9.5.3 Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру

Тигельдің құрылысы негізінен кальцийді қолданатын тигельдің құрылысынан өзгешеленбейді, дегенмен де магнийді пайдаланғанда, реакция кезінде тигель қақпақпен мықтап жабылады. Тигельді нығыздауды балқытылған (темірдің, бор мен марганецтің қоспасы жоқ, өте таза) доломитпен жүргізеді.

Реакцияны тездету үшін іші толтырылған тигельді пешке салады. 600-700°С температураға жеткеннен соң, металтермиялык үрдіс басталады, ол 1 минутқа созылады. Тигельдегі заттар балқытылады және екі қабат: металл және шлак түзіледі. Үрдісті кальцийді қолдану кезінде де осылай жүзеге асырады.

Металды шығару бірнеше факторларға, мысалы уран тетрафториді мен металдық магний ұнтақтарының мөлшеріне; реакцияның басталуы алдындағы тигельді қыздыру температурасына; бастапқы уран тетрафторидіндегі уранның кос тотығы мен уранил фторидтің мөлшеріне; магнийдің артық мөлшеріне; тигельдің диаметріне және т.б. байланысты. Барлық жағдайларда әдетте эмпириялық түрде анықталатын кейбір оптимальды шарттар бар.

Сонымен, метаддық уран алу үшін қазіргі уақытта бастапқы өнім болып UF₄ табылады. Шет елдерде көбіне магнийтермиялық әдісті қолданады, бұл әдіс тек АҚШ-та ғана емес, сонымен бірге Канадада, Англияда жөне Италияда да қабылданған. Франция, Бельгия мен Швецияда уран тетрафторидін кальцийдің көмегімен тотықсыздандыруды жөн санайды.

Жоғарыда көрсетілген екі әдістің артықшылықтары мен кемшіліктері мынадай: уранның бірлігіне қатысты магнийдің үлестік шығыны кальцийдің шығынына қарағанда 1,6 есе аз; магнийдің құны кальцийдің құнынан 5-10 есе төмен; магний алу технологиясы қазіргі уақытта жоғарғы деңгейге жетті және ете таза магний алуға мүмкіндік береді, бірақ магниймен тотықсыздандыруды герметикалық жабық бомбада жүргізу керек және реакция басталғанға дейін шихтаны қыздыру керек, ал кальций арқылы тотықсыздандыруды ашық типті аппараттарда шихтаны алдын-ала қыздырмай жүзеге асыруға болады, бұл үздіксіз шахталық балқытуды ұйымдастыруға мүмкіндік береді; кальцийге негізделген шлактардан уранды бөліп алу магнийге негізделген қалдықтардан бөліп алуларға қарағанда, әлдекайда жеңіл; кальцийтермия кезінде уранның құймаға шығуы, әдетте, магнийтермиямен салыстырғанда анағұрлым жоғары.

9.6 Рафинадтық балқыту

Тотықсыздандырғыштық балқыту кезінде уран тетрафторидінің қоспаларының бір қатары металдық уранға өтеді. Мысалы, егер уран тетрафторидінің құрамында 50 млн^-1 Fe болса, онда ол металда 46 млн^-1-ға азырақ. Металда толығымен марганец, бор және басқа қоспалардың көп мөлшері қалады.

Тотықсыздандырғыштық балқытудан кейін алынған қара түсті металдағы қоспалардың үлгілі құрамы мынадай, млн^-1: С 500, N 500, О 350, Fe 1100, Mg 20, AI 30, Ca 20, Cr 100, Mn 30, Ni 40, Si 100.

Бұл қоспалардың мөлшерін азайту үшін соңғы тазалауды - рафинадтық балқытуды жүргізеді. Оны әдетте вакуумды пеште (индукциялы немесе кедергілі) жүзеге асырады. Балқытылған уранды 1 сағат мерзім аралығында 0,5 мм сын.бағ. вакуумда 1300-1400°С температурада ұстайды. Осыдан соң вакуумде тұрған графитті немесе шойынды ыдыстарға бөліп құюды іске асырады. Тигельдер графиттен, магний тотығынан немесе уранның қос тотығынан дайындалған (9.4-сурет).

