. Through the use of a combination of the above operations, the technical problem of isolating anhydrous hydrogen fluoride from “dump” uranium hexafluoride and converting uranium from volatile fluoride to non-volatile oxides is provided.
Пример 1. На опытной установке, имеющей плазмохимический реактор, систему испарения и дозирования гексафторида урана, нагрева его путем смешения с теплоносителем, систему дозирования водяного пара, систему конденсации фторида водорода, систему вакуумирования и высокочастотный генератор ЛГД-32 для питания плазмотрона, осуществляют переработку гексафторида урана в оксиды урана и фторид водорода. Example 1. On a pilot plant having a plasma chemical reactor, a system for evaporating and dosing uranium hexafluoride, heating it by mixing with a coolant, a water vapor metering system, a hydrogen fluoride condensation system, a vacuum system and a high-frequency generator LGD-32 to power the plasma torch, hexafluoride is processed uranium to uranium oxides and hydrogen fluoride.
Через высокочастотный плазмотрон пропускают водяной пар с расходом не более 5% по отношению к стехиометрическому количеству подвергаемого гидролизу гексафторида урана, подаваемым в нижнюю часть реактора за зоной разряда. В момент смешения гексафторида урана с высокотемпературным теплоносителем разность давлений водяного пара и гексафторида урана 2,2 кПа. Затем смесь компремируют до давления водяного пара и подвергают пирогидролизу в плазме водяного пара. Энергозатраты на процесс составляют не менее 0,5 кВт-ч/кг гексафторида урана. Время обработки 4,2•10-3 с. Температуру наружной поверхности слоя оксидов урана поддерживают на уровне 600oC650oC. Температура внутренней поверхности слоя оксидов урана, осевших на стенки реактора, выше температуры стенок и составляет 850oC900oC. Газовый поток после отделения в реакторе от основной массы оксидов фильтруют через металлокерамические никелевые фильтры, работающие при температуре 200oC250oC. Пары фторида водорода из газового потока конденсируют в системе конденсации, состоящей из конденсатора и емкости для сбора конденсата. Температуру конденсации поддерживают равной 4oC6oC регулированием подачи хладагента. Полученные оксиды содержат 0,2% фтора, по составу близки к закиси-окиси урана. В емкости дня сбора конденсата собирают плавиковую кислоту с содержанием 98oC99 маc. фторида водорода. После переработки 30oC35 кг гексафторида урана полученную плавиковую кислоту на ректификационной колонне разделяют на безводный фторид водорода (99,9% HF) и азеотроп с содержанием 38oC40% HF. Из 10 кг плавиковой кислоты, полученной при взаимодействии гексафторида урана с кислородноводородной плазмой, после ректификации получают около 9,6 кг безводного фторида водорода и 0,4 кг азеотропа, который испаряют и подают в высокочастотный плазмотрон.Water vapor is passed through a high-frequency plasmatron with a flow rate of not more than 5% with respect to the stoichiometric amount of the uranium hexafluoride to be hydrolyzed, supplied to the lower part of the reactor behind the discharge zone. At the moment of mixing uranium hexafluoride with a high-temperature coolant, the pressure difference between water vapor and uranium hexafluoride is 2.2 kPa. Then the mixture is compressed to water vapor pressure and subjected to pyrohydrolysis in water vapor plasma. The energy consumption for the process is not less than 0.5 kWh / kg of uranium hexafluoride. Processing time 4.2 • 10 -3 s. The temperature of the outer surface of the uranium oxide layer is maintained at 600 o C650 o C. The temperature of the inner surface of the uranium oxide layer deposited on the walls of the reactor is higher than the wall temperature and is 850 o C900 o C. The gas stream after separation in the reactor from the bulk of the oxides is filtered through nickel-metal filters, operating at a temperature of 200 o C250 o C. the hydrogen fluoride vapors from the gas stream is condensed in a condensation system consisting of a condenser and condensate collection container. The condensation temperature is maintained at 4 o C6 o C regulation of refrigerant flow. The resulting oxides contain 0.2% fluorine, the composition is close to uranium oxide. Hydrofluoric acid with a content of 98 ° C.99 wt. hydrogen fluoride. After processing 30 o C35 kg of uranium hexafluoride, the obtained hydrofluoric acid in a distillation column is separated into anhydrous hydrogen fluoride (99.9% HF) and an azeotrope with a content of 38 o C40% HF. From 10 kg of hydrofluoric acid obtained by the interaction of uranium hexafluoride with oxygen-hydrogen plasma, after rectification, about 9.6 kg of anhydrous hydrogen fluoride and 0.4 kg of an azeotrope are obtained, which are evaporated and fed to a high-frequency plasmatron.
