stringtranslate.com

Гексафторид урана

Uranium hexafluoride, sometimes called hex, is an inorganic compound with the formula UF6. Uranium hexafluoride is a volatile white solid that reacts with water, releasing corrosive hydrofluoric acid. The compound reacts mildly with aluminium, forming a thin surface layer of AlF3 that resists any further reaction from the compound. UF6 is used in the process of enriching uranium, which produces fuel for nuclear reactors and nuclear weapons.

Preparation

Milled uranium ore—U3O8 or "yellowcake"—is dissolved in nitric acid, yielding a solution of uranyl nitrate UO2(NO3)2. Pure uranyl nitrate is obtained by solvent extraction, then treated with ammonia to produce ammonium diuranate ("ADU", [NH4]2U2O7). Reduction with hydrogen gives UO2, which is converted with hydrofluoric acid (HF) to uranium tetrafluoride, UF4. Oxidation with fluorine yields UF6.

The Honeywell Uranium Hexafluoride Processing Facility uses a different process.

During nuclear reprocessing, uranium is reacted with chlorine trifluoride to give UF6:

U + 2 ClF3 → UF6 + Cl2

Properties

Physical properties

At atmospheric pressure, UF6 sublimes at 56.5 °C.[4]

UF6 in a glass ampoule

The solid-state structure was determined by neutron diffraction at 77 K and 293 K.[5][6]

Chemical properties

Показано, что гексафторид урана является окислителем [9] и кислотой Льюиса , способной связываться с фторидом ; например, при реакции фторида меди(II) с гексафторидом урана в ацетонитриле образуется гептафторуранат(VI) ​​меди(II), Cu 2+ [UF−7] 2 . [10]

Полимерные фториды урана(VI), содержащие органические катионы, выделены и охарактеризованы методом рентгеновской дифракции. [11]

Применение в топливном цикле

Фазовая диаграмма UF 6

Как одно из наиболее летучих соединений урана, гексафторид урана относительно удобен в переработке и используется в обоих основных методах обогащения урана , а именно в газовой диффузии и методе газовой центрифуги . Поскольку тройная точка UF 6 — 64 °C (147 °F; 337 К) и 152 кПа (22 фунта на квадратный дюйм; 1,5 атм) [ 12] — близка к условиям окружающей среды, фазовые переходы могут быть достигнуты на технологическом предприятии с небольшими затратами. термодинамическая работа .

Фтор имеет только один встречающийся в природе стабильный изотоп, поэтому изотопологи UF 6 различаются по молекулярной массе исключительно в зависимости от присутствующего изотопа урана . [13] Эта разница является основой физического разделения изотопов при обогащении.

Все остальные фториды урана — нелетучие твердые вещества, являющиеся координационными полимерами .

Коэффициент перевода изотополога 238 U UF 6 («шестнадцатеричный») в «массу U» составляет 0,676. [14]

Газовая диффузия требует примерно в 60 раз больше энергии, чем процесс газовой центрифуги: ядерное топливо, полученное методом газовой диффузии, производит в 25 раз больше энергии, чем используется в процессе диффузии, а топливо, произведенное центрифугой, производит в 1500 раз больше энергии, чем используется в центрифуге. процесс.

Помимо использования при обогащении, гексафторид урана использовался в усовершенствованном методе переработки ( летучесть фторида ), который был разработан в Чехии . В этом процессе отработанное ядерное топливо обрабатывается газообразным фтором для преобразования оксидов или элементарных металлов в смесь фторидов. Затем эту смесь перегоняют для разделения различных классов материалов. Некоторые продукты деления образуют нелетучие фториды, которые остаются в виде твердых веществ и затем могут быть либо подготовлены для хранения в качестве ядерных отходов, либо подвергнуты дальнейшей обработке сольватационными методами или электрохимически .

