Получение оксидов урана из уранилнитрата

Технологическая схема получения триоксида урана из растворов состоит из двух операций: а) выпаривания растворов до концентра­ции, соответствующей гексагидрату U0₂(N0₃)₂ • 6Н₂0; б) дальней­шего прокаливания гексагидрата уранилнитрата, при котором проис­ходит ступенчатая дегидратация с образованием триоксида:

UO₂(NO₃)₂ 6H₂O

Ход разложения уранилнитрата при непрерывном повышении тем­пературы зависит от внешнего давления. Денитрация в вакууме проте­кает быстрее, чем при атмосферном давлении. При меньших скоро­стях нагрева уранилнитрат разлагается при более низкой температуре. Оптимальной температурой разложения уранилнитрата считается 400 °С, так как выше 430 °С триоксид урана начинает отщеплять кислород. Следует считаться также с тем, что при низкой температуре получа­ется более реакционноспособный триоксид урана, легче перерабаты­ваемый на диоксид, а затем на тетрафторид урана. Поэтому процесс термического разложения уранилнитрата проводят при 400-450° С.

Вначале для денитрации использовались котлы-денитраторы с мощными мешалками якорного типа. Затем с целью интенсификации процесса денитрацию стали проводить в аппаратах кипящего слоя. Раствор уранилнитрата, упаренный до содержания 70-100 % гекса­гидрата, впрыскивается форсунками в аппарат кипящего слоя, кото­рый создается на основе частиц триоксида урана под действием воздушного дутья (рис. 9.1). По мере термического разложения уранилнитрата вновь образующийся триоксид урана постепенно заменяет первоначально загруженный. Необходимая температура создается с помощью теплоэлектронагревателей (ТЭН), расположенных снаружи и внутри корпуса аппарата. Готовый продукт разгружается из верхней части аппарата через спускную трубу, а газообразные продукты реак­ции очищаются от пыли в циклоне. В аппарате кипящего слоя полу­чается порошок с насыпной плотностью 4,3 г/см³, содержащий 99,4 % U0₃; 0,1 % U₃0₈; 0,5 % NO~ 0,15 % Н₂0.

Если денитрацию проводить при 600-900 °С, то получается за­кись-окись урана:

3U0₂(N0₃)₂ • 6Н₂О U₃O₈ + 6N0₂ + 20₂ + 18Н₂0. (9.2)

Остаточное содержание нитрат-иона и воды в триоксиде урана за­висит от температуры кипящего слоя. Гранулометрический состав триоксида урана определяется температурой кипящего слоя и кон­центрацией уранилнитрата в питающем растворе. В начале работы частицы триоксида урана укрупняются за счет цементации их капля­ми питания в агрегаты или укрупнения отдельных частиц при разло­жении на их поверхности уранилнитрата. Но затем гранулометриче­ский состав триоксида урана стабилизируется, скорости укрупнения и измельчения частиц выравниваются.

Максимальный размер частиц наблюдается при наиболее концен­трированном питании. Уменьшение температуры кипящего слоя приводит к некоторому измельчению частиц триоксида, что объясня­ется проникновением воды в поры агрегатов и последующим разры­вом агрегатов; при более высокой температуре разложение уранил­нитрата протекает лишь по поверхности оксида.

Вследствие разложения уранилнитрата на поверхности и в порах триоксида урана процесс в кипящем слое выгодно отличается от дру­гих меньшей коррозией аппаратуры и меньшим загрязнением готово­го продукта

Рис. 9.1. Денитратор кипящего слоя:

1 — подогреватель воздуха; 2 — трубопровод для подачи раствора уранилнитрата; 3 — бак для уранилнитрата; 4 — трубопроводы к соплам; 5 — воздухораспределительная решетка; 6 — смотровое окно; 7— бункер для улавливания порошка; 8 — труба для возвра­та улавливаемого порошка; 9 — гнезда для термопар; 10 — внеш­ние нагреватели (42 шт.); 11 — распылительные сопла (4 шт.); 12 — линия вывода триоксида урана; 13 — внутренние нагревате­ли (18 шт.); 14 — сборник продукта