Переработка обогащенного гексафторида урана

Существует несколько способов переработки UF6. Они выбираются в зависимости от того, в виде какого соединения требуется получить уран. Наиболее распространенный — «сухой» метод восстановления UF6 до UF4 с помощью водорода. Реакция UF6 имеет следующий вид:

UF6 + Н2 UF4 + 2НF + 285 кДж/моль.

Несмотря на то, что термодинамическое равновесие этой реакции (даже при комнатной температуре) значительно сдвинуто в сторону образования UF4, для осуществления данной реакции к системе необходимо подвести тепло.

Существует два метода восстановления UF6 водородом. Первый способ — восстановление в реакторе с «горячими стенками» — применяется для превращения в UF4 больших количеств слабообогащенного или почти обычного UF6. Второй способ — восстановление в реакторе с «холодными стенками» — используется для получения UF4, высокообогащенного изотопом U235.

Реактор с «горячими стенками».

Этот процесс назван так потому, что большее количество энергии, необходимой для начала реакции, подводится в виде тепла через стенки реактора.

Реактор — вертикальный трубчатый аппарат диаметром 200 мм. Верхняя, средняя и нижняя части реактора имеют отдельные нагреватели. К реактору подсоединен вибратор, препятствующий отложению твердых частиц UF4 на стенках аппарата. В верхнюю часть аппарата при температуре равной 177 °C подается UF6 и термически диссоциированный аммиак (2NH3 — N2 + 3Н2).

В средней и нижней части реактора поддерживается температура 430 — 540 °C. Образующийся UF4 падает на дно трубы и непрерывно выгружается через нижнюю часть реактора. Восстановление проходит достаточно полно. Производительность аппарата довольно высокая — 2000 кг/сут.

Недостатком данного способа является перегрев стенок реактора, ведущий к наплавлению твердого материала на стенках аппарата. Твердый нарост удаляют, осуществляя процесс вибрации аппарата по 2 ч через каждые 24 ч.

Реактор с «холодными стенками».

Чтобы применить процесс восстановления водородом высокообогащенного урана, необходимо устранить шлакование в аппарате, для этого в реакторе с «холодными стенками» тепло подводится в зону реакции, а не через стенки реактора. Это достигается введением в реактор фтора и использованием теплоты, выделяющейся при реакции фтора с водородом:

H2 + F2 2НF + 535 кДж/моль.

Температура стенок реактора в этом случае поддерживается около 149 — 204 °C, в то время как температура в зоне реакции не менее 1100 °C. Для проведения восстановления таким способом необходим избыток водорода 100 — 500%. Полученный в результате восстановления UF4 направляется на переработку с целью получения металлического урана, обогащенного по U235.