При обогащении урана в качестве отходов образуется большое количество обедненного гексафторида урана (D UF 6 или D- UF 6 ). Длительное хранение D- UF 6 представляет угрозу для окружающей среды, здоровья и безопасности из-за его химической нестабильности. Когда UF 6 подвергается воздействию влажного воздуха, он вступает в реакцию с содержащейся в воздухе водой с образованием UO 2 F 2 ( фторид уранила ) и HF ( фторид водорода ), оба из которых являются очень коррозионными и токсичными. В 2005 году 686 500 тонн D- UF 6 было размещено в 57 122 баллонах для хранения, расположенных недалеко от Портсмута, штат Огайо ; Ок-Ридж, Теннесси ; и Падука, Кентукки . [15] [16] Баллоны для хранения необходимо регулярно проверять на наличие признаков коррозии и утечек. Расчетный срок службы стальных баллонов измеряется десятилетиями. [17]

Несчастные случаи и утилизация

В США произошло несколько аварий, связанных с гексафторидом урана, в том числе авария при заполнении баллонов и выброс материала на предприятии Sequoyah Fuels Corporation в 1986 году, в результате которого вытекло примерно 29 500 фунтов газообразного UF6. [18] [19] Правительство США преобразует D UF 6 в твердые оксиды урана для утилизации. [20] Такая утилизация всех запасов D UF 6 может стоить от 15 до 450 миллионов долларов. [21]

  • Разрыв 14-тонного транспортного баллона с UF6. 1 погибший, десятки раненых. Выпущено ~29500 фунтов материала. Корпорация Sequoyah Fuels, 1986 год.
    Разрыв 14-тонного транспортного баллона с UF -6 . 1 погибший, десятки раненых. Выпущено ~29500 фунтов материала. Корпорация Sequoyah Fuels, 1986 год.
  • Склад DUF6 издалека
    Площадка хранения UF 6 издалека
  • Цилиндры ДУФ6: окрашенные (слева) и корродированные (справа)
    Баллоны D UF 6 : окрашенные (слева) и корродированные (справа)

