RU2481272C1 - Method of producing uranium oxide - Google Patents

Method of producing uranium oxide Download PDF

Info

Publication number
RU2481272C1
RU2481272C1 RU2011146200/05A RU2011146200A RU2481272C1 RU 2481272 C1 RU2481272 C1 RU 2481272C1 RU 2011146200/05 A RU2011146200/05 A RU 2011146200/05A RU 2011146200 A RU2011146200 A RU 2011146200A RU 2481272 C1 RU2481272 C1 RU 2481272C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
uranium
reaction vessel
dioxide
oxide
producing
Prior art date
Application number
RU2011146200/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Звонков
Владимир Геннадьевич Небогин
Александр Александрович Пирогов
Александр Игоревич Соловей
Александр Леонидович Шлей
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ")
Priority to RU2011146200/05A priority Critical patent/RU2481272C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2481272C1 publication Critical patent/RU2481272C1/en

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to inorganic chemistry, particularly uranium metallurgy and production of compounds thereof, and can be used in chemical and nuclear technologies. The method of producing uranium oxide involves heating uranium dioxide to temperature of 500-900°C in a medium of an oxygen-containing agent in a reaction vessel which forms a closed space with an inner volume which is 2-4 times the volume of the fed uranium-containing product, and having holes whose total area is 5-25% of the surface area of the reaction vessel, followed by removal of the external heat source. Before heating uranium dioxide in the reaction vessel, uranium metal is added to uranium dioxide in amount of 20-40 wt % of the weight of uranium dioxide.
EFFECT: invention simplifies and reduces power consumption of the process of producing uranium oxide.
1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к металлургии урана и производству его соединений, и может быть использовано в химической и ядерной технологиях.The invention relates to the field of inorganic chemistry, in particular to the metallurgy of uranium and the production of its compounds, and can be used in chemical and nuclear technologies.

Известен способ получения оксида урана, заключающийся в нагреве металлического урана в реакционной емкости внешним источником тепла до температуры 500-900°С в кислородсодержащей среде с последующей выдержкой при указанной температуре до прекращения процесса образования оксида урана (см. Я.М.Стерлин. Металлургия урана. - М.: Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники, 1962, с.64-69).A known method of producing uranium oxide, which consists in heating a metal uranium in a reaction vessel with an external heat source to a temperature of 500-900 ° C in an oxygen-containing medium, followed by exposure at this temperature until the process of formation of uranium oxide ceases (see Y. M. Sterlin. Uranium metallurgy . - M.: State Publishing House of Literature in the Field of Atomic Science and Technology, 1962, p. 64-69).

Недостатками этого способа получения оксида урана являются значительные энергозатраты на поддержание заданного температурного режима, а также невысокая производительность.The disadvantages of this method of producing uranium oxide are significant energy costs to maintain a given temperature regime, as well as low productivity.

Известен способ получения оксида урана, заключающийся в нагреве металлического урана в реакционной емкости в среде кислородсодержащего агента внешним источником тепла до температуры 500-900°С и последующей выдержке до прекращения процесса, причем в качестве реакционной емкости используют емкость, образующую замкнутое пространство с внутренним объемом, составляющим 2-4 объема загруженного металлического урана, и имеющую отверстия, суммарная площадь которых составляет от 5 до 25% от площади поверхности реакционной емкости, а после нагрева до температуры 500-900°С внешний источник отключают (см. патент RU 2247076, МПК C01G 43/01, 22.07.2003).A known method of producing uranium oxide, which consists in heating a metal uranium in a reaction vessel in the environment of an oxygen-containing agent with an external heat source to a temperature of 500-900 ° C and subsequent exposure to the cessation of the process, moreover, a vessel forming an enclosed space with an internal volume is used as a reaction vessel, constituting 2-4 volumes of the loaded uranium metal, and having openings, the total area of which is from 5 to 25% of the surface area of the reaction vessel, and after heating about a temperature of 500-900 ° C, the external source is turned off (see patent RU 2247076, IPC C01G 43/01, 07/22/2003).

Недостатком известного способа получения оксида урана является значительное отклонение содержания кислорода в получаемом оксиде урана от стехиометрического содержания кислорода в оксиде урана (закиси-окиси урана) при использовании в качестве исходного продукта диоксида урана.A disadvantage of the known method for producing uranium oxide is a significant deviation of the oxygen content in the resulting uranium oxide from the stoichiometric oxygen content in uranium oxide (uranium oxide) when uranium dioxide is used as a starting material.

