Способ переработки гексафторида урана

Изобретение относится к технологии переработки обедненного (отвального) гексафторида урана в уранилфторид. В способе осуществляют гидролиз твердого гексафторида урана водным раствором фтороводорода при температуре 20-30°С и избыточном давлении до 100 КПа в замкнутом объеме вращающегося реактора. Изобретение позволяет полностью исключить газоунос гексафторида урана и фтороводорода и прямой контакт чрезвычайно летучих и опасных в обращении веществ с окружающим пространством.

 

Изобретение относится к технологии переработки обедненного (отвального) гексафторида урана (ОГФУ).

Известно проведение гидролиза UF₆ растворением UF₆ в жидком фтороводороде в соотношении 1:12 при 10°С и атмосферном давлении с последующим добавлением азеотропной смеси HF, отделением фильтрацией образующегося осадка UO₂F₂ от безводного HF, часть которого направляют на последующую стадию растворения UF₆, а оставшуюся часть очищают от примеси UO₂F₂ выпариванием и конденсацией (патент Великобритании №1063801, МПК C01G 43/06, опубл. 10.03.67. «Способ получения уранилфторида»).

Существенным недостатком данного способа является интенсивный газоунос UF₆ из-за образования неустойчивой системы UF₆·HF, чем и обусловлено их соотношение 1:12. Необходимость их последующего улавливания и переработки, а также необходимость фильтрации UO₂F₂ в виде тонкодисперсной взвеси в жидком HF, образующейся из-за выделения осадка UO₂F₂ из пересыщенной по урану системы, вызывает дополнительные трудности.

Известно проведение гидролиза UF₆ в среде 80-98% HF по реакции:

UF₆+nHF·2H₂O=UO₂F₂+(n+4) HF

(патент Великобритании №1075233, МПК C01G 43/06, опубл. 12.07.67 «Усовершенствование, относящееся к производству уранилфторида». Прототип).

Сущность данного способа заключается либо в противоточной промывке газообразного UF₆ раствором 98% HF, либо в контактировании газообразного UF₆ с раствором 94% HF в аппарате с мешалкой, либо в подаче газообразного UF₆, нагретого до 100°С и диспергированного в азоте, используемом в качестве газа-носителя, в раствор 80% HF.

Во всех приведенных вариантах взаимодействие газообразного UF₆ с раствором HF осуществляется при интенсивном перемешивании, сопровождающемся газоуносом как HF, так и UF₆, приводящим к необходимости последующего их улавливания из больших объемов сбросных газов.

Технической задачей, решаемой изобретением, является проведение гидролиза UF₆ с раствором HF, исключающее их потерю за счет газоуноса.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе переработки гексафторида урана в уранилфторид путем его гидролиза водным раствором фтороводорода при перемешивании с последующим отделением фтороводорода от уранилфторида гидролизу подвергают твердый гексафторид урана при температуре 20-30°С и избыточном давлении до 100 КПа, при этом перемешивание реакционной смеси осуществляют в замкнутом объеме реактора за счет его вращения.

В отличие от прототипа, который осуществляют при интенсивном смешении UF₆ и HF, сопровождающемся их газоуносом, что и является сдерживающим фактором для промышленного использования данного способа, в предлагаемом способе взаимодействие UF₆ с раствором HF осуществляют при самопроизвольном изменении температуры от 20 до 30°С в замкнутом объеме под избыточным давлением собственных паров до 100 КПа, при вращении реактора в течение 1 часа до полного протекания реакции гидролиза, что позволяет полностью исключить газоунос UF₆ и HF и прямой контакт чрезвычайно летучих и опасных в обращении веществ с окружающим пространством.

Пример исполнения. В цилиндрический реактор из нержавеющей спецстали объемом 300 мл с предварительно загруженным UF₆ в количестве 110 г при температуре 20°С прилили 97,3 мл 90,2% HF (плотность 1,18), реактор загерметизировали.

В течение 30 мин давление в реакторе возросло до 100 КПа, а температура до 30°С и стабилизировалась.

Реактор установили горизонтально на валки и вращали в течение 1 часа, после чего установили его вертикально, подсоединили сдувку к конденсатору и нагревали стенку реактора рефлекторной лампой. Перегонку HF вели в течение 1 часа при температуре конденсатора минус 20°С. Давление при этом было атмосферное. После повышения температуры стенки реактора до 30°С нагрев прекратили, установили его на валки горизонтально, вставили в центральный патрубок реактора скользящий фторопластовый патрубок, соединенный с конденсатором, и при нагреве реактора вращали 1 час до достижения температуры стенки 100°С. Реактор вскрыли и выгрузили недымящийся сыпучий продукт состава UO₂F₂.

Концентрация HF в конденсате составила 99,8%, содержание урана - 0,15 г/л. После однократной перегонки при комнатной температуре в сконденсированном HF примесь урана не обнаружена.

В данном изобретении функцию реактора выполняет транспортно-технологический контейнер, благодаря чему весь цикл от загрузки UF₆, транспортировки, гидролиза UF₆, испарения HF и до выгрузки сыпучего негазящего UO₂F₂ осуществляется автономно в одном агрегате, что позволяет организовать процесс переработки ОГФУ в параллельно-последовательном цикле в производственных масштабах при минимальном количестве вспомогательного оборудования.

Способ переработки гексафторида урана в уранилфторид путем его гидролиза водным раствором фтороводорода при перемешивании, с последующим отделением фтороводорода от уранилфторида, отличающийся тем, что гидролизу подвергают твердый гексафторид урана при температуре 20-30°С и избыточном давлении до 100 КПа, при этом перемешивание реакционной смеси осуществляют в замкнутом объеме реактора за счет его вращения.