活化U3O8以使其转化为水合UO4的方法技术

一种对U3O8进行活化以使该铀氧化物经与过氧化氢H2O2的反应而转化成水合UO4的方法，其中，所述方法涉及进行以下连续步骤：a)制备含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液；b)使所述含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液与臭氧接触，从而得到活化的U3O8粉末的水性悬浮液；c)可选地，从所述水性悬浮液分离所述活化的U3O8粉末。一种使U3O8转化为式UO4·nH2O的水合UO4的方法，其中，n为2或4，所述方法包括：至少一个步骤，在所述至少一个步骤中，将过氧化氢H2O2加入到在上述活化的方法的步骤b)结束时得到的活化的U3O8粉末的水性悬浮液中；或者将过氧化氢H2O2加入到通过使在上述活化的方法的步骤c)结束时得到的活化的U3O8粉末悬浮在水中所制备的水性悬浮液中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种对U3O8进行活化或再活化以使该铀氧化物转化为水合过氧化铀UO4的方法。总体来讲，本专利技术的
可被限定为含铀矿石的精矿的转化，尤其是铀氧化物U3O8的形式转化为水合铀氧化物，随后转化为UF4，并且最后转化为UF6。
技术介绍
铀矿的处理具有从矿石中提炼铀、纯化铀以及使铀化合的目的，从而得到被称为富铀(例如包括高于70wt％的铀)的精矿或铀酸盐或“黄饼(yellow cake)”的产品。首先，将铀矿压碎，并且随后研磨，然后使经研磨的铀矿承受被称为腐蚀或浸出的操作，以通过碱或酸(例如碳酸钠或硫酸)使铀进入溶液。在将来自矿石浸出的溶液纯化和浓缩之后，例如在硫酸根介质中通常以含铀的、铀酸盐化(uraniated)的酸、液体、溶液形式来回收铀。根据在先的纯化-浓缩步骤，这些溶液也可能是在氯化物介质，氨水介质，硝酸盐介质或碳酸盐介质中。通过用沉淀剂，例如氢氧化钠、氧化镁、氨水、三碳酸铀酰胺以及过氧化氢的沉淀，通过过滤、干燥和煅烧可从这些含铀的醇溶液得到铀精矿或“黄饼”。煅烧步骤可在高温下进行以通过热分解最大限度地去除硫酸盐。在高温下的该煅烧步骤产生具有小比表面积的铀精矿。根据所使用的沉淀剂，铀精矿或“黄饼”将分别基于铀酸钠、铀酸镁、重铀酸铵、三碳酸铀酰胺或过氧化铀。目前，水核反应堆的燃料通常由铀氧化物UO2组成，略微富集同位素235U(通常比例为3％至5％)。该富集的铀氧化物UO2首先利用诸如气体扩散或气体超级离心的工艺使气相六氟化铀富集来制备。如上文中所述，由铀矿的处理得到的铀精矿(诸如黄饼)的化学转化本质上是使这些精矿中含有的铀氧化物转化为UF4且随后转化为UF6。具体地，如上所述制备的含铀精矿(诸如黄饼)，以及含有三氧化铀或六氧化铀的其他含铀精矿均不能直接被转化为UF6。首先，相对于ASTM对富集的标准，它们对于后续同位素分离步骤(也被称为富集)而言含有过多的杂质(一些组分的存在可能抑制氟化工艺的进行)；并且其次，它们的小比表面积导致极低的直接转化动力学。将含铀精矿还原至UO2，该UO2随后氢氟化(hydrofluorinated)至UF4，并且随后被氟化至不纯的UF6。对于被称为“干途径”的转化方法，纯化主要在该方法的结束时来进行，并且在串联的柱中在压力下通过蒸馏得到液体UF6。然而，大多数的含铀精矿，并且尤其是源自于矿石的处理得到的含铀精矿没有足够的反应性来进行还原/氢氟化步骤以产生UF4。因此，在还原/氢氟化步骤之前进行，有必要进行额外的步骤来对铀精矿进行预处理以使其纯化和活化，并且改进该步骤的动力学和转化率。该预处理步骤，诸如可利用所有使铀氧化物的反应性在还原/氢氟化反应中提高的各种化学方法(经诸如试剂的作用，例如，使含铀精矿与水和硫酸进行接触)、热方法(还原、氧化)或物理方法(研磨)来进行。这些方法可在还原前通过作用在氧化物前体上来进行，或如FR-A-1557353所述作用在合成模式上进行，或在氧化物还原至UO2的同时进行，或通过调整氢氟化参数来进行。预处理步骤也可由氧化物的活化和纯化组成，其通过以下来进行：使氧化物转化为水合过氧化铀，该水合过氧化铀随后经煅烧以得到UO3，该UO3被还原为UO2。随后，在氢氟化步骤中，UO2转化为UF4。例如，FR-A1-2969659描述了一种利用过氧化氢，使UO3或U3O8转化为水合UO4的方法。更具体地，该方法包括以下连续步骤：a)制备UO3粉末和/或U3O8粉末的水性悬浮液；b)将过氧化氢H2O2加入到UO3粉末和/或U3O8粉末的水性悬浮液中，使UO3和/或U3O8转化为水合UO4，以及使水合UO4在该悬浮液中沉淀、结晶；c)回收水合UO4的沉淀物、晶体；其中，进行将H2O2加入到所述水性悬浮液，从而使得相对于起始于UO3的反应或起始于U3O8的反应的化学计量，所述悬浮液含有化学计量过剩的H2O2，并且例如，通过将草酸或硫酸加入到该悬浮液中，使所述悬浮液的pH在步骤a)和b)中保持为2和3之间的值。在通过加入过氧化氢来使U3O8或UO3转化之前，该方法并不包括U3O8或UO3的任何在先溶解步骤，并且该转化在悬浮液中进行，而不是在溶液中进行。利用该方法制备的水合过氧化铀具有足够低的杂质含量，从而该水合过氧化铀能够直接转化为UF4，随后转化为UF6。此外，该水合过氧化铀具有大的比表面积，以及高反应性，能够快速地转化为UF4。然而，据查明，一些含铀精矿，尤其是处于铀氧化物形式的含铀精矿不能利用文献FR-A1-2969659的方法转化为水合UO4，或需要极长的反应时间且利用显著过剩的试剂(尤其是硫酸)来进行，这就产生大量的废弃物。为了改进反应动力学，可设想几种方案来活化这些含铀精矿，并且提高它们的反应性。第一种方案为提高介质的温度，第二种方案为通过研磨精矿来提高所述精矿的比表面积。上述第一种方案仅能够在较窄的温度范围，即20℃至40℃下使用。