六氟化鈾制備綜述論文

1、南華大學(xué)核資源與核燃料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)以精制以精制UF4為原料年原料年產(chǎn)500tUF6的生的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)藝設(shè)計(jì)繼化石燃料（包括煤、石油、天然氣等）和水力資源之后，核電已經(jīng)成為地球上第三種主要能源。核發(fā)電在總發(fā)電量中所占比重與日俱增。我國的煤、油氣和水力資源相當(dāng)豐富，但分布不均。例如華北的煤儲量占全國的60%，西南和西北的水力資源占全國的70%以上，而工業(yè)發(fā)達(dá)的華東、華南、東北地區(qū)能源相當(dāng)匱乏。為改變這種狀況，發(fā)展核電事業(yè)也勢在必行。隨著

2、世界各國核電及其它核動力的發(fā)展對核燃料二氧化鈾的需求量越來越大。而且近年來我國的核電事業(yè)及其它核動力蓬勃發(fā)展對二氧化鈾的需求量與日俱增。二氧化鈾是由六氟化鈾轉(zhuǎn)化而成，而六氟化鈾是目前唯一的一種既穩(wěn)定又具有高度揮發(fā)性的鈾化合物，故迄今為止，一直被用于氣體擴(kuò)散鈾同位素分離廠的供料。雖然核工業(yè)面臨著一些問題和挑戰(zhàn)，但面對著常規(guī)能源的消耗殆盡，核電必然能有所作為。隨著核電的發(fā)展，對于低濃度鈾的需求不斷上升，六氟化鈾的生產(chǎn)也會增大。從化學(xué)反應(yīng)上講

3、，所有的鈾化合物和金屬鈾都能被氟或者氟鹵化物氟化為六氟化鈾。迄今為止，世界各國以天然鈾為原料生產(chǎn)六氟化鈾的工業(yè)方法，幾乎都和四氟化鈾與氟氣反應(yīng)有關(guān)。這是由于，在研究的方法中，這個(gè)方法消耗的氟氣最少。而氟氣價(jià)格高昂，氟化反應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性幾乎取決于氟氣的消耗，但在特定的情況下，用氟氣和鈾氧化物直接氟化制備六氟化鈾也是合理的選擇。例如，當(dāng)動力堆乏燃料后處理回收的UNH轉(zhuǎn)化為六氟化鈾時(shí)，采用脫硝制得的三氧化鈾就可以直接氟化為六氟化鈾，這種工藝流程可

4、以省去還原和氫氟化兩道工序，從而可減少放射性裂變元素對環(huán)境的影響。此外，從含高濃度鈾235的廢料中回收鈾時(shí)，用氟轉(zhuǎn)化高價(jià)鈾氧化物也是合理的。這是由于，加工高濃縮鈾時(shí)，必須把處理量現(xiàn)在在臨界質(zhì)量一下。因而當(dāng)生產(chǎn)量給定后，為保持幾何安全，有時(shí)需由幾臺較小的設(shè)備組成數(shù)條平行生產(chǎn)線。在這種情況下，采用三氧化鈾直接氟化，由于過程簡化，勢必將減小若干量的鈾因附著于設(shè)備表面而引起的損失。因?yàn)殁?35異常珍貴，即使損失減少少許，其價(jià)值也足以彌補(bǔ)由于多消

5、耗氟氣所增加的費(fèi)用。況且這種廢料的回收量一般是較少的。除氟以外，某些氟的鹵化物也是另一種具有工業(yè)價(jià)值的氟化劑，由于它們的化學(xué)反應(yīng)能力比氟氣高，所以即使在較低溫度也可以反應(yīng)生成六氟化鈾。其中三氟化溴南華大學(xué)核資源與核燃料工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)度的影響很大在室溫下四氟化鈾與氟氣的反應(yīng)進(jìn)行得十分緩慢，在470K以下時(shí)幾乎無六氟化鈾生成，僅在溫度高于520K是才會顯著反應(yīng)。故在反應(yīng)時(shí)要在器壁外加上加熱電爐，使反應(yīng)容器內(nèi)的溫度維持在適合的階段，同時(shí)二者

6、間通入壓縮空氣來進(jìn)行冷卻，電路和冷卻裝置的啟閉由儀表自行控制。氟氣與四氟化鈾在爐內(nèi)反應(yīng)生成六氟化鈾，從反應(yīng)爐排出的氣體（主要有UF6F2HFN2)經(jīng)過過濾出去其中的灰分進(jìn)入冷凝器，此時(shí)絕大部分的六氟化鈾氣體冷凝成固體，經(jīng)過液化轉(zhuǎn)移到六氟化鈾容器中，其余不凝氣體進(jìn)行尾氣凈化。過濾器工作一段時(shí)間后，用N2進(jìn)行吹洗以減小其阻力。過程中產(chǎn)生的爐渣在爐內(nèi)積累一段時(shí)間后，可通過反轉(zhuǎn)氣體分布板，直接排入與反應(yīng)爐相連的渣罐內(nèi)。采用SP27氣相自動色譜儀

7、進(jìn)行檢測分析，以了解反應(yīng)爐內(nèi)的反映情況，及時(shí)調(diào)整F2和UF4的合理配比。生產(chǎn)設(shè)備主要包括立式氟化爐、氟氣增壓裝置、固體加料裝置、加熱電爐、過濾器和冷凝器。反應(yīng)爐由錳合金制成，爐體部分設(shè)有5個(gè)測溫孔，插入WREU112X型熱電偶，測定爐體內(nèi)各部分溫度。氟氣的增壓由G2V1013型膜片式壓縮機(jī)進(jìn)行。固體加料裝置由貯料斗、加料器和輸料管組成。加料電機(jī)采用JZT414型無級變速電機(jī)。加熱電爐分為5個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段設(shè)置相同，電爐的開閉由儀表自行控

8、制。過濾器采用與立式氟化爐直接相連的內(nèi)裝式過濾器，以便使吹洗出來的粉塵能直接入反應(yīng)爐內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)。對于六氟化鈾生產(chǎn)所用的六氟化鈾冷凝收集方法還是以冷凝固化法為最適宜，世界各國生產(chǎn)六氟化鈾的國家都是采用此法。立式氟化爐的操作程序如下：先啟動加熱電爐進(jìn)行升溫當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)定值時(shí)先向爐內(nèi)通入氟氣。待間隔一定時(shí)間后，啟動加料電機(jī)向爐內(nèi)間斷加入四氟化鈾，進(jìn)行反應(yīng)開始的“點(diǎn)火”。當(dāng)爐體各測溫點(diǎn)所示溫度達(dá)一定值以后，開始連續(xù)向爐內(nèi)加入四氟化鈾，反應(yīng)隨即轉(zhuǎn)