RU2484020C1 - Method of producing uranium tetrafluoride - Google Patents

Method of producing uranium tetrafluoride Download PDF

Info

Publication number
RU2484020C1
RU2484020C1 RU2011145780/05A RU2011145780A RU2484020C1 RU 2484020 C1 RU2484020 C1 RU 2484020C1 RU 2011145780/05 A RU2011145780/05 A RU 2011145780/05A RU 2011145780 A RU2011145780 A RU 2011145780A RU 2484020 C1 RU2484020 C1 RU 2484020C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen fluoride
temperature region
uranium
tetrafluoride
low
Prior art date
Application number
RU2011145780/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Круглов
Александр Анатольевич Атякшев
Андрей Александрович Галата
Владимир Михайлович Короткевич
Валерий Владимирович Лазарчук
Александр Константинович Ледовских
Элла Оскаровна Портнягина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат"
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 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" filed Critical Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат"
Priority to RU2011145780/05A priority Critical patent/RU2484020C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2484020C1 publication Critical patent/RU2484020C1/en

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods of producing uranium tetrafluoride and specifically to methods of producing uranium tetrafluoride during hydrofluorination of uranium dioxide, and can be used in production of uranium hexafluoride or uranium metal. The method of producing uranium tetrafluoride involves countercurrent reaction of a solid phase in form of uranium dioxide with hydrogen fluoride which is in gas phase when the solid phase moves through a low-temperature and a high-temperature region when anhydrous hydrogen fluoride is fed into the high-temperature region into the uranium tetrafluoride output zone. Hydrofluoric acid, having hydrogen fluoride concentration of not less than 35 wt %, which is converted to gaseous state, is fed into the low-temperature region together with the gas phase coming out of the high-temperature region. Overall flow rate of hydrofluoric acid in terms of anhydrous hydrogen fluoride fed into the low-temperature region and anhydrous hydrogen fluoride fed into the high-temperature region is maintained equal to the stoichiometric flow rate of hydrogen fluoride in the hydrofluorination reaction of uranium dioxide to uranium tetrafluoride.
EFFECT: invention provides a cheap process of producing uranium tetrafluoride.
3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения тетрафторида урана, а именно к способам получения тетрафторида урана на переделе гидрофторирования диоксида урана, и может быть использовано в производстве гексафторида урана или металлического урана.The invention relates to methods for producing uranium tetrafluoride, and in particular to methods for producing uranium tetrafluoride in the process of hydrofluorination of uranium dioxide, and can be used in the production of uranium hexafluoride or metallic uranium.

Известно (Ч.Харрингтон, А.Рюэле. Технология производства урана. Госатомиздат, М. 1961, с.224) получение тетрафторида урана взаимодействием диоксида урана с газообразным фторидом водорода по реакции:It is known (C. Harrington, A. Ruele. Uranium production technology. Gosatomizdat, M. 1961, p. 224) obtaining uranium tetrafluoride by the interaction of uranium dioxide with gaseous hydrogen fluoride by the reaction:

Figure 00000001
Figure 00000001

В источнике информации (В.Б.Шевченко, Б.Н.Судариков. Технология урана. Госатомиздат. М., 1961, сс. 264-266) описан способ гидрофторирования диоксида урана в шнековых аппаратах - прототип. Температура реакционного пространства на входе твердого поддерживается на уровне 290-340°С, на выходе 540-590°С. Безводный фторид водорода поступает на фторирование в зону выгрузки тетрафторида урана и движется противотоком твердой фазе; по мере продвижения газовой фазы к зоне загрузки диоксида урана она обогащается парами воды. Отходящие газы, содержащие пары воды, направляют на конденсацию. Избыток безводного фторида водорода в процессе превышает 200%. Содержание тетрафторида урана в полученном продукте (в пересчете на уран), т.е. выход тетрафторида урана, составляет 95-96%. Недостатком способа является большой избыток дорогостоящего безводного фторида водорода.The source of information (VB Shevchenko, BN Sudarikov. Uranium technology. Gosatomizdat. M., 1961, pp. 264-266) describes a method for hydrofluorination of uranium dioxide in auger apparatuses - a prototype. The temperature of the reaction space at the solid inlet is maintained at a level of 290-340 ° C, at the outlet 540-590 ° C. Anhydrous hydrogen fluoride is supplied to fluorination in the discharge zone of uranium tetrafluoride and moves countercurrent to the solid phase; as the gas phase moves to the loading zone of uranium dioxide, it is enriched with water vapor. Waste gases containing water vapor are sent for condensation. The excess of anhydrous hydrogen fluoride in the process exceeds 200%. The content of uranium tetrafluoride in the obtained product (in terms of uranium), i.e. the yield of uranium tetrafluoride is 95-96%. The disadvantage of this method is a large excess of expensive anhydrous hydrogen fluoride.

