[其他]四氟化铀的生产

说明书

本发明涉及四氟化铀的生产。

在核燃料循环中，四氟化铀的生产常常是必要的步骤，例如在亚铁铀矿物处理中或在可裂变同位素的核燃料材料的浓缩中作为中间步骤出现。在该生产中通常需要将铀酰或六价铀离子还原成四价铀离子，为了完成这个过程已提出了用各种不同溶液的电解还原的方法-参见美国专利№3065045。

本发明涉及包括在含水硫酸溶液中将氟化铀酰-硫酸铀酰电解还原成四氟化铀-硫酸铀（Ⅳ）络合物步骤，和在高温下加稀氢氟酸从铀（Ⅳ）溶液中沉积水合四氟化铀的相继步骤在内的四氟化铀生产过程。

氟化铀酰-硫酸铀酰可以用在稀硫酸中溶解铀的六价氧化物并加氢氟酸的方法制备。铀的六价氧化物一般用化学式UO₃和U₃O₈表示。对于以U₃O₈为对象时，一般需要有一种氧化剂存在。而认为过氧化氢最适宜。氢氟酸作为水溶液可方便地加入其中。重复利用使用过的阴极电解酸以溶解加入的铀料，因而减少被扔掉的废水似乎是可行的。

氟化铀酰-硫酸铀酰也可在硫酸中由溶解氟化铀酰（UO₂F₂）的方法制备，而不需加氢氟酸。而且氟化铀酰-硫酸铀酰溶液可以从溶剂萃取或离子交换提纯过程中已经产生的硫酸铀酰溶液中制备（以加氢氟酸为制备条件）。

铀（Ⅳ）氟硫酸盐的优点是其相稳定，但为了使铀离子在整个电解还原过程中保持在溶液中，硫酸盐离子对铀离子的比例应大于1∶1，但最好不大于2.5∶1，因此氟离子对铀离子之比应小于2∶1，但最好不小于0.50∶1。然而氟化物的存在确实允许溶液中铀的浓度增加到超过单独用硫酸盐可能的浓度。这可用下表Ⅰ铀（Ⅳ）在HF/H₂SO₄混合物中以铀（Ⅳ）表示的平衡溶解度（60小时平衡）说明。

表Ⅰ

温度 F∶U SO^2-₄∶U U（Ⅳ）溶解度

℃    克分子比    克分子比    克/升

50 0^＊2.5 110

50    1    2.5    210

20    1    2    260

50    1    2    290

^＊无氟化物存在

因为按照本发明，铀（Ⅳ）氟硫酸盐在整个电解过程中保持在溶液中，只有极少量的或无沉积物干扰，所以可采用常规的带离子交换薄膜的板型和框型电解槽。在实施例1中采用了环形薄膜电解槽。每一个40厘米²表面积的铅阳极和阴极用NAFION 117薄膜隔开，阳极-阴极间隙为2厘米。阳极电解液和阴极电解液两者以800毫升/分的速率对每一个电解槽室进行再循环。电解作用在4安培电流负荷下，在室温和50℃恒温两种温度下进行。阴极电解液的组成约200克/升铀、0.5克分子游离硫酸与0.75克分子氢氟酸的酸浓度;阳极电解液含有1.0克分子的硫酸。结果列在表Ⅱ。