Аффинаж
Методы аффинажа урана разнообразны. Наибольшее распространение получили следующие способы очистки:
-пероксидный (выделение пероксида урана UO4•H2O из раствора уранилнитрата UO2(NO3)2 под действием пергидроля H2O2);
-карбонатный (добавляют бикарбонат аммония NH4HCO3 ,уран осаждают в виде очень устойчивого комплексного соединения – уранилтрикарбоната аммония);
-экстракционный растворителями (урановая руда удаляется из щелока от выщелачивания подкисленной породы при помощи смеси растворителей
Аффинаж
Экстракция урана проводится в растворе трибутилфосфата в керосине. Тонкая очистка позволяет снизить содержание элементов, обладающих большим сечением захвата нейтронов, таких как бор, кадмий, и редкоземельных элементов до миллионных долей процента.
При этом уменьшается и содержание других элементов. Прокаливание полученных при аффинаже осадков урановых солей позволяет получить чистые оксиды урана.В результате тонкой очистки получают один из оксидов урана – UO2, UO3или U3O8.
Это еще не ядерное топливо, а урановое топливное сырье. Оксиды урана превращают в газообразныйгексафторид UF6, используемый в производстве обогащенного урана.
Производство UF6: разделение изотопов
Для получения высокой удельной энерговыработки в реакторах на тепловых нейтронах, составляющих основу современной ядерной энергетики, требуется ядерное топливо с более высоким содержанием 235U, чем в уране природного состава, т.е. необходим обогащенный уран. Поэтому весь добытый природный уран поступает для обогащения по 235U на разделительный (газодиффузионный или центрифужный) завод после предварительного фторирования, т.е. в виде UF6.
Производство гексафторида урана UF6 для обогатительных заводов проводится на специальных установках. Для этого широко используются очистительно-фторидный процесс и процесс получения UF6 сухим способом.
Производство UF6: разделение изотопов
Очистительно-фторидный процесс включает экстракцию урана из нитратного раствора, который промывается водой для удаления примесей. Затем уран экстрагируется в разбавленный раствор азотной кислоты (0,01% HNO3), а образовавшийся оксид урана восстанавливается водородом до UO2, который преобразуется в UF4(зеленая соль) реакцией с газообразным UF, а затем UF4превращается в UF6в реакции с газообразным фтором.
Процесс получения UF6 сухим способом включает восстановление в жидком виде, гидрофторирование и затем фторирование UO2. После этого UF6 дважды очищается для получения чистого продукта
Производство UF6: разделение изотопов
Производство UF6: разделение изотопов
Гексафторид урана обладает интересными и важными для технологии физическими свойствами. Во-первых, UF6 — единственное урансодержащее вещество, существующее при обычной температуре, но при пониженном давлении в газообразном состоянии. Во- вторых, гексафторид урана при обычных условиях легко возгоняется, т.е. превращается в газ из твердого состояния, минуя жидкую фазу. При температуре 56,5 C давление пара UF6 над твёрдым продуктом составляет 760 мм рт. ст. и гексафторид «кипит». При повышенном давлении UF6 может существовать в жидкой фазе. Его тройная точка соответствует температуре 64,05 С при давлении пара 1134 мм рт. ст.
Производство UF6: разделение изотопов
Некоторые свойства гексафторида урана создают трудности при его промышленном использовании и требуют специального подбора материалов в технологическом оборудовании. UF6—вещество химически активное. При взаимодействии UF6 с водой, органическими веществами и металлами возникают нелетучие соединения урана (например, тетрафторидурана—зеленая соль), осаждающиеся на стенках оборудования.
Основной промышленный способ получения UF6 -фторирование различных соединений урана. Наиболее часто отдают предпочтение методам, основанным на фторировании тетрафторида уранаUF4. Предварительно тетрафторид урана получают из оксидов с помощью HF.
Производство UF6: разделение изотопов
Процесс фторирования и значительной степени является аффинажным, поскольку попутно получаемый гексафторид урана дополнительно очищается от примесей других химических элементов, которые остаются в твердых осадках фторирования («золе», «огарках», «твердых отходах») вместе с непрореа-гировавшим UF.
Количество твердых отходов около 0, 5%, но они радиоактивны, так как содержат продукты распада урана (изотопы тория и протактиния), и являются интенсивными источниками γ-излучения.
Производство UF6: разделение изотопов
Современная ядерная энергетика с реакторами на тепловых нейтронах, за исключением канадских тяжеловодных реакторов CANDU, базируется на слабообогащенном (3—5%) 235U урановом топливе.
Химические реакции слишком малочувствительны к атомной массе реагирующих элементов. Поэтому они не могут быть использованы для обогащения урана; необходимы физические методы разделения изотопов.