Задачей изобретения является расширение арсенала способов получения тетрафторида урана, снижение расхода безводного фторида водорода.The objective of the invention is to expand the arsenal of methods for producing uranium tetrafluoride, reducing the consumption of anhydrous hydrogen fluoride.

Дополнительной задачей является получение тетрафторида урана с выходом не менее 96%, т.к. тетрафторид именно такого качества обычно используют для получения гексафторида урана фторированием тетрафторида элементарным фтором.An additional task is to obtain uranium tetrafluoride with a yield of at least 96%, because tetrafluoride of precisely this quality is usually used to produce uranium hexafluoride by fluorination of tetrafluoride with elemental fluorine.

Поставленную задачу решают тем, что в способе получения тетрафторида урана гидрофторированием диоксида урана, включающем противоточное взаимодействие твердой фазы с фторидом водорода, находящимся в газовой фазе, при движении твердой фазы через низкотемпературную и высокотемпературную области при подаче в высокотемпературную область в зону выгрузки тетрафторида урана безводного фторида водорода, в низкотемпературную область совместно с газовой фазой, выходящей из высокотемпературной области, подают переведенную в газообразное состояние (газифицированную) плавиковую кислоту, имеющую концентрацию фторида водорода не менее 35 мас.%, при этом поддерживают суммарный расход HF в высоко- и низкотемпературной областях, равный стехиометрическому расходу HF в реакции гидрофторирования диоксида урана до тетрафторида урана.The problem is solved by the fact that in the method for producing uranium tetrafluoride by hydrofluorination of uranium dioxide, which includes countercurrent interaction of the solid phase with hydrogen fluoride in the gas phase, the solid phase moves through the low-temperature and high-temperature regions when anhydrous fluoride uranium tetrafluoride is fed to the high-temperature region in the discharge zone hydrogen, in the low-temperature region, together with the gas phase exiting the high-temperature region, is fed converted to gaseous oyanie (gasified) hydrofluoric acid having a concentration of hydrogen fluoride of at least 35 wt.% while maintaining the total consumption of HF in high and low temperature areas, is equal to the stoichiometric flow rate in HF hydrofluorination reactions uranium dioxide to uranium tetrafluoride.

В рамках суммарного расхода HF, равного стехиометрическому, массовое соотношение газифицированной плавиковой кислоты, подаваемой в низкотемпературную область, в пересчете на HF и безводного фторида водорода, подаваемого в высокотемпературную область, поддерживают равным (0,2-1,1):1.Within the total stoichiometric HF consumption, the mass ratio of gasified hydrofluoric acid supplied to the low-temperature region, calculated as HF and anhydrous hydrogen fluoride supplied to the high-temperature region, is maintained equal to (0.2-1.1): 1.

Повышают температуру взаимодействия по ходу движения твердой фазы в низкотемпературной области от 150 до 350°С, а в высокотемпературной области - от 350 до 415°С.The temperature of interaction is increased along the movement of the solid phase in the low-temperature region from 150 to 350 ° C, and in the high-temperature region - from 350 to 415 ° C.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Гидрофторирование диоксида урана провели в двух последовательно соединенных шнековых реакторах. Реакторы имеют электрический обогрев. В первый реактор (низкотемпературную область) поступает твердая фаза в виде диоксида урана и противотоком ей газообразная фаза, содержащая газифицированную плавиковую кислоту, объединенную с отходящими из второго реактора (высокотемпературной области) газами; во второй реактор поступает твердая фаза из первого реактора, содержащая оксиды, оксифториды и тетрафторид урана, и противотоком ей безводный фторид водорода, подаваемый в зону выгрузки продукта - тетрафторида урана.Hydrofluorination of uranium dioxide was carried out in two series-connected screw reactors. The reactors are electrically heated. A solid phase in the form of uranium dioxide enters the first reactor (low temperature region) and a gaseous phase containing a gasified hydrofluoric acid combined with the gases leaving the second reactor (high temperature region); the second phase receives the solid phase from the first reactor containing uranium oxides, oxyfluorides and tetrafluoride, and anhydrous hydrogen fluoride countercurrent to it is supplied to the product discharge zone - uranium tetrafluoride.

