六氟化鈾
編輯六氫化鉑 (UF6),(有時稱為hex)是一種無機化合物,分子式為UF6。 六氫化鉑是一種易揮發的白色固體,與水反應,釋放出腐蝕性氫氟酸。 該化合物與鋁發生溫和反應,形成一層薄薄的 AlF3 表面層,可阻止該化合物的任何進一步反應。 UF6 用于鈾濃縮過程,鈾濃縮為核反應堆和核武器生產燃料。
準備
編輯將磨碎的鈾礦石(U3O8 或黃餅)溶解在硝酸中,生成硝酸鈾酰 UO2(NO3)2 溶液。 純硝酸鈾酰通過溶劑萃取獲得,然后用氨水處理生成重鈾酸銨 (ADU,(NH4)2U2O7)。 用氫還原得到 UO2,用氫氟酸 (HF) 將其轉化為四氟化鈾 UF4。 用氟氧化產生六氟化鈾。
在核后處理過程中,鈾與三氟化氯反應生成 UF6:
U + 2 ClF3 → UF6 + Cl2
屬性
編輯物理性質
在大氣壓力下,它在 56.5 °C 時升華。
- 六氟化鈾晶胞的球棒模型
- 氣態六氟化鈾的鍵長和鍵角
化學性質
已經表明,六氟化鈾是一種氧化劑,是一種能夠與氟化物結合的路易斯酸; 例如,據報道,氟化銅 (II) 與六氟化鈾在乙腈中反應生成七氟鈾酸銅 (II),即 Cu(UF7)2。
已分離出含有有機陽離子的聚合鈾 (VI) 氟化物,并通過 X 射線衍射對其進行了表征。
在燃料循環中的應用
編輯六氟化鈾作為鈾中揮發性xxx的化合物之一,加工相對方便,被用于兩種主要的鈾濃縮方法,即氣體擴散法和氣體離心法。 由于 UF6 的三相點——64 °C(147 °F;337 K)和 152 kPa(22 psi;1.5 atm)——接近環境條件,相變可以在處理設施中實現,幾乎不需要熱力學功。
氟只有一種天然存在的穩定同位素,因此 UF6 的同位素體的分子量僅根據存在的鈾同位素而不同。 這種差異是富集同位素物理分離的基礎。
所有其他氟化鈾都是非揮發性固體,是配位聚合物。
UF6(十六進制)的 238U 同位素體到 U 質量的轉換因子是 .676。
氣體擴散需要大約 60 倍于氣體離心過程的能量:氣態擴散產生的核燃料產生的能量是擴散過程中使用的能量的 25 倍,而離心產生的燃料產生的能量是離心機中使用的能量的 1,500 倍 過程。
除了用于濃縮之外,六氟化鈾還用于捷克共和國開發的先進后處理方法(氟化物揮發性)。 在這個過程中,用氟氣處理廢核燃料,將氧化物或元素金屬轉化為氟化物混合物。 然后蒸餾該混合物以分離不同類別的材料。 一些裂變產物形成非揮發性氟化物,這些氟化物以固體形式存在,然后可以準備作為核廢料儲存,或者通過基于溶劑化的方法或電化學進行進一步處理。
鈾濃縮會產生大量貧化六氟化鈾 (DUF6) 廢物。 由于 DUF6 的化學不穩定性,長期儲存會帶來環境、健康和安全風險。
當UF6暴露在潮濕空氣中時,它會與空氣中的水分發生反應,生成UO2F2(氟化鈾)和HF(氟化氫),這兩種物質都具有很強的腐蝕性和毒性。 2005 年,位于俄亥俄州樸次茅斯附近的 57,122 個儲罐中儲存了 686,500 噸 DUF6; 田納西州橡樹嶺; 和肯塔基州的帕迪尤卡。 必須定期檢查儲氣罐是否有腐蝕和泄漏的跡象。 鋼瓶的估計壽命以幾十年為單位。
美國曾發生多起六氟化鈾事故,包括 1986 年 Sequoyah Fuels Corporation 發生的鋼瓶填充事故和材料泄漏事故。美國政府一直在將 DUF6 轉化為固體鈾氧化物進行處置。 處理整個 DUF6 庫存的成本可能在 1500 萬到 4.5 億美元之間。
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