Способ получения фторидов урана

Изобретение может быть использовано для извлечения урана из отработанного ядерного топлива, а также из отходов производства урана, его сплавов и изделий. Способ включает растворение металлического урана или его сплава неводным растворителем в присутствии окислителя и осаждение непосредственно из неводного раствора. Растворение проводят в системе трибутилфосфат-тетрахлорэтилен, при содержании трибутилфосфата 5-100 об.%. При растворении в качестве окислителя используют хлор. Осаждение проводят фторидом щелочного металла, аммония или раствором плавиковой кислоты. Промывку фторида ведут гетерогенной смесью тетрахлорэтилен - вода. Результат способа – увеличение скорости растворения урансодержащих материалов, отсутствие выделения взрывоопасных газов, упрощение процесса. 3 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к способам переработки металлического урана и может быть использовано для получения фторидов урана (IV), для извлечения урана из отработанного ядерного топлива, а также отходов металлургических и механических операций производства урана, его сплавов и изделий.

Известен способ получения комплексных фторидов урана (IV) из водной среды [Патент №2615849, 1987, Франция], по которому фториды урана (IV) получают осаждением раствором фторида щелочного металла или аммония из водной среды.

Недостатками данного способа является использование значительного избытка фторида, необходимость восстановления U (VI) до U (IV) перед осаждением.

Известен способ получения тетрафторида урана из металлического урана [Патент №2222824, 1990 г., Великобритания], по которому тетрафторид урана получают осаждением избытком фтористоводородной кислоты при температуре 95°С из раствора, полученного при окислении металлического урана или его сплава с титаном в концентрированной соляной кислоте.

Недостатками этого способа является использование концентрированной соляной кислоты, приводящей к образованию взрывоопасного водорода в процессе растворения урана при невысоких скоростях растворения, использование для осаждения тетрафторида урана избытка фтористоводородной кислоты при 95°С, являющейся чрезвычайно опасным и коррозионно-активным веществом.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении скорости растворения урансодержащих материалов, отсутствии выделения взрывоопасных газов, упрощении процесса. Выделение фторида урана непосредственно из неводного раствора позволяет ликвидировать или свести к минимуму водные сбросы. Органический растворитель после осаждения фторида урана вновь направляется на растворение металлического урана.

Технический результат достигается тем, что в способе получения фторида урана, включающем растворение металлического урана или его сплава, осаждение фторида урана из раствора, его промывку, растворение металлического урана или его сплава проводят в неводном растворителе в присутствии хлора, а осаждение проводят непосредственно из неводного раствора. Растворение проводят в системе диполярный апротонный растворитель или смеси диполярных апротонных растворителей - хлорсодержащий разбавитель при содержание диполярного апротонного растворителя 5-100%. Осаждение проводят фторидом щелочного металла, аммония или раствором плавиковой кислоты. Промывку фторида ведут гетерогенной смесью хлорсодержащий разбавитель - вода.

Использование системы диполярный апротонный растворитель (ДАР) (или их смеси) - хлорсодержащий разбавитель (ХСР) позволяет резко повысить концентрацию окислителя - хлора, что увеличивает скорость растворения урана. Использование в качестве окислителя хлора позволяет использовать дешевые окислители для растворения урана. Использование в качестве среды для растворения и осаждения неводного растворителя позволяет значительно снизить обводненность технологического цикла, избежать потерь ДАР при реэкстракции. Использование системы ДАР-ХСР для осаждения позволяет получать легкофильтруемые осадки фторида урана. Использование для промывки осадков фторида урана системы ХСР - вода позволяет добиться отмывки захваченного осадком ДАР за счет использования органической составляющей промывной смеси. Использование воды позволяет растворить избыток вводимого фторида аммония или щелочного металла.

Согласно изобретению получение комплексных фторидов урана осуществляют следующим образом: в обогреваемый реактор загружают металлический уран, заливают его растворяющей смесью ДАР-ХСР, предварительно насыщенной хлором и перемешивают. После растворения урана раствор охлаждают и прибавляют к нему фторид щелочного металла или аммония или раствор плавиковой кислоты, после чего перемешивают, отфильтровывают и промывают образовавшийся фторид урана смесью ХСР - вода.

Пример 1.

6.3 г металлического урана в виде стружки обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация 1.0 моль/л) в смеси трибутилфосфат (ТБФ) (30 об.%) - тетрахлорэтилен (ТХЭ) (70 об.%) в течение 40 минут при 50°С. К полученному раствору прибавляли 3.08 г соли гидрофторида аммония (NH₄F·HF). После 20 минут интенсивного перемешивания выделялся зеленоватый осадок фторида урана, его отфильтровывали, промывали смесью ТХЭ (50 об.%) - Н₂О (50 об.%), высушивали при 120°С и взвешивали. Масса осадка составила 9.25 г (выход 99.5%).

Пример 2.