Наиболее близким к заявленному способу получения оксида урана по технической сущности и достигаемому результату - прототипом - является способ получения оксида урана, заключающийся в нагреве урансодержащего продукта до 500-900°С в среде кислородсодержащего агента в реакционной емкости, образующей замкнутое пространство с внутренним объемом, составляющим 2-4 объема загружаемого урансодержащего продукта, и имеющей отверстия, суммарная площадь которых составляет от 5 до 25% от площади поверхности реакционной емкости, причем при получении в качестве оксида урана закиси-окиси урана из диоксида урана в качестве урансодержащего продукта используют диоксид урана, подвергнутый предварительному измельчению до крупности менее 2 мм, процесс осуществляют в две стадии: на первой стадии в емкости, образующей замкнутое пространство с отверстиями, а на второй стадии урансодержащий продукт перегружают в реакционную емкость с открытой поверхностью, составляющей 30-40% от общей поверхности реакционной емкости, и осуществляют нагрев до 500-600°С с последующей выдержкой до прекращения процесса (см. патент RU 2299857, МПК C01G 43/01, 15.11.2005).The closest to the claimed method for producing uranium oxide in technical essence and the achieved result - the prototype - is a method for producing uranium oxide, which consists in heating a uranium-containing product to 500-900 ° C in an oxygen-containing agent in a reaction vessel forming an enclosed space with an internal volume of 2-4 volumes of the loaded uranium-containing product, and having openings, the total area of which is from 5 to 25% of the surface area of the reaction vessel, and upon receipt in As uranium oxide, uranium oxide from uranium dioxide, uranium dioxide is used as a uranium product, preliminarily crushed to a particle size of less than 2 mm, the process is carried out in two stages: in the first stage in a container forming an enclosed space with holes, and in the second stage, uranium-containing the product is loaded into a reaction vessel with an open surface constituting 30-40% of the total surface of the reaction vessel, and heating is carried out to 500-600 ° C, followed by exposure to termination of the process (s m patent RU 2299857, IPC C01G 43/01, 11/15/2005).

Недостатком известного способа получения оксида урана являются сложность и энергоемкость процесса.The disadvantage of this method of producing uranium oxide is the complexity and energy intensity of the process.

Эти недостатки связаны с тем, что процесс осуществляют в две стадии: на первой стадии - в емкости, образующей замкнутое пространство с отверстиями, а на второй стадии - в емкости с открытой поверхностью. Причем нагрев до 500-900°С на первой стадии и последующий нагрев до 500-600°С с выдержкой при этой температуре на второй стадии осуществляют внешним источником тепла.These disadvantages are associated with the fact that the process is carried out in two stages: in the first stage, in a container forming an enclosed space with holes, and in the second stage, in a container with an open surface. Moreover, heating to 500-900 ° C in the first stage and subsequent heating to 500-600 ° C with holding at this temperature in the second stage is carried out by an external heat source.

Перед авторами стояла задача упрощения и снижения энергоемкости способа получения оксида урана.The authors were faced with the task of simplifying and reducing the energy intensity of the method for producing uranium oxide.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения оксида урана, включающем нагрев урансодержащего продукта - диоксида урана до температуры 500-900°С в среде кислородсодержащего агента в реакционной емкости, образующей замкнутое пространство с внутренним объемом, составляющим 2-4 объема загружаемого урансодержащего продукта, и имеющей отверстия, суммарная площадь которых составляет от 5 до 25% от площади поверхности реакционной емкости с последующим исключением внешнего источника тепла, перед нагревом диоксида урана в реакционной емкости до 500-900°С в объеме диоксида урана размещают произвольным образом металлический уран в количестве 20-40% масс. от массы диоксида урана.The problem is solved in that in the method for producing uranium oxide, comprising heating a uranium-containing product - uranium dioxide to a temperature of 500-900 ° C in an oxygen-containing agent in a reaction vessel forming an enclosed space with an internal volume of 2-4 volumes of the loaded uranium-containing product, and having openings, the total area of which is from 5 to 25% of the surface area of the reaction vessel, followed by the exclusion of an external heat source, before heating uranium dioxide in the reaction bone to 500-900 ° C in a volume of uranium dioxide, are placed randomly uranium metal in an amount of 20-40% by weight. by weight of uranium dioxide.

Причинно-следственная связь между существенными признаками и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.The causal relationship between the essential features and the achieved technical result is as follows.