Газифицированную плавиковую кислоту получают нагреванием до температуры кипения и полного испарения HF и H2O.Gasified hydrofluoric acid is obtained by heating to the boiling point and complete evaporation of HF and H 2 O.

В опытах 1-6 использовали плавиковую кислоту, содержащую 40% HF, а в опыте 7 - 35% HF. Стехиометрический расход 100%-ной HF составляет 0,296 кг на 1 кг UO2. В рамках практически стехиометрического (0,29 кг) расхода HF меняли соотношения HF, поставляемого для процесса в виде безводного фторида водорода и в виде плавиковой кислоты.In experiments 1-6, hydrofluoric acid containing 40% HF was used, and in experiment 7, 35% HF was used. The stoichiometric flow rate of 100% HF is 0.296 kg per 1 kg of UO 2 . Within the framework of an almost stoichiometric (0.29 kg) flow rate of HF, the ratio of HF supplied for the process in the form of anhydrous hydrogen fluoride and in the form of hydrofluoric acid was changed.

Условия проведения опытов приведены в таблице 1, а результаты опытов - в таблице 2.The conditions of the experiments are shown in table 1, and the results of the experiments are in table 2.

Таблица 1Table 1 № оп.No. op. Расход, кг, на 1 кг UO2, в пересчете на HFConsumption, kg, per 1 kg UO 2 , in terms of HF Соотношение расходов безводного фторида водорода и плавиковой кислоты в пересчете на HF, кг/кгThe ratio of the costs of anhydrous hydrogen fluoride and hydrofluoric acid in terms of HF, kg / kg Температура в реакторах, °СTemperature in reactors, ° С безводного фторида водородаanhydrous hydrogen fluoride плавиковой кислотыhydrofluoric acid суммаthe amount первом реактореfirst reactor втором реактореsecond reactor входentrance выходexit входentrance выходexit 1one 0,240.24 0,050.05 0,290.29 1:0,21: 0.2 173173 352352 353353 407407 22 0,210.21 0,080.08 0,290.29 1:0,41: 0.4 163163 348348 349349 410410 33 0,160.16 0,130.13 0,290.29 1:0,81: 0.8 158158 351351 353353 408408 4four 0,140.14 0,150.15 0,290.29 1:1,11: 1,1 153153 350350 353353 409409 55 0,120.12 0,170.17 0,290.29 1:1,41: 1.4 151151 353353 355355 411411 66 0,100.10 0,190.19 0,290.29 1:2,01: 2.0 142142 349349 352352 417417 77 0,170.17 0,120.12 0,290.29 1:0,71: 0.7 157157 354354 356356 412412

Таблица 2table 2 № оп.No. op. Состав целевого продукта, % в пересчете на UThe composition of the target product,% in terms of U Потери HF, мас.%Losses of HF, wt.% UF4 Uf 4 UO2F2 UO 2 F 2 UO2 UO 2 1one 98,0098.00 1,101.10 0,900.90 0,300.30 22 97,4097.40 1,301.30 1,301.30 0,410.41 33 96,5096.50 2,102.10 1,401.40 0,890.89 4four 96,0596.05 2,402.40 1,551.55 1,201.20 55 95,3095.30 2,902.90 1,801.80 1,401.40 66 93,8093.80 3,903.90 2,302,30 2,402.40 77 96,2096.20 2,302,30 1,501,50 0,920.92

