RU2116972C1 - Способ получения безводного трифторида плутония из гидрида плутония - Google Patents
Способ получения безводного трифторида плутония из гидрида плутония Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- -1 plutonium hydride Chemical compound 0.000 title claims abstract description 17
- DBYIUAMLRDFZJJ-UHFFFAOYSA-K plutonium(iii) fluoride Chemical compound [F-].[F-].[F-].[Pu+3] DBYIUAMLRDFZJJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 15
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052778 Plutonium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N plutonium atom Chemical compound [Pu] OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- USCBBUFEOOSGAJ-UHFFFAOYSA-J tetrafluoroplutonium Chemical class F[Pu](F)(F)F USCBBUFEOOSGAJ-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 150000001212 Plutonium Chemical class 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- ZQXCQTAELHSNAT-UHFFFAOYSA-N 1-chloro-3-nitro-5-(trifluoromethyl)benzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC(Cl)=CC(C(F)(F)F)=C1 ZQXCQTAELHSNAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRBJILZCKYHUJF-UHFFFAOYSA-J [Pu+4].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O Chemical compound [Pu+4].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O HRBJILZCKYHUJF-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001255 actinides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003061 plutonium compounds Chemical class 0.000 description 1
- UTDLAEPMVCFGRJ-UHFFFAOYSA-N plutonium dihydrate Chemical compound O.O.[Pu] UTDLAEPMVCFGRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N plutonium(IV) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[Pu+4] FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Использование: в технологии получения фторидов радиоактивных металлов в качестве энергетического топлива для атомных электростанций. Безводный трифторид плутония получают из гидрида плутония взаимодействием с газообразным фтористым водородом в условиях непрерывного режима в течение 20, - 2,5 ч. при температуре 400 - 500oC. Гидрид плутония получают из компактного металлического плутония. Избыток расхода фтористого водорода при гидрофторировании составляет 25 - 30% к стехиометрии. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
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.
Изобретение относится к технологии получения фторидов редких и радиоактивных металлов.
В современной технологии существуют два метода получения трифторида плутония.
Один из методов заключается в осаждении кристаллогидратов PuF3 из водных растворов растворимых солей плутония (так называемый "мокрый" метод).
Другой метод ("сухой" метод) заключается во взаимодействии твердых соединений плутония при повышенных температурах с безводным фтористым водородом в восстановительной среде.
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).
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
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).
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
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).
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.
отпадает необходимость ряда стадий переработки: осаждения, фильтрации, промывки, сушки и прокаливания;
исключается необходимость переработки больших количеств растворов, содержащих соли плутония.
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).
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.
Превращение в тетрафторид плутония полностью заканчивалось после выдержки в течение 3 ч при температуре 600oC. В целом время проведения процесса составляло 8 ч.
Для получения трифторида плутония из тетрафторида необходимо проведение дополнительной стадии - стадии восстановления тетрафторида плутония в токе водорода и фтористого водорода.
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.
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.
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.
Предложен способ получения трифторида плутония из гидрида плутония с устранением вышеперечисленных недостатков.
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.
Важными отличительными признаками изобретения являются:
уменьшение времени фторирования,
снижение расхода фтористого водорода,
увеличение степени фторирования исходного продукта.
уменьшение времени фторирования,
снижение расхода фтористого водорода,
увеличение степени фторирования исходного продукта.
Преимущество заключается в увеличении количества перерабатываемого продукта до 500 г по фториду плутония.
Пример. В качестве исходного материала для получения трифторида плутония используется гидрид плутония, предварительно полученный из компактного оружейного металлического плутония.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
В результате опытов было установлено, что количество перерабатываемого продукта может составлять до 450-500 г/ч, причем степень фторирования составила 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.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс гидрофторирования проводят в температурном интервале 400 - 500oC.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что избыток расхода фтористого водорода составляет 25 - 30% от стехиометрии.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97112761/25A RU2116972C1 (ru) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | Способ получения безводного трифторида плутония из гидрида плутония |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97112761/25A RU2116972C1 (ru) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | Способ получения безводного трифторида плутония из гидрида плутония |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2116972C1 true RU2116972C1 (ru) | 1998-08-10 |
| RU97112761A RU97112761A (ru) | 1998-12-27 |
Family
ID=20195690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97112761/25A RU2116972C1 (ru) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | Способ получения безводного трифторида плутония из гидрида плутония |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2116972C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777321C1 (ru) * | 2021-09-17 | 2022-08-02 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Способ получения безводного трифторида плутония |
Citations (7)
| 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 |
-
1997
- 1997-07-29 RU RU97112761/25A patent/RU2116972C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| 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)
| 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)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777321C1 (ru) * | 2021-09-17 | 2022-08-02 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Способ получения безводного трифторида плутония |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105658584B (zh) | 含二氧化铀和至少一种其它锕系和/或镧系元素二氧化物的固溶体粉末的制法 | |
| JPS629534B2 (ru) | ||
| WO2019018082A2 (en) | PROCESS FOR PRODUCING URANIUM SILICIDES | |
| US3579311A (en) | Process and apparatus for producing uo2 powder | |
| RU2116972C1 (ru) | Способ получения безводного трифторида плутония из гидрида плутония | |
| US4234550A (en) | Method for treating a particulate nuclear fuel material | |
| JPS59500669A (ja) | 硝酸ウラニルの水化物を出発物質とした比表面積の大きいｕｏ↓３の生成方法 | |
| US3046090A (en) | Production of uranium monocarbide | |
| RU2601477C1 (ru) | Способ получения тетрафторида урана | |
| US2807519A (en) | Process for the production of an activated form of uo | |
| RU2108295C1 (ru) | Способ получения трифторида плутония из диоксида плутония | |
| Gadalla et al. | Dissociation mechanism for ammonium uranate | |
| JPS5874526A (ja) | 焼結可能な二酸化ウラン粉末を調製する方法 | |
| 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 (ja) | 次ウラン酸アンモニウムの連続析出方法 | |
| US3460918A (en) | Method of chlorinating metals with carbon tetrachloride and carbon dioxide | |
| CA1109663A (en) | Method for treating a particulate nuclear fuel material | |
| JPS59502102A (ja) | 固体状硝酸ウラニル含水塩の熱分解による反応性の大きいｕｏ↓３の製法 | |
| Roy et al. | Subhankar Manna, Raj Kumar, Santosh K. Satpati | |
| US2974006A (en) | Direct conversion of uranium turnings to uranium tetrafluoride | |
| Lorenz et al. | The carbothermic reduction of protactinium pentoxide and first results on protactinium carbide | |
| US2860950A (en) | Method of preparing metal halides | |
| Daumas et al. | Nitride targets elaborated by sol-gel processing for actinide incineration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050730 |