Tetrafluorură de uraniu
Tetrafluorură de uraniu | |
---|---|
Numele IUPAC | |
Tetrafluorură de uraniu | |
Denumiri alternative | |
Fluorură de uraniu (IV) Sare verde | |
Caracteristici generale | |
Formula moleculară sau brută | UF 4 |
Masa moleculară ( u ) | 314.02 |
Aspect | verde solid |
numar CAS | |
Numărul EINECS | 233-170-1 |
PubChem | 61461 |
ZÂMBETE | [U+2].[U+2].[F-].[F-].[F-].[F-] e [F-].[F-].[F-].[F-].[U+4] |
Proprietăți fizico-chimice | |
Densitate (g / cm 3 , în cs ) | 6,7 g cm -3 |
Solubilitate în apă | insolubil |
Temperatură de topire | 1036 ° C (1309 K) |
Temperatura de fierbere | 1417 ° C (1690 K) |
Proprietăți termochimice | |
Δ f H 0 (kJ mol −1 ) | -1920 [1] |
Informații de siguranță | |
Simboluri de pericol chimic | |
Fraze H | 330-300-373-411 |
Fraze S. | (1/2) ‐20 / 21‐45‐61 |
Tetrafluorura de uraniu sau fluorura de uraniu (IV) este compusul binar dintre fluor și uraniu cu formula UF 4 . Este un solid cristalin verde. UF 4 este de obicei un intermediar în producția de hexafluorură de uraniu (UF 6 ) sau uraniu metalic din oxizi de uraniu ( U 3 O 8 și UO 2 ). [2] În industria de rafinare a uraniului este cunoscută sub numele de sare verde .
Structură și proprietăți
Tetrafluorura de uraniu cristalizează în sistemul monoclinic , grupul spațial C2 / c cu constante de rețea a = 1273 pm , b = 1075 pm, c = 843 pm, β = 126 ° și douăsprezece unități de formulă pentru fiecare unitate de celulă . [3]
Sinteză
Proces teoretic
Tetrafluorura de uraniu se prepară prin tratarea UO 2 cu HF :
- UO 2 + 4HF → UF 4 + 2H 2 O
sau prin reacție între UF 6 și hidrogen :
- UF 6 + H 2 → UF 4 + 2HF
Tetrafluorura de uraniu foarte pur poate fi obținut prin trecerea anhidru diclorodifluorometanului peste UO 3 este încălzit la 400 ° C [4] [5]
- UO 3 + 2CCl 2 F 2 → UF 4 + Cl 2 + COCl 2 + CO 2
Productie industriala
Producția industrială începe de la tortul galben , apoi efectuează fluorizarea uraniului în tetrafluorură de uraniu ( UF 4 ), prin diferite procese fizico-chimice care utilizează acid azotic , amoniac , hidrogen și acid fluorhidric .
Rafinare
Dizolvare
Tobe și recipientele de tort galben sunt golite într-un siloz , care se deschide într-un rezervor de dizolvare alimentat cu acid azotic , pentru a obține un produs lichid care conține azotat de uranil având formula chimică UO 2 (NO 3 ) 2 , azotatul de sodiu ( NaNO 3 ) și diverse impurități. Diuranat de sodiu - unul dintre cei mai importanți constituenți ai tortului galben cu uranați de magneziu, amoniu etc. - este atacat de acid azotic conform reacției:
- Na 2 U 2 O 7 + 6HNO 3 → 2 (UO 2 (NO 3 ) 2 + 2 NaO 3 + 3H 2 O
Acest tratament este urmat de filtrare [6] .
Purificare
Soluția apoasă de azotat de uranil este purificată într-o coloană de purificare de extracție lichid-lichid cu o soluție organică de tributil fosfat (TBP) diluat în dodecan și / sau kerosen . Deoarece faza apoasă și faza organică sunt nemiscibile , TBP leagă azotatul de uranil sub formă de complex de suprafața de separare dintre cele două faze:
- UO 2 2+ (aq) + 2NO 3 - (aq) + 2TBP (org) → (UO 2 (NO 3 ) 2. 2TBP) (org) [7]
Impuritățile rămân în faza apoasă a acidului azotic. Prin urmare, această etapă permite obținerea unui nitrat de uranil de înaltă puritate numit „puritate nucleară” (> 99,95%). Purificarea este un proces hidrometalurgic convențional. Puritatea uraniului destinat combustibilului nuclear este mult mai mare decât cea obținută în metalurgia clasică [8] .
Re-extragere
Etapa de reextracție constă în retransmiterea azotatului de uranil purificat în faza apoasă. Apare în coloana alimentată de această dată cu apă demineralizată . Solventul organic recuperat în timpul reextracției este apoi reciclat [6] .
Conversie
Precipitare
Dizolvarea gazos amoniac (NH3) în soluția purificată produce hidroxid de amoniu (NH4OH). Acesta reacționează cu azotatul de uranil pentru a forma un precipitat de diuranat de amoniu (NH 4 ) 2 U 2 O 7 (DUA) conform următoarei reacții:
- 2UO 2 (NO 3 ) 2 + 6 NH 4 OH → (NH 4 ) 2 U 2 O 7 + 4 NH 4 NO 3 [9]
Nitrarea
După filtrare și uscare, diuranatul de amoniu este calcinat (sau denitrat ) în trioxid de uraniu UO 3 [10] într-un cuptor la o temperatură foarte ridicată (aproximativ 400 ° C).
- (NH 4 ) 2 U 2 O 7 → 2UO 3 + 2NH 3 + H 2 O
Ca parte a proiectului Comurhex II, fabrica Malvési va implementa un proces de denitrare termică numit Isoflash pentru a înlocui fazele de precipitație și calcinare ale diuranatului de amoniu [11] .
Reducere și fluorurare
În același cuptor în formă de "L", trioxidul de uraniu este redus de hidrogen la dioxid de uraniu ( UO 2 ), în jur de 650-800 ° C, apoi fluorurat în tetrafluorură de uraniu ( UF 4 ) de acid fluorhidric (HF), între 350 și 600 ° C [12] .
- reducerea cu hidrogen a trioxidului de uraniu în dioxid de uraniu:
- UO 3 + H 2 → UO 2 + H 2 O
- fluorurare în tetrafluorură de uraniu prin trecerea dioxidului de uraniu în acid fluorhidric gazos (HF):
- UO 2 + 4HF → UF 4 + 2H 2 O
Tetrafluorura de uraniu obținută (UF 4 ) poate fi opțional redusă cu calciu pentru a obține uraniu pur în forma sa metalică.
Reactivitate
UF 4 este mai puțin stabil decât oxizii de uraniu și reacționează lent cu umiditatea la temperatura camerei, formând UO 2 și HF care sunt corozive.
Informații privind toxicitatea / siguranța
La fel ca toate sărurile de uraniu, UF 4 este toxic și dăunător prin inhalare, ingestie și contact cu pielea.
Notă
- ^ Cordfunke și Ouweltjes 1981
- ^ Peehs 2002
- ^ Larson și colab. 1964
- ^ Booth și colab. 1946
- ^ Brauer 1963 , pp. 261-262 .
- ^ a b Examen du bac pro industrie des procedure 2006: Epreuve E2 - étude et conduite des opérations Unitiires ( PDF ), on crdp-montpellier.fr , CRDP Montpellier, Base nationale des sujets d'examen de l'enseignement professionnel, 2006. Adus la 28 aprilie 2018 .
- ^ Lionel BION / CEA Saclay - INSTN / UEINE, Le cycle du combustible nucléaire en France Situation actuelle et gestion future ( PDF ), pe eduscol.education.fr . Adus la 28 aprilie 2018 .
- ^ La métallurgie de l'uranium à l'usine du Bouchet , în Sciences et Avenir , n. 98, aprilie 1955.
- ^ Décomposition thermique du protoxyde d'azote (N2O) in the effluents gazeux de l'atelier. Précipitation de l'usine Comurhex de Malvési ( PDF ), pe developpement-durable.gouv.fr , Ministère de l'Écologie, du Développement durable et de l'Énergie, 20 martie 2009.
- ^ Louis Patarin, Cycle du combustible nucléaire , EDP Sciences, p. 45.
- ^ Simon Pages, Étude cinétique et modélisation de l'hydrofluoration du dioxyde d'uranium ( PDF ) (teză de doctorat), École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne, 17 decembrie 2014.
- ^ Jean-Louis Vignes, Uranium, combustible nucléaire, réacteurs et déchets radioactifs , in societechimiquedefrance.fr , Société chimique de France , mai 2017. Accesat la 28 aprilie 2018 .
Bibliografie
- HS Booth, W. Krasny-Ergen, RE Heath, tetrafluorură de uraniu , în J. Am. Chem. Soc. , Vol. 68, nr. 10, 1946, pp. 1969–1970, DOI : 10.1021 / ja01214a028 .
- ( EN ) G. Brauer, Handbook of Preparative Inorganic Chemistry , vol. 1, ediția a II-a, Academic Press, 1963.
- EHP Cordfunke și W. Ouweltjes, entalpii standard de formare a compușilor de uraniu VII. UF3 și UF4 (prin calorimetrie în soluție) , în J. Chem. Termodin. , vol. 13, n. 2, 1981, pp. 193–197, DOI : 10.1016 / S0021-9614 (81) 80025-0 .
- AC Larson, RB Roof Jnr, DT Cromer, Structura cristalină a UF 4 , în Acta Crystallogr. , vol. 17, 1964, pp. 555–558, DOI : 10.1107 / S0365110X64001293 .
- ( EN ) M. Peehs, T. Walter, S. Walter, uraniu, aliaje de uraniu și compuși de uraniu , în Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , Wiley-VCH, 2002, DOI : 10.1002 / 14356007.a27_281 .
Alte proiecte
- Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe tetrafluorură de uraniu
linkuri externe
- ( EN ) Tetrafluorură de uraniu , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.