一种氟化U制造技术

本发明专利技术提供一种氟化U

【技术实现步骤摘要】
一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法
专利技术涉及一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，可应用于乏燃料干法后处理

技术介绍
为了应对化石燃料的短缺和保证能源安全，20世纪60～70年代以来核电因其清洁性和高能量密度而受到青睐。核电站发电过程中，当核燃料裂变不能维持一定功率时，被换下来的未燃烬的核燃料称为乏燃料(又称辐照核燃料)。乏燃料中含有大量大约95％的U、1％的Pu、0.1％的次要锕系元素MA(Np、Am和Cm)和3％的长寿命裂变产物(LLFP)，其中的次要锕系元素和长寿命裂变产物构成了对地球生物和人类环境的巨大的潜在危害。因此，乏燃料的处理处置问题已成为影响核电可持续发展的关键问题。乏燃料干法后处理具有耐辐照、低临界风险、放射性废物少等优点，适宜处理高燃耗、短冷却期乏燃料，有希望满足先进核燃料循环中对乏燃料或者嬗变靶件的分离需要。韩国原子能研究院(KAERI)于20世纪90年代末期提出了干法乏燃料后处理工艺流程，亦称之为ER流程。具体流程是将剪切成3～10cm长的乏燃料元件在氧气或空气气氛中，在约500℃温度下进行氧化煅烧，实现芯块与包壳的分离，并将UO2转化为U3O8和UO3粉末颗粒。为了使氧化铀能够溶解在熔融盐中以便进行电解纯化。专利CN108364703A公开了通过NH4Cl氯化UO2，使UO2溶解在LiCl-KCl熔盐中。专利CN108034965A公开了通过AlCl3氯化UO2，使UO2溶解在LiCl-KCl熔盐中。专利CN109913901A公开了一种在氩气保护下，通入CCl4气体氯化U3O8，反应产物UCl4溶解在LiCl-KCl熔盐中。
技术实现思路
本专利技术提出一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，通过使氧化铀(U3O8及UO3中的一种)与NH4HF2在高温下反应后，将反应产物UO2F2溶解于氯化物熔盐中。本专利技术是这样实现的：一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，其特征在于，包括如下步骤：将U3O8或UO3与氟化剂粉末充分混合研磨装入坩埚中发生氟化反应，反应结束后，得到产物UO2F2，并且UO2F2加入到熔融的氯化物熔盐中，发现其完全溶解，熔盐由无色透明变为黄色透明。所述氟化剂为NH4HF2；所述U3O8与NH4HF2的质量比范围为1:1～1:12.3；UO3与NH4HF2的质量比范围为1:1～1:12.0；所述氟化反应的温度为350～600；所述氟化反应的时间为2～6个小时；所述氯化物熔盐为：LiCl-KCl、LiCl-CsCl和NaCl-CsCl其中的一种或几种熔盐的混合；所述氯化物熔盐LiCl-KCl中LiCl和KCl的摩尔比为74:51，氯化物熔盐LiCl-CsCl中LiCl和CsCl的摩尔比为29:21，氯化物熔盐NaCl-CsCl中NaCl和CsCl的摩尔比为7:13；所述氯化物熔盐LiCl-KCl加热至400～600℃，氯化物熔盐LiCl-CsCl加热至400～600℃，氯化物熔盐NaCl-CsCl加热至550～700℃；所述UO2F2与氯化物熔盐的质量比为0.7～2％。原理：U3O8+6NH4HF2+1/2O2(g)＝3UO2F2+6NH4F+3H2O(g)(1)U3O8+6NH4HF2+1/2O2(g)＝3UO2F2+6NH3(g)+6HF(g)+3H2O(g)(2)3UO3+6NH4HF2＝3UO2F2+6NH4F+3H2O(g)(3)3UO3+6NH4HF2＝3UO2F2+6NH3(g)+6HF(g)+3H2O(g)(4)本专利技术有益效果：本专利技术提出的一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，整个操作可在大气条件下进行，不采用强腐蚀性气体。所选用的氟化试剂优异，氟化率高，解决了氧化铀在熔盐中难以溶解的问题。附图说明图1是500℃的LiCl-KCl共晶熔盐中加入质量比为0.7％的UO2F2熔盐颜色；图2是为不同温度下，铀的氧化物与NH4HF2反应的吉布斯自由能图；图3是773K下U3O8与NH4HF2(其中U3O8与NH4HF2的质量比为1:8.12)反应后产物的XRD；图4是为773K下UO3与NH4HF2(其中UO3与NH4HF2的质量比为1:7.13)反应后产物的XRD。