Получение оксидов урана

Дальнейшая переработка получающихся в результате аффинажа растворов может состоять либо в осаждении урана, находящегося в растворе в виде нитрата уранила, аммиаком NH3 с последующей прокалкой диураната аммония (NH4)2U2O7 до закиси-окиси U3O8, либо в непосредственном получении триоксида урана UО3 из нитрата уранила UО2(NO3)2.

Получение оксидов урана из диураната аммония (низкотемпературная денитрация) Диуранат аммония (NH4)2U2O7 — наиболее распространенный продукт в технологии урана, т.к. не содержит в своем составе других нелетучих компонентов, кроме урана в противоположность диуранату натрия или магния, которые не могут быть использованы для получения оксидов урана. К тому же, выделяющийся при термической диссоциации NH3 может быть возвращен в производство.

В зависимости от температуры прокаливания диуранат аммония может быть переведен либо в UО3, либо в U3O8:

• (NH4)2U2O7 250−400°С 2UО3 + 2NH3 + Н2О,
• (NH4)2U2O7 600−900°С 6U3O8 + 14NH3 + 15Н2О + 2N2.

При температуре 400 °C аммиак удаляется практически полностью, а вода — в большей части. Прокаливание диураната аммония при 600 °C связано с полным удалением аммиака и воды, в то же время в этих же условиях уже протекает разложение UО3 до U3O8:

3UО3 U3O8 + ½ О2.

Прокаливание диураната аммония производится в барабанных вращающихся печах с внешним электрическим обогревом.

Получение оксидов урана из нитрата уранила (высокотемпературная денитрация).

Процесс денитрации в данном случае заключается в упаривании азотнокислых растворов, содержащих 65−70 г/л урана до гексагидрата уранил-нитрата UО2(NO3)2•6Н2О. Упаривание проводят при 120−140 0С до плотности раствора около 1200 г/см3. Полученный UО2(NO3)2•6Н2О затем прокаливают до оксидов урана. Пары азотной кислоты НNO3 и оксидов азота могут быть абсорбированы и возвращены в процесс в виде водного раствора НNO3.

UО2(NO3)26Н2О 200−450°С UO3 + N2O5 + 6Н2О;

3UO2(NO3)26Н2О 600−900°С U3O8 + 6NO2 + 2O2 + 18Н2О.

При более низких температурах (200−450°C) получается более реакционноспособный UO3, который легко превращается в UO2, поэтому процесс термической диссоциации UO2(NO3)2 ведут при температурах не более 400−450°C.

Получение оксидов урана из пероксида урана.

Пероксид не содержит нелетучих компонентов, кроме урана, поэтому удобен с точки зрения технологии получения оксидов. При температуре около 400 °C разложение пероксида на воздухе протекает по реакции:

UO42H2O UO3 + Ѕ O2 + 2H2O.

При более высоких температурах происходит разложение пероксида урана с образованием закиси-окиси по реакции:

3UO42H2O 800−900°C U3O8 + 2O2 + 6H2O.

Наиболее реакционный триоксид UO3 (с наибольшей удельной поверхностью) получается при прокаливании пероксида урана в интервале температур 400−500°C.

Получение оксидов урана из оксалата уранила.

Оксиды урана могут быть получены при термическом разложении оксалата уранила. UO2C2O43H2O в интервале температур 120−210°C теряет кристаллизационную воду. При дальнейшем повышении температуры до 350 °C идет образование UO3:

UO2C2O4 350°C UO3 + CO + CO2.

При еще более высоких температурах (500−600°C) разложение UO2C2O4 в вакууме или в инертной атмосфере сопровождается образованием UO2, что обусловлено восстанавливающим действием оксида углерода CO:

UO2C2O4 500−600°C UO2 + CO2.

Получение оксидов урана из трикарбонатауранилата аммония (NH4)4[UО2(СО3)3].

Трикарбонатауранилата аммония разлагается на воздухе при температуре 700−900°C с образованием U3O8:

9(NH4)4[UО2(СО3)3] 3U3O8 + 34NH3 + 27СО2 + N2 + 21Н2О.

При этих же температурах, но в инертной атмосфере или под вакуумом данное соединение разлагается до диоксида урана UО2:

(NH4)4[UО2(СО3)3] UО2 + 2NH3 + 3СО2 + N2 + 3Н2О.

Роль восстановителя в данном случае играет диссоциирующий аммиак.

Образующиеся после прокаливания солей уранила высшие оксиды U3O8 или UО3 затем восстанавливают до диоксида урана UО2.

Оксиды урана имеют важное значение в технологии ядерного топлива. Диоксид урана, обладая высокой коррозийной и радиационной устойчивостью, высокой огнеупорностью, позволяет изготавливать ядерное горючее, выдерживающее большую температуру и, тем самым увеличить выход энергии, КПД реактора. В гомогенных ядерных реакторах возможно применение водных суспензий оксидов урана. В обоих этих случаях оксиды урана имеют самостоятельное значение и процесс производства ядерного горючего заканчивается их получением. Но еще большее значение оксиды урана имеют как промежуточные продукты при производстве других соединений урана.