Рекомендации

  1. ^ «Гексафторид урана». Архивировано из оригинала 16 сентября 2013 г. Проверено 8 августа 2013 г.
  2. ^ abcd Джонсон, Джеральд К. (1979). «Энтальпия образования гексафторида урана». Журнал химической термодинамики . 11 (5): 483–490. дои : 10.1016/0021-9614(79)90126-5.
  3. ^ Фторид урана (VI)
  4. ^ Брикведде, Фердинанд Г.; Хоге, Гарольд Дж.; Скотт, Рассел Б. (1948). «Низкотемпературная теплоемкость, энтальпия и энтропия UF4 и UF6». Дж. Хим. Физ. 16 (5): 429–436. Бибкод : 1948JChPh..16..429B. дои : 10.1063/1.1746914 .
  5. ^ Дж. Х. Леви; Джон К. Тейлор; Пол В. Уилсон (1976). «Структура фторидов. Часть XII. Монокристаллическое нейтронографическое исследование гексафторида урана при 293 К». Дж. Хим. Soc., Далтон Транс. (3): 219–224. дои : 10.1039/DT9760000219.
  6. ^ Дж. Х. Леви, Дж. К. Тейлор и А. Б. Во (1983). «Структурные исследования нейтронных порошков UF 6 , MoF 6 и WF 6 при 77 К». Журнал химии фтора . 23 : 29–36. дои : 10.1016/S0022-1139(00)81276-2.
  7. ^ Дж. К. Тейлор, П. В. Уилсон, Дж. В. Келли: «Структуры фторидов. I. Отклонения от идеальной симметрии в структуре кристаллического UF 6 : нейтронографический анализ», Acta Crystallogr. , 1973 , B29 , стр. 7–12; doi :10.1107/S0567740873001895.
  8. ^ Кимура, Масао; Шомакер, Вернер; Смит, Дарвин В.; Бернар (1968). «Электронно-дифракционное исследование гексафторидов вольфрама, осмия, иридия, урана, нептуния и плутония». Дж. Хим. Физ. 48 (8): 4001–4012. Бибкод : 1968JChPh..48.4001K. дои : 10.1063/1.1669727. Архивировано из оригинала 11 января 2023 г. Проверено 10 октября 2020 г.
  9. ^ GH Ола; Дж. Уэлч (1978). «Синтетические методы и реакции. 46. Окисление органических соединений гексафторидом урана в растворах галогеналканов». Варенье. хим. Соц. 100 (17): 5396–5402. дои : 10.1021/ja00485a024.
  10. ^ Дж. А. Берри; РТ Пул; А. Прескотт; ДВА Шарп; Дж. М. Уинфилд (1976). «Окислительные и акцепторные свойства фторид-ионов гексафторида урана в ацетонитриле». Дж. Хим. Soc., Далтон Транс. (3): 272–274. дои : 10.1039/DT9760000272.
  11. ^ С.М. Уокер; PS Халасьямани; С. Аллен; Д. О'Хара (1999). «От молекул к каркасам: переменная размерность в системе UO 2 (CH 3 COO) 2 ·2H 2 O/HF(aq)/пиперазин. Синтез, структура и характеристика нульмерного (C 4 N 2 H 12 )UO 2 F 4 ·3H 2 O, Одномерный (C 4 N 2 H 12 ) 2 U 2 F 12 ·H 2 O, Двумерный (C 4 N 2 H 12 ) 2 (U 2 O 4 F 5 ) 4 ·11H 2 O, и трехмерный (C 4 N 2 H 12 )U 2 O 4 F 6 ". Варенье. хим. Соц . 121 (45): 10513–10521. дои : 10.1021/ja992145f.
  12. ^ «Гексафторид урана: Источник: Приложение A к PEIS (DOE/EIS-0269): Физические свойства» . web.evs.anl.gov . Проверено 18 августа 2022 г.
  13. ^ «Обогащение урана и процесс газовой диффузии». USEC Inc. Архивировано из оригинала 19 октября 2007 г. Проверено 24 сентября 2007 г.
  14. ^ "Калькулятор молярной массы конвертера единиц" . Кафе переводчиков . Миссиссога, Онтарио, Канада: Разработка программного обеспечения ANVICA. 1 февраля 2021 г.
  15. ^ «Сколько обедненного гексафторида урана хранится в Соединенных Штатах?». Часто задаваемые вопросы об обедненном UF 6 . Аргоннская национальная лаборатория .
  16. ^ «Документы программы управления исчерпанным UF6» . Архивировано из оригинала 16 февраля 2008 г. Проверено 17 мая 2006 г.
  17. ^ «Что такое DUF6? Опасен ли он и что с ним делать?». Институт энергетических и экологических исследований. 24 сентября 2007 г.
  18. ^ «Выброс топлива корпорации Sequoyah и разлив Черч-Рока: неопубликованные ядерные выбросы в общинах американских индейцев», авторы Дуг Брюгге, Джейми Л. деЛемос и Кэт Буи. Сентябрь 2007 г. PMCID:PMC1963288 PMID: 17666688.
  19. ^ «Были ли аварии с гексафторидом урана?». Часто задаваемые вопросы об обедненном UF 6 . Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 9 июня 2017 г.
  20. ^ «Что произойдет с гексафторидом урана, хранящимся в Соединенных Штатах?». Часто задаваемые вопросы об обедненном UF 6 . Аргоннская национальная лаборатория.
  21. ^ «Есть ли какие-либо действующие в настоящее время объекты по захоронению, которые могут принять весь оксид обедненного урана, который будет получен в результате переработки запасов обедненного UF6 Министерства энергетики?». Часто задаваемые вопросы об обедненном UF 6 . Аргоннская национальная лаборатория.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме гексафторида урана .