[go: up one dir, main page]

RU2116972C1 - Method of preparing anhydrous plutonium trifluoride from plutonium hydride - Google Patents

Method of preparing anhydrous plutonium trifluoride from plutonium hydride Download PDF

Info

Publication number
RU2116972C1
RU2116972C1 RU97112761/25A RU97112761A RU2116972C1 RU 2116972 C1 RU2116972 C1 RU 2116972C1 RU 97112761/25 A RU97112761/25 A RU 97112761/25A RU 97112761 A RU97112761 A RU 97112761A RU 2116972 C1 RU2116972 C1 RU 2116972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plutonium
hydride
trifluoride
hydrogen fluoride
preparing anhydrous
Prior art date
Application number
RU97112761/25A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97112761A (en
Inventor
В.В. Шаталов
Е.Н. Звонарев
О.И. Козлов
В.И. Лобанов
В.П. Маширев
К.Ф. Гребенкин
Ю.Н. Зуев
Л.Н. Лохтин
Н.А. Новоселов
А.В. Панов
В.А. Симоненко
В.Г. Субботин
Д.Ю. Чувилин
А.Д. Максимов
Original Assignee
Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии filed Critical Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии
Priority to RU97112761/25A priority Critical patent/RU2116972C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2116972C1 publication Critical patent/RU2116972C1/en
Publication of RU97112761A publication Critical patent/RU97112761A/en

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear fuels. SUBSTANCE: anhydrous plutonium trifluoride is prepared via continuous interaction of plutonium hydride with gaseous hydrogen fluoride at 400-500 C for 2.0-2.5 h, stoichiometric excess of hydrogen fluoride being 25-30%. Plutonium hydride is prepared from compact plutonium metal. Radioactive product can find use as fuel for nuclear power stations. EFFECT: improved preparation procedure. 2 cl, 2 tbl

Description

В связи с сокращением ядерного оружия в России и США появилась задача переработки оружейного плутония в различные его соединения для использования в качестве энергетического топлива в ядерных реакторах атомных электростанций. Одним из таких соединений является трифторид плутония. In connection with the reduction of nuclear weapons in Russia and the United States, the task has arisen of processing weapons-grade plutonium into its various compounds for use as energy fuel in nuclear reactors of nuclear power plants. One such compound is plutonium trifluoride.

Изобретение относится к технологии получения фторидов редких и радиоактивных металлов. The invention relates to a technology for producing fluorides of rare and radioactive metals.

В современной технологии существуют два метода получения трифторида плутония. In modern technology, there are two methods for producing plutonium trifluoride.

Один из методов заключается в осаждении кристаллогидратов PuF3 из водных растворов растворимых солей плутония (так называемый "мокрый" метод).One method is to precipitate PuF 3 crystalline hydrates from aqueous solutions of soluble plutonium salts (the so-called “wet” method).

Другой метод ("сухой" метод) заключается во взаимодействии твердых соединений плутония при повышенных температурах с безводным фтористым водородом в восстановительной среде. Another method (the “dry” method) is the interaction of solid plutonium compounds at elevated temperatures with anhydrous hydrogen fluoride in a reducing medium.

По первому методу в осадок выпадает кристаллогидрат трифторида плутония (PuF3 • H2O), исходным материалом служат водные экстракционные азотнокислые растворы плутония (III), которые обрабатываются плавиковой кислотой. Полученный осадок кристаллогидрата фильтруется, промывается, а затем подвергается сушке и прокаливанию. Сушка проводится в токе гелия при 200oC в течение нескольких часов или в тех же условиях при 600oC в течение получаса (Dawson J.K., Elliot R.M., Hurst R.,Truswell A.E. The preparation and some properties of plutonium fluorides. J. Chem. Soc., 558 (1954).According to the first method, plutonium trifluoride crystalline hydrate (PuF 3 • H 2 O) precipitates, the starting material is aqueous extraction nitric acid solutions of plutonium (III), which are treated with hydrofluoric acid. The resulting crystalline hydrate precipitate is filtered, washed, and then dried and calcined. Drying is carried out in a helium stream at 200 o C for several hours or under the same conditions at 600 o C for half an hour (Dawson JK, Elliot RM, Hurst R., Truswell AE The preparation and some properties of plutonium fluorides. J. Chem Soc. 558 (1954).

