一种干法氟化制备四氟化铀的方法与流程

公开日期:2021-06-11
位置:E科技>>无机化学及其化合物制造及其合成,应用技术

本发明属于处理方法,具体涉及一种干法氟化制备四氟化铀的方法。

背景技术

四氟化铀粉末为核燃料元件制造过程中的重要中间品,以金属铀、铀化合物、铀硅混合物等为原料制备四氟化铀粉末时多采用湿法生产工艺,传统湿法制备四氟化铀工艺包括溶解(水解)、萃取、催化沉淀、干燥煅烧、废水处理等工序,湿法制备工艺具有工艺流程长、试剂用量多、废水废渣产生量大、转化成本高等缺点。

技术实现要素

本发明要解决的技术问题在于提供一种干法氟化制备四氟化铀的方法,相比于传统湿法反应,本发明可缩短四氟化铀制备流程,避免制备过程中产生大量含铀废水,本发明可对多种类型原料进行转化制备出四氟化铀,此外对于含硅原料制备四氟化铀,可减少萃取提纯工序,大大缩短工艺流程,减少成本,可用于组件制造过程中含硅废料的回收,因此本发明对于四氟化铀制备以及含铀废料的回收具有重要意义。

本发明是这样实现的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,包括下述步骤

第一步,将金属铀、铀化合物、铀硅混合物等高温煅烧成氧化物;

第二步,将煅烧所得的氧化物与氟化铵、氟化氢铵等氟化剂按一定比例混合均匀;

第三步,将混合后的物料放入具有加热功能的马弗炉或转炉中,通入氮气、氢气、氨气等惰性气体或者还原性气体,通电升温至氧化物全部转化成四氟化铀粉末。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,将所述的金属铀、铀化合物、铀硅混合物等原材料煅烧氧化,得到氧化物;其中铀化合物可为八氧化三铀、二氧化铀、三氧化铀、重铀酸铵、过氧化铀、三碳酸铀酰铵、硝酸铀酰等可分解为氧化物的化合物。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,将原料煅烧氧化所得的氧化物与氟化剂按一定比例混合均匀后在惰性气体或还原性气体保护下高温煅烧生产四氟化铀粉末。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,所述的氟化剂包含氟化铵、氟化氢铵、氟化肼等高温下可分解为还原性气体和氟化氢的一种或多种成分。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,所述的氟化剂用量为将氧化物完全转化为四氟化铀以及将二氧化硅完全转化氟硅酸理论用量总和的1.2倍以上。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,所述的惰性气体可以为氮气、氩气等不与铀氧化物、四氟化铀、二氧化硅反应的气体,还原性气体包括氨气、氢气、氟化氢气体等。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,所述的煅烧方式为热传导加热、微波加热、激光加热等;选取设备可为马弗炉、转炉等;设备材质应为ns331、ncu30等耐氟化氢腐蚀、耐高温材质。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,所述的原料煅烧氧化反应温度t1范围为400℃≤t1≤1000℃,反应时间为完全氧化为八氧化三铀粉末为止。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,所述的氧化物与氟化剂煅烧时反应温度t2范围为400℃≤t2≤1000℃,反应时间t为1h以上。

如上所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其中,所述的氧化物与氟化剂煅烧时粒径越大反应速度越慢,粒径越小反应速度越快,制备过程中可适当减小原始物料粒径。

本发明的显著效果是本发明可以实现以金属铀、铀化合物、铀硅混合物或以上几种混合物为原料,通过原料氧化、氟化剂混合、煅烧还原得到四氟化铀粉末,相比较传统的湿法工艺大大缩短了制备流程,避免了含铀废水的产生,降低了成本。可应用于核化工及燃料元件制造领域以金属铀、铀化合物、铀硅混合物等为原料制备四氟化铀以及燃料元件制造过程中铀硅混合物不合格品的回收处理。

具体实施方式

本发明提供了一种干法氟化制备四氟化铀的方法。第一步,将金属铀、铀化合物、铀硅混合物等高温煅烧成氧化物;第二步,将煅烧所得的氧化物与氟化铵、氟化氢铵等氟化剂按一定比例混合均匀;第三步,将混合后的物料放入具有加热功能的马弗炉或转炉中,通入氮气、氢气、氨气等惰性气体或者还原性气体,通电升温至氧化物全部转化成四氟化铀粉末。

将所述的金属铀、铀化合物、铀硅混合物等原材料煅烧氧化,得到氧化物;其中铀化合物可为八氧化三铀、二氧化铀、三氧化铀、重铀酸铵、过氧化铀、三碳酸铀酰铵、硝酸铀酰等可分解为氧化物的化合物。

将原料煅烧氧化所得的氧化物与氟化剂按一定比例混合均匀后在惰性气体或还原性气体保护下高温煅烧生产四氟化铀粉末。

所述的氟化剂包含氟化铵、氟化氢铵、氟化肼等高温下可分解为还原性气体和氟化氢的一种或多种成分;

