Гексафторид урана - Uranium hexafluoride

Гексафторид урана
Гексафторид урана-2D-V2.svg
Гексафторид урана-3D-vdW.png
Кристалл-гексафторида урана-3D-vdW.png
Имена
Имена ИЮПАК
Гексафторид урана Фторид
урана (VI)
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.029.116 Отредактируйте это в Викиданных
Номер RTECS
UNII
Номер ООН 2978 (<1% 235 U)
2977 (> 1% 235 U)
  • InChI = 1S / 6FH.U / h6 * 1H; / q ;;;;;; + 6 / p-6 чек об оплатеY
    Ключ: SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H чек об оплатеY
  • InChI = 1 / 6FH.U / h6 * 1H; / q ;;;;;; + 6 / p-6 / rF6U / c1-7 (2,3,4,5) 6
    Ключ: SANRKQGLYCLAFE-IIYYNVFAAT
  • F [U] (F) (F) (F) (F) F
Характеристики
UF 6
Молярная масса 352,02 г / моль
Появление Бесцветное твердое вещество
Плотность 5,09  г / см 3 , твердый
Точка кипения 56,5 ° C (133,7 ° F, 329,6 K) (возгоняется, при атмосферном давлении)
Гидролизует
Растворимость
Структура
Ромбическая , oP28
ПНМА, № 62
Октаэдрический ( O h )
0
Термохимия
Опасности
Паспорт безопасности ICSC 1250
Очень токсичен Т + (Т +) N (N)
Опасно для окружающей среды (природы)
R-фразы (устаревшие) R26 / 28 , R33 , R51 / 53
S-фразы (устаревшие) (S1 / 2) , S20 / 21 , S45 , S61
NFPA 704 (огненный алмаз)
4
0
2
точка возгорания Не воспламеняется
Родственные соединения
Другие анионы
Гексахлорид урана
Другие катионы
Гексафторид нептуния Гексафторид
плутония
Родственные фториды урана
 Фторид урана (III) Фторид
урана (IV) Фторид
урана (V)
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
чек об оплатеY проверить  ( что есть   ?) чек об оплатеY☒N
Ссылки на инфобоксы

Гексафторид урана ( U F 6 ), широко известный в ядерной промышленности как « шестигранник », представляет собой соединение, используемое в процессе обогащения урана , из которого производится топливо для ядерных реакторов и ядерного оружия .

Hex образует твердые серые кристаллы при стандартной температуре и давлении , очень токсичен, вступает в реакцию с водой и вызывает коррозию большинства металлов. Соединение мягко реагирует с алюминием , образуя тонкий поверхностный слой AlF 3, который сопротивляется любой дальнейшей реакции со стороны соединения.

Подготовка

Измельченная урановая руда - U 3 O 8 или « желтый кек » - растворяется в азотной кислоте , образуя раствор уранилнитрата UO 2 (NO 3 ) 2 . Чистый нитрат уранила получают экстракцией растворителем , затем обрабатывают аммиаком с получением диураната аммония («ADU», (NH 4 ) 2 U 2 O 7 ). Восстановление водородом дает UO 2 , который превращается с плавиковой кислотой (HF) в тетрафторид урана , UF 4 . Окисление фтором дает UF 6 .

Во время ядерной переработки уран реагирует с трифторидом хлора с образованием UF 6 :

U + 2 ClF 3 → UF 6 + Cl 2

Характеристики

Физические свойства

При атмосферном давлении он сублимируется при 56,5 ° C.

УФ 6 в стеклянной ампуле .

Структура твердого тела была определена методом дифракции нейтронов при 77 К и 293 К.

  • Шаровая модель элементарной ячейки гексафторида урана

  • Длины и углы связи газообразного гексафторида урана

Химические свойства

Было показано, что гексафторид урана является окислителем и кислотой Льюиса , способной связываться с фторидом ; например, сообщается , что реакция фторида меди (II) с гексафторидом урана в ацетонитриле приводит к образованию гептафторураната (VI) меди (II), Cu (UF 7 ) 2 .