Пример 2. На опытной установке по примеру 1 осуществляют процесс переработки гексафторида урана в оксиды урана. Энергозатраты на процесс составляют 0,3 кВт-ч/кг гексафторида урана. При прочих равных с примером 1 условиях содержания фтора в полученном оксиде возрастает до 1,5 мас. Example 2. In the pilot plant of example 1, the process of processing uranium hexafluoride into uranium oxides is carried out. The energy consumption for the process is 0.3 kWh / kg of uranium hexafluoride. Other things being equal with example 1, the fluorine content in the obtained oxide increases to 1.5 wt.
Пример 3. Способ опробован на опытно-промышленной плазменной установке с плазмотроном ЭДП-109 в производственных условиях. В качестве компрессора используют газовый эжектор, где эжектируемым газом является азотная плазма. Гексафторид урана является эжектируемым газом, его температура на входе составляет 343oC400 К и расход 5oC10 г/с. Смесь гексафторида урана с теплоносителем азотом поступает в реакционную камеру, где реагирует с плазмой водяного пара, с его избытком по отношению к стехиометрическому количеству обрабатываемого гексафторида урана 5 маc. Удельные энергозатраты составляют 0,6 кВт-ч/кг гексафторида урана. Время обработки 5•10-3 с. Давление в реакционной камере составляет 70 кПа. Полученные в этом режиме оксиды урана содержат, в среднем, 0,2% фтора. Без изменения тепловых и расходовых параметров процесса путем варьирования длиной эжектора изменяется разность давления водяного пара в реакционной камере и гексафторида на входе в эжектор от нуля до 10 кПа, после чего смесь компремируют до давления водяного пара. При этом содержание фтора и уранилфторида в получаемых оксидах урана изменяется как, показано в таблице.Example 3. The method was tested on a pilot industrial plasma installation with a plasma torch EDP-109 in a production environment. As a compressor, a gas ejector is used, where the ejected gas is nitrogen plasma. Uranium hexafluoride is an ejected gas, its inlet temperature is 343 o C400 K and a flow rate of 5 o C10 g / s. A mixture of uranium hexafluoride with a coolant nitrogen enters the reaction chamber, where it reacts with plasma of water vapor, with its excess relative to the stoichiometric amount of processed uranium hexafluoride 5 wt. The specific energy consumption is 0.6 kWh / kg of uranium hexafluoride. Processing time 5 • 10 -3 s. The pressure in the reaction chamber is 70 kPa. Uranium oxides obtained in this mode contain, on average, 0.2% fluorine. Without changing the thermal and flow parameters of the process by varying the length of the ejector, the difference in the pressure of water vapor in the reaction chamber and the hexafluoride at the inlet of the ejector changes from zero to 10 kPa, after which the mixture is compressed to water vapor pressure. In this case, the content of fluorine and uranyl fluoride in the obtained uranium oxides changes as shown in the table.
Из таблицы следует, что влияние разности давлений на содержание фтора в оксидах начинает проявляться при значениях 2 кПа и более. It follows from the table that the effect of the pressure difference on the fluorine content in the oxides begins to appear at values of 2 kPa or more.