Предложенный способ получения оксида урана (U3O8) реализуется в условиях, обеспечивающих саморазогрев и тепловой баланс процесса за счет экзотермической реакции взаимодействия урана с кислородомThe proposed method for producing uranium oxide (U 3 O 8 ) is implemented under conditions that ensure self-heating and thermal balance of the process due to the exothermic reaction of the interaction of uranium with oxygen

3U+4O2→U3O8+260 ккал/(г·атом урана)3U + 4O 2 → U 3 O 8 +260 kcal / (g · uranium atom)

после предварительного нагрева до температуры 500÷900°С.after preheating to a temperature of 500 ÷ 900 ° C.

Однако окисление диоксида урана (UO2) до закиси-окиси урана (U3O8) после нагрева до 500-900°С проходит в одну стадию по реакцииHowever, the oxidation of uranium dioxide (UO 2 ) to nitrous oxide-uranium oxide (U 3 O 8 ) after heating to 500-900 ° C takes place in one stage according to the reaction

UO2→U3O8+Q,UO 2 → U 3 O 8 + Q,

а окисление металлического урана происходит ступенчато, с предварительным образованием промежуточных оксидов по реакцииand the oxidation of metallic uranium occurs stepwise, with the preliminary formation of intermediate oxides by reaction

U→UO→UO2→U3O8+Q.U → UO → UO 2 → U 3 O 8 + Q.

Таким образом, в заявленном способе предварительно образуется закись-окись урана из диоксида урана, а реакция взаимодействия металлического урана с кислородом продолжается, при этом выделяющееся тепло способствует гомогенизации продукта окисления с получением содержания кислорода в закиси-окиси урана, близкого к стехиометрическому содержанию.Thus, in the inventive method, uranium oxide is formed preliminarily from uranium dioxide, and the reaction of the interaction of metallic uranium with oxygen continues, while the generated heat promotes homogenization of the oxidation product to obtain an oxygen content in the uranium oxide that is close to the stoichiometric content.

Т.е. в заявленном способе получения оксида урана совмещаются два процесса, а именно, получение непосредственно закиси-окиси урана и ее гомогенизации по кислородному коэффициенту, что упрощает способ и снижает его энергоемкость.Those. In the claimed method for producing uranium oxide, two processes are combined, namely, the production of directly uranium oxide and its homogenization by the oxygen coefficient, which simplifies the method and reduces its energy intensity.

Количество вводимого металлического урана в диоксид урана 20-40% масс. определяется тем, что при меньшем содержании урана (<20% масс.) из-за недостатка выделившегося тепла при сгорании металлического урана не обеспечивается гомогенизация получаемого продукта - закиси-окиси урана по кислородному коэффициенту. Кислородный коэффициент находится в пределах 2,50-2,70, однако разброс в таких пределах не допускается по техническим условиям на продукт.The amount of metallic uranium introduced into uranium dioxide is 20-40% by mass. is determined by the fact that with a lower uranium content (<20% wt.) due to the lack of heat generated during the combustion of metallic uranium, homogenization of the obtained product, i.e., uranium oxide-oxide by oxygen coefficient, is not ensured. The oxygen coefficient is in the range of 2.50-2.70, however, the spread in such limits is not allowed according to the technical conditions for the product.

В случае введения металлического урана в двуокись урана более 40% масс. происходит избыточное тепловыделение при сгорании металлического урана, что приводит к спеканию получаемого продукта с образованием агломерата, требующего дополнительного измельчения и, следовательно, приводит к усложнению процесса.In the case of the introduction of metallic uranium into uranium dioxide, more than 40% of the mass. excessive heat is generated during the combustion of metallic uranium, which leads to sintering of the resulting product with the formation of an agglomerate that requires additional grinding and, consequently, leads to a complication of the process.

Предложенный способ получения оксида урана - закиси-окиси урана иллюстрируется следующим примером.The proposed method for producing uranium oxide - oxide-uranium oxide is illustrated by the following example.

ПримерExample

Двуокись урана в виде компактного материала или крупки <2 мм загружали в реакционную емкость из нержавеющей стали, выполненную в виде прямоугольного контейнера с крышкой и отверстиями для доступа кислородсодержащего агента. Размеры реакционной емкости изменялись таким образом, что соотношение ее внутреннего объема и загружаемого урансодержащего продукта составляло от 2 до 4, а площадь отверстий составляла от 5 до 25% от общей площади поверхности реакционной емкости, к диоксиду урана добавляли металлический уран в количестве 20-40% масс. от массы диоксида урана.Uranium dioxide in the form of a compact material or grains <2 mm was loaded into a stainless steel reaction vessel made in the form of a rectangular container with a lid and openings for access of an oxygen-containing agent. The dimensions of the reaction vessel were changed in such a way that the ratio of its internal volume and the loaded uranium-containing product was from 2 to 4, and the hole area was from 5 to 25% of the total surface area of the reaction vessel, 20–40% metallic uranium was added to the uranium dioxide mass by weight of uranium dioxide.