Из "сухих" методов наибольшее применение получили следующие:
гидрофторирование диоксида плутония смесью фтористого водорода и водорода:
PuO2+3HF+1/2H2 _→ PuF3+2H2O,
гидрофторирование оксалата плутония фтористым водородом, а затем смесью фтористого водорода и водорода по реакциям
Pu2(C2O4)3+8HF _→ 2PuF4+4H2O+2CO2+4CO;
PuF4+1/2H2+HF _→ PuF3+2HF,
получение тетрафторида плутония через двойные соли с последующим их разложением и восстановлением до трифторида плутония, по реакциям

Figure 00000001

Рассмотренные способы "сухого" получения трифторида плутония могут быть представлены как аналоги (Cunningham B.B. Preparation and Properties of the Compounds of Plutonium. Seaborg G.T. and Katz J.J. eds. The Actinide Elements. NNE, Series IV, 14A, McGraw-Hill, New York, 1954, ch 10).Of the "dry" methods, the following have been most widely used:
hydrofluorination of plutonium dioxide with a mixture of hydrogen fluoride and hydrogen:
PuO 2 + 3HF + 1 / 2H 2 _ → PuF 3 + 2H 2 O,
hydrofluorination of plutonium oxalate with hydrogen fluoride and then with a mixture of hydrogen fluoride and hydrogen according to the reactions
Pu 2 (C 2 O 4 ) 3 + 8HF _ → 2 PuF 4 + 4H 2 O + 2CO 2 + 4CO;
PuF 4 + 1 / 2H 2 + HF _ → PuF 3 + 2HF,
production of plutonium tetrafluoride through double salts, followed by their decomposition and reduction to plutonium trifluoride, according to the reactions
Figure 00000001

The considered methods of "dry" production of plutonium trifluoride can be represented as analogues (Cunningham BB Preparation and Properties of the Compounds of Plutonium. Seaborg GT and Katz JJ eds. The Actinide Elements. NNE, Series IV, 14A, McGraw-Hill, New York, 1954, ch 10).

Преимущества "сухого" метода гидрофторирования заключаются в следующем:
отпадает необходимость ряда стадий переработки: осаждения, фильтрации, промывки, сушки и прокаливания;
исключается необходимость переработки больших количеств растворов, содержащих соли плутония.
The advantages of the “dry” hydrofluorination method are as follows:
there is no need for a number of stages of processing: precipitation, filtration, washing, drying and calcination;
eliminates the need for processing large quantities of solutions containing plutonium salts.

В качестве прототипа был принят способ получения тетрафторида плутония (Металлургия и металловедение плутония и его сплавов. Под ред. У.Д. Уилкинсона, М.: Госатомиздат, 1962, с. 275). As a prototype, a method for producing plutonium tetrafluoride was adopted (Metallurgy and metallurgy of plutonium and its alloys. Edited by UD Wilkinson, Moscow: Gosatomizdat, 1962, p. 275).

На первой стадии процесса гидрид плутония в количестве 350 г помещали в печь и через нее подавали аргон со скоростью 50 г/ч. Температуру в печи повышали до 100oC. При достижении заданной температуры начинали осуществлять совместную подачу аргона, фтористого водорода и кислорода, до тех пор, пока температура в реакционной зоне не достигла максимума и не начала падать. Наличие аргона обеспечивает протекание процесса при равномерном повышении температуры. На второй стадии процесса повышали скорость подачи кислорода до 150 г/ч, а фтористого водорода до 300 г/ч. После дополнительной двухчасовой выдержки при 150oC температуру повышали до 600oC без изменения скорости подачи газа.At the first stage of the process, plutonium hydride in an amount of 350 g was placed in an oven and argon was fed through it at a rate of 50 g / h. The temperature in the furnace was raised to 100 o C. When reaching the set temperature, a joint supply of argon, hydrogen fluoride and oxygen was started, until the temperature in the reaction zone reached a maximum and began to drop. The presence of argon provides the process with a uniform increase in temperature. At the second stage of the process, the oxygen supply rate was increased to 150 g / h, and hydrogen fluoride to 300 g / h. After an additional two hours exposure at 150 o C, the temperature was raised to 600 o C without changing the gas flow rate.

