四氟化鈾檢視原始碼討論檢視歷史
| 四氟化鈾 |
 |
四氟化鈾(Uranium tetrafluoride)，分子式為UF4。四氟化鈾是鈾最重要的化合物之一。可以用以製備六氟化鈾和鈾。
簡介
翠綠色的粉末。熔點1036℃。密度(25℃)6.70g/cm。化學性質，在空氣中穩定，氧氣中加熱至800℃時轉變為六氟化鈾UF6和UO2F2。不溶於水，溶於酸和鹼。氨-過氧化氫混合物劇烈反應生成可溶性過氧鈾酸鹽。
四氟化鈾的工業製備有干法和濕法兩條途徑。
評價
濕法是用礦石浸出液經溶劑萃取、還原、氫氟化和脫水的製取過程。產品需要經過脫水乾燥後才能成為無水四氟化鈾 。
濕法礦石經硫酸浸出，萃取，所得負載鈾有機相用鹽酸洗滌，使硫酸鈾酰轉化為氯化鈾酰。再反萃取。反萃取液電解。加入過量氟化氫，產出四氟化鈾。將所得的UF4經水洗、乾燥，最後加熱脫水，得產品UF4。產品含H2O<0.1%、UO2約1%、UO2F2約0.3%，松裝密度2000~2300kg/m，適用於生產六氟化鈾。
六氟化鈾轉化在工業上採用氫還原法，將經同位素分離具有不同U豐度的UF6轉化為UF4，反應為:
H2(g)+UF6(g)→UF4(s)+2HF(g)反應的 ΔG298K為一288.3kJ/molU。
U豐度低的UF6，採用熱壁反應器工藝進行還原。即將反應器頂部區預熱至923K，然後將預熱至450K的UF6和裂解NH3通入器頂。在反應過程中，反應器其餘部分的溫度維持在811K。反應產物UF4落入反應器底部，用螺旋輸送器排出。
U豐度高的UF6，採用冷壁反應器工藝進行還原。即將反應器的器壁預熱至422~477K，然後將UF6、氫以及少量元素氟通入反應器內，利用元素氟與氫反應放出的熱，達到還原反應所需的溫度。還原反應產物UF4落入反應器底部，用螺旋輸送器排出。
摺疊干法 HF氣體與UO2反應為:UO2(s)+4HF(g)⇔UF4(s)+2H2O(g)
UO2的氫氟化反應為可逆反應。在298K溫度下1mol鈾反應的吉布斯自由能變化ΔGT為-130.5kJ，在873K溫度下為一29.3kJ。影響UO2氫氟化反應速度的主要因素有溫度、UO2的物理特性及HF的用量。用硝酸鈾酰經脫硝、氫還原所得的二氧化鈾(見二氧化鈾製取)進行氫氟化時，在723K溫度下的反應轉化率只有70%，在823K溫度下達85%，而在873K溫度下達到90%。而用鈾酸銨鹽經低溫煅燒、氫還原製取的UO2為原料進行氫氟化時，在723K溫度下的反應轉化率就達到100%，但再提高溫度轉化率反而下降。
要嚴格控制氫氟化的溫度，以防止物料燒結，影響轉化率。採用迴轉爐進行氫氟化時，宜採用以下溫度制度:UO2進口端溫度563~613K;UF4出口端溫度813~863K。採用三段流態化爐時，第一段溫度為673K，第二段溫度為773K，第三段溫度為873K。
氟化氫用量取決於所採用的設備，如採用移動床，氟化氫要過量50%~100%;採用流態化床則要過量20%~50%;而採用L型聯合爐，氟化氫利用率高達98%。
UO2的氫氟化設備有固定床、移動床和流態化床三種類型。移動床有擋板式迴轉爐和螺旋推進式迴轉爐之分。流態化床有圓柱床、圓錐床及攪拌流化床等爐型。L型聯合爐的水平段爐為迴轉爐。氫氟化爐管材料採用因康鎳合金或蒙乃爾合金。
產品四氟化鈾純度為核純級，含UF4 97%~98%、UO2F2 1%~2.5%、UO2 0.6%~2%、H2O<0.1%，松裝密度3000kg/m，適合用作生產金屬鈾和六氟化鈾原料。[1]