Настоящий способ позволяет получить безводный фторид водорода. Содержание фтора в оксиде урана не превышает 0,2%
Литература
1. Европатент N 322.481, кл. С 01 G 43/026, от 05.07.1989.The present method allows to obtain anhydrous hydrogen fluoride. The fluorine content in uranium oxide does not exceed 0.2%
Literature
1. Europatent N 322.481, cl. C 01 G 43/026, dated 05/07/1989.
2. Галкин И.А. Верятин У.Д. Яхонин И.Ф. и др. Исследование процесса превращения гексафторида урана в двуокись. Атомная энергия, 1982, т. 52, вып. 1, с. 36-39. 2. Galkin I.A. Veryatin U.D. Yakhonin I.F. et al. Investigation of the process of conversion of uranium hexafluoride to dioxide. Atomic Energy, 1982, v. 52, no. 1, p. 36-39.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5019103 RU2090510C1 (en) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | Method of processing uranium hexafluoride |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5019103 RU2090510C1 (en) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | Method of processing uranium hexafluoride |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2090510C1 true RU2090510C1 (en) | 1997-09-20 |
Family
ID=21592837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5019103 RU2090510C1 (en) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | Method of processing uranium hexafluoride |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2090510C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2594012C1 (en) * | 2015-07-03 | 2016-08-10 | Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" | Method of converting uranium hexafluoride to uranium tetrafluoride and anhydrous hydrogen fluoride |
RU2599528C1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method of uranium hexafluoride processing into uranium oxide and anhydrous hydrogen fluoride and device for its implementation |
-
1991
- 1991-12-28 RU SU5019103 patent/RU2090510C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Патент ЕПВ N 322481, кл. C 01 G 43025, 1989. 2. Галкин И.А. и др. Исследование процесса превращения гексафторида урана в двуокись. - Атомная энергия, 1982, т. 52, в. 1, с. 36- 39. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2599528C1 (en) * | 2015-06-10 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method of uranium hexafluoride processing into uranium oxide and anhydrous hydrogen fluoride and device for its implementation |
RU2594012C1 (en) * | 2015-07-03 | 2016-08-10 | Акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" | Method of converting uranium hexafluoride to uranium tetrafluoride and anhydrous hydrogen fluoride |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3352637A (en) | Process and apparatus for the manufacture of nitride powders of the elements aluminum, boron, silicon or zirconium | |
US5688477A (en) | Process for reacting dissociated zircon with gaseous hydrogen fluoride | |
EP1947057A1 (en) | Process for production of silicon tetrafluoride, and apparatus for the process | |
US3786120A (en) | Conversion of uranium hexafluoride to uranium dioxide structures of controlled density and grain size | |
US3102787A (en) | Preparation of hydrogen fluoride | |
US3203759A (en) | Method of preparing silicon dioxide | |
KR890004802B1 (en) | Process for conversion of uf6 to uo 2 | |
US5403563A (en) | Apparatus for silicon nitride precursor solids recovery | |
US2631083A (en) | Production of calcium fluoride and silica | |
RU2090510C1 (en) | Method of processing uranium hexafluoride | |
US3836635A (en) | Process for producing aluminum fluoride | |
US4233281A (en) | Recovery of hydrogen fluoride from metallic fluoride salts | |
CN101351408B (en) | Method for recycling zirconium tetrafluoride to form zirconia | |
RU2537172C1 (en) | Method of obtaining hydrogen fluoride | |
US5139709A (en) | Process for converting uranyl compounds to UO2 via ADU | |
US3674431A (en) | Generation of silicon tetrafluoride | |
WO1996016903A1 (en) | Treatment of a chemical | |
US2757072A (en) | Recovery of free and combined nitric acid from metal nitrate liquors | |
US2815352A (en) | Production of phthalic anhydride | |
US3110563A (en) | Process for the production of high percentage nitric oxide | |
RU2203225C2 (en) | Uranium hexafluoride conversion method | |
RU2204529C2 (en) | Uranium hexafluoride reduction method | |
RU2048559C1 (en) | Method for processing of zirconium concentrate | |
US20230074106A1 (en) | Combination preparation process and combination preparation system for zirconia and methylchlorosilane and/or polysilicon | |
SU767019A1 (en) | Method of preparing sodium fluoride |