Из данных таблиц 1 и 2 видно, что в процессе гидрофторирования часть газообразного безводного фторида водорода может быть заменена на газифицированную плавиковую кислоту при соблюдении суммарного стехиометрического расхода HF. При этом выход тетрафторида урана не менее 96% достигается в опытах 1-4 и 7, при соотношении (в пределах стехиометрии по HF) безводного фторида водорода и плавиковой кислоты в пересчете на HF 1:(0,2-1,1), при концентрации HF в плавиковой кислоте 35 и 40 мас.%. Как оказалось, дополнительная вода (вода, содержащаяся в плавиковой кислоте, дополнительная к той воде, которая образуется по реакции гидрофторирования) при заявляемых соотношениях плавиковой кислоты и безводного фторида водорода не препятствует получению продукта с выходом не менее 96% (таблица 2). При этом замена дорогого безводного фторида водорода более дешевой плавиковой кислотой способствует удешевлению процесса. При замене большего, чем вытекает из заявленного соотношения, количества безводного фторида водорода плавиковой кислотой (опыты 5 и 6) выход получаемого тетрафторида урана становится менее 96% (увеличивается содержание в продукте UO2F2 и UO2).From the data of tables 1 and 2 it can be seen that during the hydrofluorination process, part of the gaseous anhydrous hydrogen fluoride can be replaced by gasified hydrofluoric acid, subject to the total stoichiometric flow rate of HF. The yield of uranium tetrafluoride at least 96% is achieved in experiments 1-4 and 7, with the ratio (within the stoichiometry according to HF) of anhydrous hydrogen fluoride and hydrofluoric acid in terms of HF 1: (0.2-1.1), at HF concentrations in hydrofluoric acid 35 and 40 wt.%. As it turned out, additional water (water contained in hydrofluoric acid, additional to the water that is formed by the hydrofluorination reaction) with the claimed ratios of hydrofluoric acid and anhydrous hydrogen fluoride does not prevent the product from being obtained in a yield of at least 96% (table 2). At the same time, replacing expensive anhydrous hydrogen fluoride with cheaper hydrofluoric acid helps to reduce the cost of the process. When replacing a larger amount of anhydrous hydrogen fluoride with hydrofluoric acid (tests 5 and 6), the yield of the obtained uranium tetrafluoride becomes less than 96% (the content of UO 2 F 2 and UO 2 in the product increases).

Таким образом, при замещении до 52 мас.% безводного фторида водорода плавиковой кислотой (т.е. при использовании до 52 мас.% HF в виде плавиковой кислоты) на операции гидрофторирования диоксида урана получается кондиционный тетрафторид урана.Thus, substituting up to 52% by weight of anhydrous hydrogen fluoride with hydrofluoric acid (i.e. when using up to 52% by weight of HF as hydrofluoric acid), conditional uranium tetrafluoride is obtained during the hydrofluorination of uranium dioxide.

Claims (3)

1. Способ получения тетрафторида урана гидрофторированием диоксида урана, включающий противоточное взаимодействие твердой фазы с фторидом водорода, находящимся в газовой фазе, при движении твердой фазы через низкотемпературную и высокотемпературную области при подаче в высокотемпературную область в зону выгрузки тетрафторида урана безводного фторида водорода, отличающийся тем, что в низкотемпературную область совместно с газовой фазой, выходящей из высокотемпературной области, подают переведенную в газообразное состояние плавиковую кислоту, имеющую концентрацию фторида водорода не менее 35 мас.%, при этом поддерживают суммарный расход плавиковой кислоты в пересчете на безводный фторид водорода, подаваемой в низкотемпературную область, и безводного фторида водорода, подаваемого в высокотемпературную область, равный стехиометрическому расходу фторида водорода в реакции гидрофторирования диоксида урана до тетрафторида урана.1. A method of producing uranium tetrafluoride by hydrofluorination of uranium dioxide, comprising countercurrent interaction of the solid phase with hydrogen fluoride in the gas phase, when the solid phase moves through the low-temperature and high-temperature regions when anhydrous hydrogen fluoride is supplied to the high-temperature region to the discharge zone of uranium tetrafluoride, characterized in that in the low-temperature region, together with the gas phase exiting the high-temperature region, fed into the gaseous state of the fins acid with a hydrogen fluoride concentration of at least 35 wt.%, while maintaining the total flow rate of hydrofluoric acid in terms of anhydrous hydrogen fluoride supplied to the low temperature region and anhydrous hydrogen fluoride fed to the high temperature region, equal to the stoichiometric flow rate of hydrogen fluoride in the reaction hydrofluorination of uranium dioxide to uranium tetrafluoride. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в рамках суммарного расхода, равного стехиометрическому, массовое соотношение переведенной в газообразное состояние плавиковой кислоты, подаваемой в низкотемпературную область, в пересчете на HF, и безводного фторида водорода, подаваемого в высокотемпературную область, поддерживают равным (0,2-1,1):1.2. The method according to claim 1, characterized in that in the framework of the total flow equal to the stoichiometric, the mass ratio of the gaseous hydrofluoric acid supplied to the low-temperature region, in terms of HF, and anhydrous hydrogen fluoride supplied to the high-temperature region, is maintained equal to (0.2-1.1): 1. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что повышают температуру взаимодействия по ходу движения твердой фазы в низкотемпературной области от 150 до 350°С, а в высокотемпературной области - от 350 до 415°С. 3. The method according to claim 1, characterized in that the interaction temperature is increased along the movement of the solid phase in the low temperature region from 150 to 350 ° C, and in the high temperature region from 350 to 415 ° C.
RU2011145780/05A 2011-11-10 2011-11-10 Method of producing uranium tetrafluoride RU2484020C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011145780/05A RU2484020C1 (en) 2011-11-10 2011-11-10 Method of producing uranium tetrafluoride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011145780/05A RU2484020C1 (en) 2011-11-10 2011-11-10 Method of producing uranium tetrafluoride