Реакционную емкость с урансодержащим продуктом помещали в муфельную печь и нагревали до 500÷900°С. При достижении заданной температуры 500÷900°С внешний источник нагрева (муфельная печь) отключали, и далее процесс окисления протекал в режиме самонагрева до прекращения процесса.A reaction vessel with a uranium-containing product was placed in a muffle furnace and heated to 500–900 ° C. Upon reaching the set temperature of 500 ÷ 900 ° C, the external heating source (muffle furnace) was turned off, and then the oxidation process proceeded in self-heating mode until the process terminated.

В таблице приведены примеры осуществления предложенного способа получения оксида урана на граничные и промежуточные значения параметров в сопоставлении с известным способом.The table shows examples of the implementation of the proposed method for producing uranium oxide at the boundary and intermediate parameter values in comparison with the known method.

Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный способ получения оксида урана (примеры 1-3) обеспечивает в сравнении с известным способом (примеры 4-5) его упрощение и снижение энергоемкости.As follows from the data in the table, the proposed method for producing uranium oxide (examples 1-3) provides, in comparison with the known method (examples 4-5), its simplification and reduction of energy intensity.

ТаблицаTable ПараметрыOptions ПримерыExamples 1one 22 33 4 известный4 famous 5 известный5 famous Температура нагрева внешним источником, °СTemperature of heating by an external source, ° С 500500 700700 900900 500500 900900 Масса загрузки диоксида урана, кгUranium dioxide loading mass, kg 0,3650.365 0,7040.704 0,6800.680 0,50.5 1,01,0 Масса загрузки металлического урана, кгThe mass of loading of uranium metal, kg 0,0730,073 0,2110.211 0,2720.272 -- -- Соотношение масс металла и диоксида, %The ratio of the mass of metal and dioxide,% 20twenty 30thirty 4040 -- -- Объем загруженного урансодержащего продукта, см3 The volume of the loaded uranium-containing product, cm 3 100one hundred 200200 200200 150150 300300 Объем реакционной емкости, см3 The volume of the reaction vessel, cm 3 200200 300300 400400 300300 12001200 Соотношение объемов реакционной емкости и загруженного продуктаThe ratio of the volume of the reaction vessel and the loaded product 22 1,51,5 22 22 4four Соотношение площади отверстий и поверхности реакционной емкости, %The ratio of the area of the holes and the surface of the reaction vessel,% 55 15fifteen 2525 55 2525 Параметры 2-й стадии окисленияParameters of the 2nd stage of oxidation Температура нагрева, °СHeating temperature, ° C -- -- -- 500500 600600 Соотношение площади поверхности и общей поверхности реакционной емкости, %The ratio of the surface area and the total surface of the reaction vessel,% -- -- -- 30thirty 4040 Энергоемкость процесса, кВт/часThe energy intensity of the process, kW / h 2,02.0 2,62.6 3,23.2 4,84.8 6,16.1 Количество стадий окисленияThe number of stages of oxidation 1one 1one 1one 22 22 Качество продукта U3O8 Product Quality U 3 O 8 Кислородный коэффициентOxygen ratio 2,652.65 2,632.63 2,642.64 2,652.65 2,642.64 Отклонение от стехиометрии, %Deviation from stoichiometry,% -0,75-0.75 -1,50-1.50 -1,12-1.12 -0,75-0.75 -1,12-1.12

Claims (1)

Способ получения оксида урана, включающий нагрев урансодержащего продукта - диоксида урана до температуры 500÷900°С в среде кислородсодержащего агента в реакционной емкости, образующей замкнутое пространство с внутренним объемом, составляющим 2÷4 объема загружаемого урансодержащего продукта, и имеющей отверстия, суммарная площадь которых составляет от 5 до 25% от площади поверхности реакционной емкости, с последующим исключением внешнего источника тепла, отличающийся тем, что перед нагревом диоксида урана в реакционной емкости до 500÷900°С к диоксиду урана добавляют металлический уран в количестве 20÷40 мас.% от массы диоксида урана. A method of producing uranium oxide, including heating a uranium-containing product - uranium dioxide to a temperature of 500 ÷ 900 ° C in an oxygen-containing agent in a reaction vessel forming an enclosed space with an internal volume of 2-4 volumes of the loaded uranium-containing product and having openings, the total area of which is from 5 to 25% of the surface area of the reaction vessel, with the subsequent exclusion of an external heat source, characterized in that before heating the uranium dioxide in the reaction vessel to 500 ÷ 900 ° C to uranium dioxide add metallic uranium in an amount of 20 ÷ 40 wt.% by weight of uranium dioxide.
RU2011146200/05A 2011-11-14 2011-11-14 Method of producing uranium oxide RU2481272C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011146200/05A RU2481272C1 (en) 2011-11-14 2011-11-14 Method of producing uranium oxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011146200/05A RU2481272C1 (en) 2011-11-14 2011-11-14 Method of producing uranium oxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2481272C1 true RU2481272C1 (en) 2013-05-10

