鈾化合物
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鈾化合物,鈾在不同情況下，可以生成U(Ⅲ)到U(Ⅵ)的各種鈾化合物,其中最穩定的是U(Ⅵ)的化合物,其次是U(Ⅳ)的化合物。主要化合物有:氧化物、氟化物、碳化物、硅化物。
目錄
簡介
鈾的重要氧化物有UO、UO、UO、UO和UO，其中最穩定的是UO，其次是UO。
二氧化鈾 UO 二氧化鈾是深褐色粉末，密度為10.96克/厘米,熔點2878°C。二氧化鈾具有半導體性質，電阻率隨溫度升高而下降。由於二氧化鈾具有受強輻照時不發生異性變形、在高溫下晶格結構不變、不揮發和不與水發生化學反應等特性，已廣泛用於製造反應堆燃料元件。
二氧化鈾在室溫下較穩定,但在空氣中加熱到200°C以上時會氧化成八氧化三鈾。二氧化鈾在高溫下能與氟化氫、氟化銨等作用生成四氟化鈾;溶解在過氧化氫的鹼溶液中，生成過氧鈾酸鹽。二氧化鈾可用金屬熱還原法還原成金屬鈾，還原劑常用鈣和鎂。
具有工業意義的二氧化鈾製備方法有兩種:
① 高溫還原法 三氧化鈾或八氧化三鈾在800~900°C與氫進行還原反應而得;或用氨作還原劑,在550°C也可製得二氧化鈾。
② 熱分解法重鈾酸銨(NH)UO、三碳酸鈾酰銨(NH)【UO(CO)】及草酸鈾酰UOCO等鈾鹽,在隔絕空氣的情況下熱分解，生成三氧化鈾，分解產生的還原性氣體，可進一步將三氧化鈾還原成二氧化鈾。分解溫度約為450°C，還原溫度為650~800°C。
三氧化鈾 UO 三氧化鈾隨着生成條件不同，具有無定形和多種晶體結構，至少有六種晶體異構體，並各具有不同的特性。其顏色通常為橙色，隨着晶體結構不同，顏色也不同。
幾乎所有的鈾酰鹽、鈾酰銨復鹽、鈾酸銨鹽在空氣中煅燒，都可生成三氧化鈾。工業上最常用的製備方法是三碳酸鈾酰銨、硝酸鈾酰 UO(NO)、重鈾酸銨及鈾的水合過氧化物在400°C下熱分解。
八氧化三鈾UO 八氧化三鈾粉末的顏色隨製備的溫度不同而呈橄欖綠、墨綠，有時呈黑色。三氧化鈾在溫度大於500°C時,即可轉化為八氧化三鈾。重鈾酸銨在800°C熱分解也可得到八氧化三鈾。
已發現的氟化物有UF、UF、UF、UF和 UF。UF不揮發。UF是唯一穩定而易揮發的鈾化合物，在氣體擴散法分離鈾同位素的工藝中，占有重要地位。四氟化鈾則是生產金屬鈾工藝中的重要化合物。
四氟化鈾 UF 四氟化鈾呈翠綠色，又稱綠鹽。四氟化鈾很穩定,在800°C才與氧反應，在250~400°C與氟反應生成六氟化鈾，在高溫下鹼金屬或鹼土金屬能將其還原成金屬鈾。四氟化鈾的製法有兩種:①濕法，在酸性溶液中，將六價鈾還原成四價，再與氫氟酸作用，生成四氟化鈾沉澱;在低於100°C時,在真空或惰性氣體氣氛中，用氫氟酸處理二氧化鈾，也可得四氟化鈾，稱為低溫氟化法。上述兩種方法所得的四氟化鈾都是水合物。②干法，二氧化鈾和氟化氫在500~700°C可轉化為四氟化鈾;用氟里昂作氟化劑時，由於它具有還原性，也可以三氧化鈾為原料製得四氟化鈾:
稍加入些氧，反應即不產生光氣;以氫、氯化氫、三氯乙烷、四氟化碳等為還原劑，在高溫下也可將六氟化鈾還原為四氟化鈾，此法也具有工業意義。
六氟化鈾 UF 六氟化鈾是近於白色的粉末，容易揮發，已廣泛用於氣體擴散法分離鈾同位素。六氟化鈾不很活潑，在一般條件下不與氧、氫或氯反應;與氫在300°C以上才發生反應，反應緩慢;與水反應劇烈,生成UOF和HF,並釋放出大量熱。六氟化鈾是強氟化劑和氧化劑，它可使鎳合金腐蝕形成氟化膜而抗腐蝕，還可與多數有機物起氟化反應。製備六氟化鈾可用粉末狀四氟化鈾在約300°C與氟反應。
單鈾酸鹽和多鈾酸鹽(又稱重鈾酸鹽)統稱鈾酸鹽。單鈾酸HUO形成的鹽具有MUO通式,M是一價金屬陽離子，鈾呈六價。單鈾酸在空氣中與鹼金屬氧化物、碳酸鹽或乙酸鹽一起加熱，可得單鈾酸鹽。多鈾酸鹽中重要的是重鈾酸銨，在鈾工業中是回收鈾的重要中間產品,俗稱黃餅。重鈾酸銨的製法,在工業上是將氨水加入到硫酸鈾酰或硝酸鈾酰溶液中，即可生成重鈾酸銨沉澱。重鈾酸銨的分子式過去一直認為是 (NH)UO，近來研究表明，它是三氧化鈾-氨-水的三元體系，隨沉澱生成的pH等條件的不同，三元組成也不同。
氫化鈾是實驗室中由鈾製備大部分鈾化合物的中間產物。塊狀金屬鈾在 250°C時與氫迅速反應，生成黑色粉末狀氫化鈾，溫度高於400°C時,氫化鈾開始分解，可得高活性細粉末狀的鈾。這種鈾特別適於合成鈾的化合物，這是氫化鈾最主要的用途。
評價
鈾的碳化物具有獨特的金屬傳導性，其熔點和硬度都很高，適於做核燃料。共有三種碳化鈾:UC、UC和UC。UC和分散在石墨中的UC，是高溫反應堆使用的核燃料形式。將氫化鈾分解而得的細鈾粉末與甲烷作用，在650°C生成UC，在950°C以上生成UC。也可用碳還原氟化鈾,然後用真空電弧熔化及澆鑄而得UC。
鈾的硅化物主要是硅化鈾USi，它的密度高(15.6克/厘米)，寄生中子吸收截面低，同時對水有良好的耐腐蝕性。初步輻照試驗已證明，它是一個潛在的有用的核燃料。硅化鈾可用真空感應爐熔化鈾和硅製得，由於其組成範圍很窄，實際上很少得到單相合金，往往含有過量的鈾或USi。[1]