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2484020C1 true RU2484020C1 (en) 2013-06-10

Family

ID=48785565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011145780/05A RU2484020C1 (en) 2011-11-10 2011-11-10 Method of producing uranium tetrafluoride

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2484020C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2542286C1 (en) * 2013-10-17 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" Method of uranium tetrafluoride purification
RU2569399C2 (en) * 2013-11-07 2015-11-27 Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" Method of producing uranium tetrafluoride
RU2601477C1 (en) * 2015-09-09 2016-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Method of producing uranium tetrafluoride
RU2625871C1 (en) * 2016-04-25 2017-07-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Method for uranium tetrafluoride production

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001039209A2 (en) * 1999-11-27 2001-05-31 British Nuclear Fuels Plc A method of separating uranium from irradiated nuclear fuel
RU2355641C1 (en) * 2007-12-19 2009-05-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of uranium hexafluoride production
RU2396212C2 (en) * 2008-07-24 2010-08-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Method of obtaining uranium tetrafluoride
RU2397145C1 (en) * 2008-12-08 2010-08-20 Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) Method of producing uranium tetrafluoride

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001039209A2 (en) * 1999-11-27 2001-05-31 British Nuclear Fuels Plc A method of separating uranium from irradiated nuclear fuel
RU2355641C1 (en) * 2007-12-19 2009-05-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" Method of uranium hexafluoride production
RU2396212C2 (en) * 2008-07-24 2010-08-10 Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" Method of obtaining uranium tetrafluoride
RU2397145C1 (en) * 2008-12-08 2010-08-20 Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ) Method of producing uranium tetrafluoride

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2542286C1 (en) * 2013-10-17 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" Method of uranium tetrafluoride purification
RU2569399C2 (en) * 2013-11-07 2015-11-27 Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" Method of producing uranium tetrafluoride
RU2601477C1 (en) * 2015-09-09 2016-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Method of producing uranium tetrafluoride
RU2625871C1 (en) * 2016-04-25 2017-07-19 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Method for uranium tetrafluoride production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2484020C1 (en) Method of producing uranium tetrafluoride
US4091081A (en) Preparation of nitrogen trifluoride
US9352966B2 (en) Method for producing imide salt
US10442698B2 (en) Production of a hexafluorophosphate salt and of phosphorous pentafluoride
JP7086997B2 (en) Rare earth metal fluoride manufacturing method
RU2430877C1 (en) Method of producing iodine heptafluoride
JP5341425B2 (en) Method for producing fluoride gas
RU2526075C2 (en) Method of treating zirconium dioxide-based material with ammonium bifluoride
JP3727797B2 (en) Method for producing nitrogen trifluoride
JP5444453B2 (en) Method for producing bis (fluorosulfonyl) imide
KR101229593B1 (en) Isotope concentration method
RU2412908C1 (en) Method of obtaining uranium oxides and silicon tetrafluoride from depleted uranium tetrafluoride
JP5043836B2 (en) Method for recycling zirconium tetrafluoride to form zirconia
KR100961587B1 (en) Process for synthesis of halogenated nitrogen
CN107001060B (en) Method for producing salt systems containing beryllium fluoride
US2756125A (en) Production of uranium hexafluoride
Kapustin et al. Stability of hydrogen fluoride under water-gas-reaction conditions
RU2601477C1 (en) Method of producing uranium tetrafluoride
US3341306A (en) Preparation of difluoroamine
JP2010116282A (en) Method for producing germanium tetrafluoride
US3320035A (en) Nitrogen compound synthesis
RU2494964C1 (en) Method of obtaining beryllium fluoride
CN107709229A (en) The manufacture method of iodine pentafluoride
RU2594012C1 (en) Method of converting uranium hexafluoride to uranium tetrafluoride and anhydrous hydrogen fluoride
EP2292556A1 (en) Method for manufacturing oxygen-containing halogenated fluoride

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161111