Family

ID=48789436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011146200/05A RU2481272C1 (en) 2011-11-14 2011-11-14 Method of producing uranium oxide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2481272C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2222581A (en) * 1988-09-09 1990-03-14 British Nuclear Fuels Plc Uranium dioxide production
RU2150431C1 (en) * 1999-02-02 2000-06-10 Сибирский химический комбинат Method of preparing uranous-uranyl oxide
RU2247076C1 (en) * 2003-07-22 2005-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский Институт Научно- производственное объединение "Луч" (ФГУП "НИИ НПО "Луч") Method for uranium oxide production
RU2299857C1 (en) * 2005-11-15 2007-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский Институт Научно-производственное объединение "Луч" (ФГУП НИИ НПО "Луч") Uranium oxide preparation method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2222581A (en) * 1988-09-09 1990-03-14 British Nuclear Fuels Plc Uranium dioxide production
RU2150431C1 (en) * 1999-02-02 2000-06-10 Сибирский химический комбинат Method of preparing uranous-uranyl oxide
RU2247076C1 (en) * 2003-07-22 2005-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский Институт Научно- производственное объединение "Луч" (ФГУП "НИИ НПО "Луч") Method for uranium oxide production
RU2299857C1 (en) * 2005-11-15 2007-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский Институт Научно-производственное объединение "Луч" (ФГУП НИИ НПО "Луч") Uranium oxide preparation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018214849A1 (en) Method for preparing reduced titanium powder by multi-stage deep reduction
Xu et al. Infrared‐transparent Y2O3–MgO nanocomposites fabricated by the glucose sol–gel combustion and hot‐pressing technique
JP2009527365A (en) Production of uniform nanoparticles of ultra-high purity metal oxides, mixed metal oxides, metals, and alloys
CN106318392B (en) A kind of rare earth nano material being provided simultaneously with up/down conversion fluorescence and light thermal property
JP5907169B2 (en) Nickel oxide fine powder and method for producing the same
Lucena et al. CaSnO 3 obtained by modified Pechini method applied in the photocatalytic degradation of an azo dye
CN107342110A (en) A kind of UO2The preparation technology of graphene hybrid fuel
Li et al. Near-infrared emitting microspheres of LaAlO3: Mn4+: Defects engineering via Ge4+ doping for greatly enhanced luminescence and improved afterglow
JP2017132677A (en) Manufacturing method of vanadium dioxide
Zhang et al. Synthesis and characterization of (Ni, Sb)-co-doped rutile ceramic pigment via mechanical activation-assisted solid-state reaction
JP6396453B2 (en) Method for producing a powder comprising a solid solution of uranium dioxide and at least one other actinide and / or lanthanide elemental dioxide
Seo Size Control of LaNbON2 Particles for Enhanced Photocatalytic Water Oxidation Under Visible Light Irradiation
JPS6228089B2 (en)
RU2481272C1 (en) Method of producing uranium oxide
Denisenko et al. Europium (II) sulfate EuSO4: Synthesis methods, crystal and electronic structure, luminescence properties
JPS59500669A (en) Method for producing UO↓3 with a large specific surface area using uranyl nitrate hydrate as a starting material
US2905528A (en) Method for preparation of uo2 particles
CN107416896B (en) Controllable method for preparing titanium oxide powder
Sun et al. High reactive MgO‐Y2O3 nanopowders via microwave combustion method and sintering behavior
JP2018024535A (en) Production method of nickel oxide fine powder
JP6996262B2 (en) A method for producing lithium hydroxide for producing a lithium nickel composite oxide, a raw material for lithium hydroxide for producing a lithium nickel composite oxide, and a method for producing a lithium nickel composite oxide.
RU2299857C1 (en) Uranium oxide preparation method
Hu et al. TiO2 powder modified by plasma afterglow: a correlation between active species, microstructure, and optical properties
CN111715267B (en) Carbon nitride/bismuth oxychloride/tungsten oxide heterojunction photocatalyst and preparation method and application thereof
Zhou et al. Flash synthesis of Li2TiO3 powder by microwave-induced solution combustion