Әртүрлі қоспаларды бөліп тастау механизмі біркелкі емес және олардың (қоспалардың) табиғатына байланысты. Аса ұшқыш (бұл жағдайлардағы) Na, Ca, Mg сияқты қоспалар вакуумды насоспен сорып шығару кезінде буға айналып, бөлініп шығады. Бұл жағдайда уранның шығындары болмашы ғана. Бірақ ұшқыштығы жоғары емес және ұшқыштығы уранмен тең (мысалы; AI, Fr, Si, Ni) қоспалар бұл жағдайларда бөлініп шықпайды. Бұл жерде үрдіске қосымша қалдық түзілу жөне ликвидация операциялары енгізіледі. Қалдықты коспалар: тотықтар, карбидтер, нитридтер, оксикар-бонидтер, балқытылған уранда ерімейтін қосылыстар қалдықтың жоғарғы қабатына қалқып шығады, өйткені олардың тығыздығы балқытылған уран тығыздығынан едәуір төмен.

9.4-сурет. Қара түсті уранды тазартуға арналған вакуумды индукциялық пеш: 1 - изоляция негізі; 2 - изложницаның төменгі бөлігі; 3 - экрандар; 4 - ұстағыш; 5 - отқа төзімді экранды ұстағыш; 6 - тигельге арналған сақиналық негіз; 7 - тығынды көтеруге арналған жылжытқыш; 8 - муфтаны цирконий тотығынан көтеруге арналған сақина; 9 - ішкі изоляциялық муфта; 10 - тигель тіреуіші; 11 - индуктор; 12 - қарау терезесі; 13 - жоғарғы изоля­циялық қақпақ; 14 - муфта; 15 - тигель кақпағы; 16 - тигель; 17 - тығын; 18 - изоляциялық негіз; 19 - изложницаның жоғарғы бөлігі; 20 - рычагтық қосылыс; 21- түпкі тығын; 22 - изложница кабы.

Қоспалардың жақсы бөлінуінің шарттары араластырудың болмауына және температураның неғұрлым төменгі мәндеріне байланысты. Бұл жағдайларда бірқатар реакциялар нәтижесінде термодинамика жағынан берік қосылыстар түзіледі, мысалы:

тотықтар үшін

UО₂+2Mg→U+2MgO,

3MgO+3La→3Mg+La₃0₃,

карбидтер үшін

UC+Si →U+SiC,

CaC₂+2U→Ca+2UC

нитридтер үшін

U₂N₃+3Zr→3ZrN+2U

Кейбір қоспалар тигельдің материалымен (UО₂) әрекеттеседі:

Th+U0₂→Th0₂+U,

4Ce+3U0₂→2Ce₂0₃+3U.

Осы өзгерістердің нәтижесінде қоспалардың құрамы, С үшін 4-6 есеге, N үшін 6-10 есеге, Sr, СЖЭ, Cs үшін 100 есеге, Те үшін 10 есеге төмендеуі мүмкін (9.7-кесте).

9.7-кесте. Рафинадтық балқытудан кейінгі уран құймасындағы қоспалардың мөлшері (р=18,98 г/см³).

Элемент	Құрамы, млн-1	Элемент	Құрамы, млн-1	Элемент	Құрамы, млн-1
С	<300	Fe	<50	Cr	20
Н	1	Mn	10	Mg	5
CI	5	Ва	0,2	Ni	<30
Si	<50	Cd	0,2	Ag	<1
N	<50

Салқындатылғаннан кейін құйманы шет жағынан бастап кесіп алады және үстіңгі қабатын қоқыстардан тазартады.