Превращение в тетрафторид плутония полностью заканчивалось после выдержки в течение 3 ч при температуре 600oC. В целом время проведения процесса составляло 8 ч.The conversion to plutonium tetrafluoride completely ended after holding for 3 hours at a temperature of 600 o C. In general, the process time was 8 hours

Для получения трифторида плутония из тетрафторида необходимо проведение дополнительной стадии - стадии восстановления тетрафторида плутония в токе водорода и фтористого водорода. To obtain plutonium trifluoride from tetrafluoride, it is necessary to carry out an additional stage — the stage of reduction of plutonium tetrafluoride in a stream of hydrogen and hydrogen fluoride.

Из литературы (О. Карлсон, Ф. Шмидт. В кн. Редкоземельные металлы. Составитель Ф. Спеддинг, А. Даан, изд-во Металлургия, 1965, с. 97-100) известно, что в статических условиях расход фтористого водорода составляет 150-200% от стехиометрии. From the literature (O. Carlson, F. Schmidt. In the book. Rare-earth metals. Compiled by F. Spading, A. Daan, Metallurgy Publishing House, 1965, pp. 97-100) it is known that under static conditions the flow of hydrogen fluoride is 150 -200% of stoichiometry.

Недостатками получения трифторида плутония являются
длительное время проведения процесса получения тетрафторида,
небольшой выход по готовому продукту (около 45 г/ч по тетрафториду плутония),
периодичность процесса, а следовательно, сложность технологических операций,
проведение дополнительной стадии восстановления трифторида плутония из тетрафторида.
The disadvantages of obtaining plutonium trifluoride are
a long time for the process of producing tetrafluoride,
a small yield of the finished product (about 45 g / h on plutonium tetrafluoride),
the frequency of the process, and therefore the complexity of technological operations,
conducting an additional stage of recovery of plutonium trifluoride from tetrafluoride.

Предложен способ получения трифторида плутония из гидрида плутония с устранением вышеперечисленных недостатков. A method for producing plutonium trifluoride from plutonium hydride with the elimination of the above disadvantages is proposed.

Сущность изобретении заключается в следующем: в качестве исходного вещества используется гидрид плутония, полученный действием водорода на компактный металлический плутоний. После измельчения гидрид плутония с определенным гранулометрическим составом обрабатывается безводным фтористым водородом в растворе, имеющем три зоны прогрева. The essence of the invention is as follows: plutonium hydride obtained by the action of hydrogen on compact metallic plutonium is used as the starting material. After grinding, plutonium hydride with a certain particle size distribution is treated with anhydrous hydrogen fluoride in a solution having three heating zones.

Важными отличительными признаками изобретения являются:
уменьшение времени фторирования,
снижение расхода фтористого водорода,
увеличение степени фторирования исходного продукта.
Important distinguishing features of the invention are:
reduction of fluorination time,
reduction in hydrogen fluoride consumption,
increase the degree of fluorination of the starting product.

Преимущество заключается в увеличении количества перерабатываемого продукта до 500 г по фториду плутония. The advantage is to increase the amount of processed product to 500 g for plutonium fluoride.

Пример. В качестве исходного материала для получения трифторида плутония используется гидрид плутония, предварительно полученный из компактного оружейного металлического плутония. Example. Plutonium hydride, previously obtained from compact weapons-grade metallic plutonium, is used as the starting material for the production of plutonium trifluoride.

Гидрид плутония был получен действием водорода на компактный металлический плутоний. Полученный гидрид плутония был измельчен и после измельчения имел гранулометрический состав, приведенный в табл. 1. Plutonium hydride was obtained by the action of hydrogen on compact metallic plutonium. The resulting plutonium hydride was crushed and after grinding had a particle size distribution shown in table. one.