8.6 г металлического урана в виде стружки обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация 0.7 моль/л) в смеси ТБФ (20 об.%) - ТХЭ (80 об.%) в течение 60 минут при 50°С. К полученному раствору прибавляли 8.45 г соли гидрофторида калия (KF·HF). После 30 минут интенсивного перемешивания выделялся зеленоватый осадок фторида урана, его отфильтровывали, промывали смесью ТХЭ (50 об.%) - Н₂О (50 об.%), высушивали при 120°С и взвешивали. Масса осадка составила 12.9 г (выход 99.6%).

Пример 3.

5.2 г металлического урана в виде стружки обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация 0.85 моль/л) в смеси ТБФ (10 об.%) - ТХЭ (90 об.%) в течение 80 минут при 50°С. К полученному раствору прибавляли 17.2 мл раствора 10% плавиковой кислоты. После 30 минут интенсивного перемешивания выделялся зеленоватый осадок фторида урана, его отфильтровывали, промывали смесью ТХЭ (50 об.%) - Н₂О (50 об.%), высушивали при 120°С и взвешивали. Масса осадка составила 6.83 г (выход 99.5%).

Пример 4.

3.8 г металлического урана в виде стружки обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация 1.1 моль/л) в смеси ТБФ (50 об.%) - ацетонитрил (АН) (50 об.%) в течение 20 минут при 50°С. К полученному раствору прибавляли 2.46 г соли NH₄F·HF. После 20 минут интенсивного перемешивания выделялся зеленоватый осадок фторида урана, его отфильтровывали, промывали смесью ССl₄ (50 об.%) - H₂O (50 об.%), высушивали при 120°С и взвешивали. Масса осадка составила 5.54 г (выход 98.9%).

Пример 5.

5.4 г металлического урана в виде стружки обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация 0.7 моль/л) в смеси ТБФ (30 об.%) - N,N’-диметилформамид (ДМФА) (10 об.%) – ССl₄ (60 об.%) в течение 30 минут при 50°С. К полученному раствору прибавляли 5.24 г соли фторида натрия (NaF). После 30 минут интенсивного перемешивания выделялся зеленоватый осадок фторида урана, его отфильтровывали, промывали смесью ССl₄ (50 об.%) - Н₂О (50 об.%), высушивали при 120°С и взвешивали. Масса осадка составила 8.03 г (выход 99.4%).

Пример 6.

6.3 г металлического урана в виде стружки обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация 1.3 моль/л) в смеси ТБФ (30 об.%) - АН (30 об.%) - гексахлорбутадиен (ГХБД) (40 об.%) в течение 30 минут при 40°С. К полученному раствору прибавляли 8.84 г соли фторида калия (KF). После 20 минут интенсивного перемешивания выделялся зеленоватый осадок фторида урана, его отфильтровывали, промывали смесью ССl₄ (40 об.%) - Н₂O (60 об.%), высушивали при 120°С и взвешивали. Масса осадка составила 9.75 г (выход 99.1%).

Пример 7.

2.6 г металлического урана в виде стружки обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация 0.35 моль/л) в смеси ТБФ (40 об.%) - диметилсульфоксид (5 об.%) - ССl₄ (55 об.%) в течение 35 минут при 40°С. К полученному раствору прибавляли 1.62 г соли NH₄F·HF. После 30 минут интенсивного перемешивания выделялся зеленоватый осадок фторида урана, его отфильтровывали, промывали смесью ССl₄ (50 об.%) - Н₂О (50 об.%), высушивали при 120°С и взвешивали. Масса осадка составила 3.82 г (выход 99.5%).

Пример 8.

3.4 г металлического урана в виде стружки обрабатывали 50 мл раствора хлора (концентрация 0.7 моль/л) в смеси ТБФ (10 об.%) - нитрометан (20 об.%) - ТХЭ (70 об.%) в течение 40 минут при 40°С. К полученному раствору прибавляли 4.56 г соли KF. После 20 минут интенсивного перемешивания выделялся зеленоватый осадок фторида урана, его отфильтровывали, промывали смесью ТХЭ (40 об.%) - Н₂О (60 об.%), высушивали при 120°С и взвешивали. Масса осадка составила 5.29 г (выход 99.5%).

1. Способ получения фторидов урана, включающий растворение металлического урана или его сплава, осаждение фторида урана из раствора, его промывку, отличающийся тем, что растворение металлического урана или его сплава проводят в неводном растворителе в присутствии хлора, а осаждение проводят непосредственно из неводного раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение проводят в системе диполярный апротонный растворитель или смеси диполярных апротонных растворителей - хлорсодержащий разбавитель, при содержании диполярного апротонного растворителя 5-100%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение проводят фторидом щелочного металла, аммония или раствором плавиковой кислоты.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку фторида ведут гетерогенной смесью хлорсодержащий разбавитель - вода.