Патент на изобретение №2247076
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА УРАНА
(57) Реферат:
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к металлургии урана и производству соединений урана, и может быть использовано в химической и ядерной технологиях. Металлический уран нагревают в реакционной емкости в среде кислородсодержащего агента внешним источником тепла до температуры 500-900°С. Затем внешний источник отключают и осуществляют выдержку до прекращения процесса. В качестве реакционной емкости используют емкость, образующую замкнутое пространство с внутренним объемом, составляющим 2-4 объема загруженного металлического урана, и имеющую отверстия, суммарная площадь которых составляет от 5 до 25% от площади поверхности реакционной емкости. Технический результат: способ позволяет существенно снизить энергоемкость процесса получения оксида урана и повысить его производительность. 1 табл.
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к металлургии урана и производству соединений урана, и может быть использовано в химической и ядерной технологиях. Известен способ получения оксида урана, заключающийся в нагреве металлического урана (порошка или компактной заготовки) на воздухе до 700° С (см. В.Б. Шевченко, Б.Н. Судариков, Технология урана. Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники. Москва, 1961, с.28). Недостатками этого способа получения оксида урана являются низкая эффективность процесса и высокая энергоемкость. Известен способ получения оксида урана, заключающийся в нагреве металлического урана в реакционной емкости внешним источником тепла до температуры 500-900° С в кислородосодержащей среде с последующей выдержкой при указанной температуре до прекращения процесса образования оксида урана (см. Я.М. Стерлин, Металлургия урана. Государственное издательство литературы в области атомной науки и техники. Москва, 1962, с.64-69). Недостатками известного способа получения оксида урана являются значительные энергозатраты на поддержание заданного температурного режима процесса, а также невысокая производительность способа. Эти недостатки связаны с тем, что в течение всего процесса получения оксида урана необходимо осуществлять нагрев реакционной емкости внешним источником нагрева, что приводит к значительным энергозатратам, а невысокая производительность способа связаны с образованием плотной оксидной пленки на поверхности металлического урана, создающей диффузионный барьер между металлической поверхностью и кислородосодержащей средой, замедляющей процесс окисления. Перед авторами стояла задача снижения энергоемкости и повышения производительности способа получения оксида урана. Поставленная задача решается тем, что в способе получения оксида урана, включающем нагрев металлического урана в реакционной емкости в среде кислородсодержащего агента внешним источником тепла до температуры 500-900° С и последующую выдержку до прекращения процесса, согласно изобретению в качестве реакционной емкости используют емкость с внутренним объемом, составляющим 2-4 объема загруженного металлического урана, имеющую отверстия, суммарная площадь которых составляет от 5 до 25% от площади поверхности реакционной емкости, а после нагрева до температуры 500-900° С внешний источник тепла исключают. Причинно-следственная связь между существенными признаками и техническим результатом заключается в следующем. В предложенном способе получения оксида урана окисление металлического урана реализуется в условиях, обеспечивающих саморазогрев и тепловой баланс процесса. Реакция взаимодействия урана с кислородом является экзотермической. Теплота образования U3O8, измеренная непосредственно калориметрическим методом по реакции U3+O8 равна 260 Ккал/г· атом урана. Для создания условий протекания процесса окисления металлического урана в режиме саморазогрева без дополнительного нагрева внешним источником тепла необходимо обеспечить сохранение теплового баланса процесса. Экспериментально было установлено, что условия сохранения теплового баланса в зоне реакции обеспечиваются следующими техническими приемами: – предварительным нагревом металлического урана в реакционной емкости в среде кислородсодержащего агента; – поступлением в реакционную зону (емкость) кислородсодержащего агента в определенном количестве; – использованием реакционной емкости с определенными геометрическими характеристиками; – исключением внешнего источника тепла после достижения температуры 500-900° С. Совокупность этих признаков позволяет решить задачу снижения энергоемкости и повышения производительности способа получения оксида урана. Снижение энергоемкости предложенного способа связана с тем, что устраняется необходимость осуществления процесса в условиях постоянного нагрева реакционной емкости внешним источником тепла, а повышение производительности обусловлена увеличением скорости окисления металлического урана, поскольку процесс окисления в предложенном способе протекает в режиме горения. Предложенный способ получения оксида урана иллюстрируется следующим примером. Пример: Металлический уран массой 1 кг в виде цилиндрического слитка или кусков произвольной формы загружали в реакционную емкость из нержавеющей стали, выполненную в виде прямоугольного контейнера с крышкой и отверстиями для доступа кислородосодержащего агента. Размеры реакционной емкости изменялись таким образом, что соотношение его внутреннего объема и объема загружаемого урана составляло от 2 до 4, а площадь отверстий составляла от 5 до 25% от общей площади поверхности реакционной емкости. Реакционную емкость с металлическим ураном помещали в муфельную печь и нагревали до 500-900° С в атмосфере кислородсодержащего агента (воздух, кислород). После достижения заданной температуры 500-900° С внешний источник нагрева (муфельная печь) отключали и далее процесс окисления металлического урана протекал в режиме горения. В таблице приведены примеры осуществления предложенного способа получения оксида урана на граничные и промежуточные значения его параметров, а также на параметры, выходящие за заявленные пределы в сопоставлении с известным способом. Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный способ получения оксида урана (примеры 1-3) обеспечивает в сравнении с известным способом (примеры 6 и 7) снижение энергоемкости и повышение его производительности. Осуществление способа за заявленными пределами параметров (примеры 4 и 5) не позволяет решить поставленную задачу и достичь положительного эффекта.
Формула изобретения
Способ получения оксида урана, заключающийся в нагреве металлического урана в реакционной емкости в среде кислородсодержащего агента внешним источником тепла до температуры 500-900°С и последующей выдержке до прекращения процесса, отличающийся тем, что в качестве реакционной емкости используют емкость, образующую замкнутое пространство с внутренним объемом, составляющим 2-4 объема загруженного металлического урана и имеющую отверстия, суммарная площадь которых составляет от 5 до 25% от площади поверхности реакционной емкости, а после нагрева до температуры 500-900°С внешний источник исключают.
RH4A – Выдача дубликата патента Российской Федерации на изобретение
Дата выдачи дубликата: 10.12.2009
Наименование лица, которому выдан дубликат:
Извещение опубликовано: 20.01.2010 БИ: 02/2010
|
||||||||||||||||||||||||||
U3O8,