Гидрид плутония в количестве 250 - 500 г/ч. через загрузочное устройство подавался в реактор гидрофторирования. Реактор имел три зоны нагрева. Первая зона - со стороны загрузки гидрида плутония имела 150-180oC, вторая зона - 250-350oC, третья зона - до выгрузки продукта 400-500oC. Время пребывания гидрида плутония в реакторе составляло 2,0-2,5 ч.Plutonium hydride in an amount of 250 - 500 g / h. through a loading device was fed into a hydrofluorination reactor. The reactor had three heating zones. The first zone - from the loading side of plutonium hydride, had 150-180 o C, the second zone - 250-350 o C, the third zone - until the product was unloaded 400-500 o C. The residence time of plutonium hydride in the reactor was 2.0-2.5 h

Гидрофторирование проводили в горизонтальном шнековом никелевом аппарате диаметром 76 мм и длиной 1200 мм. Подача предварительно подогретого фтористого водорода осуществлялась по принципу противотока к исходному гидриду плутония. Hydrofluorination was carried out in a horizontal auger nickel apparatus with a diameter of 76 mm and a length of 1200 mm. The preheated hydrogen fluoride was supplied according to the principle of countercurrent to the initial plutonium hydride.

Постоянное перемешивание и непрерывность процесса позволили резко сократить время синтеза и добиться высокой степени фторирования материала в трифторид плутония по реакции
PuH3+3HF _→ PuF3+3H2.
В табл. 2 приведены результаты процесса получения трифторида плутония из гидрида взаимодействием с газообразным фтористым водородом. Температуру процесса выше 500oC поднимать не рекомендуется, что связано с коррозионной стойкостью никелевого реактора к фтористому водороду.
Constant mixing and process continuity allowed a sharp reduction in the synthesis time and a high degree of fluorination of the material into plutonium trifluoride by reaction
PuH 3 + 3HF _ → PuF 3 + 3H 2 .
In the table. 2 shows the results of the process for producing plutonium trifluoride from hydride by interaction with gaseous hydrogen fluoride. The temperature of the process above 500 o C is not recommended to raise, which is associated with the corrosion resistance of the Nickel reactor to hydrogen fluoride.

Из полученный результатов следует, что процесс гидрофторирования гидрида плутония в трифторид в условиях непрерывного режима следует проводить при температурах 450-500oC и времени взаимодействия не более 2,0-2,5 ч, причем избыток фтористого водорода при этом составлял 25-30% от стехиометрии.From the obtained results it follows that the process of hydrofluorination of plutonium hydride into trifluoride under continuous conditions should be carried out at temperatures of 450-500 o C and a reaction time of not more than 2.0-2.5 hours, and the excess of hydrogen fluoride in this case was 25-30% from stoichiometry.

В результате опытов было установлено, что количество перерабатываемого продукта может составлять до 450-500 г/ч, причем степень фторирования составила 99,8 - 99,9%. As a result of experiments, it was found that the amount of processed product can be up to 450-500 g / h, and the degree of fluorination was 99.8 - 99.9%.

Claims (3)

1. Способ получения трифторида плутония из гидрида плутония взаимодействием с газообразным фтористым водородом, отличающийся тем, что гидрофторированию подвергают гидрид плутония, полученный из компактного металлического плутония, в условиях непрерывного режима в течение 2,0 - 2,5 ч. 1. A method of producing plutonium trifluoride from plutonium hydride by interaction with gaseous hydrogen fluoride, characterized in that the plutonium hydride obtained from compact metal plutonium is hydrofluorinated under continuous conditions for 2.0 to 2.5 hours 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс гидрофторирования проводят в температурном интервале 400 - 500oC.2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrofluorination process is carried out in a temperature range of 400 - 500 o C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыток расхода фтористого водорода составляет 25 - 30% от стехиометрии. 3. The method according to claim 1, characterized in that the excess flow rate of hydrogen fluoride is 25-30% of stoichiometry.
RU97112761/25A 1997-07-29 1997-07-29 Method of preparing anhydrous plutonium trifluoride from plutonium hydride RU2116972C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97112761/25A RU2116972C1 (en) 1997-07-29 1997-07-29 Method of preparing anhydrous plutonium trifluoride from plutonium hydride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97112761/25A RU2116972C1 (en) 1997-07-29 1997-07-29 Method of preparing anhydrous plutonium trifluoride from plutonium hydride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2116972C1 true RU2116972C1 (en) 1998-08-10
RU97112761A RU97112761A (en) 1998-12-27

Family

ID=20195690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97112761/25A RU2116972C1 (en) 1997-07-29 1997-07-29 Method of preparing anhydrous plutonium trifluoride from plutonium hydride

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2116972C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2777321C1 (en) * 2021-09-17 2022-08-02 Акционерное Общество "Наука И Инновации" Method for producing anhydrous plutonium trifluoride