Полимерные фториды урана (VI), содержащие органические катионы, были выделены и охарактеризованы методом рентгеновской дифракции.

Применение в ядерном топливном цикле

Фазовая диаграмма UF 6 .

UF 6 используется в обоих основных методах обогащения урана - газовой диффузии и методе газовой центрифуги, - поскольку его тройная точка находится при температуре 64,05 ° C (147 ° F, 337 K) и лишь немного выше нормального атмосферного давления. У фтора есть только один встречающийся в природе стабильный изотоп, поэтому изотопологи UF 6 различаются по своей молекулярной массе исключительно в зависимости от присутствующего изотопа урана .

Все остальные фториды урана представляют собой нелетучие твердые вещества, являющиеся координационными полимерами .

Газовая диффузия требует примерно в 60 раз больше энергии, чем процесс газовой центрифуги: ядерное топливо, полученное посредством газовой диффузии, производит в 25 раз больше энергии, чем используется в процессе диффузии, в то время как топливо, произведенное на центрифугах, производит в 1500 раз больше энергии, чем используется в центрифуге. процесс.

Помимо использования при обогащении, гексафторид урана использовался в усовершенствованном методе переработки ( летучесть фторида ), который был разработан в Чешской Республике . В этом процессе использованное оксидное ядерное топливо обрабатывают газообразным фтором с образованием смеси фторидов. Затем эту смесь перегоняют для разделения различных классов материалов.

При обогащении урана в качестве побочного продукта образуются большие количества обедненного гексафторида урана , или DUF 6 . Длительное хранение DUF 6 представляет опасность для окружающей среды, здоровья и безопасности из-за его химической нестабильности. Когда UF 6 подвергается воздействию влажного воздуха, он вступает в реакцию с водой в воздухе с образованием UO 2 F 2 ( фторид уранила ) и HF ( фтористый водород ), которые обладают высокой коррозионной активностью и токсичностью. В 2005 году 686 500 тонн DUF 6 было размещено в 57 122 резервуарах для хранения, расположенных недалеко от Портсмута, штат Огайо ; Ок-Ридж, Теннесси ; и Падука, Кентукки . Баллоны для хранения необходимо регулярно проверять на предмет коррозии и утечек. Расчетный срок службы стальных баллонов измеряется десятилетиями.

В США произошло несколько аварий с участием гексафторида урана, в том числе авария с заполнением баллонов и выбросом материала на Sequoyah Fuels Corporation в 1986 году. Правительство США преобразовало DUF 6 в твердые оксиды урана для захоронения. Такое удаление всей DUF 6 инвентаризации может стоить от $ 15 млн до $ 450 миллионов долларов .

  • Разрыв 14-тонного транспортировочного цилиндра UF 6 . 1 погиб, десятки ранены. Выпущено ~ 29500 фунтов материала. Sequoyah Fuels Corporation 1986.

  • Двор хранения DUF 6 издалека

  • Цилиндры DUF 6 : окрашенные (слева) и корродированные (справа)

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , System Nr. 55, Уран, Тейл А, стр. 121–123.
  • Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , System Nr. 55, Уран, Тейл С 8, стр. 71–163.
  • Р. ДеВитт: Гексафторид урана: Обзор физико-химических свойств , Технический отчет, GAT-280; Goodyear Atomic Corp., Портсмут, Огайо; 12. августа 1960 г .; DOI : 10.2172 / 4025868 .
  • Ингмар Гренте, Януш Дроджиннски, Такео Фуджино, Эдгар К. Бак, Томас Э. Альбрехт-Шмитт , Стивен Ф. Вольф: Уран , в: Лестер Р. Морсс, Норман М. Эдельштейн, Жан Фугер (Hrsg.): Химия элементы актинида и трансактинида , Springer, Dordrecht 2006; ISBN  1-4020-3555-1 , стр. 253–698; DOI : 10.1007 / 1-4020-3598-5_5 (стр. 530–531, 557–564).
  • Патент США 2535572: Получение UF 6 ; 26 декабря 1950 г.
  • Патент США 5723837: Очистка гексафторида урана ; 3. Март 1998 г.

внешние ссылки