所述的氟化剂用量为将氧化物完全转化为四氟化铀以及将二氧化硅完全转化氟硅酸理论用量总和的1.2倍以上。

所述的惰性气体可以为氮气、氩气等不与铀氧化物、四氟化铀、二氧化硅反应的气体,还原性气体包括氨气、氢气、氟化氢气体等。

所述的煅烧方式为热传导加热、微波加热、激光加热等;选取设备可为马弗炉、转炉等;设备材质应为ns331、ncu30等耐氟化氢腐蚀、耐高温材质。

所述的原料煅烧氧化反应温度t1范围为400℃≤t1≤1000℃[E科技www.ehome5.com],反应时间为完全氧化为八氧化三铀粉末为止。

所述的氧化物与氟化剂煅烧时反应温度t2范围为400℃≤t2≤1000℃,反应时间t为1h以上。

所述的氧化物与氟化剂煅烧时粒径越大反应速度越慢,粒径越小反应速度越快,制备过程中可适当减小原始物料粒径。

下面给出几个具体的例子

实施例1铀三硅二粉干法氟化制备四氟化铀

称取300g铀三硅二粉,均匀平铺在新一号料舟中后放入马弗炉进行煅烧氧化,马弗炉为新一号材质,煅烧时间2h,煅烧温度700℃,压缩空气流量为0.2m3/h,煅烧完成后得到八氧化三铀以及二氧化硅粉末。待物料冷却后称取氟化铵(理论用量150%)与八氧化三铀以及二氧化硅在新一号料舟中混合均匀,混合后放入马弗炉中进行煅烧,煅烧温度500℃,煅烧时间4h,煅烧过程中通入少量氮气进行保护,氮气流量为0.2m3/h,最终得到四氟化铀粉末。

实施例2八氧化三铀粉末干法氟化制备四氟化铀

称取300g八氧化三铀粉末以及氟化氢铵,氟化氢铵用量为理论用量的150%,将八氧化三铀粉末与氟化氢铵混合均匀后平铺在新一号料舟中,随后放入马弗炉中进行煅烧,马弗炉为新一号材质,煅烧温度500℃,煅烧时间4h,煅烧过程中通入少量氢气进行保护,氢气流量为0.2m3/h,最终得到四氟化铀粉末。

技术特征

1.一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于,包括下述步骤

第一步,将金属铀、铀化合物、铀硅混合物等高温煅烧成氧化物;

第二步,将煅烧所得的氧化物与氟化铵、氟化氢铵等氟化剂按一定比例混合均匀;

第三步,将混合后的物料放入具有加热功能的马弗炉或转炉中,通入氮气、氢气、氨气等惰性气体或者还原性气体,通电升温至氧化物全部转化成四氟化铀粉末。

2.如权利要求1所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于将所述的金属铀、铀化合物、铀硅混合物等原材料煅烧氧化,得到氧化物;其中铀化合物可为八氧化三铀、二氧化铀、三氧化铀、重铀酸铵、过氧化铀、三碳酸铀酰铵、硝酸铀酰等可分解为氧化物的化合物。

3.如权利要求2所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于将原料煅烧氧化所得的氧化物与氟化剂按一定比例混合均匀后在惰性气体或还原性气体保护下高温煅烧生产四氟化铀粉末。

4.如权利要求3所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于所述的氟化剂包含氟化铵、氟化氢铵、氟化肼等高温下可分解为还原性气体和氟化氢的一种或多种成分。

5.如权利要求4所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于所述的氟化剂用量为将氧化物完全转化为四氟化铀以及将二氧化硅完全转化氟硅酸理论用量总和的1.2倍以上。

6.如权利要求5所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于所述的惰性气体可以为氮气、氩气等不与铀氧化物、四氟化铀、二氧化硅反应的气体,还原性气体包括氨气、氢气、氟化氢气体等。

7.如权利要求6所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于所述的煅烧方式为热传导加热、微波加热、激光加热等;选取设备可为马弗炉、转炉等;设备材质应为ns331、ncu30等耐氟化氢腐蚀、耐高温材质。

8.如权利要求7所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于所述的原料煅烧氧化反应温度t1范围为400℃≤t1≤1000℃,反应时间为完全氧化为八氧化三铀粉末为止。

9.如权利要求8所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于所述的氧化物与氟化剂煅烧时反应温度t2范围为400℃≤t2≤1000℃,反应时间t为1h以上。

10.如权利要求9所述的一种干法氟化制备四氟化铀的方法,其特征在于所述的氧化物与氟化剂煅烧时粒径越大反应速度越慢,粒径越小反应速度越快,制备过程中可适当减小原始物料粒径。

技术总结

本发明属于处理方法,具体涉及一种干法氟化制备四氟化铀的方法。它包括下述步骤第一步,将金属铀、铀化合物、铀硅混合物等高温煅烧成氧化物;第二步,将煅烧所得的氧化物与氟化铵、氟化氢铵等氟化剂按一定比例混合均匀;第三步,将混合后的物料放入具有加热功能的马弗炉或转炉中,通入氮气、氢气、氨气等惰性气体或者还原性气体,通电升温至氧化物全部转化成四氟化铀粉末。本发明的显著效果是避免了含铀废水的产生,降低了成本。可应用于核化工及燃料元件制造领域以金属铀、铀化合物、铀硅混合物等为原料制备四氟化铀以及燃料元件制造过程中铀硅混合物不合格品的回收处理。

技术研发人员张凡;李涛;盖石琨;郭波龙;王昱人;于晓波;侯丽红;郭国俊

受保护的技术使用者中核北方核燃料元件有限公司

技术研发日2019.12.10

技术公布日2021.06.11

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