DE2626428A1

DE2626428A1 - Verfahren zur herstellung von uranhexafluorid

Info

Publication number: DE2626428A1
Application number: DE19762626428
Authority: DE
Inventors: Cetin Dipl Chem Goekcek
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1976-06-12
Filing date: 1976-06-12
Publication date: 1977-12-22

Description

Kennwort: Uranhexafluorid II
Verfahren zur Herstellung von Uranhexafluorid ============================================= Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Uranhexafluorid UF6 aus dem metallischen Uran.
UF6 ist das Ausgangsmaterial zur Trennung der Uranisotopen und hat deshalb große Bedeutung für die Anreicherung des spaltbaren Isotops U-235. UF6 bildet farblose, stark hygroskopische, sehr flüchtige Kristalle mit einem Sublimationspunkt von 560C.
Hergestellt wird UF6 durch Umsetzung von Uran mit elementarem Fluor oder einigen Interhalogenverbindungen, z.B. ClF3, bei einer Temperatur von mindestens 3000C. Die verwendeten Fluorierungsagenzien besitzen stark korrosive Eigenschaften und sind äußerst schwierig zu handhaben. Das erhaltene UF6 ist nicht rein und muß durch Destillation von Spaltprodukten abgetrennt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von UF6 zu schaffen, welches ohne Bildung von verunreinigenden Spaltprodukten und bei Temperaturen unterhalb 3000C betrieben werden kann.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß man metallisches Uran in einem Molverhältnis von 1:3 bis 1:4 mit Xenondifluorid XeF2 bei Drücken zwischen 10 3 und 760 Torr in einem geschlossenen oder kontinuierlichen System reagieren läßt.
Der optimale Temperaturbereich liegt zwischen 57 und 1500C. -Optimale Reaktionsbedingungen ergeben sich bei einem Molverhältnis von 3,5 Mol XeF2 zu 1 Mol Uran, einem Druck von 10 1 Torr und einer Temperatur von 1400C.
Die stöchiometrische Reationsgleichung lautet: U + 3XeF2 = UF6 + 3Xe 238,07 507,90 352,07 393,90 Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der unmittelbaren Reaktion zwischen gut handhablichem XeF2 und dem metallischen Uran sowohl unter Vakuum als auch bei Drücken bis zu 760 Torr. Überraschend ist die schnelle undquantitative Umsetzung von metallischem Uran in das flüchtige UF6 ohne Anwendung jeglicher Katalysatoren. Da bei der Umsetzung keine Spaltprodukte entstehen, kann das UF6 ohne nachträgliche Destillation direkt in einer auf -700C gekühlten Vorlage aufgefangen werden. Das freiwerdende Xenon wird zur weiteren Verwertung verflüssigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu dienen, aus plutoniumhaltigen Uranbrennelementen das Uran als flüchtiges UF6 abzutrennen.
Plutonium, das als schwerflüchtiges PuF4 im Rückstand bleibt, dürfte keine verunreinigenden Spaltprodukte enthalten. Der wesentliche Vorzug des Verfahrens beruht auf der direkten Synthese von reinem UF6 aus metallischem Uran in einfach aufgebauten, umweltfreundlichen Produktionsanlagen.
Die Zeichnung veranschaulicht eine labormäßige Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Reaktor 6 findet erfindungsgemäß die Reaktion zwischen dem zuvor in den Reaktor 6 eingebrachten metallischen Uran und XeF2 bei Drücken zwischen 10 3 und 760 Torr statt. Der Reaktor 6 besteht aus Aluminium oder Edelstahl und ist mit einer Heiz- und Kühlvorrichtung 5 versehen.
Das XeF2 befindet sich im Behälter 4, der mit einer Heizung 3 versehen ist. Durch Beheizen des Behälters 4 wird erreicht, daß das in ihm befindliche XeF2 in den evakuieren Reaktor 6 sublimiert. Die Sublimation findet unter Vakuum oder bei Drücken bis 760 Torr statt. Um den Behälter 4 und den Reaktor 6 evakuieren zu können, ist eine Vakuumpumpe 13 mit Vakuumanzeiger 14 vorgesehen. Sobald die stöchiometrisch errechnete Menge XeF2 sublimiert ist, wird der Reaktor 6 durch die Heiz- und Kühlvorrichtung 5 auf 1400C erhitzt.
Es bildet sich in kurzer Zeit im Reaktor 6 UF6 und Xe. Das UF6 läßt man in den Behälter 9 ab und kristallisiert- es dort mittels der Kühlfalle 8 aus.
Eine quantitative Ausbeute von UF6 erhält man entweder durch Vakuumdestillation oder durch kontinuierliches Spülen des Reaktors 6 mit Inertgas aus der Gasflasche 1(z.B. Helium) bei mindestens 570C.
Die Herstellung von UF6 aus XeF2 und Uran kann wie nachfolgend beschrieben durchgeführt werden: Man trägt 2,5 g Uran in den 0,150 1 fassenden Reaktor 6 ein und evakuiert ihn mittels der Vakuumpumpe 13 auf 10 3 Torr. Nach der erfolgten Sublimation von 5,5 g XeF2 aus dem Behälter 4 wird der Reaktor 6 auf 1400C erhitzt.
Das gebildete UF6 läßt man langsam in den ebenfalls 0,150 1 fassenden Behälter 9 überströmen. Sobald der Reaktor 6 einen Druck von 1 bar erreicht, sublimiert man das restliche UF6 bei vermindertem Druck weiter oder durch Spülen mit Inertgas aus der Gasflasche 1 bei einem Druck von 1,5 bis 2,0 bar. Damit das UF6 auskristallisieren kann, wird der Behälter 9 mittels der Xühlfalle 8 (mindestens -18 0C) auf - 700C gekühlt.
Das freigewordene Xenon wird im Behälter mittels der Kühlfalle 10 bei - 1960C verflüssigt und somit zurückgewonnen.
Der Intergasdruck wird an den Druckanzeigern 2 und Das Intergas wird durch die Leitung 12 abgezogen. Die weiteren in der Apparatur vorhandenen Leitungen und Ventile sind nicht besonders bezeichnet worden.

Claims

Anspriiche 1. Verfahren zur Herstellung von Uranhexafluorid UF6, dadurch gekennzeichnet, daß man metallisches Uran in einem Molverhältnivs°5:3 bis 1:4 mit Xenondifluorid XeF2 bei Drücken zwischen 10 3 und 760 Torr in einem geschlossenen Behälter oder kontinuierlichen System reagieren läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei Temperaturen von 57 bis 1500C erfolgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch ein Molverhältnis von 3,5 Mol XeF2 zu 1 Mol Uran, einen Druck von 10 1 Torr und eine Temperatur von 1400C.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung von UF6 aus dem Reaktor Stickstoff oder Helium als Spülgas verwendet wird.