具体实施方式以下结合附图和具体实施案例，对本专利技术进行详细说明。本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：(1)氟化方法：将氧化铀(U3O8及UO3中的一种)与NH4HF2充分混合研磨装入坩埚中(其中U3O8与NH4HF2的质量比范围为1:1～1:12.3；UO3与NH4HF2的质量比范围为1:1～1:12.0)，然后置于350～600℃的温度下充分反应2～6h。(2)氟化后的产物表征：对收集得到的产物，进行XRD测试分析证明氟化后的产物为UO2F2。(3)氟化率计算：将收集到的产物称重，通过计算得到氟化率(η)，其中氟化率(η)定义为：其中，m1为实际得到的UO2F2的质量，m2为理论得到的UO2F2的质量。(4)UO2F2的溶解：将氯化物熔盐装载到坩埚中，然后置于350～700℃的温度下熔融，待熔盐完全熔融后，加入UO2F2，待2～3分钟后溶解，熔盐由无色透明变为黄色透明。以上所有的步骤均可在大气条件下进行。实施例1：氟化：称量U3O8的质量为1.00g，NH4HF2的质量为8.12g，将U3O8和NH4HF2充分混合研磨装入坩埚中，坩埚上方盖盖，置于500℃的井式炉中，反应3h。反应结束后，收集产物称重得到1.01gUO2F2，理论上计算UO2F2的质量为1.10g，通过计算得到氟化率(η)为92.1％。溶解：称量KCl的质量为22.50g，LiCl的质量为19.00g，将KCl与LiCl充分均匀地混合于坩埚中，置于500℃的井式炉中，待盐熔融后，加入0.30gUO2F2。待2分钟后，UO2F2溶解，熔盐由无色透明变为黄色透明。实施例2：氟化：称量U3O8的质量为1.00g，NH4HF2的质量为8.12g，将U3O8和NH4HF2充分混合研磨装入坩埚中，坩埚上方盖盖，置于400℃的井式炉中，反应3h。反应结束后，收集产物称重得到1.07gUO2F2，理论上计算UO2F2的质量为1.10g，通过计算得到氟化率(η)为97.5％。溶解：称量KCl的质量为22.50g，LiCl的质量为19.00g，将KCl与LiCl充分均匀地混合于坩埚中，置于500℃的井式炉中，待盐熔融后，加入0.30gUO2F2。待2分钟后，UO2F2溶解，熔盐由无色透明变为黄色透明。实施例3：氟化：称量NH4HF2的质量为8.12g，U3O8的质量为1.00g，将U3O8和NH4HF2充分混合研磨装入坩埚中，坩埚上方盖盖，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氟化U

【技术特征摘要】
1.一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将U3O8或UO3与氟化剂粉末充分混合研磨装入坩埚中发生氟化反应，反应结束后，得到产物UO2F2，并且UO2F2加入到熔融的氯化物熔盐中，发现其完全溶解，熔盐由无色透明变为黄色透明。


2.根据权利要求1所述的一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，其特征在于，所述氟化剂为NH4HF2。


3.根据权利要求2所述的一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，其特征在于，所述U3O8与NH4HF2的质量比范围为1:1～1:12.3；UO3与NH4HF2的质量比范围为1:1～1:12.0。


4.根据权利要求1所述的一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，其特征在于，所述氟化反应的温度为350～600℃。


5.根据权利要求1所述的一种氟化U3O8或UO3并溶于氯化物熔盐的方法，其特征在于，所述氟化反应的时间为2～6个小时。

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【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟，纪文静，李梅，孟洋洋，王伟，汪文娟，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23