在40℃以上的温度时，充氧水(oxygenated water)(过氧化氢溶液)的分解反应成为主导，该充氧水(过氧化氢溶液)为转化为UO4所需的试剂，从而必须加入显著过量的该试剂。此外，在该较窄的温度范围内，动力学的改进较小。设想的第二种方案，也即通过研磨精矿来提高精矿的比表面积，则需要在转化方法中额外的步骤。此外，该步骤需要对细粉末进行处理，增加了污染的风险。因此，由上述可知，需要一种对U3O8进行活化或再活化以使该铀氧化物，尤其通过实施FR-A1-2969659的方法，利用充氧水转化成水合UO4的方法，并且该方法不具有通过如上所述的温度升高或预先研磨的活化技术的不足。具体地，需要这样一种活化方法，该活化方法能够用充氧水(过氧化氢溶液)使所有的精矿(包括利用文献FR-A1-2969659不能转化的那些精矿)，尤其是通过使用文献FR-A1-2969659所述的方法，转化至水合过氧化铀，并且该方法使反应时间减少以及不需要大大过量的试剂。该活化方法必须能够制备活化的U3O8氧化物，该活化的U3O8氧化物经由与H2O2的反应产生水合过氧化铀，该所产生的水合过氧化铀具有较低的杂质含量，尤其是该杂质的含量足够低，以使得该水合过氧化铀可直接转化为UF4并随后转化为UF6。水合UO4必须完全或大致符合ASTM C-787标准，并且必需具有用于使它们转化为UF4的高比表面积和高反应性，该ASTM C-787标准涉及用于转化为UF6的水合UO4的纯度。本专利技术的目的是提供一种对U3O8进行活化或再活化以使这些铀氧化物通过充氧水(过氧化氢溶液)转化为水合UO4的方法，上述方法符合上文列出所有需求和要求。
技术实现思路
根据本专利技术，通过对U3O8进行活化以使该铀氧化物经与过氧化氢H2O2的反应转化成水合UO4的方法可达到上述目的以及其他目的，其中，所述方法包括进行下列连续步骤：a)制备含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液；b)使所述含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液与臭氧接触，从而得到活化的U3O8粉末的悬浮液；c)可选地，从所述水性悬浮液分离所述活化的U3O8粉末。有利地，在步骤b)期间，引入含臭氧的气流，并且使所述含臭氧的气流鼓泡进入所述含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液中。有利地，对所述水性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对U3O8进行活化以使该铀氧化物经与过氧化氢H2O2的反应转化成水合UO4的方法，其中，所述方法涉及进行以下连续步骤：a)制备含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液；b)使所述含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液与臭氧接触，从而得到活化的U3O8粉末的水性悬浮液；c)可选地，从所述水性悬浮液分离所述活化的U3O8粉末。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.19 FR 14513301.一种对U3O8进行活化以使该铀氧化物经与过氧化氢H2O2的反应转化成水合UO4的方法，其中，所述方法涉及进行以下连续步骤：a)制备含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液；b)使所述含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液与臭氧接触，从而得到活化的U3O8粉末的水性悬浮液；c)可选地，从所述水性悬浮液分离所述活化的U3O8粉末。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)期间，引入含臭氧的气流，并且使所述含臭氧的气流鼓泡进入所述含有U3O8粉末和过氧化氢的水性悬浮液中。3.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述水性悬浮液进行1小时至10小时，例如8小时时长的臭氧鼓泡。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，在步骤a)期间，将U3O8粉末加入到过氧化氢H2O2的水性溶液和水的混合物中。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述含臭氧的气流为含臭氧的空气流，或含臭氧的氧气流，优选臭氧浓度为1g/m3至500g/m3，更优选为1g/m3至225g/m3，进一步优选为75g/m3至225g/m3。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述过氧化氢的水性溶液的浓度为30wt％至70wt％。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤a)中制备的水性悬浮液的铀浓度为10g/L至500g/L，优选200g/L至300g/L，例如250g/L。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤b)期间，在所述水性悬浮液中，臭氧与U3O8的摩尔比为1至5。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤b)期间，所述水性悬浮液中的过氧化氢的量至少等于引入到所述水性悬浮液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈赫迪·阿拉布，伯特兰·莫雷尔，米里耶勒·瑞文特，
申请(专利权)人：阿雷瓦核废料回收公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR