[发明专利]活化U3O8以使其转化为水合UO4的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对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，本发明的技术领域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。

背景技术

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：