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2851332A (en) * 1950-04-21 1958-09-09 Clifford S Garner Preparation of halides of plutonium
US2859097A (en) * 1947-06-03 1958-11-04 Norman R Davidson Preparation of plutonium halides
US2860950A (en) * 1955-12-21 1958-11-18 Angus V Henrickson Method of preparing metal halides
US2875025A (en) * 1947-06-09 1959-02-24 Clifford S Garner Process of forming plutonium salts from plutonium oxalates
US2915362A (en) * 1946-08-16 1959-12-01 Fried Sherman Plutonium-hydrogen reaction product, method of preparing same and plutonium powder therefrom
US2917360A (en) * 1956-12-28 1959-12-15 Willis B Tolley Method of producing plutonium tetrafluoride
US4522794A (en) * 1983-08-25 1985-06-11 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Fluorination process using catalyst

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2915362A (en) * 1946-08-16 1959-12-01 Fried Sherman Plutonium-hydrogen reaction product, method of preparing same and plutonium powder therefrom
US2859097A (en) * 1947-06-03 1958-11-04 Norman R Davidson Preparation of plutonium halides
US2875025A (en) * 1947-06-09 1959-02-24 Clifford S Garner Process of forming plutonium salts from plutonium oxalates
US2851332A (en) * 1950-04-21 1958-09-09 Clifford S Garner Preparation of halides of plutonium
US2860950A (en) * 1955-12-21 1958-11-18 Angus V Henrickson Method of preparing metal halides
US2917360A (en) * 1956-12-28 1959-12-15 Willis B Tolley Method of producing plutonium tetrafluoride
US4522794A (en) * 1983-08-25 1985-06-11 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Fluorination process using catalyst

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Металлургия и металловедение плутония и его сплавов. / Под ред. Уилкинсона У.Д. - М: Госатомиздат, 1962, с.85 - 86. *
Переработка ядерного горючего. / Под ред.Столера С. и Ричардса Р. - М.: Атомиздат, 1964, с.623 - 627. Плутоний: Справочник. / Под ред. Вика О., т.1, - М.: Атомиздат, 1971, с.15 - 19, 41 - 53. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2777321C1 (en) * 2021-09-17 2022-08-02 Акционерное Общество "Наука И Инновации" Method for producing anhydrous plutonium trifluoride

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105658584B (en) Process for the preparation of solid solution powders containing uranium dioxide and at least one other actinide and/or lanthanide dioxide
JPS629534B2 (en)
WO2019018082A2 (en) A method to produce uranium silicides
US3579311A (en) Process and apparatus for producing uo2 powder
JPS6228089B2 (en)
RU2116972C1 (en) Method of preparing anhydrous plutonium trifluoride from plutonium hydride
US4234550A (en) Method for treating a particulate nuclear fuel material
JPS59500669A (en) Method for producing UO↓3 with a large specific surface area using uranyl nitrate hydrate as a starting material
US3046090A (en) Production of uranium monocarbide
RU2601477C1 (en) Method of producing uranium tetrafluoride
JPH0662303B2 (en) UO ▲ 2 ▼ Method to control the crystal grain size of pellets
US2807519A (en) Process for the production of an activated form of uo
RU2108295C1 (en) Method of preparing plutonium trifluoride from plutonium dioxide
Gadalla et al. Dissociation mechanism for ammonium uranate
JPS5874526A (en) Preparation of sinterable uranium dioxide powder
Kouhsen et al. Preparation and thermochemical stability of uranium-zirconium-carbonitrides
US3288717A (en) Method for preparation of urania sols
Alfredson Pilot plant development of processes for the production of nuclear grade uranium dioxide
JPS5932410B2 (en) Continuous precipitation method of ammonium hypouranate
US3460918A (en) Method of chlorinating metals with carbon tetrachloride and carbon dioxide
CA1109663A (en) Method for treating a particulate nuclear fuel material
JPS59502102A (en) Production method of highly reactive UO↓3 by thermal decomposition of solid uranyl nitrate hydrate
Roy et al. Subhankar Manna, Raj Kumar, Santosh K. Satpati
RU2179154C1 (en) Method of preparing uranium dioxide
US2974006A (en) Direct conversion of uranium turnings to uranium tetrafluoride

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050730